宇宙是否是无穷大的?如何向怀疑论者解释这个事实?

本文参加百家号 #科学了不起# 系列征文赛。

如果你相信宇宙是无限大的,你能真的理解10000000…(10的10的100次方的次方)光年仅仅只有整个宇宙直径的0.00000001%吗?你真的不觉得这里有问题吗?

一个石块很小,可以放在我的手掌中。

一座山很大,塞不进我的手中,但我能看到它。

地球应该会更大,放不到我的手中,我也看不到它,肯定是假的。

地球是太阳系的一部分。地球是假的,太阳系也肯定是假的。

星系是假的。整个宇宙都是一个谎言。

这就是坐井观天的人从他的角度上产生的观点。

科学是真实存在的。仅仅因为你不理解,并不意味着核弹不能带来毁灭。

并不意味着气候变化不是真实存在的。

并不意味着这些年逾古稀的科学家们发表的研究成果都是错的。

并不意味着宇宙没有几十亿年的年龄。

如果你怀疑科学,那就别用你的电脑。同样别用你的手机、电视、汽车,和很多其它在1995年后生产的设备。

再也别去看医生。

别跨过为你敞开的自动门。

别用贷记卡和借记卡,只用现金付账,也别去银行,银行的电脑会保存的你的记录。

别去使用条形码的商店,它的收银台也有电子设备。

如果你不相信科学,你怎么能相信任何一个有电脑芯片的东西呢?毕竟芯片也是科学的产物。

科学是一个整体。

像是创造论(认为万物由上帝创造)这种非科学理论,之所以不能够被认为是科学,是因为它不能被其它科学理论所佐证。事实上,要让创造论成立,必须要推翻微积分,而后者正是许多科学理论的表达方式。也要推翻物理、化学的基本理论,这些是其它科学领域的两大支柱。

我一开始只是想写个评论,写得太长了,所以把这些写成了这样。

从很多角度看来,我对许多领域的知识一无所知,与穴居人并没有什么差距。但我相信科学,我知道我只了解世界上知识的亿亿分之一。我往烧杯中放了一些粉末,然后烧杯中的东西就会升温或降温,然后你得出了方程,知道要让温度上升十度要放多少粉末。然后你就能告诉自己,这里发生了什么化学反应。

或者说用开水来加热金属,然后把金属取出,放到有250毫升的水中,计算金属放出的热量。通过记录水的温度变化,这样就能得出这种金属是什么——如果它是纯金属不含杂质的话。科学很奇怪,但它确实奏效,每次都是。实验的可重复性是科学理论必须要做到的,这样它才能被称作是一门科学。

我个人并不认为宇宙是无限大的。逻辑表明宇宙并不是无穷的。目前的大爆炸假设/理论包含的奇点是一个单个极小的点(科学家认为这个点比一个原子还小)。这个理论要成立就需要这个奇点是有穷的。

这个理论解释了早期宇宙的膨胀,被科学界所接受,而在这个理论中早期宇宙是有穷的。但要记住,这并不是说宇宙膨胀是像一个三维球状的膨胀。

我们认为(非常确定)宇宙事实上在不断膨胀。一个膨胀的宇宙不可能是无穷的。(我很好奇为什么在我们所处的星系团外所有的星系都在远离我们。)

图:右侧为遥远星系的光谱,左侧为太阳光谱。谱线的红移是宇宙膨胀的证据之一。图源wikipedia

只有一个静止的宇宙才可能是无穷的,因为它不会有物质的增加和减少。

无穷=未被定义

首先,我不认为宇宙是无穷的。既然它是在某个时间点产生的并且以一个确定的速度膨胀,它怎么可能是无穷的?即使这个时间点是很久之前(确实是在几十亿年前)而且膨胀的速度很快(有多快?),它仍然是有穷的。

图:宇宙,以随时间变动的一系列圆盘状“切片”表示,时间轴从左到右 图源wikipedia

第二,我的观点是怎样的并不会有任何影响。我认为上面说的这些已经足够说服你了。

第三,你列举的数字并没有任何意义。如果宇宙是无穷的,你可以把这些数字换成任何一个数字。而如果宇宙是有穷的,就会存在一个数字能让你的说法变成错误的。

第四,我能不能理解和事实是怎样的完全无关。人们想象数字的能力在很低的水平上就失效了。我们其实难以想象1000,更别说100万。但我们知道宇宙的直径肯定大于100万光年。所以就算我们不能想象又如何呢?在尺寸这个方面,宇宙不一定需要你能想象和直观理解它。甚至,我们能从理论得出宇宙的年龄有几十亿年,这件事本身就不可思议了,即使我们不能直观想象这么长的时间。

第五,不,这不能说明任何问题。

答案是1/无穷大。不管你的数字用什么单位,它都可以被认为仅仅是一个数量单位。任何数除以无穷大——你列举的是10的10的100次方的次方()(这个数字是几都没关系!),这就是你的数量单位。我们用1来代替。无穷多这个数量才能组成无穷大。总之,不管你用什么数量级的数字,这个数量就成为你的单位(欧几里得的素数无限定理)。

下面是几个例子:

范围:-100——————0——————+100.无穷多个这样的数量才能组成无穷大。常用的数轴只是用来表示自然界中数字的一个非常非常小的单位,这在我的书中有解释。

-10的10的100次方的次方()————0———10的10的100次方的次方()

这变成了你的新的单位。无穷大除以这个数量级的答案仍然是:无穷大。

作者:Michael Cozad、Robert Mentzer、Peter Flom、Radhakrishnan(Arkay) Nair、

FY:洁斯凯烈焰天下第一

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