在宇宙的邊緣會看見什麼？
- 科學家隨筆
- 撰文者：余海峯 博士
- 發文日期：2017-03-28
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答案是我們什麼都不會看到。這非因沒有東西在宇宙外面，而是宇宙根本沒有邊緣。
讀者們可能聽說過：我們的宇宙是無邊無際的。不過這並非指我們的宇宙是無限大的。實際上，宇宙的大小是有限的，而且我們更可能知道，宇宙正在膨脹。這聽起來有點不可思議：一個正在膨脹的宇宙，怎會沒有邊界？
我們要稍微討論一下「維度」這個概念。維度就是我們常說的2D、3D 的那個D，即dimension 的意思。一維可以用一條線表示、二維是一個平面、三維則是一個立體。好，問題來了：你能夠想像到四維的模樣嗎？我不是說「4D 電影」那種震動送風噴水啊⋯⋯咦，我說什麼？
好了，時間到。想到四維是什麼樣了嗎？想不到？沒錯，想像不到。為什麼呢？因為我們都是活在三維空間裡的生物。等等，我以前好像曾經寫過文章，說我們的宇宙是四維的⋯⋯？
對，我們的宇宙確實是四維的。不過並非四維空間，而是四維時空。時空的意思就是「時間+ 空間」。愛因思坦發現我們的宇宙是由三維空間加上一維時間構成的。牛頓認為時間與空間是獨立於宇宙而存在的。換句話說，在牛頓力學裡空間和時間就好像房間與掛在牆上的時鐘，房間裡放了一個宇宙；而愛因斯坦卻指出，空間和時間其實就是宇宙本身。我們的宇宙有了另一個名字：時空，而且它是四維的。
說了這麼多，究竟跟宇宙沒有邊界有什麼關係啊？我們來想像一個氣球，氣球的表面積是有限的而無邊際的，就像我們的地球一樣。我們可能會以為球體表面是三維的，但其實它只是二維的。因為我們是生活在三維空間的生物，我們能用三維的視角看二維表面。現在，假設氣球正在膨脹，我們可以輕易地理解氣球表面如何在三維空間中越變越大。但如果有一些二維生物生活在這個二維表面上，他們也會發現他們的宇宙是沒有邊界的，但他們不能夠想像它是如何膨脹的。所以問他們在宇宙邊緣會看見什麼也是沒有意義的，因為氣球表面根本就沒有邊界。
同樣地，如果我們把這個二維氣球在三維空間中膨脹的比喻，套在我們的三維空間正在四維時空裡膨脹，就多少能夠明白我們的宇宙了。物理學家相信，如果我們在宇宙裡向一個方向走，最後有可能會從反方向回到起點，就好像在地球上一直向東走，最後會從西面回到起點一樣。 
說不定，有些四維生物正在看著我們的宇宙，笑說我們是如何愚蠢呢。
（本文感謝香港立場新聞同意轉載，原文刊載於：https://thestandnews.com/cosmos/在宇宙的邊緣會看見什麼/）
讀者們可能聽說過：我們的宇宙是無邊無際的。不過這並非指我們的宇宙是無限大的。實際上，宇宙的大小是有限的，而且我們更可能知道，宇宙正在膨脹。這聽起來有點不可思議：一個正在膨脹的宇宙，怎會沒有邊界？
我們要稍微討論一下「維度」這個概念。維度就是我們常說的2D、3D 的那個D，即dimension 的意思。一維可以用一條線表示、二維是一個平面、三維則是一個立體。好，問題來了：你能夠想像到四維的模樣嗎？我不是說「4D 電影」那種震動送風噴水啊⋯⋯咦，我說什麼？
好了，時間到。想到四維是什麼樣了嗎？想不到？沒錯，想像不到。為什麼呢？因為我們都是活在三維空間裡的生物。等等，我以前好像曾經寫過文章，說我們的宇宙是四維的⋯⋯？
對，我們的宇宙確實是四維的。不過並非四維空間，而是四維時空。時空的意思就是「時間+ 空間」。愛因思坦發現我們的宇宙是由三維空間加上一維時間構成的。牛頓認為時間與空間是獨立於宇宙而存在的。換句話說，在牛頓力學裡空間和時間就好像房間與掛在牆上的時鐘，房間裡放了一個宇宙；而愛因斯坦卻指出，空間和時間其實就是宇宙本身。我們的宇宙有了另一個名字：時空，而且它是四維的。
說了這麼多，究竟跟宇宙沒有邊界有什麼關係啊？我們來想像一個氣球，氣球的表面積是有限的而無邊際的，就像我們的地球一樣。我們可能會以為球體表面是三維的，但其實它只是二維的。因為我們是生活在三維空間的生物，我們能用三維的視角看二維表面。現在，假設氣球正在膨脹，我們可以輕易地理解氣球表面如何在三維空間中越變越大。但如果有一些二維生物生活在這個二維表面上，他們也會發現他們的宇宙是沒有邊界的，但他們不能夠想像它是如何膨脹的。所以問他們在宇宙邊緣會看見什麼也是沒有意義的，因為氣球表面根本就沒有邊界。
同樣地，如果我們把這個二維氣球在三維空間中膨脹的比喻，套在我們的三維空間正在四維時空裡膨脹，就多少能夠明白我們的宇宙了。物理學家相信，如果我們在宇宙裡向一個方向走，最後有可能會從反方向回到起點，就好像在地球上一直向東走，最後會從西面回到起點一樣。
二維宇宙的膨脹。Image courtesy of Eugenio Bianchi, Carlo Rovelli, & Rocky Kolb.
說不定，有些四維生物正在看著我們的宇宙，笑說我們是如何愚蠢呢。
（本文感謝香港立場新聞同意轉載，原文刊載於：https://thestandnews.com/cosmos/在宇宙的邊緣會看見什麼/）