宇宙6大未解之謎：科學家越研究越害怕，有些問題，人類可能永遠找不到答案

如果把人類文明的全部歷史壓縮成24小時，那么人類真正開始認識宇宙，可能只用了最后幾秒。
可就是這短短幾秒，我們已經把探測器送出了太陽系邊緣，用望遠鏡看到了數百億光年外的星系，甚至拍到了黑洞的“影子”。
看起來，我們距離宇宙真相越來越近。
但一個尷尬的事實也擺在面前：
人類知道得越多，宇宙反而顯得越神秘。
我們知道宇宙大約有138億年的歷史，知道它正在膨脹，知道銀河系只是數以千億計星系中的一個，也知道普通物質只占宇宙總質量能量預算的一小部分。
可如果繼續追問——宇宙為什么存在？暗物質是什么？暗能量是什么？黑洞吞進去的東西去了哪里？為什么宇宙中的物質比反物質多？我們突然發現，很多問題根本沒有最終答案。
更可怕的是，其中一些問題，可能不是“現在不知道”，而是從物理規律上就存在無法觀測的可能性。

01 宇宙為什么會存在？
這是所有宇宙問題的源頭。
因為我們可以不斷追問：地球為什么存在？太陽為什么存在？銀河系為什么存在？宇宙為什么存在？可追到最后，就會出現一個非常令人頭疼的問題：為什么不是“一無所有”？現代宇宙學已經能夠相當準確地描述早期宇宙。
宇宙微波背景輻射、輕元素豐度、星系分布以及宇宙膨脹等大量證據，都支持熱大爆炸宇宙學模型。
但“大爆炸理論”并沒有真正告訴我們：
宇宙最初為什么會處于那個狀態？
這兩件事情不是一回事。
就像你可以詳細描述一場火災從第一分鐘到第十分鐘發生了什么，卻仍然不知道火災最初究竟是誰點燃的。
更麻煩的是，在宇宙極早期的極端條件下，廣義相對論與量子理論無法自然地統一。
科學家因此一直在尋找一種能夠同時描述引力和量子世界的理論。
也就是所謂的“量子引力”。
如果有一天真的找到了，它可能徹底改變人類對宇宙起源的認識。
但在那之前，“宇宙為什么存在”仍然是一個懸在物理學頭頂的問題。
甚至還有一種可能：
所謂“大爆炸之前”，這個說法本身就是錯誤的。
因為如果時間本身就是宇宙演化的一部分，那么問“宇宙誕生之前發生了什么”，就有點像問：
“北極以北是什么地方？”
答案可能不是某個地點。
而是——
這個問題根本沒有定義。
02 宇宙中大量存在的暗物質，到底是什么？
這是現代天文學最尷尬的事情之一。
我們能夠看到恒星。
能夠看到行星。
能夠看到星云。
能夠看到遙遠星系。
甚至能夠看到數十億年前發出的光。
但宇宙中很大一部分物質，卻從來沒有被我們直接看到。
它就是：
暗物質。
按照目前主流宇宙學模型，普通物質大約占宇宙總質量能量預算的5%，暗物質約占27%，暗能量約占68%。
換句話說：
我們平時看到的太陽、地球、人類、房子、汽車、空氣，全部加起來，也只是宇宙的一小部分。
剩下絕大部分，我們并不知道究竟是什么。
那么科學家為什么相信暗物質存在？
答案來自引力。
例如許多星系外圍恒星的運行速度明顯高于僅靠可見物質能夠解釋的程度。
如果沒有額外質量，這些恒星按照傳統計算似乎很難保持現在的軌道。
還有星系團中的引力透鏡現象。
遙遠星系發出的光經過巨大質量區域時會發生彎曲。
科學家可以根據這種“光線被掰彎”的程度反推出那里存在多少質量。
結果發現：
真正產生引力的東西，比我們看到的物質多得多。
于是暗物質成為目前最主流的解釋之一。
但最令人抓狂的地方來了。
幾十年來，全世界建造了大量地下實驗室、粒子探測器和空間望遠鏡尋找暗物質。
到目前為止，我們仍然沒有獲得被廣泛接受的暗物質粒子直接探測證據。
這就出現了一個非常奇怪的局面：
我們幾乎可以確定有某種東西在“拉”著宇宙，卻不知道它究竟是什么。
它可能是一種新粒子。
可能是軸子。
可能是其他尚未發現的粒子。
甚至還有科學家認為，問題可能出在引力理論本身。
所以暗物質真正的謎題不是“它在哪里”。
而是：
我們究竟是在尋找一種新物質，還是在等待一套新物理學？
03 讓宇宙瘋狂加速的暗能量，到底是什么？
如果說暗物質讓科學家摸不著頭腦，那么暗能量可能更夸張。
因為它不僅看不見。
甚至還在影響整個宇宙的命運。

20世紀90年代，天文學家研究遙遠的Ia型超新星時發現了一個令人意外的結果：
宇宙膨脹正在加速。
這完全出乎很多人的預期。
按照直覺，宇宙大爆炸之后不斷膨脹，隨著引力作用，膨脹速度應該逐漸減慢。
結果卻相反。
宇宙像是在越跑越快。
于是科學家提出了“暗能量”。
今天的標準宇宙學模型認為，暗能量約占宇宙總質量能量預算的68%。
注意這個數字。
68%。
也就是說，我們對于宇宙中占比最大的成分，至今沒有真正弄清楚它是什么。
這件事放在任何其他科學領域，都會讓人覺得不可思議。
我們連宇宙未來究竟會怎樣，都因此留下了巨大的懸念。
如果暗能量就是一個恒定的宇宙學常數，那么宇宙可能會繼續加速膨脹，星系之間越來越遙遠。
如果暗能量隨時間變化，那么未來宇宙可能完全不同。
甚至還有一些極端理論認為，如果暗能量性質發生劇烈變化，宇宙最終可能走向一種被稱為“大撕裂”的結局。
當然，這只是理論可能性，并不是已經得到證實的未來預言。
真正的問題是：
我們現在連暗能量的本質都沒有確定。
04 為什么宇宙沒有被反物質“炸光”？
這一謎題，直接關系到：
為什么今天會有我們。
在粒子物理學中，很多粒子都有對應的反粒子。
電子對應正電子。
質子對應反質子。
當物質和反物質相遇時，可以發生湮滅并轉化為能量。
那么問題來了。
宇宙誕生早期，物質和反物質理論上應該大量產生。
如果數量完全相同，那么經過一輪又一輪湮滅，最終應該留下大量輻射，而不是今天這個充滿星系、恒星和行星的宇宙。
可現實顯然不是這樣。
物質贏了。
但為什么？
目前科學家知道一些能夠產生物質—反物質不對稱的物理機制，例如CP對稱性破缺。
問題是：
我們已知的這些機制，似乎不足以解釋今天宇宙中如此明顯的物質優勢。
所以很多物理學家懷疑：
宇宙早期可能存在我們還沒有發現的新物理過程。
這意味著，宇宙最開始的那段歷史，很可能隱藏著一種今天地球上的實驗室還沒有捕捉到的規律。
而這個謎題最有意思的地方就在于：
如果當初物質沒有稍微“贏”那么一點點——
今天可能根本沒有銀河系。
沒有太陽。
沒有地球。
也沒有人類。
從這個角度來看：
我們今天看到的整個宇宙，可能都是一場極其微妙的不平衡留下來的結果。
05 黑洞吞進去的東西，最后到底去哪了？
黑洞是宇宙中最讓人著迷的天體之一。
它的引力強大到連光都無法逃脫。
但黑洞真正可怕的地方，不是“吸東西”。
而是：
它可能逼著現代物理學的兩大支柱正面發生沖突。
廣義相對論告訴我們，黑洞內部可能存在奇點。
量子力學卻告訴我們，物理系統的信息不能隨隨便便消失。
那么，如果一個人、一顆恒星，甚至一臺電腦掉進黑洞，它攜帶的信息最終去了哪里？
如果黑洞最終通過霍金輻射慢慢蒸發，那么信息有沒有隨著輻射重新回到宇宙？
如果回來了，信息到底藏在哪里？
如果沒有回來，那么是不是意味著量子力學某些最基本的原則需要修改？
這就是著名的：
黑洞信息悖論。
幾十年來，無數理論物理學家試圖解決這個問題。
弦理論、全息原理、黑洞互補性等理論，都提出過不同方向的答案。
但目前仍然沒有一個得到所有人認可的最終解決方案。
更讓天文學家頭疼的是：
我們已經發現一些存在于非常早期宇宙中的超大質量黑洞。
它們出現得實在太早。
按照部分傳統成長模型，它們似乎沒有那么多時間長到如此巨大。
那么它們究竟是怎么形成的？
是第一代恒星死亡后留下的黑洞迅速吞噬物質？
還是宇宙早期直接形成了巨大的黑洞種子？
又或者，我們對黑洞成長速度的理解仍然不完整？
黑洞可能正在逼迫人類回答一個最基本的問題：
空間、時間、物質和信息，到底是什么？
06 我們看到的宇宙，究竟是不是“全部”？
最后一個問題，可能是最令人無力的。
因為它不是技術問題。
而是宇宙本身可能不允許我們看到答案。
我們經常聽到一個數字：
可觀測宇宙直徑大約930億光年。
很多人第一次聽到這個數字，會以為宇宙就是930億光年大。

實際上完全不是這么回事。
“可觀測宇宙”指的是：
從地球能夠接收到信息的那部分宇宙。
因為宇宙有年齡限制。
光速也有限。
距離我們極其遙遠的區域，即便現在存在著無數星系，它們發出的光也可能永遠無法抵達我們。
所以：
可觀測宇宙 ≠ 整個宇宙。
整個宇宙究竟有多大？
我們不知道。
它可能非常巨大。
可能有限。
也可能無限。
甚至存在一些區域，無論人類把望遠鏡造得多大，都永遠無法看到。
這就意味著：
如果宇宙某個區域永遠無法與地球產生因果聯系，那么那里發生的一切，對于我們而言都可能成為永遠無法驗證的信息。
這是一堵真正的墻。
不是技術墻。
不是資金墻。
不是望遠鏡分辨率的墻。
而是：
物理規律本身設置的墻。
還有一個更奇怪的問題：宇宙可能正在告訴我們“理論還不夠好”
如果你認為這6個問題已經夠離譜了，還有一個現象值得關注。
那就是：
哈勃張力。
科學家測量宇宙膨脹速度，有兩大類主要方法。
一種根據早期宇宙留下的宇宙微波背景信息推算。
另一種直接觀察相對較近宇宙中的造父變星、Ia型超新星等天體。
結果，兩種方法得到的哈勃常數存在明顯差異。
根據NASA給出的數據，后期宇宙觀測得到的數值大約在70—76公里/秒/百萬秒差距，而從宇宙微波背景推算出的結果約為67—68公里/秒/百萬秒差距。
數字看起來只差一點。
可在宇宙學里，這一點可能非常重要。
因為如果雙方的數據最終都被證明沒有系統性錯誤，那么就意味著：
標準宇宙學模型可能缺了一塊。
可能是新的粒子。
可能是新的場。
可能是暗能量性質發生變化。
也可能是我們對宇宙早期演化的某些理解出現了偏差。
當然，現在還不能輕易宣布“新物理已經出現”。
科學需要證據。
但正是這些異常，讓科學家繼續往前走。
寫在最后：宇宙真正可怕的地方，不是它大，而是它可能存在“認知邊界”
人類總喜歡相信：
只要科技足夠先進，就沒有什么問題不能解決。
可宇宙未必會給我們這個機會。
有些答案，也許只是暫時不知道。
暗物質或許未來可以被直接探測。
暗能量或許會被新的觀測徹底揭開。
黑洞信息悖論或許最終能夠通過量子引力理論解決。

宇宙起源也可能在未來某一天迎來突破。
但還有一些問題，可能天然存在觀測極限。
比如可觀測宇宙之外究竟是什么。
比如宇宙是否無限。
比如時間在最初究竟意味著什么。
這些問題，也許并不是“科學家還沒有找到答案”。
而是：宇宙可能根本沒有把答案送到我們手里。但這并不意味著探索失去了意義。
恰恰相反。
從抬頭看月亮，到望遠鏡看見遙遠星系，再到今天研究黑洞、暗物質、引力波和宇宙早期結構，人類用了幾千年，才從“星星是什么”走到“宇宙為什么存在”。
也許我們最終不會知道宇宙的一切。
但每解決一個問題，就會少一層黑暗。
而科學最迷人的地方，也許就在這里：
我們并不知道終點在哪里，卻還是一代又一代地向前走。
因為在138億年的宇宙歷史中，真正不可思議的事情或許不是宇宙存在了這么久。
而是——在一顆普通恒星旁邊的一顆普通行星上，竟然誕生了一個會仰望星空，并且試圖弄懂整個宇宙的物種。