綜述
此前，許多新聞報(bào)道指出，旅行者一號(hào)探測(cè)器已經(jīng)飛抵太陽(yáng)系邊界，這是目前人類探測(cè)器飛到的最遠(yuǎn)的地方，然而在太陽(yáng)系之外還有銀河系，銀河系之外還有無(wú)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(méi)有一個(gè)人能給出肯定的答案。
思考宇宙從何而來(lái)比思考人類從何而來(lái)還要艱難百倍，畢竟我們只能站在地球這一個(gè)渺小的像素點(diǎn)上，去觀測(cè)宇宙，我們以為自己抬頭看到的夜空就是整個(gè)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(yáng)系的機(jī)會(huì)都沒(méi)有，但是依靠智力制造的工具，文明卻可以看到一個(gè)有限的宇宙大小，我們將其稱為“可觀測(cè)宇宙”。如果想要抵達(dá)可觀測(cè)宇宙的邊界，即使以光速前進(jìn)，也要飛465億年。然而在那個(gè)邊界之外，還有無(wú)邊無(wú)際的宇宙。
宇宙的起源
關(guān)于宇宙的誕生，從古代開(kāi)始，人類就有了推測(cè)。比如在《淮南子·原道訓(xùn)》當(dāng)中是這樣說(shuō)的，“四方上下曰宇，古往今來(lái)曰宙，以喻天地。”不得不說(shuō)古人的科技雖然不夠發(fā)達(dá)，但是對(duì)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(shuō)明宇宙就是由上下的空間和古今的時(shí)間構(gòu)成。在現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展下，天文學(xué)的觀測(cè)越來(lái)越發(fā)達(dá)，人們甚至可以看到150億年前宇宙的歷史，不過(guò)對(duì)于“宇宙大小”的概念還是無(wú)法理解。
現(xiàn)在廣受認(rèn)可的宇宙來(lái)源理論，就是愛(ài)因斯坦的“宇宙大爆炸”理論，他指出宇宙起源于一場(chǎng)大爆炸，時(shí)間和空間二者作為可以無(wú)限延伸的物質(zhì)都源于這場(chǎng)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(wú)限膨脹的狀態(tài)，這種膨脹的速度是超過(guò)光速的。而光速無(wú)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(yuǎn)不會(huì)被人觀測(cè)到邊界點(diǎn)。
因此大爆炸宇宙論的主要觀點(diǎn)是，宇宙爆炸發(fā)生在一個(gè)“奇點(diǎn)”上，在爆炸之后向四面迸發(fā)，整個(gè)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(shí)期，這一時(shí)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(cè)到的宇宙邊緣是天文學(xué)家觀測(cè)到的可視宇宙的邊緣，這種觀測(cè)基于人類現(xiàn)在對(duì)宇宙年齡的定義，也就是138億年，從這里開(kāi)始可視宇宙最遠(yuǎn)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(dú)立的學(xué)科，叫做觀測(cè)宇宙學(xué)。
觀測(cè)宇宙學(xué)主要基于以下幾個(gè)系統(tǒng)性特征進(jìn)行研究，第一個(gè)就是河外天體的譜線紅移，這是在人類研制出紅外望遠(yuǎn)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(gè)星體在宇宙膨脹作用之下逐漸遠(yuǎn)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(jiàn)了，但它不是消失了，只是在我們的可觀測(cè)視野里不見(jiàn)了。
經(jīng)過(guò)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(gè)也是最為重要的一個(gè)，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(lái)的輻射，按類型來(lái)說(shuō)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(guò)于巨大，所以我們觀測(cè)到它時(shí)，已經(jīng)過(guò)去了很久。
基于這一理論，科學(xué)家們推測(cè)出了宇宙的大致年齡以及我們能看到的最遠(yuǎn)宇宙位置，哪怕我們的飛行器以光速飛行，抵達(dá)那里也需要465億年。
此外還有天體時(shí)標(biāo)和氦豐度作為主要依據(jù)。天體時(shí)標(biāo)指的就是目前可觀測(cè)天體的坐標(biāo)和年齡，比如說(shuō)一些年齡較大球狀星團(tuán)的年齡都在100億年以上，一直發(fā)光發(fā)熱的太陽(yáng)年齡也不到50億年，由此進(jìn)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(gè)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(gè)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(lái)經(jīng)過(guò)了伽莫夫的運(yùn)用，用來(lái)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(guò)現(xiàn)代宇宙觀測(cè)學(xué)發(fā)展觀測(cè)到的證據(jù)，都證明了這一宇宙模型的科學(xué)性。
宇宙觀測(cè)歷史
本文開(kāi)頭就提到，人類對(duì)于宇宙的觀測(cè)于很早之前就開(kāi)始了，只不過(guò)那時(shí)候并未確切地提及到大小、范圍、年齡等問(wèn)題，但是毫無(wú)疑問(wèn)的是古人都認(rèn)為宇宙是無(wú)限大的，比如張衡所說(shuō)的“宇之表無(wú)極，宙之端無(wú)窮”等等。很難想象，在幾乎無(wú)科技的時(shí)代，古人是怎樣認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)的。
不過(guò)確實(shí)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(shuō)出了后世觀測(cè)到的許多現(xiàn)實(shí)。比如說(shuō)關(guān)于星云這個(gè)詞，并非是近現(xiàn)代宇宙學(xué)才出現(xiàn)，而是早在歌德的詩(shī)歌中就已經(jīng)有了，最早的有限無(wú)界宇宙模型其實(shí)出于但丁的《神曲》。不論是亞里士多德的地心說(shuō)還是哥白尼的日心說(shuō)，都讓我們看到人類對(duì)于宇宙的觀測(cè)認(rèn)知是在不斷地更新、改變和完善的。
望遠(yuǎn)鏡的出現(xiàn)無(wú)疑是給人類對(duì)宇宙的想象插上了飛往現(xiàn)實(shí)的翅膀，比如說(shuō)伽利略就用自制的望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了太陽(yáng)黑子、木星的衛(wèi)星和遙遠(yuǎn)星河當(dāng)中無(wú)數(shù)閃耀的恒星。再到后來(lái)赫歇爾建立了銀河系模型，將人類對(duì)于宇宙大小的認(rèn)知推出了太陽(yáng)系。1923年，哈勃望遠(yuǎn)鏡的使用又將我們帶到了另一個(gè)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(wú)數(shù)的星系，它們層層疊疊，交織在一起，構(gòu)成了包羅萬(wàn)象的宇宙。
我們內(nèi)心當(dāng)中認(rèn)為宇宙是有限的，是因?yàn)闊o(wú)法跳脫出固有的認(rèn)知，在人類看來(lái)時(shí)間在流逝，生命有長(zhǎng)短，萬(wàn)事萬(wàn)物皆有因有果，怎么會(huì)有一樣?xùn)|西是沒(méi)有盡頭，沒(méi)有結(jié)局的呢？
牛頓與我們有著同樣的看法，在牛頓看來(lái)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(shuō)法都已經(jīng)被推翻了。
誠(chéng)然，我們觀測(cè)宇宙一定要“跳出宇宙之外”，不過(guò)宇宙之外到底在哪，那里又有什么？新的問(wèn)題再度出現(xiàn)了。
愛(ài)因斯坦在廣義相對(duì)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(wú)限無(wú)界、平直靜態(tài)的，在此之上發(fā)表了引力場(chǎng)的相關(guān)方程進(jìn)行論證，可以說(shuō)這是人類首次將觀測(cè)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(ài)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(shí)，無(wú)線電專家觀測(cè)到了宇宙微波北極輻射，人類建立了“可視宇宙”這一說(shuō)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(wú)邊界宇宙理論
霍金是繼愛(ài)因斯坦之后又一位偉大的物理學(xué)家，對(duì)于宇宙的大小邊界問(wèn)題，他也有著自己的看法。他在上世紀(jì)80年代時(shí)，提出了宇宙無(wú)邊界學(xué)說(shuō)。
霍金認(rèn)為時(shí)空是有限而無(wú)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(shí)的第一推動(dòng)，宇宙的演化甚至創(chuàng)生都單獨(dú)地由物理定律所決定。
在這種觀點(diǎn)之中，過(guò)去神學(xué)或者哲學(xué)層面那個(gè)形而上學(xué)的神是虛構(gòu)的，宇宙的形成和演化從來(lái)都不需要這樣一雙“神之手”進(jìn)行推動(dòng)。
因此在霍金的理論當(dāng)中，宇宙邊界出現(xiàn)的條件其實(shí)就是沒(méi)有條件，我們可以將它視為一個(gè)球體，沒(méi)人能說(shuō)球體之上有邊界，只有在切開(kāi)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(shí)空曲率，時(shí)空曲率使得空間的方向和時(shí)間的方向總會(huì)產(chǎn)生相交，形成一個(gè)封閉的表面?；艚鹕踔翆⑺鼈冾惐扔诘厍虻谋砻?，指出地球雖然能夠計(jì)算出準(zhǔn)確的表面積，但是沒(méi)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(méi)有落入地球之外，而是又回到了那個(gè)原點(diǎn)，這一原點(diǎn)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(cè)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(guò)那里發(fā)出的光無(wú)法傳遞到地球，所以我們無(wú)法觀測(cè)到它的存在。而閉環(huán)式的說(shuō)法，就意味著如果你在宇宙當(dāng)中旅行，只要你的時(shí)間足夠長(zhǎng)，那么總有一天你會(huì)回到起點(diǎn)，因?yàn)橛钪姹旧砭褪且粋€(gè)有限無(wú)界，沒(méi)有盡頭、看似平直實(shí)際是彎曲的空間。
結(jié)語(yǔ)
或許這一類對(duì)于宇宙的假想和推論，在多數(shù)人看來(lái)是在做無(wú)用功，甚至許多科學(xué)家瀝盡心血、終其一生都無(wú)法證明一個(gè)理論，或者說(shuō)那個(gè)理論本身就是錯(cuò)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(jiān)韌的人類呢？我們觀測(cè)到的宇宙范圍也許會(huì)隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展不斷擴(kuò)大，等到那時(shí)，大家說(shuō)不定會(huì)看到在現(xiàn)有“宇宙”之外的那一個(gè)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(wàn)物有限有界看法，不過(guò)那又如何呢？堅(jiān)持有界就將465億光年之后的地方視為邊界，堅(jiān)持無(wú)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(shuō)，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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