宇宙有多大?宇宙存在了多長時間?宇宙的盡頭是什麼?這些重大問題一直困擾著人類。但隨著現代天文學的不斷發展,這些問題已經有了初步的答案。
根據宇宙學標準模型,宇宙的存在時間不是無限的,而是大約138億年。另一方面,可觀測宇宙的直徑約為930億光年。那麼,這是否意味著465億光年之外是宇宙的盡頭呢?
答案是否定的。我們在地球上朝著任何方向觀測,最遠只能看到465億光年外的天體。但可觀測宇宙的邊緣只是我們目前所能觀測到的極限,並非是宇宙的邊緣。由於宇宙存在的時間是有限的,光速也不是無限快,所以宇宙中還有一部分是我們現在所無法觀測到的,那裡的光還沒有足夠的時間走完去往地球的路途。
可觀測宇宙的盡頭是不可觀測宇宙,那麼,不可觀測宇宙的盡頭又是什麼呢?
目前,人類無法知道整個宇宙的確切大小,不可觀測宇宙究竟是否有限不得而知。如果宇宙無限大,宇宙也就不會有盡頭的概念。如果宇宙是有限的,宇宙也不一定會有盡頭。至於宇宙究竟有沒有盡頭,宇宙盡頭之外是什麼,需要弄清楚宇宙的幾何形狀是怎樣的。
宇宙的幾何形狀由整個宇宙中的物質(普通物質和暗物質)和能量(光子、中微子輻射和暗能量)所決定,質能密度的大小影響著時空曲率。根據弗裡德曼方程,可以算出一個臨界密度。通過比較質能密度和臨界密度,可以推測出宇宙的形狀,總共有三種可能性:
(1)如果宇宙的質量密度小於臨界密度,宇宙的時空曲率小於0,整個宇宙的形狀是一種開放的雙曲形,宇宙在未來會無限膨脹下去。
(2)如果宇宙的質量密度等於臨界密度,宇宙的時空曲率等於0,整個宇宙是平坦的,空間無限延伸,宇宙在未來逐漸會停止膨脹。
(3)如果宇宙的質量密度大於臨界密度,宇宙的時空曲率大於0,整個宇宙空間會被壓縮成封閉的狀態,宇宙在未來會由膨脹轉變為坍縮。
由此可見,無論宇宙的幾何形狀是哪一種,宇宙都沒有盡頭的概念。在開放的宇宙中,宇宙沒有盡頭,並且也是無限的。在封閉的宇宙中,宇宙也沒有盡頭,但是有限的。
正因為此,我們也不可能知道宇宙是否是有邊界的,不知道宇宙是否是有盡頭。我們的宇宙由可觀測宇宙部分和不可觀測宇宙部分組成,二者加起來才是整個宇宙的範圍,我們雖然不知道這個範圍到底有多大,但是我們可以知道,它一定是有始有終的,宇宙有一個開端時間,而宇宙是有大小範圍的,但是宇宙卻存在於一個扭曲的時空之中。
科學家也想知道宇宙是否是有盡頭,如果把宇宙比做一個池塘的話,那麼地球就是其中的一粒小石子,毫不起眼,我們一直嚮往走到宇宙的盡頭,但是我們有沒有想過,宇宙是否真的有盡頭呢?科學家為此做出了不少的努力,但是以我們目前的觀測水平,能夠觀測到的宇宙的尺度是很有限的,而宇宙距離我們最遙遠的地方,我們又是看不見的。所以說,我們距離丈量整個宇宙的尺度,還是任重而道遠。
有一些理論認為宇宙可能是一個套著一個的,就像一些科幻電影中描述的那樣,我們所在世界中的每一個粒子,或許其裡面都是一個宇宙,而我們自己的宇宙又是更大的宇宙中的一粒基本粒子。也有理論認為宇宙之外還是宇宙,而各個宇宙之間是平行存在的,互不幹擾。還有一些想法認為,宇宙與宇宙之間就像泡泡一樣互相搭接,彼此有聯繫。