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綜述 此前，許多新聞報道指出，旅行者一號探測器已經(jīng)飛抵太陽系邊界，這是目前人類探測器飛到的最遠的地方，然而在太陽系之外還有銀河系，銀河系之外還有無數(shù)的河外星系，宇宙到底有多大？宇宙的盡頭到底是什么？沒有一個人能給出肯定的答案。 思考宇宙從何而來比思考人類從何而來還要艱難百倍，畢竟我們只能站在地球這一個渺小的像素點上，去觀測宇宙，我們以為自己抬頭看到的夜空就是整個宇宙了，殊不知那可能只是宇宙的冰山一角。 
但是值得高興的是，雖然我們短暫的壽命使得我們連飛出太陽系的機會都沒有，但是依靠智力制造的工具，文明卻可以看到一個有限的宇宙大小，我們將其稱為“可觀測宇宙”。如果想要抵達可觀測宇宙的邊界，即使以光速前進，也要飛465億年。然而在那個邊界之外，還有無邊無際的宇宙。 宇宙的起源 關(guān)于宇宙的誕生，從古代開始，人類就有了推測。比如在《淮南子·原道訓(xùn)》當(dāng)中是這樣說的，“四方上下曰宇，古往今來曰宙，以喻天地。”不得不說古人的科技雖然不夠發(fā)達，但是對于一些未知事情的定義卻非常精準(zhǔn)，短短一句話便向大家說明宇宙就是由上下的空間和古今的時間構(gòu)成。在現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展下，天文學(xué)的觀測越來越發(fā)達，人們甚至可以看到150億年前宇宙的歷史，不過對于“宇宙大小”的概念還是無法理解。 
現(xiàn)在廣受認(rèn)可的宇宙來源理論，就是愛因斯坦的“宇宙大爆炸”理論，他指出宇宙起源于一場大爆炸，時間和空間二者作為可以無限延伸的物質(zhì)都源于這場爆炸，宇宙當(dāng)中一切的天體、星系等系統(tǒng)，也是在大爆炸之后形成的。并且認(rèn)為宇宙在大爆炸之后，依舊處于無限膨脹的狀態(tài)，這種膨脹的速度是超過光速的。而光速無疑是現(xiàn)在人類發(fā)現(xiàn)的宇宙中最快的速度，這就意味著超越光速膨脹的宇宙，永遠不會被人觀測到邊界點。 因此大爆炸宇宙論的主要觀點是，宇宙爆炸發(fā)生在一個“奇點”上，在爆炸之后向四面迸發(fā)，整個狀態(tài)是由熱到冷、由密集到稀疏的，并且自爆炸起始它一直都處于膨脹的狀態(tài)。 
爆炸后的10-43秒被稱為普朗克時期，這一時期原子核半徑為10-23厘米，密度1090千克/厘米，溫度為1032度。 465億光年的可視宇宙 我們現(xiàn)在觀測到的宇宙邊緣是天文學(xué)家觀測到的可視宇宙的邊緣，這種觀測基于人類現(xiàn)在對宇宙年齡的定義，也就是138億年，從這里開始可視宇宙最遠的地方距離我們465億光年。觀察現(xiàn)今宇宙可視距離，已經(jīng)成為了一門獨立的學(xué)科，叫做觀測宇宙學(xué)。 
觀測宇宙學(xué)主要基于以下幾個系統(tǒng)性特征進行研究，第一個就是河外天體的譜線紅移，這是在人類研制出紅外望遠鏡之后發(fā)現(xiàn)的，大部分的天體都有紅移現(xiàn)象，紅移表現(xiàn)了各個星體在宇宙膨脹作用之下逐漸遠離，也就是你現(xiàn)在抬頭能看到的某一顆星星，若干年后就看不見了，但它不是消失了，只是在我們的可觀測視野里不見了。 經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，各種譜線的紅移量是相等的，紅移量與視星等之間、紅移量與星系角徑之間存在著系統(tǒng)性的關(guān)系。 第二個也是最為重要的一個，就是微波背景輻射，它指的一般是宇宙學(xué)中大爆炸殘留下來的輻射，按類型來說是熱輻射。它被認(rèn)為是宇宙當(dāng)中最古老的光，就是在大爆炸那一刻產(chǎn)生的。但是由于宇宙的范圍過于巨大，所以我們觀測到它時，已經(jīng)過去了很久。 
基于這一理論，科學(xué)家們推測出了宇宙的大致年齡以及我們能看到的最遠宇宙位置，哪怕我們的飛行器以光速飛行，抵達那里也需要465億年。 
此外還有天體時標(biāo)和氦豐度作為主要依據(jù)。天體時標(biāo)指的就是目前可觀測天體的坐標(biāo)和年齡，比如說一些年齡較大球狀星團的年齡都在100億年以上，一直發(fā)光發(fā)熱的太陽年齡也不到50億年，由此進行推斷宇宙當(dāng)中年齡最大的天體大約在200億年左右。 氦豐度則是科學(xué)家根據(jù)研究各個天體內(nèi)氦元素的占比，發(fā)現(xiàn)氫元素和氦元素總和占總星體元素質(zhì)量的99％，多個天體都類似。在這種共性的條件之下，去推斷宇宙演化和天體系統(tǒng)的形成，建立出相關(guān)的模型。 宇宙標(biāo)準(zhǔn)模型正是誕生于這種情況下，它指以弗里德曼宇宙模型為基礎(chǔ)，后來經(jīng)過了伽莫夫的運用，用來解釋宇宙大爆炸理論和宇宙起源演化的基本模型，是一種受主流認(rèn)可的宇宙模型。其中關(guān)于宇宙背景輻射、中微子代數(shù)、紅移本原、星體和類星體的演化以及星系起源都做了解釋，并且經(jīng)過現(xiàn)代宇宙觀測學(xué)發(fā)展觀測到的證據(jù)，都證明了這一宇宙模型的科學(xué)性。 
宇宙觀測歷史 本文開頭就提到，人類對于宇宙的觀測于很早之前就開始了，只不過那時候并未確切地提及到大小、范圍、年齡等問題，但是毫無疑問的是古人都認(rèn)為宇宙是無限大的，比如張衡所說的“宇之表無極，宙之端無窮”等等。很難想象，在幾乎無科技的時代，古人是怎樣認(rèn)識到這一點的。 
不過確實不能小看哲學(xué)家和文學(xué)家的想象力，他們單靠望向天空遐想，就說出了后世觀測到的許多現(xiàn)實。比如說關(guān)于星云這個詞，并非是近現(xiàn)代宇宙學(xué)才出現(xiàn)，而是早在歌德的詩歌中就已經(jīng)有了，最早的有限無界宇宙模型其實出于但丁的《神曲》。不論是亞里士多德的地心說還是哥白尼的日心說，都讓我們看到人類對于宇宙的觀測認(rèn)知是在不斷地更新、改變和完善的。 
望遠鏡的出現(xiàn)無疑是給人類對宇宙的想象插上了飛往現(xiàn)實的翅膀，比如說伽利略就用自制的望遠鏡發(fā)現(xiàn)了太陽黑子、木星的衛(wèi)星和遙遠星河當(dāng)中無數(shù)閃耀的恒星。再到后來赫歇爾建立了銀河系模型，將人類對于宇宙大小的認(rèn)知推出了太陽系。1923年，哈勃望遠鏡的使用又將我們帶到了另一個層次。我們發(fā)現(xiàn)宇宙當(dāng)中有著眾多的天體，銀河系之有有著無數(shù)的星系，它們層層疊疊，交織在一起，構(gòu)成了包羅萬象的宇宙。 
我們內(nèi)心當(dāng)中認(rèn)為宇宙是有限的，是因為無法跳脫出固有的認(rèn)知，在人類看來時間在流逝，生命有長短，萬事萬物皆有因有果，怎么會有一樣?xùn)|西是沒有盡頭，沒有結(jié)局的呢？ 牛頓與我們有著同樣的看法，在牛頓看來宇宙空間是有限的，另一位科學(xué)家萊布尼茨則指出星體是在宇宙中均勻分布的。但是現(xiàn)在這兩種說法都已經(jīng)被推翻了。 誠然，我們觀測宇宙一定要“跳出宇宙之外”，不過宇宙之外到底在哪，那里又有什么？新的問題再度出現(xiàn)了。 愛因斯坦在廣義相對論的概念之下，建立了假設(shè)靜態(tài)的宇宙模型，這一模型是無限無界、平直靜態(tài)的，在此之上發(fā)表了引力場的相關(guān)方程進行論證，可以說這是人類首次將觀測宇宙大小從哲學(xué)、神學(xué)和感知層面拉到了可以理性解讀的科學(xué)層面把。 
這之后荷蘭文學(xué)家德西特基于愛因斯坦的宇宙模型基礎(chǔ)上建立了新的宇宙模型，他認(rèn)為宇宙是封閉的。直到1965年時，無線電專家觀測到了宇宙微波北極輻射，人類建立了“可視宇宙”這一說法那也是我們第一次看到了138億年之前宇宙大爆炸的余暉。 霍金有限無邊界宇宙理論 霍金是繼愛因斯坦之后又一位偉大的物理學(xué)家，對于宇宙的大小邊界問題，他也有著自己的看法。他在上世紀(jì)80年代時，提出了宇宙無邊界學(xué)說。 霍金認(rèn)為時空是有限而無界的，宇宙不但是自洽的，而且是自足的，它不需要上帝在宇宙初始時的第一推動，宇宙的演化甚至創(chuàng)生都單獨地由物理定律所決定。 在這種觀點之中，過去神學(xué)或者哲學(xué)層面那個形而上學(xué)的神是虛構(gòu)的，宇宙的形成和演化從來都不需要這樣一雙“神之手”進行推動。 因此在霍金的理論當(dāng)中，宇宙邊界出現(xiàn)的條件其實就是沒有條件，我們可以將它視為一個球體，沒人能說球體之上有邊界，只有在切開球體之后才能看到邊界，但是如果合上，邊界就又神奇的消失了。
在這一理論當(dāng)中就提到了時空曲率，時空曲率使得空間的方向和時間的方向總會產(chǎn)生相交，形成一個封閉的表面。霍金甚至將它們類比于地球的表面，指出地球雖然能夠計算出準(zhǔn)確的表面積，但是沒有邊界和邊緣的存在，這就是為什么麥哲倫在環(huán)球旅行之后，沒有落入地球之外，而是又回到了那個原點，這一原點就是霍金與彭羅斯證明的“宇宙奇性定理”。
這種概念之下，更證明了我們能觀測的地方僅僅是全宇宙的一小部分，在這邊界之外還有著更大的宇宙，只不過那里發(fā)出的光無法傳遞到地球，所以我們無法觀測到它的存在。而閉環(huán)式的說法，就意味著如果你在宇宙當(dāng)中旅行，只要你的時間足夠長，那么總有一天你會回到起點，因為宇宙本身就是一個有限無界，沒有盡頭、看似平直實際是彎曲的空間。 結(jié)語 或許這一類對于宇宙的假想和推論，在多數(shù)人看來是在做無用功，甚至許多科學(xué)家瀝盡心血、終其一生都無法證明一個理論，或者說那個理論本身就是錯的。但是井蛙尚且知道望天，何況是一直在熱衷追溯根源、異常堅韌的人類呢？我們觀測到的宇宙范圍也許會隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展不斷擴大，等到那時，大家說不定會看到在現(xiàn)有“宇宙”之外的那一個宇宙是什么模樣。
我們的世界是三維的，宇宙的空間確是多維的，這就代表我們大多數(shù)人跳脫不出慣性思維的萬物有限有界看法，不過那又如何呢？堅持有界就將465億光年之后的地方視為邊界，堅持無界那么恭喜你跳出了思維的桎梏，所有的科學(xué)正是源于這種掙脫枷鎖的思維延伸。所以說，人類的想象力足以讓我們站在塵埃之上，卻可觀望廣袤宇宙。 |
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