宇宙是有限的？镜像是无限的？

　　【提要】美国数学家杰弗里·威克斯的最新宇宙模型令科学界震惊：一个大小有限、形状如同足球的镜子迷宫；宇宙之所以令人产生无边无界的“错觉”，是因为这个有限空间通过“返转”效应无限重复映现自身

　　宇宙是有限的还是无限的？一个争论不休的古老问题。今天，根据天文观察资料和理论分析，多数天文学家都认定宇宙是无限的。

　　日前，根据美国国家航空航天局（NASA）2001年发射升空的WMAP宇宙微波背景辐射探测器获得的资料，美国数学家杰弗里·威克斯推断，宇宙其实是有限的，相对说来其实并不大，大约只有70亿光年宽度，形状为五边形组成的12面体，有如足球。人们之所以感觉宇宙是无限的，是因为宇宙就像一个镜子迷宫，光线传过来又传过去，让人们发生错觉，误以为宇宙在无限伸展。

　　宇宙不大，掀不起大浪？

　　WMAP探测器用于探查宇宙大爆炸“大火”遗留下来的热量痕迹——弥漫于整个宇宙的微波背景辐射，此种“余热”温度很底，约在绝对零度以上3度。虽然宇宙微波背景辐射弥漫于整个宇宙，但并不是到处完全均匀，而是有一些波动，如同大海总在波浪起伏一样，形成一圈圈微波背景辐射“涟漪”。探测这些“涟漪”的大小和强度，可推定宇宙早期的情况，也可以推定现今宇宙有多大。

　　如果宇宙是无限的，那么就会有各种大小的宇宙微波背景辐射“涟漪”。而WMAP观察到了较小规模的微波背景辐射“涟漪”，这和无限宇宙理论推测的几乎一致，但是大尺度范围的“涟漪”却没能观察到。在大尺度上，微波背景辐射“涟漪”似乎被“抹平”了。这一点意味着：宇宙可能是有限的。其道理就像在澡盆中掀不起巨浪一样，在一个有限的宇宙中也不会有无边的“涟漪”。

　　而威克斯的比喻是：“正像一口钟的震动不会比这口钟本身还大一样，宇宙中的任何波动也不会比宇宙本身还大。”

　　大胆推断来自惊人巧合

　　威克斯及其合作者认为，根据WMAP获得的观察资料看，宇宙不仅是有限的，而且相对较小，直径不过70亿光年，并具有一种奇特的性质，即能够把自身反射回去。尽管宇宙是有限的，但它没有具备任何性质的边界。如果一艘太空船像光一样笔直前行，最终它将回到出发点，就像环绕地球航行一样，没有任何一个点标志着你在哪里“重返”。

　　由于这种奇异效应，从一个星系发出的光将沿着两条不同的路径抵达地球，在地球上的观察者看来，同一个星系将出现在天空中的两个不同地方，而误认为是两个不同的星系，具有不同的年龄。这就如同一座镜子迷宫，其中每一样事物都会有许多镜像。

　　但是，要确认两个在不同地方的星系影像其实是同一个星系却比登天还难，威克斯说：“这就像是要在数十亿拥挤的人群中认出从正面看是50岁的样子、从头顶俯视则是7岁模样的两个人影是同一个人一样。”

　　威克斯用12个完全相同的五边形组成的、像足球一样的12面球体来描述这样的宇宙。他认为，这是对WMAP观测资料的最好解释。用计算机模拟，这种模型能在不附加任何条件的情况下产生和WMAP所观测到的宇宙微波背景辐射“涟漪”一样的图样。威克斯说：“它和WMAP获得的资料惊人地契合。我都不敢相信，结果比我想像的还要好。”

　　威克斯认为，由于宇宙存在“返转”效应，我们观察到的宇宙其实是一种幻觉，这个12面体在无休无止地重复映现它自身，如果你从其中一个五边形中走“出去”，你将从其另一面重新回到同一个地方，并一再观察到同样的天空、同样的星系。

　　在可能空间搜寻证据

　　威克斯这种有限宇宙论当然还只是一种理论假设，如果它得到确证的话，必定震撼整个世界。威克斯说：“如果我们确认宇宙是有限的，这将是朝向更好认识自然世界的极其巨大一步。”普林斯顿大学天体物理学家戴维·斯派尔盖伊也说：“如果我们能够证明宇宙是有限的而且比较小，那将给人当头棒喝，它将真正改变我们对宇宙的看法。”

　　不过，多数物理学家仍然认为，尽管有限宇宙有可能是真的，但这种可能性并不大。美国蒙大拿大学天体物理学家尼尔·科尼什说：“有个小空间留给小宇宙思想，但这个空间不大。”

　　尼尔·科尼什和戴维·斯派尔盖伊等人还组成了一支团队来研究有限宇宙论中存在的问题。他们援引早先一种理论分析说，如果宇宙像镜子迷宫一样能产生“返转”效应，那么在宇宙微波背景辐射中应能够发现一样的轮状“涟漪”式样。威克斯的有限宇宙论也预言，应当可以观测到6对特殊式样的相同轮状“涟漪”，但是科尼什和斯派尔盖伊的团队在WMAP观测资料中没有发现这样的“涟漪”。现在，他们正和威克斯一起重新审视相关资料，看看是忽视了那种“涟漪”，还是根本不可能找到它们。

　　是否“有限”，几个月见分晓

　　威克斯的有限宇宙论模型还有另外一个检验方式。该模型预言，宇宙中的物质密度——其值决定宇宙的弯曲度——等于1.013。宇宙物质密度值如等于1，将导致完全平坦的宇宙，光线永远笔直前行，大于或小于1都意味着宇宙是弯曲的。目前对宇宙微波背景辐射的观测表明，该值范围在1.00 至1.04之间，WMAP探测器和其他一些观测工具将在未来几个月内给出更精确的观测值，从而能够验证有限宇宙论是符合还是背离观测事实。

　　与此同时，科尼什和斯派尔盖伊的研究团队还在寻找相同的“涟漪”，试图利用这一点研究宇宙是否可能尽管有限，却是和12面体不同的其他形状。

　　英国剑桥大学的宇宙学家扬纳·莱温评述说：“12面体是一个很好的解决方案。但是宇宙选择如此一种完美形式是很令人吃惊的。而且，我怀疑宇宙是否真那么小。”

　　目前，科尼什和斯派尔盖伊正在用超级计算机分析WMAP观测资料，并且已排除了一半以上的有限宇宙的各种可能形状。科尼什说，他怀疑自己的工作将无果而终，也就是说，从反面论证宇宙并不是有限的，而是无限的。（凌高）

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