宇宙正在朝什麼空間膨脹？ - 薩詹·塞尼 (Sajan Saini)：英語精讀講義

The universe began its cosmic life in a big bang nearly 14 billion years ago and has been expanding ever since. 文法

宇宙在大約140億年前的大爆炸中誕生，此後一直在不斷膨脹。

But what is it expanding into? 片語搭配

但它究竟是向什麼裡膨脹呢？

That's a complicated question.

這是一個複雜的問題。

Here's why.

原因是這樣的。

Einstein's equations of general relativity describe space and time 文法

愛因斯坦的廣義相對論方程式將空間和時間描述為

as a kind of interconnected fabric for the universe. 慣用語

宇宙中一種相互交織的結構。

This means that what we know of as space and time 片語搭配

這意味著我們所知道的「空間」和「時間」

exists only as part of the universe

僅僅作為宇宙的一部分而存在，

and not beyond it.

並不存在於宇宙之外。

Now, when everyday objects expand,

通常情況下，當日常物體膨脹時，

they move out into more space.

它們會占據更多的外部空間。

But if there is no such thing as space to expand into, 文法

但是，如果沒有所謂的外部空間讓宇宙膨脹進去，

what does expanding even mean? 語氣意圖

「膨脹」到底意味著什麼呢？

In 1929,

在1929年，

Edwin Hubble's astronomy observations gave us a definitive answer.

愛德溫·哈伯的天文觀測給了我們一個明確的答案。

His survey of the night sky

他對夜空的觀測

found all far-away galaxies recede 用詞

發現所有遙遠的星系都在退行，

or move away from the Earth.

或者說在遠離地球。

Moreover,

此外，

the further the galaxy, 文法

星系越遠，

the faster it recedes.

退行的速度就越快。

How can we interpret this?

我們該如何解釋這一點呢？

Consider a loaf of raisin bread rising in the oven. 表達脈絡

想像一下在烤箱裡膨脹的葡萄乾麵包。

The batter rises by the same amount between each and every raisin.

每顆葡萄乾之間的麵糊都會同等程度地膨脹。

If we think of raisins as a stand-in for galaxies 用詞

如果我們把葡萄乾看作星系，

and batter as the space between them,

把麵糊看作它們之間的空間，

we can imagine that the stretching or expansion of intergalactic space 用詞

我們可以想像，星系際空間的拉伸或膨脹

will make the galaxies recede from each other. 文法

會導致星系彼此遠離。

And for any galaxy,

對於任何一個星系來說，

its far-away neighbors will recede a larger distance 文法

它的遙遠鄰居將會在相同時間內退行更遠的距離，

than the nearby ones in the same amount of time.

而不是像近處的鄰居那樣。

Sure enough, 表達脈絡

果不其然，

the equations of general relativity predict

廣義相對論的方程式預言了

a cosmic tug-of-war 慣用語

一場宇宙級的拔河比賽，

between gravity and expansion.

在重力和膨脹之間展開。

It's only in the dark void between galaxies

只有在星系之間黑暗的虛空中，

where expansion wins out 片語動詞

膨脹才會勝出，

and space stretches.

空間才會被拉伸。

So there's our answer.

這就是我們的答案。

The universe is expanding unto itself. 用詞

宇宙是在自身內部進行膨脹。

That said, 表達脈絡

儘管如此，

cosmologists are pushing the limits of mathematical models 慣用語

宇宙學家正在突破數學模型的極限，

to speculate on what, 文法

來推測究竟是什麼，

if anything,

如果有的話，

exists beyond our space-time.

存在於我們的時空之外。

These aren't wild guesses, 用詞

這些並不是天馬行空的胡亂猜測，

but hypotheses that tackle kinks 慣用語

而是為了解決大爆炸科學理論中

in the scientific theory of the Big Bang.

一些缺陷的假設。

The Big Bang predicts matter to be distributed evenly 文法

大爆炸理論預測物質會均勻分布

across the universe

在整個宇宙中，

as a sparse gas. 用詞

以稀薄氣體的形式存在。

But then,

但如果是那樣，

how did galaxies and stars come to be? 片語動詞

星系和恆星又是如何形成的呢？

The inflationary model describes a brief era of incredibly rapid expansion 片語搭配

暴脹模型描述了一個極其短暫的急速膨脹時期，

that relates quantum fluctuations in the energy of the early universe 片語搭配

它將早期宇宙能量的量子漲落

to the formation of clumps of gas

與氣體團塊的形成聯繫起來，

that eventually led to galaxies. 片語搭配

這些團塊最終演變成了星系。

If we accept this paradigm, 表達脈絡

如果我們接受這個範式，

it may also imply our universe represents one region

它可能也意味著我們的宇宙只是一個區域，

in a greater cosmic reality

存在於一個更為宏大的宇宙現實之中，

that undergoes endless eternal inflation. 用詞

這個現實正在經歷著永恆的暴脹。

We know nothing of this speculative inflating reality,

對於這個推測中的暴脹現實，我們一無所知，

save for the mathematical prediction 用詞

除了數學上的預測，即

that its endless expansion

它永無止境的膨脹

may be driven by an unstable quantum energy state. 文法

可能是由一種不穩定的量子能量狀態所驅動的。

In many local regions,

在許多局部區域中，

however,

然而，

the energy may settle by random chance 片語搭配

能量可能會偶然地

into a stable state,

進入一個穩定狀態，

stopping inflation and forming bubble universes. 文法

從而停止暴脹並形成泡泡宇宙。

Each bubble universe,

每一個泡泡宇宙，

ours being one of them, 文法

我們的宇宙也是其中之一，

would be described by its own Big Bang

都會由其自身的「大爆炸」來描述，

and laws of physics.

並擁有自己的物理定律。

Our universe would be part of a greater multiverse 用詞

我們的宇宙將是一個更大的多重宇宙的一部分，

in which the fantastic rate of eternal inflation

在這個多重宇宙中，永恆暴脹的驚人速度

makes it impossible for us to encounter a neighbor universe. 文法

使得我們根本不可能遇到相鄰的宇宙。

The Big Bang also predicts

大爆炸理論還預測，

that in that early hot universe,

在那個早期的熾熱宇宙中，

our fundamental forces 用詞

我們的基本力

may unify into one superforce.

可能會統一成一種「超力」。

Mathematical string theories

數學上的弦理論

suggest descriptions of this unification

提出了這種統一的描述，

in addition to a fundamental structure

以及關於次原子夸克和電子的

for subatomic quarks and electrons.

基本結構。

In these proposed models,

在這些提出的模型中，

vibrating strings are the building blocks of the universe. 慣用語

振動的弦是宇宙的基石。

Competing models for strings

相互競爭的弦模型

have now been consolidated into a unified description 用詞

如今已經被整合成一個統一的描述，

and suggest these structures

並提出這些結構

may interact with massive higher-dimensional surfaces 文化背景

可能會與巨大的高維表面

called branes.

也就是被稱為「膜」的東西發生相互作用。

Our universe may be contained within one such brane,

我們的宇宙可能就包含在這樣一個膜內部，

floating in an unknown higher-dimensional place

漂浮在一個未知的高維空間中，

playfully named the bulk or hyperspace. 文化背景

被戲稱為「體」或「超空間」。

Other branes containing other types of universes

包含其他類型宇宙的其他膜

may coexist in hyperspace

可能共存於超空間中，

and neighboring branes

並且相鄰的膜

may even share certain fundamental forces

甚至可能共享某些基本力，

like gravity.

比如重力。

Both eternal inflation and branes describe a multiverse. 表達脈絡

永恆暴脹和膜理論都描述了一個多重宇宙。

But while universes in eternal inflation are isolated, 文法

但在永恆暴脹中的宇宙是孤立的，

brane universes could bump into each other. 片語動詞

而膜宇宙可能會發生碰撞。

An echo of such a collision

這種碰撞的回聲

may appear in the cosmic microwave background, 文化背景

可能會出現在宇宙微波背景中，

a soup of radiation 慣用語

那是一鍋充滿輻射的「湯」，

throughout our universe

遍布我們的宇宙，

that's a relic from the early Big Bang era. 用詞

是早期大爆炸時代的遺跡。

So far, 表達脈絡

迄今為止，

though,

然而，

we've found no such cosmic echo.

我們還沒有發現這種宇宙回聲。

Some suspect these differing multiverse hypotheses

有人懷疑這些不同的多重宇宙假設

may eventually coalesce into a common description 用詞

最終可能會融合為一個共同的描述，

or be replaced by something else.

或者被其他東西所取代。

As it stands now, 表達脈絡

就目前而言，

they're speculative explorations of mathematical models.

它們是對數學模型的推測性探索。

While these models are inspired and guided by many scientific experiments, 文法

雖然這些模型受到許多科學實驗的啟發和引導，

there are very few objective experiments 文法

但客觀存在的實驗極少

to directly test them yet.

能夠直接對它們進行檢驗。

Until the next Edwin Hubble comes along, 文化背景

在下一個愛德溫·哈伯出現之前，

scientists will likely be left to argue 片語搭配

科學家們可能只能繼續爭論

about the elegance of their competing models

誰的競爭模型更為優雅，

and continue to dream about what, 文法

並繼續夢想著到底有什麼，

if anything,

如果有的話，

lies beyond our universe.

存在於我們的宇宙之外。

One of our favorite things about the TED-Ed community

關於TED-Ed社群，我們最喜歡的一點

is our shared passion for big, 片語搭配

就是我們對宏大且

sometimes unanswerable questions.

有時無法回答的問題有著共同的熱情。

Students in our TED-Ed Clubs program,

參加TED-Ed俱樂部計畫的學生們，

for example,

舉個例子，

are using the TED platform 片語搭配

正在使用TED平台

to explore big questions like would robots make good judges,

來探索諸如「機器人能成為好法官嗎」、

where does confidence come from,

「自信從何而來」、

and why is my cat Penny so small?

以及「為什麼我的貓Penny那麼小？」等大問題。

If you're between 8 and 18 years old,

如果你年齡在8到18歲之間，

we want you to share your big question

我們希望你與TED分享你的大問題

or big idea with TED.

或者是大想法。

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