北京时间 7 月 29 日消息，宇宙空间究竟是什么模样？近年来，科学家探索了许多解释宇宙的方法，产生了一些听起来非常疯狂的想法：从一个涉及宇宙漂浮在更高维度空间的膜宇宙场景，到描述宇宙膜彼此碰撞形成一个全新宇宙的构想。
我们认为宇宙具有三维结构 —— 可以沿着三个垂直的方向移动，然而，一些理论提出宇宙还存在另一个垂直方向的空间维度，这是我们无法直接感知的空间维度。这个更高维度的空间被称为“体（bulk）”，而我们的宇宙是一个三维膜，漂浮在“体”内部。
虽然膜宇宙概念听起来很复杂，但该理论解决了几个物理学问题，例如：美国哈佛大学理论物理学家丽莎・兰德尔和马里兰大学科学家拉曼・桑卓姆提出了一种膜宇宙的版本，通过提出与我们的膜宇宙平行的其他膜的存在，从而解释亚原子力的不对称性。但是仅用一个理论来解释我们已经知道的事实是远远不够的，它必须做出新的预测，该预测可以通过实验进行验证。在兰德尔-桑卓姆的模型实例中，这样的测试可能包括测量两个膜的黑洞释放的引力波。
科学家预测称，在遥远的未来，星系最终会漂移至很遥远的区域，以至于某个星系发出的光永远无法到达另一个星系。事实上，随着恒星逐渐衰老走向死亡，将会在一段时间里没有光或热。此时，宇宙将变得黑暗、寒冷、空洞虚无。这听起来像是万物终结，但依据一种理论，这实际上是下一个宇宙的开始，处于一个不断重复的循环中。
大碰撞理论是基于膜宇宙的一种理论观点，认为我们的宇宙是无数个宇宙之一，大碰撞是指当一个冷而空的膜与另一个膜碰撞时发生的情景，只要有充足的时间，该情况就一定会发生。宇宙学家尼尔・图洛克和保罗・斯坦哈特认为，这样的碰撞将产生足够的能量来创造一个全新的宇宙，他们称之为“火宇宙理论”，但物理学家加来道雄（Michio Kaku）将其称为“大爆炸”。
大爆炸仍是许多科学家偏爱的宇宙理论，它由两个关键的观测结果支持 —— 宇宙膨胀和宇宙微波背景辐射（CMB），大爆炸后不久，宇宙体积较小且处于高温状态，充满着类似太阳释放的炽热等离子体。
然而我们仍能观测到宇宙初期超高温阶段的残留迹象，当时放射性物质海洋充斥着整个空间，在宇宙诞生之后的几十亿年里，宇宙膨胀过程已从高温状态降低至零下 270 摄氏度，但科学家通过射电望远镜仍能观测到宇宙诞生之初充斥的“等离子体海洋”。
宇宙微波背景辐射在每个方向上看起来都是一样的，如果宇宙总是以当前的速度膨胀，就无法解释了。许多科学家认为，大爆炸后几分之一秒经历了一个极其快速短暂的“膨胀时期”，突然的膨胀可从亚原子规模增长至数光年等级。
人们可以联想一下安全全息图像，这基本上是一个二维对象编码在一个完整的三维图像中，依据该理论，整个三维宇宙可能在其二维边界上被“编码”。这听起来可能不像生活在模拟空间中令人兴奋，但它有一个优势，那就是它是一个科学可验证的理论，2017 年，英国南安普顿大学研究表明，它与观测到的宇宙微波背景辐射波动模式是一致的。
美国宇航局称，大爆炸是我们对宇宙起源的最佳预测，远古时期宇宙密度较大，未来密度会变小。但并非所有科学家都认可该观点，部分科学家认为宇宙密度保持不变，即使在宇宙膨胀阶段，他们的理论观点是宇宙每 100 万年/每立方米空间大约产生 3 个氢原子，这意味着宇宙不断产生新物质，不断湮灭其他物质，始终处于平衡状态。但是随着宇宙微波背景辐射的发现，该理论模拟被认为并不合理，无法解释诸多宇宙现象。
在宇宙大爆炸的传统观点中，为了解释宇宙微波背景辐射的均匀性，有必要假定早期存在一种超高速膨胀，即所谓的“暴胀”。一些科学认为，当宇宙脱离这个膨胀阶段时，它仅是膨胀空间“汪洋中的一个小气泡”。保罗・斯坦哈特提出的“永恒膨胀”理论中，其他泡沫宇宙不断地在膨胀汪洋的其他区域出现，构成了一个“多元宇宙”。
这个理论变得更加奇怪，因为其他宇宙没有理由遵循相同的物理定律，有些宇宙可能拥有更强的引力，或者不同的光速。虽然我们当前无法直接观察其他宇宙，但其中一个可能会与我们的宇宙发生碰撞，科学家甚至认为宇宙微波背景辐射中的“冷点”就是宇宙碰撞的印记。
宇宙理论依赖于对引力的准确理解，引力是物理学中唯一能在非常大尺度上影响物质的作用力，但引力本身并不能解释某些天文观测结果，如果我们测量某星系外围恒星的速度，它们移动得太快了，如果唯一阻碍它们的是可见星系中的引力，那么它们就无法运行在轨道上。同样，星团似乎是由一种比可见物质引力更强的力量聚集在一起。
目前科学家提出两种可能性解决方案，最受大多数科学家青睐的标准说法是，宇宙中包含无形的暗物质，而暗物质提供了缺失的引力；另一个另类观点是，我们当前的引力理论是错误的，应该被一种叫做“修正牛顿动力学（MOND）”的理论取代，这是科学家在 2002 年发表的《天文学和天体物理学年度评论》杂志上提出的。两种可能性解释 —— 修正牛顿动力学理论和暗物质，同样符合观测结果，但仍需更多的实验进行证实。
超流体时空将时空想象成一种零粘性的超流体，这种流体具有一种奇怪的特性，当超流体被搅拌时，它们不能像普通液体那样整体旋转，而是分裂成微小涡旋。在超流体时空中，涡旋可能是系形成的种子。
迄今为止，所有关于宇宙的理论大多数来自科学家的观测数据，但有一种宇宙理论来自哲学家的观点。如果所有关于宇宙的信息都是通过感官和科学仪器进入人类大脑，谁又能说这些信息不都是一种巧妙设计的错觉呢？或许整个宇宙仅是一个超级复杂的计算机模拟系统，科幻电影《黑客帝国》中就存在着类似的概念模拟系统，尽管模拟宇宙理论听起来很古怪，一些哲学家还是进行了认真全面的分析。然而，目前模拟宇宙理论仍未通过科学理论的检验，这是因为它无法被证明是真的或者是假的。
物理定律涉及到一些基本常数，这些常数决定了引力、电磁力和亚原子力的强度。据我们所知，这些数据具有一定的价值，但如果它们与实际数值稍有偏差，宇宙将会成为一个完全不同的区域。对我们来说最重要的是，我们所知道的生活事物，包括我们自己，都可能因某些宇宙常数差异而不存在。尼克・博斯特罗姆在撰写的《人择偏见》一书中提出以自我为中心的人类理论，一些人认为这是宇宙是为了类人生命的进化而“有意识”地设计的理论证据。
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