宇宙是否有邊緣，整個宇宙有極限嗎？科學家給出了答案

我們的國家有邊緣，我們的地球有邊緣，太陽系有邊緣，甚至整個星系也有邊緣。那么宇宙是否有邊緣呢?作為人類，我們很想知道宇宙是否有邊緣?整個宇宙是否有極限?

那么天文學家能給出答案嗎?很遺憾，他們也給不了確切的答案。

雖然沒有確切的答案，但科學家一直在嘗試了解宇宙是如何運行的，以及它是否有邊緣。

2016年，哈勃太空望遠鏡轉向大熊星座的一片黑暗的天空，它捕捉到了一個模糊的光點。這束光來自一個名為Gn-z11的遙遠星系，這是我們觀測到的最遙遠的星系。

但這是宇宙的邊緣嗎?

我們周圍的宇宙充滿了星系，所以我們很自然地會說：“會有最后一個星系嗎?如果我們能夠旅行到那個星系，向著我們認為是空無一物的宇宙空間望去，會看到什么呢?”

這是個很難回答的問題，因為我們能看到的距離是有限的，這一切都歸結于光速和宇宙的年齡。光的傳播速度非常非?？欤皇菬o限快。

從人的肉眼觀察，光的旅行似乎根本不需要時間。你打開窗簾，光線充滿整個房間。但在浩瀚的宇宙中，光從一個地方到另一個地方是需要時間的。即使是約1億5000萬公里遠的太陽，光也需要8分鐘才能到達我們地球。

當你看星星的時候，我們開始用光年來測量距離，因為光從那些星星到我們這里需要很多年。當你觀察星系時，你所觀察的星系有數百萬或數十億光年遠。

當我們看到Gn-z11星系發出的光時，我們看到的是134億年前發出的光。

目前我們找不到比這更遠的星系。因為宇宙只有138億年的歷史，而星系的形成需要一定的時間，所以我們將不會發現比這個更遠的星系了。

也許還有比這個星系更遠的星系，但是在宇宙的年齡時間內，光是不可能到達我們這里的。這意味著我們所能看到的宇宙的邊緣，存在一個嚴格的限制，就是由宇宙的年齡所決定。

Gn-z11是在宇宙大爆炸后的4億年形成的，在那之前，沒有發光的星星，只有非常非常熱的氣體，這些氣體形成了一個殼，外層是宇宙微波背景輻射。它是宇宙中最古老的光，是宇宙誕生和大爆炸的回聲。

我們能看到的最遠的東西這就是宇宙微波背景，我們稱之為可觀測宇宙的邊緣，所以我們有一個可觀測的宇宙，但在這外面，即使有東西存在，我們也不可能看到它們，因為光到現在還不可能到達我們這里。

顧名思義，可觀測宇宙就是我們能看到的宇宙的一部分。你可以想象有一個聚光燈，以地球為中心向四周照射，我們只能看到聚光燈的邊緣而不能看到更遠的地方。

但隨著地球的移動，可觀測宇宙也會隨著移動。對于生活在 Gn-z11 星系的外星人來說，可以觀測到宇宙中完全不同的部分。這個遙遠的星系在我們可觀測宇宙的邊緣，我們也在他們可觀測宇宙的邊緣。

【空間的膨脹】

當天文學家使用哈勃太空望遠鏡精確測Gn-z11的距離時，他們發現了令人震驚的事情：它距離地球有320億光年遠，比想象的要遠三倍。

既然沒有東西能比光速更快，我們測量到這個星系的距離，它怎么可能會在320億光年之外呢?其實之所以會這樣，是因為我們的宇宙發生了一些奇怪的事情——宇宙膨脹。

138億年前，一個純能量迸發出生命，我們稱之為宇宙大爆炸——空間和時間被向四面八方推開。從那以后，我們的宇宙一直在膨脹。宇宙擴張方式使我們尋找宇宙邊緣，成為了一個重大挑戰。

宇宙在不斷膨脹，并根據一個非常簡單的定律膨脹：星系離我們越遠，它離開我們的速度也越快。我們發現的最遙遠的星系，Gn-z11似乎在短短134億年的時間里就移動了320億光年。

這比光速還快，而且，我們測量了很多星系，發現很多很多星系都在以比光速還快的速度遠離我們。

這聽起來似乎是違背常理的。我們都知道，相對論的觀點是，任何有質量的物體不可能超光速移動。光速是宇宙中所有有質量物體的極限。那么為什么遙遠的星系以超過光速的速度遠離我們呢?

其實，它們之所以能夠以超過光速的速度遠離我們，是因為空間在膨脹。相對論適用于一切有質量的物質，而并不適用于空間。空間可以以任何它想要的速度膨脹。

理解膨脹定律的簡單方法是，想象你站在一塊無限延伸的橡膠板上，一直延伸到很遠的地方，但你一直站在同一個地方，你可以在上面標個“X”。

現在，這塊橡膠板向各個方向延展，如果它延展速度為2倍。假設有一個星系，在離你1米的距離，現在變成了2米。而另一個星系離你10米遠，把它擴大2倍，它就離你20米遠了。

所以在相同的時間內，一個星系移動了1米，而另一個星系移動了10米。

事實上，你與各星系都在原地沒有移動，是空間的膨脹讓你與星系遠離。

所以，宇宙膨脹意味著，我們的可觀測宇宙向各個方向延伸了460億光年，橫跨920億光年，而且每秒鐘都在變大。

想象你是一名跑道上的短跑運動員，如果你跑向終點線，可能會花上幾秒鐘的時間，但是現在想象終點線正在遠離你，如果它以比你跑得更快的速度離開你，你永遠也到不了終點。

這就是我們在這里看到的宇宙，在一定距離之外，星系正在以比光速還快的速度遠離我們。

于是就有了一條叫做宇宙視界的線。我們在可觀測宇宙中看到的97%的星系，都在這條線之外，這些星系我們永遠也不可能到達那里，包括 Gn-z11。從某個角度來講，這條線也是某種意義上的宇宙的邊緣。

然而，更加糟糕的是，天文學家發現目前宇宙膨脹的速度正在加速。

天文學家懷疑有一種神秘的力量在起作用——暗能量。我們認為是暗能量將宇宙推開，是它導致宇宙加速膨脹。而暗能量的起源和真正的物理性質，至今還是一個巨大的謎。

拜暗能量所賜，越來越多的星系穿過了宇宙視界，一旦越過宇宙視界，就意味著我們永遠失去了這些星系，所以我們今天可以看到的一些星系，在幾百萬年后，我們就看不到了，一萬億年后，我們在天空中看到的所有星系都將完全看不見。

【宇宙的形狀】

數萬年來，我們人類一直驚嘆于浩瀚的宇宙，但宇宙究竟有多廣闊呢?為了回答這個問題，我們必須先回答另一個問題：“宇宙是什么形狀的?”即宇宙在最大的尺度上是如何彎曲的?

如果我們要發現宇宙確實有某種幾何曲率，那么這可能意味著它在難以置信的距離內將自己包裹起來。

于是就會一個有趣事情：如果你能沿著一個方向運動足夠長的時間，你就會發現，你最終會來到起點。

如果，宇宙是平坦的，即沒有曲率，那么，你走得越遠，就再也回不到起點。

一般計算物體的形狀，我們通常會退一步看一看。但很明顯，離開宇宙是不可能的。你不可能跳上火箭，飛到比我們的宇宙視界大一千倍的地方去看看宇宙的形狀。人不能，至少不應該。

于是科學家想到更加聰明的辦法：重子聲學振蕩，即宇宙微波背景中的波紋。

這是宇宙中最古老的光，隨著宇宙的膨脹，這些波紋以一種統一的方式在空間中留下印記。

它們提供了一個宇宙尺，來測量隨著時間推移的巨大距離。所以我們可以測量宇宙是在彎曲的空間，還是在平面上膨脹。通過計算，科學家們確信宇宙是平的，精確度達到百分之幾。

如果宇宙是平的，那么我們的宇宙可能沒有邊緣，因為平坦的宇宙可能是無限的。宇宙可能是永無止境的，恒星和星系永遠沒有盡頭。

但真正無限的東西怎么可能存在呢?無限是一個很奇怪的概念，意味著無論有多巨大的數字，在無限面前都是渺小的。

如果宇宙是無限的，那么可能會有無數個星系擁有有生命的行星。由于生命確實出現在地球上，因此，它肯定會發生在宇宙的其他地方。

在平坦的宇宙中，外星生命可能有無限多種形式。如果宇宙沒有邊緣，很多看起來不可能的事情就變成了可能，所以這意味著一定有另一個地方，有一個和我們一樣的星系，它也會有一個和我們一樣的地球。甚至會有另一個版本的你，另一個版本的我。

如果宇宙是無限的，它在膨脹，它會膨脹到什么程度，會從什么地方開始?如果宇宙是無限的，那么大爆炸時是否也是無限的?

這是一件非常費解的事情。在無限的宇宙中，星系永遠存在，每個星系之間都有很長的距離，但很久以前，星系之間的距離更近，距離只有現在距離的一半，它們仍然永遠在繼續遠離。

在平面宇宙中，空間從一開始就是無限的。宇宙中從來沒有一個點發生過大爆炸，它的發生無處不在，無限的宇宙提供了無限的可能性。

【時間的力量】

雖然，宇宙的空間沒有邊緣，但我們的宇宙可能存在另一種邊緣，即時間的邊緣。

宇宙似乎始于138億年前，所以人們傾向于認為宇宙在時間上是有限的。我們所說的大爆炸，就我們所知，是一個開始，即宇宙的開始。宇宙的年齡是有限的，那么，它在未來有邊緣嗎?

我們曾經認為，時間總有一天會和行星、星系以及宇宙中的所有生命一樣，走向災難性的終結。

如果我們知道有一次大爆炸，如果我們知道宇宙有開始，有膨脹和冷卻，我們就會很自然地想，是否有一天膨脹會停止，逆轉，然后回來，這就是大收縮。

在大收縮中，我們膨脹的宇宙會開始收縮，恒星和行星會相互撞擊，星系會發生碰撞。宇宙中剩下的所有生命都會和其他物質一起被壓縮成奇點。

如果這個理論是正確的，那么宇宙將有時間的開始和結束。如果我們生活在一個會膨脹，停止膨脹，然后回到緊縮的宇宙中，那么它實際上就有兩個邊界。

但還有一種更奇怪的可能性，也許結束只是一個開始，宇宙是一個振蕩的宇宙，它有一個大爆炸的開始，膨脹到最大，然后回到大收縮，如此一遍又一遍反復。

我們可能是一個由另一個宇宙的灰燼所創造出來的宇宙居民，也可能是一串跳動的宇宙中的一個宇宙……每一個宇宙都充滿了星系、行星和生命。

但是，我們最近對宇宙的觀察表明，大坍縮是不可能的，因為有暗能量的存在。

有一段時間，我們不知道宇宙的膨脹，宇宙是否會因為引力而減速、停止，并自我逆轉。宇宙中有很多星系，它們通過引力相互拉拽，如果膨脹速度不夠快，引力可能會強大到足以阻止膨脹，并重新坍縮宇宙。

但現在有了暗能量，我們知道這是不可能發生的。宇宙將永遠膨脹下去，因為暗能量在不斷地加速。

如果要有一次大的收縮，我們對暗能量的理論必須有很大的改變。也就是說，暗能量必須是非常奇怪的，并且以某種非常有趣的方式關閉，宇宙才能突然停止膨脹并重新崩潰。

既然沒有大坍縮，時間就沒有未來的邊緣。宇宙會繼續向未來無限擴張，就像空間一樣，時間是永恒的。

這聽起來像是生命和宇宙的更好命運，但事實并非如此。

暗能量導致宇宙加速的后果之一是，我們最終會走向“熱寂”，或者說我們最終會走向嚴寒。

宇宙會變得越來越冷，事物會變得越來越分散，因此，我們宇宙的加速、持續和永遠的膨脹，可能會導致時間的一個令人沮喪的結局。

宇宙最終基于熵的熱死亡，那時，你走到外面，你將看不到天空中的星星，什么都看不到。

總有一天，宇宙中最后一顆恒星會熄滅，就這樣死寂。

在未來，空間將是一個寒冷、黑暗和無限的虛空，在那里時間將永遠流逝，除了在永恒的蒼穹中受苦，什么也做不了。

【神秘的黑洞】

宇宙的時間在未來沒有邊緣，是我們不可避免的命運。既然宇宙外面沒有邊緣，宇宙內部會有邊緣嗎?

也許黑洞也是一種宇宙的邊緣，如果你想去宇宙的邊緣，那么就跳進黑洞，只是這將是單程旅行，你將永遠不會回來。

2019年4月，一個國際天文學家團隊發布了第一張黑洞的照片。這是一張超大質量黑洞的照片，位于5400萬光年遠的 m87 星系中心。它也可能是宇宙中第一張邊緣的圖像。

當我們想到空間和有邊緣的宇宙時，黑洞創造了一個非常有趣的場景：黑洞內外空間之間的邊緣，稱為視界。

黑洞的引力非常強大，以至于連光都無法逃脫，這意味著一旦你穿過視界，任何東西都無法逃脫。

所以這確實是一個邊緣，因為一旦你穿過視界，你就與宇宙的其他部分隔絕了，你再也回不去了，你在我們的宇宙之外。

現在還有一種觀點，認為，黑洞周圍的時空會出現一個鏡像宇宙，一個平行宇宙。在黑洞的另一邊，是和我們一樣的宇宙，可以從黑洞穿越過去，所以黑洞不僅僅是我們宇宙的邊緣，它們也可能是通向其他宇宙的門戶。

當然，這是一種高度推測，但如果有一個空間或區域，你可以與其他宇宙建立聯系，那么黑洞，原則上，可能就是通往那個宇宙的入口。但是，幾乎不可能有人想要冒險越過視界去尋找答案。

【無解的問題】

我們對宇宙其他邊緣的探索，也幾乎沒有希望。我們永遠無法穿越宇宙視界，我們將永遠無法看到可觀測宇宙的邊緣以外。

所以于是宇宙是否邊緣，還是沒有答案。

也許我們不應該考慮宇宙的邊緣，你生命中所見的一切都是有限的，它有內在和外在，也有邊緣。

宇宙可能不是這樣的，宇宙可能完全沒有邊緣。我們曾經認為，未來生命的終極極限是由大自然設定的，我們無法離開這個星球，或者說，除了我們的太陽系之外，什么都沒有。

而現在我們意識到，我們有一個浩瀚無邊的宇宙，而終極極限，實際上只是我們自己的想象力，和我們用想象力做偉大事情的能力。我們未來的命運掌握在我們自己的手中。

對我們重要的，而且只會對我們重要的是可觀測宇宙，因為這是我們所能看到的極限，也是我們所能知道的極限。所以宇宙是有邊界的，我們能知道的東西也是有邊界的。

標簽： 宇宙是否有邊緣 整個宇宙有極限嗎 宇宙科學家