宇宙的結(jié)構(gòu)

劉文浩

【摘 要】在三維空間里，以任意一點為中心，無論向著什么方向前進，都是無限遠。而四維空時的時空區(qū)域比三維空間更廣。由于宇宙大爆炸和黑洞的發(fā)現(xiàn)，人們對宇宙的認(rèn)識更深入了一步。四維空時中時間一維的量是有限的，在這有限的限界之外，又有無限廣闊的時空區(qū)域。

【關(guān)鍵詞】大爆炸；宇宙門；漏洞

1 四維空時結(jié)構(gòu)

在四維空時結(jié)構(gòu)中，愛因斯坦的宇宙模型是科學(xué)的，其要點有三，即：無邊、有限、靜態(tài)。

對于無邊比較好理解。在三維空間里，以任意一點為中心，無論向著什么方向前進，都是無限遠。這就是說三維空間是無邊的。

因為三維空間是無邊的，所以，愛因斯坦宇宙模型中的有限，不能到三維空間里去尋找，而只能到四維空時的時間一維之中去尋找。為了理解時間一維，我們從“現(xiàn)在”說起。

時間由過去、現(xiàn)在、未來構(gòu)成的連續(xù)不斷的系統(tǒng)表現(xiàn)出來。大家知道過去與未來的量都是無限的，那么，在過去與未來之間有沒有現(xiàn)在呢？現(xiàn)在有沒有量呢？應(yīng)該說，現(xiàn)在有一定的量?，F(xiàn)在的量也就是時間一維的量。這個量是有限的。

在古典物理學(xué)中，同時性是絕對的。絕對的同時，其時間長度是無窮小，而無窮小是不能單獨存在的。在狹義相對論中，同時性是相對的。這就是說，同時不是絕對的同時，而是指同一段時間。既然是一段時間當(dāng)然有一定的量，該量大于無窮小，但卻有限。

若有限當(dāng)然會有限界，若沒有限界豈不成了無限。宇宙的限界有兩個，這就是四維空時中時間一維的兩個限界。時間可分為三段：過去、現(xiàn)在與未來。在現(xiàn)在與過去的交界處是一個限界，而在現(xiàn)在與未來的交界處是另一個限界。這兩個限界就像一枚無限大的硬幣的兩個面。如果有的物質(zhì)沖出了這兩個限界，那么它就沖出了我們所在的宇宙。

在發(fā)現(xiàn)了宇宙大爆炸后，人們就認(rèn)識到物質(zhì)有沖出我們所在的宇宙的可能。若在三維空間發(fā)生宇宙大爆炸，那么，大爆炸中所產(chǎn)生的物質(zhì)不可能沖出我們所在的宇宙，它們無論飛多遠，飛多高，都仍然在我們所在的宇宙之中。

大爆炸中所產(chǎn)生的物質(zhì)從哪里能飛離我們所在的宇宙呢？這要看我們所在的宇宙有沒有出口。這恰如一所房子，只能從房門出入。宇宙的門在哪里呢？宇宙的門有兩個，就是現(xiàn)在與過去的交界處與現(xiàn)在與未來的交界處這兩個限界。若在宇宙的這兩個限界處發(fā)生宇宙大爆炸，就可能炸開一個洞，有些物質(zhì)就可以從這個洞沖出去。若沖出去的物質(zhì)少，可能成為散兵游勇；若沖出去的物質(zhì)多，可能成為新的宇宙。若從現(xiàn)在與過去的交界處沖出去，那它就進入了過去的時空區(qū)域；若從現(xiàn)在與未來的交界處沖出去，那它就進入了未來的時空區(qū)域。

因宇宙大爆炸產(chǎn)生了新的宇宙，所以從宏觀來說宇宙就不僅僅是四維的了，就是多維的了。究竟發(fā)生了多少次宇宙大爆炸，產(chǎn)生了多少個新的宇宙，這有待進一步發(fā)現(xiàn)。

新的宇宙在什么地方呢？從時間的角度講，我們所在的位置就是，在過去、現(xiàn)在與未來之中的“現(xiàn)在”的位置，而新的宇宙就在過去的時空區(qū)域或者未來的時空區(qū)域。

有的天文學(xué)家估計宇宙的年齡約為138.2億年。人們要問138.2億年之前有沒有宇宙呢？如果他們這種說法屬實的話，那么，我們所在的宇宙就是從其他宇宙中派生出來的。

2 時間中的過去、現(xiàn)在與未來

愛因斯坦的宇宙模型中的靜態(tài)是指什么呢？

時間之箭不是從過去無限遠的地方馳來，也不是向著未來無限遠的地方飛去。宇宙是如此之大，沒有什么力量能推動它從無限遠的地方馳來又推動它向著無限遠的地方飛去。時間與距離是不同的，時間過上一萬年，宇宙也未必移動一公里。愛因斯坦的宇宙模型中的靜態(tài)是指，時間雖然不斷流失，但宇宙的位置并沒有移動。

時間的量是如何積累的呢？舊事物的不斷消失，使過去有了無窮的量；而新事物的不斷產(chǎn)生，也使未來有了無窮的量。也就是說，宇宙過去的無限多的時間，是由過去的新舊事物的轉(zhuǎn)化而積累起來的；宇宙未來的無限多的時間，將由未來的新舊事物的轉(zhuǎn)化而積累起來。時間的量無論積累多少，宇宙的位置并不會移動。

宇宙間不斷有舊事物消失，也不斷有新事物產(chǎn)生。那么，舊事物到哪里去了？新事物從何而來？

宇宙過去的時間是無限的，過去的一切事物先后都已消失，舊事物留在過去了沒有？沒有。過去已經(jīng)沒有物質(zhì)了。那么，舊事物究竟哪里去了呢？舊事物變?yōu)槠渌问降奈镔|(zhì)留在了四維空時內(nèi)。

宇宙未來的時間也是無限的，未來將先后出現(xiàn)無限多的事物。但是，未來只是物質(zhì)未來的存在形式，現(xiàn)在那里還沒有物質(zhì)。在沒有物質(zhì)的地方，能產(chǎn)生新事物嗎？不可能。

新事物究竟從哪里來呢？只能來自四維空時中現(xiàn)有的物質(zhì)本身。

當(dāng)然，舊事物要轉(zhuǎn)化為新事物。這里要思考的是，當(dāng)舊事物轉(zhuǎn)化為新事物的一瞬間，二者是同時同地存在的。在二者轉(zhuǎn)化的這一瞬間，新事物從何而來，舊事物到何處去？

新事物不是來自沒有物質(zhì)的未來，舊事物也沒有留在沒有物質(zhì)的過去，四維空時的內(nèi)層才是舊事物的歸宿，才是新事物的出生地。

現(xiàn)在的物質(zhì)就是物質(zhì)的全部，現(xiàn)在的宇宙就是宇宙的全部。因此，宇宙的過去與未來可以容納物質(zhì)。

每一個宇宙的時間一維是極短的，或者說每一個宇宙的“現(xiàn)在”的時間是極短的，而過去與未來的時間卻都無限長，因而無論是在過去的時空區(qū)域還是在未來的時空區(qū)域，都可容納無限個宇宙。

3 另類黑洞

黑洞是如何產(chǎn)生的呢？有的物理學(xué)家認(rèn)為，黑洞是由質(zhì)量足夠大的恒星在核聚變反應(yīng)的燃料耗盡而死亡后，發(fā)生引力坍縮產(chǎn)生的。本文所說的黑洞不是引力坍縮產(chǎn)生的黑洞，而是另類黑洞。

人們發(fā)現(xiàn)，在宇宙大爆炸中所產(chǎn)生的物質(zhì)飛離我們遠去。這里須要注意的是，在四維空時的時間一維的兩個限界處也會發(fā)生宇宙大爆炸，在這種宇宙大爆炸中所產(chǎn)生的物質(zhì)去了什么地方呢？在這兩個限界處發(fā)生的宇宙大爆炸，炸開了一個洞，有些物質(zhì)可以從這個洞沖出去，也就是沖出我們所在的宇宙。

此后，宇宙大爆炸所炸開的洞并不會立即合攏，還會有物質(zhì)從該洞出去，可以說黑洞是一個漏洞。該洞的外部是真空時空區(qū)域或者是接近真空的時空區(qū)域，這一時空區(qū)域的范圍無限大。這樣的時空區(qū)域也會吸引我們所在的宇宙中的物質(zhì)，這與黑洞有相似之處。

黑洞的定義是：由一個只允許外部物質(zhì)和輻射進入而不允許物質(zhì)和輻射從中逃離的邊界即視界所規(guī)定的時空區(qū)域。通常人們所說的黑洞，實際上是個黑星球。

黑洞的特點是什么呢？黑洞是一種引力非常強的星體，即便是光也逃脫不掉其吸引。當(dāng)恒星縮小，縮致其半徑小于史瓦西半徑時，就連垂直表面發(fā)射的光都逃不掉了，于是該恒星成了黑洞。只要是靠近黑洞的物質(zhì)，包括光以及任何形式的能量波，都會因為黑洞巨大的引力而逃脫不掉。宇宙大爆炸所炸開的洞也有這種特點。有時有些物質(zhì)可能從這個洞漏出去。

[責(zé)任編輯：王楠]