宇宙就在那里等待我們?nèi)ビ^測(cè)，想要深入了解宇宙，我們就需要深入觀測(cè)宇宙。由于光速是有限的，隨著觀測(cè)距離的增加，我們能夠看到越來(lái)越早之前的宇宙。那么，人類(lèi)所能觀測(cè)的宇宙極限在哪里？
肉眼可見(jiàn)的極限
最初，人們直接通過(guò)肉眼來(lái)觀測(cè)宇宙。但宇宙太大了，我們只能看到宇宙的極小一隅，很多暗淡的天體都無(wú)法看到。夜空中那些肉眼可見(jiàn)的恒星都在銀河系之內(nèi)，而且毗鄰我們的太陽(yáng)系，它們的距離大都只有幾十光年至幾百光年，很少有超過(guò)1000光年。相比之下，銀河系的尺度在10萬(wàn)光年級(jí)別。
雖然我們通過(guò)肉眼只能看到太陽(yáng)系附近的恒星，但我們還能看到銀河系之外的天體——四個(gè)河外星系，它們分別是16萬(wàn)光年外的大麥哲倫星系、20萬(wàn)光年外的小麥哲倫星系、250萬(wàn)光年外的仙女座星系和300萬(wàn)光年外的三角座星系。前兩個(gè)是銀河系的衛(wèi)星星系，后兩個(gè)是本星系群中的另外兩個(gè)大型星系。
但對(duì)于浩瀚的宇宙而言，300萬(wàn)光年的距離近在咫尺。理論上，我們可以觀測(cè)到以地球?yàn)橹行?，向外延?65億光年的巨大范圍。
在這個(gè)可觀測(cè)宇宙中，河外星系不止4個(gè)，而是多達(dá)2萬(wàn)億個(gè)。在可觀測(cè)宇宙之外，還有更加浩瀚、更加未知的不可觀測(cè)宇宙。為了看到更遠(yuǎn)的宇宙，我們需要借助天文望遠(yuǎn)鏡。
天文望遠(yuǎn)鏡中的宇宙
自從伽利略在17世紀(jì)初用天文望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)宇宙以來(lái)，天文望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。目前，人類(lèi)能夠制造出口徑超過(guò)10米的天文望遠(yuǎn)鏡，這能夠聚集到來(lái)自遙遠(yuǎn)天體發(fā)出的微弱之光，從而讓我們窺視到宇宙深處。
此外，人類(lèi)還把望遠(yuǎn)鏡送入太空。在沒(méi)有大氣干擾的情況下，太空望遠(yuǎn)鏡能夠獲得絕佳的觀測(cè)條件，看到宇宙中那些最為暗淡最為遙遠(yuǎn)的天體。在太空望遠(yuǎn)鏡中，于1990年升空的哈勃太空望遠(yuǎn)鏡最具代表性，這架仍然正在太空中超期服役的望遠(yuǎn)鏡深刻地改變了我們對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)。
哈勃拍攝到了美輪美奐的宇宙照片，有些是正在誕生恒星的星云，有些是星系中心的疑似超大質(zhì)量黑洞，還有些是正在碰撞的星系。如果要說(shuō)哈勃的代表作，那么，哈勃深場(chǎng)系列最具影響力。
哈勃太空望遠(yuǎn)鏡對(duì)著天空一片看起來(lái)完全空無(wú)一物的黑暗區(qū)域，進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)一個(gè)月的觀測(cè)，結(jié)果捕捉到了超過(guò)5000個(gè)遙遠(yuǎn)的星系，它們位于132億光年之外。也就是說(shuō)，哈勃接收到了這些星系在132億年前發(fā)出的光，這是來(lái)自宇宙誕生之后僅6億年的光。
天文望遠(yuǎn)鏡的極限
哈勃太空望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)達(dá)到了觀測(cè)極限，它最多只能看到134億年前的宇宙。如果未來(lái)能夠制造出比哈勃更強(qiáng)的望遠(yuǎn)鏡，我們能否看到非常久遠(yuǎn)之前的宇宙呢？甚至是138億年前宇宙大爆炸時(shí)的景象？
答案是否定的。天文望遠(yuǎn)鏡不能無(wú)限回溯到宇宙的最早時(shí)刻，我們最多只能看到宇宙誕生38萬(wàn)年時(shí)的景象。這是因?yàn)樵缙跓霟嶂旅艿挠钪媸遣煌腹獾?，沒(méi)有自由的光子能夠被我們觀測(cè)到。
直到宇宙經(jīng)過(guò)38萬(wàn)年的膨脹與冷卻之后，宇宙中才產(chǎn)生了最早的自由光子。它們并沒(méi)有消失，目前還在宇宙中傳播，這就是射電望遠(yuǎn)鏡能夠探測(cè)到的宇宙微波背景輻射，這是目前我們所能觀測(cè)到的宇宙極限。
由于經(jīng)歷了138億年的空間膨脹，這些光子的能量已大幅衰減。在產(chǎn)生這些自由光子時(shí)，宇宙的平均溫度可達(dá)2730攝氏度。而到了現(xiàn)在，宇宙的平均溫度下降到只有大約-270.4攝氏度，當(dāng)年的那些光子已經(jīng)成為我們?nèi)庋鬯鶡o(wú)法看到的微波。
宇宙微波背景輻射之前的宇宙
如果要觀測(cè)到宇宙誕生不到38萬(wàn)年時(shí)的宇宙，不能通過(guò)電磁波手段，只能借助其他方式。那么，宇宙中有什么東西能夠穿越早期宇宙，跨越遙遠(yuǎn)時(shí)空，如今還殘留在宇宙中的呢？
（1）原初引力波
根據(jù)暴脹模型，宇宙在誕生僅10^-35秒之時(shí)，開(kāi)始了持續(xù)時(shí)間僅有10^-33秒的指數(shù)式空間膨脹。由于空間急劇膨脹，讓宇宙大尺度結(jié)構(gòu)變得平坦與均勻。與此同時(shí)，空間暴脹過(guò)程產(chǎn)生了最早的時(shí)空漣漪——原初引力波，這種時(shí)空波動(dòng)還在宇宙中傳播。當(dāng)這些引力波穿過(guò)物體時(shí)，這種時(shí)空波動(dòng)會(huì)拉伸和壓縮物體。
在2014年，天文學(xué)家曾經(jīng)公開(kāi)宣布，第二代宇宙泛星系偏振背景成像（BICEP2）儀器檢測(cè)到了原初引力波。但遺憾的是，天文學(xué)家在次年撤銷(xiāo)了這一發(fā)現(xiàn)，因?yàn)樵跻Σㄐ盘?hào)有可能是假的，它完全可以歸因于銀河系中的塵埃。
目前，人類(lèi)已經(jīng)直接探測(cè)到了由天體合并釋放出的引力波，這意味著引力波探測(cè)是切實(shí)可行的。如果我們能夠探測(cè)到原初引力波，就能進(jìn)一步了解宇宙最初時(shí)刻的狀態(tài)。
（2）宇宙中微子背景輻射
中微子是一種質(zhì)量極小的粒子，它們可以輕松穿透地球。根據(jù)宇宙大爆炸模型，宇宙在形成2秒時(shí)，產(chǎn)生了大量的中微子，它們很早就開(kāi)始在宇宙中不斷穿行。據(jù)估計(jì)，目前宇宙中的中微子密度大概為300個(gè)/立方厘米，其背景輻射的溫度比宇宙微波背景輻射的溫度還要更低，只高于絕對(duì)零度不到2度，大約為-271.2攝氏度。
理論上，就像宇宙微波背景輻射那樣，我們可以觀測(cè)到各向同性的宇宙中微子背景輻射。但中微子十分難以探測(cè)，盡管有很多間接證據(jù)表明宇宙中微子背景輻射的存在，但目前還沒(méi)有直接的觀測(cè)證據(jù)。
宇宙誕生之前的時(shí)空
根據(jù)現(xiàn)有的理論，誕生宇宙的時(shí)空奇點(diǎn)是一切時(shí)間和空間所能回溯的極限。在此之前，時(shí)間和空間都是沒(méi)有意義的概念，時(shí)空是隨著宇宙大爆炸而創(chuàng)造出來(lái)的。我們無(wú)法理解奇點(diǎn)之前的宇宙狀態(tài)，或者說(shuō)那時(shí)的宇宙根本就沒(méi)有所謂的狀態(tài)。
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