摘要:如果要用語言來形容宇宙的形狀,那麼應該是整體呈現多重鑲嵌模式,具有無限重複出現的扭曲面,曲面間環環相扣,如同科奈里斯·埃舍爾創作的“圓形極限IV”圖案,同時也與美國工程師P.H. Smith(P.H. 史密斯)創作的“史密斯圓圖”類似,這些藝術作品都使用了週期性的圖形反覆鑲嵌,使得我們可以在一個有限面積的單位圓中產生無限延展和遞增的感覺。廣義相對論方程能用於解釋宇宙,適用範圍爲大尺度宇宙,但是不能描述宇宙大爆炸,而量子論卻只能用於解釋粒子級的問題,在沒有量子引力論尚未完備之前,這些問題的存在也意味着我們無法預測人類爲什麼會出現並存在於當前的宇宙中。

  英國著名的物理學家和宇宙學家斯蒂芬·霍金(Stephen Hawking)在劍橋大學表示,根據一項研究成果我們宇宙的形狀可能是一種難以置信的幾何圖形,更接近於超現實主義的藝術,如同荷蘭著名藝術家摩裏茨·科奈里斯·埃舍爾(M.C. Escher)創作的圖形一樣匪夷所思,這一發現可能會讓埃舍爾的藝術迷十分喜悅。但是霍金的研究團隊認爲關於宇宙形狀的研究發現以弦理論爲依據,而該理論目前仍然還處於假設之中,並未被完全驗證。

 

宇宙超現實幾何體 時空真實形狀

  宇宙超現實幾何體 時空真實形狀

  探索“宇宙形狀”的研究小組使用了數學工具解決扭曲纏繞空間的計算問題,該方法在之前被認爲是不可能進行的。如果這個模型成功建立起來,那麼我們將可以用它解釋宇宙是如何從大爆炸中“撐”起來,並將統一了引力和量子力學。根據位於比利時的天主教魯汶大學理論物理研究所科學家、霍金研究小組的成員托馬斯·埃爾託格(Thomas Hertog)介紹:“我們通過弦理論模型搭建出宇宙的外形,這是一種新的途徑。”至於該如何描述這樣的形狀,我們可以通過觀察科奈里斯·埃舍爾藝術家的幾何圖像來知曉,複雜糾纏的幾何模型似乎與我們之前認爲的宇宙外形大相徑庭。

 

  如果要用語言來形容宇宙的形狀,那麼應該是整體呈現多重鑲嵌模式,具有無限重複出現的扭曲面,曲面間環環相扣,如同科奈里斯·埃舍爾創作的“圓形極限IV”圖案,同時也與美國工程師P.H. Smith(P.H. 史密斯)創作的“史密斯圓圖”類似,這些藝術作品都使用了週期性的圖形反覆鑲嵌,使得我們可以在一個有限面積的單位圓中產生無限延展和遞增的感覺。儘管這些幾何藝術作品都是在以二維空間進行描繪,但是卻體現出雙曲空間的概念,是一種非歐幾何的空間形態。

 

  比如,在“圓形極限IV”圖案中,週期性出現的連續圖案環環相扣,重複連接形成了一幅由中心至邊緣的無限延展圖形,從二維的平面圖案可以看出中心至邊緣的連續圖案以相同的收縮係數縮小,並在邊緣位置區域無限,但是這樣的圖形在雙曲空間中卻是另一番景象:從中心至邊緣,環環相扣的重複圖案大小並沒有縮小,而是相同的。由於雙曲空間並不能平鋪,我們就會在雙曲空間的多維圖形中看到扭曲的樣子,就形成了類似綿延山巒波浪式起伏的景象。

 

  從弦理論推出的宇宙外形與我們平時看到的宇宙空間似乎不太一樣,而且天文學家在此之前通過精確測量宇宙微波背景輻射和超新星距離,發現我們的宇宙卻是平坦的,並沒有出現扭曲的跡象。爲什麼弦理論預測的宇宙外形與實際觀測的宇宙空間並不符合呢?科學家認爲這可能是因爲宇宙中還存在一個神祕的因素在其中扮演着未知作用,它就是暗能量。在暗能量的介入下,宇宙的膨脹速度不斷加快,我們目前還不清楚暗能量是什麼,以及它是從何而來,但是根據愛因斯坦的廣義相對論的數學表達,我們知道其可用於描述宇宙膨脹。

 

  對此,愛因斯坦他的方程中加入一個常數,其被稱爲宇宙常數,在哈勃發現紅移現象後,相對論方程中的宇宙常數似乎成爲了多餘,但如果將暗能量引入宇宙加速膨脹的進程中,我們會發現該宇宙常數可能扮演着積極的意義。廣義相對論方程能用於解釋宇宙,適用範圍爲大尺度宇宙,但是不能描述宇宙大爆炸,而量子論卻只能用於解釋粒子級的問題,在沒有量子引力論尚未完備之前,這些問題的存在也意味着我們無法預測人類爲什麼會出現並存在於當前的宇宙中。現階段的量子引力論的主流觀點爲弦理論,該理論將量子力學與引力整合到一起。

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