问题

宇宙的开始之前是什么?宇宙要走向什么?宇宙为什么会存在?宇宙的外面又是什么?

回答
这些问题触及了人类对宇宙最根本的好奇心,也是科学和哲学探索的终极谜团。虽然我们已经取得了巨大的进步,但目前为止,对于这些问题并没有绝对确定的答案。科学理论提供了一些最有力的解释,但很多领域仍然停留在推测和假说阶段。

我会尽量详细地回答,并结合目前的科学理解来阐述:

宇宙的开始之前是什么?

这是“起源问题”的核心,也是最难以捉摸的问题之一。目前的科学框架,特别是广义相对论和标准模型,描述了宇宙从一个极度炽热、致密的状态(大爆炸奇点)开始演化。然而,这并不直接告诉我们“奇点之前”是什么。

科学的局限性: 我们的物理定律,包括广义相对论和量子力学,在极端的条件下(如大爆炸奇点)会失效或不再适用。广义相对论描述了时空的几何,而量子力学描述了物质和能量的行为。在奇点这样极端的密度和能量下,这两者都需要被统一(即量子引力理论),而这个理论尚未完全建立。因此,我们无法用现有的工具去“看”奇点之前。

几种主要的假说和理论:

1. 无限的过去(永恒宇宙): 一些早期宇宙模型认为,宇宙可能一直存在,没有真正的开端。然而,这些模型通常存在一些问题,例如熵增定律似乎预示着宇宙会朝着一个更混乱的状态发展,如果宇宙是无限古老的,那么它应该已经达到了热寂状态(熵最大化)。

2. 循环宇宙(震荡宇宙): 这个模型认为宇宙经历了一系列的膨胀和收缩(大爆炸和宇宙大坍缩)的循环。每一次大坍缩都可能触发下一次大爆炸。这可以避免“从无到有”的问题,但也面临着熵增的挑战,每次循环的熵都会增加,可能导致宇宙最终无法再次坍缩或进入一个稳定的状态。

3. 量子涨落/真空虚无: 一些理论认为,宇宙可能源于量子涨落。在量子力学中,即使是“空无一物”的真空也不是完全空的,而是充满了不断产生又湮灭的虚粒子。宇宙可能就是从这样的量子真空中“意外”地诞生出来的。这种观点认为,宇宙在诞生之初并没有“时间”或“空间”的概念,而是在一个量子“场”的扰动中产生的。

4. 多重宇宙(Multiverse): 这是近年来比较流行的理论。它认为我们所知的宇宙只是无数个宇宙中的一个。这些宇宙可能以不同的方式产生,可能拥有不同的物理常数甚至不同的物理定律。在这种情况下,“我们宇宙的开始”可能只是“多重宇宙”中的一个事件。如果多重宇宙是永恒的,那么我们的宇宙的开始就不是绝对的开始。

5. 弦理论/M理论的观点: 在这些理论框架下,宇宙的起源可能与更高维度空间的动态有关。例如,膜宇宙学(Brane Cosmology)提出,我们的宇宙可能是一个高维空间中的“膜”,而大爆炸可能是两个膜碰撞的结果。

哲学层面: 从哲学上讲,“什么都没有”本身就是一个非常难以理解的概念。如果宇宙“开始于虚无”,那么“虚无”是否是一种“存在”?这个问题的回答很大程度上取决于我们如何定义“存在”和“虚无”。

总结来说,科学目前无法确定宇宙开始之前是什么。我们只能说,在现有的物理定律失效的那个“奇点”之前,存在着我们无法理解的物理状态,或者,宇宙的起源方式可能超出了我们当前时空概念的范畴。

宇宙要走向什么?

这是关于宇宙的“终极命运”的问题。目前的科学证据指向几种可能的情景,这些情景主要取决于宇宙的平均密度(特别是暗能量的密度)和宇宙膨胀的速率。

暗能量是关键: 现代宇宙学发现,宇宙正在加速膨胀,这被归因于一种叫做“暗能量”的神秘力量。暗能量的性质和总量是决定宇宙命运的关键因素。

几种主要的终极命运模型:

1. 大撕裂 (Big Rip): 如果暗能量的密度随时间增加(称为“幽灵暗能量”),那么它的斥力会越来越强。最终,这种斥力会克服引力,不仅将星系分开,还会撕裂恒星、行星,甚至原子。这是最“剧烈”的终结。

2. 热寂 (Heat Death) / 大冻结 (Big Freeze): 这是目前最被广泛接受的理论。如果暗能量的密度是恒定的(如宇宙学常数),宇宙将继续膨胀下去,并且膨胀速度将越来越快。
星系分离: 遥远的星系将因为宇宙膨胀而加速远离我们,最终会超出我们可观测宇宙的范围。
恒星熄灭: 恒星会逐渐耗尽燃料并死亡,新的恒星将越来越少地形成。
黑洞蒸发: 黑洞也会通过霍金辐射逐渐蒸发。
质子衰变(假说): 如果质子会衰变(尽管还没有观测到),那么最终连构成物质的基本粒子都会消失。
宇宙变得寒冷而黑暗: 最终,宇宙将达到一个极其寒冷、稀疏、黑暗的状态,所有的能量都将均匀分布,没有任何有组织的结构或活动,熵达到最大值。

3. 大挤压 (Big Crunch): 如果宇宙的总质量和能量密度足够高,并且暗能量的效应不那么显著(或者会随时间减弱),那么引力最终会阻止膨胀,并使宇宙开始收缩。宇宙会越来越热、越来越稠密,最终坍缩回一个类似大爆炸奇点的状态。这可能导致下一次宇宙的循环(循环宇宙模型)。

4. 大冻结与大挤压的混合: 还有一些更复杂的模型,例如如果暗能量的性质会发生变化,可能会导致不同的结果。

当前观测的倾向: 当前的观测数据显示,宇宙的膨胀正在加速,并且暗能量似乎是恒定的(或非常接近恒定),这使得“热寂”成为最可能的结局。但未来的精确测量可能会改变这个结论。

总结来说,根据目前的最佳理解,宇宙最有可能的走向是“热寂”:它将无限膨胀下去,变得越来越冷、越来越稀疏,直到所有能量均匀分布,万物停止活动。

宇宙为什么会存在?

这是一个关于“存在理由”的问题,它触及了科学、哲学甚至神学。科学主要回答“如何存在”和“如何演化”,而“为什么存在”则更偏向于哲学和形而上学的探讨。

科学的解释(如何存在):
大爆炸理论: 如前所述,科学描述了宇宙从一个极度致密的点开始,通过大爆炸膨胀和演化而来。但它并没有解释“为什么要有那个点”或“为什么要有那个过程”。
量子涨落理论: 如前所述,一些理论认为宇宙可能是从一个无中生有的量子涨落中产生的。这可以解释“如何”出现,但“为什么”量子涨落会发生以及“为什么”它会产生宇宙,仍然是深层问题。

哲学和形而上学的探讨:

1. 偶然性(Accident): 宇宙的存在可能纯属偶然,没有任何内在的必然原因。就像从无数次随机事件中偶然产生了一个特定的结果一样。这并不意味着它“没有原因”,而是说它的存在不是由某种预设目的或规律强制要求的。

2. 必然性(Necessity): 另一种观点认为,宇宙的存在是某种更深层现实的必然结果。例如:
本体论论证: 存在一个“至高存在”(如上帝)创造了宇宙,它的存在是其本质的一部分。
数学或逻辑的必然性: 有些哲学家认为,数学和逻辑是基础的现实,而宇宙的存在可能是这些抽象概念在物理世界中的体现。
规律的必然性: 物理定律本身可能就是宇宙存在的原因。例如,如果宇宙的“总能量”为零(能量的产生和消失相互抵消),那么创造宇宙可能并不需要“能量输入”,而是一个符合基本原理的过程。

3. 目的论(Teleology): 宇宙的存在可能是为了一个目的或目标。这通常与宗教或有神论的观点相关。例如,宇宙是为了孕育生命而存在的。然而,科学目前没有证据支持宇宙是为特定目的而设计的。

4. “为什么”问题的局限性: 有些人认为,“为什么宇宙会存在”这个问题本身就可能是一个误导。我们习惯于在事物之间寻找因果关系,但当涉及到宇宙的整体时,这种因果关系可能不再适用。也许宇宙的存在并不需要“理由”或“原因”,它就是“存在”本身。正如哲学家维特根斯坦所说,“世界是事实的总和,而不是事物的总和”。

人择原理(Anthropic Principle): 这个原理认为,宇宙的某些基本常数和定律之所以如此,是因为只有在这些条件下,才可能出现观察者(即我们)。我们之所以能问“为什么宇宙存在”,正是因为宇宙的属性允许我们的存在。这是一种解释,但更多的是一种陈述,而不是对“为什么”的根本回答。

总结来说,科学可以解释宇宙“如何”从一个状态演化到另一个状态,但对于“为什么宇宙会存在”这个问题,科学的解释是有限的。它可能只是一个偶然的物理过程,或者存在我们尚未理解的更深层的原因。这是一个开放性的哲学问题,答案很大程度上取决于个人的世界观和哲学立场。

宇宙的外面又是什么?

这是另一个非常令人着迷且难以回答的问题,因为它触及了“空间”和“边界”的概念。

理解“宇宙”的定义:
可观测宇宙 (Observable Universe): 这是我们能够观测到的部分,是由光速和宇宙年龄决定的一个球形区域。光线从宇宙的最远端传播到我们这里需要时间,所以我们只能看到在过去某个时刻曾经发出光线且光线已经到达我们这里的区域。这个区域有明确的边界,但它只是我们“能看到”的边界,而不是宇宙本身的边界。
整个宇宙 (The Entire Universe): 整个宇宙可能比可观测宇宙大得多,甚至可能是无限大的。

如果宇宙是无限大的:
没有“外面”: 如果宇宙在空间上是无限的,那么它就没有“外面”或“边界”。就像无限的数字线,你无法找到它的尽头或开始。你往任何方向走,都只会继续在宇宙中前进。

如果宇宙是有限但无界的:
类比:地球表面: 想象一下地球的表面。它是有限的(面积有限),但你沿着任何方向走,都不会遇到一个“边缘”或“尽头”。你最终会回到起点。宇宙也可能具有类似的拓扑结构,即它有有限的体积但没有边界。例如,一个四维的超球体表面(如果我们生活在其中的一个三维膜上)。
“外面”的意义: 在这种情况下,“外面”这个词本身可能就不再有意义了。我们所能描述的“空间”就是宇宙本身。

关于“外面”的推测和理论:

1. 多重宇宙 (Multiverse): 如果存在多重宇宙,那么“我们宇宙的外面”可能是其他宇宙。这些宇宙可能存在于一个更高维度或更广阔的结构中。我们无法直接观测到它们,因为它们可能不受我们宇宙的物理定律约束,或者与我们处于不同的“泡沫”中。
弦理论的膜宇宙: 在膜宇宙学中,我们所在的宇宙是一个高维空间(Bulk)中的一个三维“膜”。那么“外面”就是这个高维空间,以及可能存在的其他膜宇宙。

2. 一个更大的结构: 我们的宇宙可能只是一个更大的结构的一部分,就像一个细胞是生物体的一部分一样。这个更大的结构可能包含无数个宇宙,或者具有我们无法想象的属性。

3. 概念上的问题: “外面”这个概念源于我们日常经验中的三维空间。当我们讨论宇宙整体时,我们可能会无意识地将其投射到我们已知的空间概念中。也许在宇宙的尺度上,“外面”的意义完全不同,或者根本不适用。

目前的科学证据: 科学家们测量了宇宙的曲率。
平坦宇宙: 目前的观测结果表明,宇宙在大的尺度上是“平坦的”。在欧几里得几何中,一个平坦的空间可以无限延伸。这意味着宇宙可能是无限大的,因此没有“外面”。
微小曲率: 即使宇宙有非常微小的曲率,导致它是有限的,它也可能是无界的,就像地球表面那样。

总结来说,根据目前的观测和理论,宇宙要么是无限大的,因此没有“外面”;要么是有限但无界的,所以“外面”这个词也失去了它通常的意义。如果存在多重宇宙,那么“我们宇宙之外”可能是其他宇宙或一个更大的超空间,但这是我们目前无法直接证实或证伪的领域。“外面”这个概念可能需要我们突破现有的空间思维模式来理解。

这些问题代表了人类智力挑战的顶峰,我们通过科学不断逼近答案,但许多领域仍然是未知和神秘的。正是这些未知,激励着我们继续探索和思考。

网友意见

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想听听比较有意思的回答?这个宇宙其实是一个类似软件的系统,天地万物,都是这个软件里的用来计算用的工具罢了,它的目的就是用来进行计算出一个终极答案的。

  如何证明这一点呢?

  首先:这个宇宙不是无限的,它是有限制的,这就好有了固定硬件的计算机,性能是固定的。
比如光的速度,它的速度299792458米/秒(m/s),宇宙里的最大速度就是它。

  这个就类似于一台机器中的能量传递速度,总是有限的一样,有限是因为某种因素的影响,所以导致了光速是一定的。

  而所有的物体相对运动,它也不可能超过光速,这就使得这个宇宙中在速度上得到了统一,这样无论如何变化,总在一个限制的范围内,它就如同有一个有限制的硬件一样。

  如果你把速度背后的原理想象如同计算机一样,是通过CPU的运算,那就更加明白了,无论如何计算,在分片单元时间中,CPU最高只能有那么多频率,所以连物体的相对速度也超不过光速了。

  其次:从微观角度上看,目前认知物理规则只能在普朗克尺度之上有效,而到了普朗常量尺度之下,连时间也没有了意义。

  这说明什么,这个宇宙是如同一个计算机软件一样运动着的,你在整个软件不断细分,最终只能得到软件中的东西,而开始从软件中开始察觉到硬件的存在时,于是软件中的被代码所创造定律就开始失效了。

  再次: 宏观的世界中,用实数便可以表达,而微观世界必须用复数来描述的。

  不知道原理没有关系,只需要了解一个事实:微观世界与宏观世界是两个世界,而微观世界不使用复数来描述,就无法描述。这是因为微观世界开始接触到这个宇宙的本质性的东西了,而由于本来就是一个大软件的缘故,实际上这是在尝试探索更高维空间的性质。因为这个系统是由在更高的维度缔造出来的。

  还有:这个世界中很多规则其实只是很简单的规则迭代。

  以Rule30细胞自动机为例,一组很简单的规则生成了复杂的图案:


  这个与自然界中的神似:

还有分形,用简单的公式反复迭代便能得到自然图的图案。

  这个图案是用公式迭代出来的。

这个也是简单的公式迭代出来的。

  其它还有很多,比如雪花的形状,海岸线的分布,植物的纹路等,很多都是这样。

  最后:这个世界中的宇宙常数都是为了让更高智慧的生物进化。

  有个理论叫人择理论,大体说的是,宇宙的存在是为了让人类出现,初听起来很荒谬,但是提出这个理论后,预言了一些宇宙常数与后来发现的相符。

  其它还一些证据可以表明:当年恐龙在地球上存活了1.5亿年,想来是早早进化出来了站立行走,所以觉得本来是有期望的,然后过了1.5亿年,却还是爬行动物,于是,突然间灭绝了。

  然后人类有一个分支,叫尼安德特人,不同于现代的人类,是一个很有潜力的种族,40万年前就会使用火了,在40-50万年前曾广布欧洲大部和中亚,并早早就发明了石斧与石弓,然而过了十万年,他们还在用石斧与石弓,生活非常无忧无虑,悠闲自得,甚至还抽烟。

  不过灭绝了,据考证说,灭绝原因是被现代人给吃光了。

而现代的计算机算法中,有种算法叫遗传算法,是模拟自然界的生物的进化而来,而遗传算法用来进行最大的好处是求解一个结果,有很好的收敛性,在计算精度要求时,计算时间少,而且稳定性高。


  所以,这些物种的突然灭绝,看起来更像是宇宙在演进计算的过程中,进行了对错误方向的及时的纠正,改变了演进的方向,以加速运算过程。

  其它还有什么佐证?

  四五千年前,地球上各文明突然出现大爆发,虽然文明出现是必然的,但是相隔那么远,都近乎在一个时间同时爆发,这个就不必然了,这些显然是一种加速刺激,就像是中间有作弊了一样,显然是进行了集体的直接的参数优化调整导致的。

  同样的,大概在两千多年前,又进行更深度的优化,世界各地不约而同突然涌现出来了各种思想家,并且这些思想被传播到世界各处,其中最令人吃惊的是,这些思想大多穿越了时代,而这些思想家却像是突然冒出来的一样。


  然后人类文明开始进行了更快速的发展,不过这个结果宇宙未必是足够满意的。

  因为从世界各宗教或思想的原始经典来看,有很多描述显然不是那个时代应该出现的,嗯,显然是作弊了。

  比如《道德经》中:道冲而用之或不盈,渊兮,似万物之宗;挫其锐,解其纷,和其光,同其尘。湛兮似或存。吾不知谁之子,象帝之先。

  无形也无象,没有空间,也没有时间。然后微妙之中,出现了一个点,它其极小极小,其微而无内,此时还没有万物,所有的能量与物质皆包含在其中。 突然间,它突然爆炸而开,时间与空间也在此时产生了,巨大的冲击带着数以无量之计的粒子,以光的速度,飞速扩张而开。【道冲】

  但这种迅速扩张并没有太久,便变得缓慢下来了,形成了宇宙的空间。【用之或不盈

  有一些飞得更快非常快,有一些飞得要缓慢一些,于是它们便撞击在一起,纷纷乱乱,撞来撞去,又因为有万有引力,于是这些粒子开始分别吸引在了一起,不断无序而杂乱,而是开始凝结、积累,形成一个个星球。【挫其锐,解其纷】

  众多的星球,密密麻麻的在星空里存在着,有些发着光与热【和其光】,还有些黯淡无光像尘土一样【同其尘】。

  而星球之间的空间,看起来其清澈而清底,其中点缀有密密麻麻的星球,似是存在那里很久很了。【湛兮似或存】

  那最早的那个,是从哪里孕育出来的呢?【吾不知谁之子】,似乎是在天帝之前啊。【象帝之先】

  近代也有明显被调整的例子,比如欧洲的工业文明,不觉得来得太快了吗?

有评论说,近代科学的爆发,是很正常的,几千年的积累,那么这里再举点例子说说其实不是很正常:

1、元素周期表

化学的发展有一个非常重要的里程碑,就是出现了元素周期表,这个是一个非常伟大的发现。然而这玩意是怎么发现的?

门捷罗夫是做梦到得到的启示,然后发现了元素周期表。

2、量子力学

按通常的说法来说,其实量子力学的出现是一个花花公子为了毕业,于是拼凑了篇论文,只有一页纸,然后他老爸看不下去,怕他毕不了证,于是写信给爱因斯坦叫推荐一下,于是爱因斯坦含糊的回复说,这个年轻人观点有意思。

结果安排到了小讲师手里,然后这个小讲师一看,爱因斯坦推荐,又发现论文上竟然没有公式 ,于是疯狂地研究并拼了个公式出来,于是著名的薛定锷方程就这样产生了。

更为巧妙的一点是,这中间有一个时间差,如果量子力学再早一点发现,矩阵力学就不可能出现,因为1925年玻尔的得意弟子海森堡提出了著名的矩阵力学,最有意思的是,事实上就是海森堡本人也并不懂“矩阵”,而只是在他的理论出炉之后,哥本哈根学派的另一位弟子玻恩告诉海森堡他用的东西在数学中就是矩阵。

其它还有很多了,都是意外的科学发现,电流、X射线、超导电性、青霉素、脉冲星、宇宙微波背景辐射等的发现,预防天花的牛痘接种法、细菌染色的革兰氏法、蛋白质试验中的色氨酸离析法等的发明,以及对电和磁之间的关系、胰岛素与糖尿病之间的关系、减弱病原体免疫法原理等的确认,都是由某种偶然性或意外事件触发而取得,有些还是诺贝尔科学奖量级的重大成果。

英国著名生理学家W.I.B.贝弗里奇在《科学研究的艺术》一书中,用了两章篇幅论证了科学新发现中机遇和直觉的重要性,特别指出:新知识常常起源于研究过程中某种意外的观察或机遇现象。

这些都是比较细的了,如果宏观来看。

第一次工业革命蒸汽机还刚出现没多久,大家还没有爽够的时候,第二次工业革命就出来了,内燃机的出现,大大促进了交通的发展,让地球上的物资运输更加迅速。

  然后第二次工业革命同样还在大家意犹未尽时,第三次科技革命以原子能、电子计算机、空间技术和生物工程又井喷式的冒了出来,于是人类的信息传递也开始飞速,现在整个地球上只要有互联网的地方,从一处与另一处进行信息交流只在瞬息之间。(这里没有考虑翻墙)。

而现代更是,往往一个科学发现及技术应用还没有多久,迅速就被会淘汰掉,发展速度是越来越快,现代发展到底有多快?想想二十年前的生活,再想想现在。

  这说明人类的进程在近期发展越来越快,进行了一种飞速的发展期,这个宇宙已经迫不及待在尝试不断加速这种过程了,而这种发展的过程中,又往往开始了对早年否定过的东西进行反思,并再加以更深层次的讨论。

  这一切,无不在表明,这个计算系统正在更终极的目标迈进,人类的发展不能停滞下来,不然的后果便会非常严重。

  正如易经中说:“天行健,君子以自强不息”,如果不这样便不符合天道。

  所以那些反科学的,反对进步的,终究是会被淘汰,会灭亡的。

  明白了这些后,现在来回答题主的问题:

  问:宇宙的开始之前是什么?

  答:开始之前还没有被造出来。

  问:宇宙要走向什么?

  答:自然是计算出终极的答案。

  宇宙为什么会存在?

  答:为了计算而存在。

  宇宙的外面又是什么?

  答:宇宙的外面是这个宇宙来源之处。

  以上,是逗乐子,勿当真。

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