宇宙比你要年轻

关于宇宙，一直有两个问题，一个是关于时间，也就是宇宙的年龄是多少，另一个是关于空间，也就是宇宙有多大。

根据目前科学界广泛共识，认为宇宙的年龄约138.2亿岁，可观测宇宙半径约465亿光年。

初看之下，这句话似乎没有问题，但是狭义相对论告诉我们，宇宙中速度的上限是光速，也就是C，数值为3 * 10的8次方。试想一下，如果宇宙大爆炸理论是正确的，宇宙由一个奇点膨胀扩张，那么宇宙的半径就应该是：

宇宙最远半径 r = 宇宙年龄 years * 光速 C

所以宇宙最远半径应该是138.2亿光年。这个结论和可观测宇宙半径相差较远。宇宙年龄和宇宙半径肯定有一个是错的。

但是我们换个角度思考，在什么情况下，这两个说法都能成立呢？光速C不是宇宙速度的上限吗？你可能优先排除这一点，但是现代物理认为这个是宇宙的基本法则，那么我们再想想什么情况下，两个点之间的距离大于他们之间的直线距离呢？

是的，你很容易可以联想到，在球体上的两个点，如果穿过球体，那么他们之间的距离不会大于球体的直径，但是如果测量他们在球体表面上的距离，那么这个距离最大的值是一半的球切面周长，也就是 PI * r，也就是说球体表面上两点之间的距离大于两点之间直线距离。

我们很可能在一个球体的宇宙的表面。我们到达另外一个点不能直接闯过球体，必须沿着这个球体的表面，包括几百亿年外的星光，也是沿着这个表面到达地球的。所以我们又要问，这个表面是什么？不能穿越的球体又是什么？

这个表面就是空间本身。我们经常说宇宙空间，似乎那广袤无限的星空，就是宇宙本身。但是如果你意识中已经想到了那个球，那个撑起这个表面的球，你就会认可，那个球才是宇宙，那么问题来了，宇宙是一个球，空间是它的表面，那么球是由什么构成的。

在生活中，不可跨越的东西，你首先想到什么？一堵结实的墙？但是有比墙更难跨越的东西。举个例子，你和朋友约好去郊外，但是你迟到了，你的朋友已经坐了上一班列车先出发了， 你只能坐紧接着的下一班车。那么你能追得上你的朋友吗？如果两列车的运行速度一致，你就没有办法在途中和你的朋友会和了，这不是空间的限制，因为你朋友到达的某个站点，你也会稍晚的时候经过，这是什么在限制呢？是的，是时间的限制，你无法穿越的是时间。

回到那个球，充斥球体的，无法穿越的存在就是时间。时间的流逝，就像我们坐在列车上，我们跟着列车前进，我们也跟着时间前进，但是我们无法自由的在时间线上来回，时间的流向是单向的，所以我们无法在这个流动的时间线去追赶前一班列车。

直到目前为止，我们只是通过想象力，把时空的概念和生活的常识绑定到一个球体的宇宙模型。比如说，这个球体为什么不能是由某种物质填充的呢？这种物质是如此的稠密，所以光无法穿越，但是并不意味着其他的高能射线无法穿越，而人类对深空宇宙的探测能力基本是依赖于光，如果我们能够发现某种穿越这种稠密物质的高能射线，也许我们宇宙还是一个"通透的”模型，就像一块面包，如果我们是蚂蚁，最省力的方式是在面包的表面爬行，但是如果是有力气的蚂蚁，我们可以用牙齿在面包的里面穿梭前进。

虽然可能存在面包里穿行的“蚂蚁”，但是我们已知的物理世界里，我们以及构成我们的物质，他们都只是面包表面上的“蚂蚁”，也就是说，对于我们而言，空间本身就是面包的表面，如果要穿行面包，我们必须变成另一种“蚂蚁”，也就是我们必须转变成另一种物质。所以定义已知的物理世界的空间，就只是这层“面包皮"。

回到我们的宇宙球体模型，

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它能解释为什么宇宙年龄的”大小“和宇宙空间的”大小“的差异，那就是空间不是平坦的，而是一个曲面，也就是空间是有曲率的。这一点虽然容易被我们接受，毕竟我们都熟悉在三维空间中的球体。但是注意到我们使之弯曲的并不是一个平面，而是三维空间本身，它不是笛卡尔坐标系里的一个曲面，而是在其他的维度上的”非均匀“。怎么理解”非均匀“？在笛卡尔坐标系里，一个x, y的平面，可能是一个曲面在x,y的投影，因为投影把这个曲面的z轴坐标规定为常量0。如果这个平面的点的z轴坐标都是某个常量数值，那么这个平面就可以抬升，那么它还是一个平面。如果他们都朝着某个方向均匀变化，那么这个平面就是一个斜的平面。

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空间在笛卡尔坐标系里是均匀的，或者说平坦的，但是它在第四个维度上就是非均匀的，或者说不平坦的。当然它可以不是一个完美的球体，而是凹凸不平的。

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甚至它可以是一个圆柱体，或者一个圆锥体等等

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只要它的表面是一个曲面，其实我们并没有在这些模型里去选择谁优谁劣的问题。但是我倾向于不用球体模型，而是用类似圆锥体的模型。

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回到我们之前的想法，充斥了这个宇宙模型而不可穿越的是时间。那么时间不是静止不动的，在我们的朴素认知里，时间就是匀速向前流动的。想象一下，充斥在这个圆锥体里的名为时间的这种介质，它在以一个固定的速率向下流动，这就像一个井，而时间就像井水，匀速的向下流动。

当然说时间在运动可能不太贴切，也有可能运动的不是时间本身，而是我们，就像由于井水是不动的，但是它太光滑了，而井本身在不断匀速下滑。而我们在井的表面，也在时间这个坐标轴上匀速下滑。那么我们下滑的速度是多少？

很可能是光速 C。

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有一个理论认为，宇宙中所有物体在包含时间轴的坐标系里运动的速度都是C。只不过光把所有的速度都投射在空间轴上，所以光在空间的运动速度是C，在时间轴上的运动速度是0。而包含人类的其他物质在空间中运动的速度或大或小，但是他们相对于光速来说，都处于一个低速区域，这样我们绝大部分速度都投射在时间轴上，我们的时间流逝的速度就略等于光速（损失了一定的空间速度，但是相对于光速非常小）。

那么如果有一束光从宇宙诞生的时候开始就被发射出来，直到现在为止，它在时间轴上经过的距离仍然是0，也就是说这束光的年龄是零。在宇宙经过了130亿年的现在，有一束光仍然是最初的那束光。那么我们要回到最初的问题，宇宙的年龄是多少？如果以我们作为代表，那就是130多亿年；如果以那束光为代表，那就是0。

可能你会说，一束光怎么能代表宇宙呢？那么衡量的标准是什么呢？例如一个面包，如果它被切成两半，那么哪一部分最能代表这个苹果呢？一个合理的解释是，较大的那部分，或者可以说，较重的那部分，物理上也就是指，质量较大的那部分。回到宇宙的问题，宇宙在大爆炸的那一刻，大部分质量可能都是以光这种能量的方式发射出来的（是的，光是有质量的，光电效应的理论基础就是光子”撞开“了金属表面的电子，那么光子必须有质量才能做到这点）。你可能会说，都已经过了130多亿年了，这些能量应该都衰减了，或者说速度都变慢了，或者说都停下来了。但是还记得那束光吗？经过了130多亿年的只是我们，而那束光经过的时间是零。也许宇宙的大部分质量只是经过了极其小的时间，他们并不需要什么巨大的能量去维持他们在空间中的高速运动，因为他们根本不需要”维持“这个说法，他们并没有在时间这个轴上经过什么距离，也就说他们在时间这口井里并没有像“我们”这样滑落，而“我们”这样的物质反而是宇宙中的少数派。也就是说：

宇宙比你要年轻。

假设宇宙是一个超高速计算机，它读取某部分的数据，不断进行计算，每个CPU的周期后，这部分数据都会更新到一个新状态，一个最新的CPU的主频是4GHZ，也就是1秒钟可以产生40亿个脉冲信号，对于那些数据不更新或者更新缓慢的部分来说，这就意味着当数据频繁更新的区域经过了40亿个时间周期，更新了40亿次状态之后，有些数据区域只经过了可能一到两个状态，这些数据区域的时间是不均匀的，甚至可以说是，一秒亿万年。

我们越来越接近这样的结论，宇宙中的空间是不均匀的，时间也是不均匀的。在这里结束是可以的，但是我们可以继续探讨一个问题，如果填充宇宙的是时间，那么正是时间的不均匀引起空间的不均匀。

我们之前把时间比作一列向前匀速行驶的列车，而假如我们买的是站票，我们是怎么跟着列车一起前进的呢？是我们和列车的摩擦力，它的本质是电磁力。宇宙中有四个基本力，电磁力，弱作用力，强作用力，引力。除了引力外，其他三种基本力都在物质的形成机制中起到了作用，这是物质的已知基本粒子，也就是各种夸克和电子形成物质的机制。但是引力很特殊，引力是一种长作用力，而且它和物质的形成机制看上去没有那么密切的关系。我们将要讨论的是，引力和列车上的摩檫力一样，是让我们跟着在时间的流动中一起跟着运动的原因。

引力是两个有质量的物体之间的吸引力，它和距离的平方成反比，而且它具有单向性，只会把物体互相靠近，而没有互相排斥。如果我们要知道引力的本质是什么，我们就要 知道质量的本质是什么？质量的本质是，物体抗拒速度改变的程度，这是牛顿经典力学就告诉我们的。但是如果在狭义相对论力，这个事情就变得更有趣了。回到这个图里，

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如果一个物体在空间速度的改变，就会影响它在时间上的速度，那么一个物体的质量不仅是抗拒空间速度的改变的程度，也是它抗拒时间速度的改变的程度。一个质量大的物体，例如地球，总是会拽着你，在时间的井里，以同一个速度滑落。除非你的速度，能够大于地球的逃逸速度，也就是第二宇宙速度，11.2km/s。即使你离开了地球，你还是会被太阳的引力捕获，你需要达到太阳系逃逸速度，16.7km/s（需要和地球公转方向一致，叠加上地球公转速度29.8km/s，宇航上将这种借助天体运动速度发射的方式叫做引力弹弓），才能离开太阳系。我们说“离开”不仅是指空间上，在这里我们更想强调，是指和太阳系以不同的速度在时间的井里滑落。任何速度低于太阳逃逸速度的物体，都在和太阳系同一班时间列车里。

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我们把目光再放远一点，如果要逃离银河系，那么我们需要的速度大于200km/s。

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如果你比列车还要快，那么你在列车上，摩檫力会迫使你减速。但是引力并没有排斥的力，也就是引力并不会让你减速。银河系本身的运动速度大于600km/s，所以你逃离银河系并不是指你的速度比银河系快，而是超过这个速度，银河系的引力无法把你拽着一起在时间的井里滑落。你相对银河系的速度，就像是润滑剂一样，使得你和银河系之间的“摩擦力”没有办法保持你和银河系这班列车的车厢，以一样的速度向前进。当然包含着银河系有更大的天体，也就是星系团，在星系团之外还有超星系团，在超星系团之外，我们并没还有发现更大的天体结构了。我们可观测的宇宙，就是由大约1,000万个超星系团组成的。而我们整个宇宙的整体在以极其快的速度在空间中前进，这个速度，就决定了宇宙的时间的流逝的速度（回忆一下，所有物体都以光速C在时空中前进，而空间中的速度就是C的投影，而时间中的速度就是另一个坐标轴的投影），因为所有的物质都被引力拉扯着而保持着这个速度。

等一下，在空间中前进，是什么意思呢。难道宇宙还能在一个空间中高速运动？那为什么不说这个更大得多的空间才是宇宙呢？

这个空间中的运动，并不是就是列车那样像一个方向的运动。地球的自转也是一种高速运动，但是自转其实并不需要一个更大的空间来容纳。这并不是说宇宙就是在高速自转，而是说除了在时间轴上的运动有明确的方向性，在空间上的运动都可以是一种无方向的运动，它不一定是像自转一样，经过一个周期又回到原点，它可以单纯就是某种性质，这个性质代表着光速C在时间轴上运动速度的损耗。

举个例子，你有100美金，假设1美金等于7元人民币，但是你最后只买了500元人民币的商品，可能是你花了200元买了其他的商品，也可能是汇率发生变化，1美金只能兑换5元人民币。

我们在空间中运动的速度可能只是引起我们的性质发生变化的一种原因，而这种性质也可能由其他的原因改变。重要的是一个物体在时间轴上运行的速度由某种性质决定了，而这种性质我们观察到的最直接的表现是这个物体在空间中有一定的运动速度。而宇宙的这个性质并不一定就是它在空间中的运动速度决定的，而是因为宇宙本来就是具备这个性质。也就是我们可能就是处在一个这样性质的宇宙，就是处在一个时间运动速度如此的宇宙。我们如果要逃离这个宇宙，需要我们的性质发生极大的变化，这个变化可以通过我们的速度的变化引起，但是到宇宙的这个尺度，它需要我们达到一个极大的速度才能实现。