宇宙其实很小：总有一天人们能把宇宙装进口袋里

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浩瀚宇宙，无垠苍穹，在我们的认知里，宇宙大得不可思议。就拿下面这张照片来说吧，这是哈勃超深空图像，乍一看就像一堆恒星，但其实远不止这些。

这张图像所显示的不是恒星，而是星系，每个星系约有1000亿颗恒星！但宇宙比这还要大。

上面的图像中显示了10000个这样的星系！但宇宙比这还要大。哈勃超深空图像显示的是夜空的3200万分之一，相当于百米之外一个网球的大小。

哈勃超深空

宇宙大得让人难以置信。从常规角度来衡量宇宙，它的大小是让人难以置信的。所以本文将从非常规角度来看待宇宙，从某种角度上来讲，宇宙的大小不值一提了。

论点1——虽然现在的宇宙浩瀚无垠，但它曾经只有一粒沙那么大

如果时间倒流，回到宇宙形成后的大约10–34秒，大家就会发现宇宙从亚原子大小变成了高尔夫球大小。但不久以前，宇宙只有一粒沙那么大。

该论点并没有否认宇宙现在的大小，而是说整个宇宙（包括它所有的能量、物质和其中的空间）仍然可以被放入一粒沙大小的空间中。所有的城市、木星、太阳以及超深空图像中的所有星系——它们都曾经身处于一粒沙大小的空间中。

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因此从这种意义上说——尽管宇宙现在很大，但它曾经很小。如果宇宙最终出现了大坍缩（有些人相信这种情况有可能发生），那么大家至少可以把它未来的状态描述成微小，极其微小。

论点2——一个人可以用56年的时间跨越宇宙

没错，一个人可以用56年的时间穿越整个宇宙。

安·德鲁扬——《宇宙》的作者

欣赏安·德鲁扬的《宇宙》中的一个片段：

“一个人可以登上宇宙飞船，以相对舒适的1g加速度航行。该加速度对于乘客而言是相对舒适的，因为它感觉就像正常的重力一样。两年后，该飞船将以接近光速的速度航行。然后它将停止加速，以该速度滑行。然后，该乘客将在零重力状态下漂浮52年。此后，该飞船将开始减速，以-1g的加速度减速两年。对乘客来说，这种减速也和重力差不多。”

“56年过去之后，该飞船会停下来，这个时候它已经穿越了整个宇宙。为什么他们仅仅用了56年时间就走了这么远的距离？因为他们以接近光速的速度航行，时间对他们来说变慢了。因此，虽然对于乘客来说只过去了56年，但实际上已经过去了数十亿年，乘客到达了数十亿光年以外的地方，也就是宇宙的另一边。”

实现这一目标略有难度。首先需要一艘能以该速度加速两年并能承受最高速度的宇宙飞船。当宇宙飞船的速度接近光速时，只要它与一便士大小的太空垃圾相撞就会被撕成两半，这将是一个巨大的挑战。

即使乘客可以幸免于难，但时间差也只能保证乘客到达时地球已经消失。乘客可能会到达目的地，成为宇宙中的最后一个人类。

当然，宇宙在这段时间内也会发生变化。它可能会膨胀或坍缩，所以乘客到达时不会正好位于宇宙的另一边。乘客和飞船可能会在其他地方，他们的位置也可能超出了宇宙的范围。

但安·德鲁扬认为，无论如何，这都是有可能实现的——因为宇宙如此之大，人类可以在一生中穿越宇宙的很多区域，至少在理论上是这样。

论点3——马克斯·泰格马克最后可能会将整个宇宙放入人们的口袋

马克斯·泰格马克关于宇宙的看法与人们的传统观念不同。他指出，其实人类在宇宙中可能是孤独的，也就是说，人类与外星邻居相距甚远，永远无法与他们交流。

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听起来很丧是不是？但笔者发现他对宇宙的看法十分积极。泰格马克在他的《我们的数学宇宙：我对现实终极本质的探索》一书中指出，宇宙中的绝大部分（即使不是全部）都可以用数学术语来定义：

“尽管两次智力探索开始的方向相反，目标一大一小，但它们最终都会在一个地方相遇：数学结构领域。当你在宇宙中变得极大或极小时，一切都可以被看作是数学结构。这种观察宇宙的方式非常有趣，能给人很大的启发。”

泰格马克认为，尽管中型物体可能让人深感困惑，但大型和小型物体都能让人理解

·        中型物体：人类可能永远无法完全搞清楚复杂的大脑思维。地球上绝大部分的海洋仍未被探索，而且人们可能永远无法彻底探索。

·        小型物体：但是原子呢？人们也许某一天会完全搞清楚。因为这只不过是数学而已。

·        越来越大的物体：那么不属于人类的太阳系、星系和星系团呢？和原子一样，人们会搞清楚的——只不过是数学而已。

泰格马克数学结构力排众议的一个范例是人类对系外行星的探索

寻找太阳系外行星的方法有很多，其中一种是中天法，操作起来非常简单。

用来寻找系外行星的中天法

简而言之，步骤如下：

·        找到一颗恒星

·        测量其光强度的变化

·        当行星在它前方旋转时，它的光强度会发生变化，因此一段时间后就可以确定它有多少颗行星、它们有多大以及行星大气的组成成分和温度。

这就是中天法。通过这种方法，人类已经发现了3170颗系外行星。仅仅应用了一点数学知识，人类就发现了3170颗系外行星。现在把数学提高一个档次，看看未来会发生什么。

泰格马克和量子计算可能会将整个宇宙放入人们的口袋

首先看一下泰格马克的假设：宇宙的任何部分（无论大小）都可以看作是数学结构。

这是一台量子计算机的量子处理器量子计算使用了无限量的量子态，因此人类的计算能力可能是无限的——所以依笔者拙见，这同样是一个合理的假设。笔者认为：尽管人类在宇宙中的航行可能会受到自身体积、寿命和光速的限制——但人类的计算能力不受任何限制。

不用担心是否能造出可以远行的宇宙飞船，更不用担心人类是否能在这次远行中幸免于难。人们只需要制造出运行速度越来越快的计算机——一旦确定轨迹，这项工作就会开始，之后人们需要收集更多的数据进行推断。

口袋里的宇宙

芒特普莱森特的射电望远镜

想象一下：人们用功能更加强大的望远镜和卫星收集数据，然后用更加先进的量子计算机处理数据。这些量子计算机绘制出更详细、更精确的宇宙地图。人们通过数据和外推法间接地观测宇宙，但他们的计算能力可以让这种间接观测变得非常精确。

也许有一天，人们可以用谷歌地图探索世界的方式来探索宇宙。人们对自己想探索的地方有了大致的了解，然后把地图放大，看看那里有什么；或者添加一个滤镜，比如含有双星的系统，然后把地图放大，看看那里有什么；或者随便找一个象限，然后把地图放大，看看那里有什么。

就像谷歌地图一样，这种力量将属于每一个人。每个人都可能会拥有一台量子计算机，甚至是囊括整个宇宙的量子U盘。他们可以把量子设备放进口袋里。

人们不能直接通过泰格马克的观点来探索宇宙，但这是很有可能实现的

关于人类在宇宙中的物理位置，有一个难以忽视的真相，那就是人类可能被一系列残酷的现实（人类渺小且终有一死，尽管发展很快，但他们不能想去哪里就去哪里）束缚于银河系的一潭死水之中。

但是就人类的计算潜力而言，一切皆有可能。人类自身的体积、寿命或光速都可能不受限制。用计算机回答某个问题时，答案可能是肯定的。用泰格马克的数学术语思考宇宙时，计算出“肯定”的几率会显著增加。

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再回到前面的问题，就进行真正太空之旅的潜力而言，人类不应该说做不到。即使无法摆脱死亡和光速的限制，我们仍有可能想出两全之策。但是人类似乎可以通过计算机探索宇宙，不必设法规避自身的生物或物理定律限制。

人类的计算潜力无限大，而宇宙——尽管它看起来很大——但其实是相当小的。

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编译组：周果、朱怡

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