無邊無際還是遙不可及，我們的宇宙有邊界嗎？離我們多遠？

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古今中外，偉大的哲人和科學家都在孜孜不倦地追求一個最基本的問題——我們的世界到底有多大？有沒有時間和空間上的盡頭？中國古人創造出「宇宙」這兩個在非常了不起。《淮南子》裡說「上下四方叫作宇，古往今來叫作宙」。短短兩個字就精闢的將時間和空間統一起來，解釋了古人對於世界的認識——無邊無際，無始無終。同樣，在西方，著名哲學家康德的墓志銘上刻著這麼一句話：「有兩種東西，愈持久凝思，就愈發使心靈充滿不斷增長的敬仰和敬畏：在上的燦爛星空和在內的道德規範。」今天，儘管已經有了像「大爆炸」這樣的較公認的宇宙起源理論，宇宙是不是有邊界仍然是一個充滿爭議的問題，天文學家在解決這一問題時給出了一些令人驚訝的假說。今天，稀星天外就想和大家一起聊一聊「我們摸到宇宙的邊界了嗎？」

在一個晴朗的夜晚，如果你能夠找到一處可以避開城市喧囂和燈紅酒綠的野外，舉目遠眺頭上的星空。取決於您的眼睛（不得不說女性在這方面更佔優勢），您也許會看到一些距地球10000光年遠的恆星。如果視力特別好，您甚至可以看到更遠處著名的仙女座星雲。它是除麥哲倫星雲以外，距我們銀河系最近的一個主要恆星系，質量是銀河系的兩倍（根據2006年的估計），擁有近一兆（10的12次方）顆恆星，是銀河系恆星數量的100倍。

仙女座星雲也是銀河系所處的本星系團中最大的星系

仙女座星雲也是人類憑肉眼就能看到的（3.4等星）最遙遠的深空天體，離我們有驚人的250萬光年之遙。這意味著當你的眼睛看到了仙女座星雲，那些轟擊你視網膜上視覺神經的光子已經在太空中行走了漫長250萬年，才進入你的雙眼。這段時間幾乎涵蓋了我們人類作為一個獨立物種的整個歷史。藉助雙筒望遠鏡和小型家用天文望遠鏡，您可以繼續拓展你的視野，看到離地球越來越遠的物體。但是，這一切的邊界在哪裡？它到底有沒有邊界？

「我們不知道！」

無限宇宙

稀星天外對於這個問題的回答或許會讓你感到失望。但事實是目前沒有任何證據表明宇宙存在邊界，我們只能夠確認我們看到的東西或者說我們的觀察存在邊界。正如前面講到的，要讓我們看到空間中的物體，其前提是來自這些物體的光子通過漫長的旅行能夠到達我們的眼睛。對於仙女座星雲來說，這需要250萬年的時間。而對於距離更遠的星系來說，光子的旅行時間也會增加。有一些星系的距離是如此遙遠，以至於它所發出的光子還沒有到達地球。這就表明我們視界宇宙的邊緣——我們能夠看到的一部分——並不是宇宙本身的盡頭。這就好比，你站在海邊看不到海平面之外的東西。這並不意味著大海就此終結。也許你會說，那是不是我們每天都應該接收到來自更遠處物體發出的光子，使我們能夠將可觀測宇宙的視界不斷向外拓展？嗯……事情並非如你想像的那樣。

理論上的確如您所想，等待的時間越長，您就應該可以看到的越遠。

我們能夠觀測到遙遠的天體，是因為它在遙遠的過去發出的光子到達地球

但是，由於我們稱之為暗能量的神秘物質存在，宇宙的膨脹速度正在明顯加快。這種加速的膨脹使宇宙的遙遠部分越來越快地離開我們。當這一膨脹速度超過光速的話，它們發出的光就將永遠無法到達地球。這就造成我們能夠看到的世界範圍被限制在某個點上。那麼，視界範圍之外又有什麼呢？很有可能和視界內的宇宙沒有太多區別。一些天文學家贊成無限宇宙的概念，即我們處於一個無邊無際、無限拓展的宇宙之中。這一假說會推出一個令人不安的結論——在宇宙的遠方，存在無數個和您一模一樣的副本。

宇宙的組成成分

想像一下，您有六個骰子，將它們擲了一百萬次。根據排列組合，這六個骰子只可能出現46656（6的6次方）種不同的擲骰結果。因此在一百萬次擲骰子中，會有很多次重複的結果。和擲骰子類似的，您可以在宇宙中安排原子組合的可能性也是有限的。一個無限的宇宙相當於在無數次擲骰子。就像同一模式可能在一百萬個骰子中多次出現一樣，組成您身體的特定原子組合方式在無限的宇宙中也會不斷重複出現。這意味著此時此刻，一定會有一個您的副本在一個地球的副本上閱讀本文的一個副本。實際上，在無限宇宙中，您的副本數量會是無限的。但是，它們幾乎可以肯定位於我們的世界之外，因此您永遠不會看到另一個「自己」。

如果無限宇宙的假說成立，那在遠方正有無數個你的副本在無數個地球副本上閱讀這篇文章的副本

其他宇宙

這是多元宇宙思想的一種假說，也就是如果您可以在我們的宇宙中走得足夠遠，就會看到宇宙開始重複自身，並會得到同一事物（包括你自己）的多個副本。但是多元宇宙概念還有另一種假說。根據它的主要支持者之一——美國北卡羅來納大學教堂山分校的美籍阿爾巴尼亞裔理論物理學家蘿拉·梅西尼-霍頓（Laura Mersini-Houghton）的說法，該假說可以告訴我們有關宇宙邊界的更多信息。她不僅相信其他宇宙存在，而且還認為自己找到了鄰近宇宙幹擾我們自身宇宙的證據。

一切都要從138億年前那場造就了我們宇宙的大爆炸（Big Bang）的餘輝——宇宙微波背景（Cosmic Microwave Background，CMB）說起。它是一張宇宙「虛無」空間背景的溫度圖，顯示了大爆炸的剩餘能量如何仍在繼續加熱部分宇宙。該地圖包含了宇宙各部分與背景溫度的微小偏差。在這些密密麻麻的微小熱點（溫度比背景溫度高）和冷點（溫度比背景溫度低）中，有一個冷點非常與眾不同。它並不和其他冷熱點一樣大小。它覆蓋了大約十度的天空，是其餘的冷熱點大小的10倍。它是從哪裡來的呢？

宇宙微波背景圖，注意右下角那個被白色橢圓框圈出來的冷點，它的大小是其他點的10倍左右

製作宇宙微波背景圖的歐洲空間局的普朗克太空望遠鏡（2009-2013）

根據目前關於「大爆炸」時期發生事情的最新理論，空間在非常短的時間內經歷了驚人的擴張。在大約一億億億分之一（10的-24次方）秒內，宇宙從一個比原子還小得多的東西增長到了和一個玻璃彈子差不多大小。然後它繼續以一個更加平穩但依然很快的速度擴張到我們今天所能看到的宇宙。這一「打雞血」式的擴張初始階段被稱為宇宙膨脹。根據膨脹理論，宇宙微波背景中較小的溫度變化是在預膨脹階段出現的微小量子波動的結果，當宇宙膨脹時這些波動被保留了下來。由於這些量子漲落是隨機的，並且大小大致相等，因此由它們產生的熱點和冷點也應如此，更像一幅巨大的白噪聲噪點圖。這就是為什麼一個特別大的冷點的存在會使宇宙學家撓頭。梅西尼·霍頓解釋說：「這和科學家們預想中的宇宙微波背景的一致性嚴重不符。」

宇宙大爆炸之所以被稱作「大本鐘」是因為它那「先快後慢再快」的擴張速率包線就像一個銅鐘

基於此，梅西尼-霍頓提出了一個激進的，但絕不會被所有宇宙學家所接受的假說。該假說可能有助於我們回答「宇宙的邊界在哪裡」這一問題。根據她提出的一種膨脹理論，該過程不只發生了一個，而是創建了許多與我們的宇宙相似的其他宇宙。在每個宇宙的膨脹之前，它們之間共享了一個量子聯繫。因此，通過追溯這種量子聯繫，我們就可以了解宇宙目前的情況。梅西尼-霍頓的計算結果得出了宇宙微波背景圖中會出現一個大冷點的結論。更為重要的是，她和她的團隊在宇宙微波背景圖中那個無容置疑的冷點被確認之前就公開了她們的預測結果。實際的觀測結果無疑對她的假說給予了有力的支持。但是，並不是所有的宇宙學家都認同這點。在宇宙學界內部的總體共識是，目前的數據不足以支持這一觀點。這是某一特定理論解釋某一特定觀察的例子之一，不具普遍性。然而，如果梅西尼-霍頓的理論是正確的，我們就能夠以此得出我們宇宙的邊緣可能在哪裡。根據她的答案，它距我們的距離至少比我們的視界範圍大出1000倍。

如果宇宙誕生早期的快速膨脹曾經發生過，它可能發生不止一次，從而也誕生了許多鄰居宇宙

黑洞造化

梅西尼-霍頓不是唯一一個突破我們宇宙學思維界限，並提出對我們所生活的宇宙潛在革命性解釋的人。康乃狄克州紐哈芬大學的波蘭理論物理學家尼科德姆·波普勞斯基（Nikodem Poplawski）是另一位挑戰我們認知的物理學家。 根據廣義相對論，大爆炸始於奇點。這是一個無限小的，無限重的點。在膨脹期間，這一點會先增長到玻璃彈子的大小，然後繼續擴張。但是，宇宙的誕生並不是僅有的存在奇點的地方，所有落入黑洞的物質也以奇點而告終。黑洞是萬有引力的怪物，一旦被吸引，一切都無法逃脫。既然兩個都是奇點，那麼黑洞所終結的奇點是不是就是另一個新宇宙誕生的初始奇點呢？

黑洞終於奇點，宇宙始於奇點，這會是一個巧合嗎？這兩個是不是有關聯呢？

奇點帶來的麻煩是，無限小卻又密度無限大的點沒有物理意義。一個東西怎麼可以一邊沒有大小一邊又質量無窮大呢？因此，波普勞斯基提出了一種機制，通過該機制，落入黑洞的物質變得非常接近形成奇點——一個體積難以置信的小，密度難以置信的大的點——但在它變得無限小且密度無限大之前就發生反彈。關鍵的問題它在哪裡反彈？根據定義，沒有任何東西可以從黑洞的引力中逃脫，所以這些物質不會從黑洞中彈出。但是，它們又必須有個去處。唯一的解釋就是當反彈發生後，它爆炸並創造出了一個新的時空——一個新的宇宙。就像英國著名的科幻連續劇《神秘博士（Doctor Who）》中的TARDIS那樣，從外表上看，它僅是一個普普通通的警察崗亭。但是進入其內部，您就會發現其中別有洞天。TARDIS的門實際是一艘宇宙飛船和時間機器的門，黑洞也是通往新宇宙的球形門。

《神秘博士》中的TARDIS既是一臺時間機器又是一架宇宙飛船，它的外形像一個警察崗亭，內部卻別有洞天

如果波普勞斯基的觀點是正確的，那麼我們的宇宙是由另一個宇宙中的一個黑洞創建的。這對我們尋求宇宙邊界的答案意味著什麼？意味著宇宙沒有邊界，它就像一個球體的表面。地球表面沒有邊緣。如果您走出家門並一直沿直線前進，您將最終回到起點。根據波普勞斯基的假說，宇宙也沒有邊界，如果您離開地球一直向前，總有一天會返回地球。

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目前，很難知道這些假說中的哪一個是正確的。宇宙可能終結於我們視界之外的某個地方，或者它可能永遠持續下去。而這意味著在無垠太空中肯定會有無數個您存在。同樣，我們可能是一個巨大的多重宇宙中的一個，或者是另一個宇宙中的一個黑洞的結果。只有進一步的研究，更多的觀察和更多的天文數據，才能告訴我們更多信息。但是，可以肯定的是，我們宇宙的邊界肯定比我們的目力所及距離要大的多。

宇宙的大小

補充知識：我們的視界範圍

宇宙微波背景（CMB）是天文學家能夠從地球看到的最遠的東西。這種古老的光芒是在宇宙誕生大約38萬年後發出的，此後一直在宇宙中傳播。我們可以看到的最遠的星系幾乎與CMB一樣遠——約138億光年，至少那是那些光子出發時，它們所在的地方。儘管它們的光已到達地球，但宇宙的膨脹卻將那部分空間持續地帶離了我們。到現在為止，這一點應該離我們約有450億光年，這使可觀測宇宙的跨度有差不多900億光年。

通過吸引星系團的「暗流」讓我們得以一窺視界外世界的面目