宇宙的边缘(最终版).docx

宇宙的边缘关于宇宙边缘的猜想和个人见解张俊信息工程学院软件工程三班2013551829前言：在课堂内外的一些视频中，读过的相关书籍中时常能了解到一些与宇宙的过去和未来有关的知识，但又感觉不够具体，自己也想了解更多，比如宇宙是怎样产生的，未产生前又是什么样子，宇宙的未来是否真的是一片黑暗。这些问题在我心底萦绕已久，这次终于下决心去弄明白。虽然不可能找得到标准答案，但也算是给自己的一份答卷。宇宙有多大，宇宙有边缘吗，宇宙的边缘是什么？这些问题本文包含了若干我能搜集到的相关的典型思想，并加以了筛选和增删。我的论点就是建立在这些思想之上的。因为所选问题比较特别，只有推理与猜想，不可能存在实验依据，所以亦不存在对错，我也不便对其思想作任何评价，毕竟我自身水平也十分有限。相关阅读：一、大爆炸理论大爆炸宇宙论是现代宇宙学中最有影响的一种学说。它的主要观点是认为我们的宇宙曾有一段从热到冷的演化史。 在这个时期里，宇宙体系并不是静止的，而是在不断地膨胀，使物质密度从密到稀地演化。这一从冷到热从密到稀的过程如同一次规模很大的爆发。根据大爆炸宇宙学的观点，大爆炸的整个过程是：在宇宙的早期，温度极高，在100亿度以上。物质密度也相当大，整个宇宙体系达到平衡。宇宙间只有中子、质子、电子、光子和中微子等一些基本粒子形态的物质。但是因为整个体系在不断膨胀，结果温度很快下降。当温度降到10亿度左右时，中子开始失去自由存在的条件，它要么发生衰变，要么与质子结合成重氢、氦等学元素的过程结束。宇宙间的物质主要是质子、电子、光子和一些比较轻的原子核。当温度降到几千度时，辐射减退，宇宙间主要是气态物质，气体逐渐凝聚成气云，在进一步形成各种各样的恒星体系，成为我们今天看到的宇宙。大爆炸模型能统一说明以下几个观测事实：1大爆炸理论主张所有恒星都是在温度下降后产生的，因而任何天体的年龄都应比自温度至今天这一段时间为短，即应小于200亿年。各种天体年龄的测量证明了这一点。 2观测到河外天体有系统性的谱线红移，而且红移与距离大体成正比。如果用多普勒效应来解释，那么红移就是宇宙膨胀的反映。 3在各种不同天体上，氦丰度相当大，而且大都是30。用恒星核反应机制不足以说明为什么又如此多的氦。而根据大爆炸理论，早期温度很高，产生氦的效率也很高，则可以说明这一事实。 4根据宇宙膨胀速度以及氦丰度等，可以具体计算宇宙每一历史时期的温度。大爆炸理论的创始人之一伽莫夫曾预言今天的宇宙已经很冷，只有绝对温度几度。1965年，果然在微波波段上探测到具有热辐射谱的微波背景辐射，温度大约为3K。这一结果无论在定性上或者定量上都与大爆炸理论的预言相符。但是，在星系的起源和各向同性分布等方面，大爆炸宇宙学还存在一些未解决的困难问题。 二、宇宙的定义宇宙可分为哲学宇宙和科学宇宙。哲学宇宙指的是无限多样，永恒发展的物质世界；科学宇宙概念所涉及的则是人类在一定时代观测所及的最大天体系统，或指本爆炸系宇宙。宇宙一般含有两个概念，一个是广义的，一个是狭义的。广义的宇宙，指所有的物质或非物质世界的总称，也就是说，不管有什么东西，它都是宇宙的一部份，一般认为这种广义的宇宙是无边无际的，假设有边的话，人们自然会问，边以外是什么？不管它是什么，或者什么都没有，它也属于宇宙的一部份，换句话说，假设的有边的宇宙是错的，矛盾的。 狭义的宇宙，也就是现在一般科学上称的宇宙，准确的称呼是总星系团，是指人们能看到的或未来有可能看到的星际，太空的总合。三、热力学第二定律热力学第二定律，热力学基本定律之一，其表述为：不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响，或不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响，或不可逆热力过程中熵的微增量总是大于零。又称“熵增定律”，表明了在自然过程中，一个孤立系统的总混乱度（即“熵”）不会减小。四、宇宙的大小和年龄 宇宙有多大？这个问题有两层含义，一是宇宙的范围有多大，二是宇宙的年龄有多大。这个问题所谈论的是可见的宇宙，也就是以我们所在的地球为一个球体，其半径是自大爆炸以来，即宇宙作为一个点诞生，开始向外迅速膨胀以来光所通过的空间。从整体上看，宇宙很可能比这个可见的宇宙大得多。 就测定所能提供的东西来说，天文学家们显然并不知道，至少不是确切地知道大爆炸是何时发生的。他们只是非常笼统地说，大爆炸可能发生在100亿年前，也可能发生在200亿年前，或者是发生在100亿年前到200亿年前之间的某个时刻。 对我们常人来说，浩瀚无垠的宇宙几乎是不可度量的。而对天文学家来说，精确地测绘宇宙天体不仅是必要的，而且也是可能的。天文学采用的计量单位是“光年”，即光在一年里所走的距离。光的前进速度约为每秒30万公里，一光年大约是 9。7万亿公里。银河系的直径约为10万光年。而在银河系之外还有别的星系，距离我们有数十亿光年。最新发现的类星体位于我们目前所能观测到的宇宙边缘，与地球相隔约100亿200亿光年，是迄今所知的最遥远的天体。 如此遥远的距离简直令人难以想象。要测量太阳系的其他行星或附近的恒星的距离，可以采用由古希腊人发明的视差计算法。所谓视差，是指从两个观察位置观察同一物体时两道视线所形成的夹角。在天文学中，测定视差的方法就是把两个观测点与被观测的天体构成一个三角形，已知两个观测点连线（即基线）的长度，再从这两个观测点测出天体的方位（即三角形的顶角），就能求出天体与地球的距离。基线越长，求得的结果就越精确。通常，在测量离地球较近的天体如月亮的距离时，可以用地球的半径作基线，所测定的视差则称为“周日视差”。如果要测定太阳系以外天体的距离，一般都以地球与太阳的距离为基线，所测定的视差称为“周年视差”。用这种视差法测量相距8。6光年以内的天体非常准确，测量远至1000光年的天体也能做到大体准确。 另一种测量恒星距离的方法是亮度测定法。一颗恒星可能因体积大、运动活跃或距离地球较近而显得很光亮。只要分清星球的实际亮度和视觉亮度，就能从光亮度上准确测出恒星与地球之间的距离。本世纪初，天文学家按波长区分星球光亮，制成了光谱。他们发现，不同的恒星有不同的光谱特性。用分光镜研究恒星的光谱，就能判断该星的冷热程度。这有助于天文学家辨别貌似暗淡的小星是否遥远的活跃的巨星。只要把一颗星的光与另一颗已知距离、活跃程度相似的星进行比较，就能测量出这颗星与地球之间的距离。 80多年前，大多数天文学家都认为银河系就是整个宇宙，银河系之外什么也没有。可是，当精确度更高的天文望远镜诞生以后，这种看法便被证明是错误的。过去观测到的那些暗淡模糊的斑点，其实是其他的星系，有的与银河系不相上下，有的则更庞大。20世纪20年代，美国天文学家埃德温哈勃在加利福尼亚州的威尔逊山用当时世界上最大的反射式望远镜研究银河系外星系，他分析了这些星系的光谱，发现各种谱线的波长都移向红色一端。这种现象叫做红移，说明那些星系正在向远处飞离。波长的改变是多普勒效应的作用，与疾驶而去的汽车喇叭声调的变化同样道理。由于宇宙在不断膨胀，星系距我们越远，红移就越大。换而言之，越远的星系，其飞离我们的速度也越快。哈勃据此提出了“哈勃定律”，确定了计算行星运行速度的天文学计量单位“哈勃常数”。但是，用哈勃常数作为测量尺度存在一个问题，即无人知道它有多长。 关于宇宙膨胀的速率，天文学家们的看法并不一致。最保守的估计是，距离增加百万光年，则速度每秒钟约增加16公里，即一个距我们5亿光年的星系将以每秒约8047公里的速度远离地球。有些天文学家估计的速率比这个数字还要大一倍。按照第一种估计，宇宙中最遥远的天体距离地球约有100亿光年。而按第二种速率计算，则宇宙边缘距离地球达200亿光年之遥。 “哈勃常数”只能在太阳系以外的太空里测定。在那里，膨胀速度非常大，任何局部影响都变得微不足道。 如果天文学家能够找到一支“标准蜡烛”，即某个类星体，其亮度稳定，非常明亮，横跨半个宇宙都可以看到，那么这个问题便可迎刃而解。但是迄今为止，大家公认可通用于整个宇宙的“标准蜡烛”尚未找到。因此，天文学家运用这一基本方法时往往采取一种分步方式，这就是设立一系列“标准蜡烛”，每一步只起测，定下一步的作用。近年来，3种不同的“标准蜡烛”，即近红外线观测造父变星、行星状星云和麻省理工学院的约翰托里的成片星系，都使人趋向于认为宇宙很年轻，有110亿120亿年。 但是，还不能说这便是标准答案，至少有另外3个天文学家小组得出了不同的结果。其中的一个小组是以哈佛大学天文学系主任罗伯特柯什纳为首，他们得出的结论是，宇宙并不是那么年轻，可能有150亿年。 而杰奎琳休特和她的学生们以及普林斯顿大学的埃德特纳则测定宇宙有240亿年。 总而言之，时至今日，宇宙有多大这个问题还远远未能解决。五、一个“有限”而又“无界”的宇宙的可能性爱因斯坦在狭义与广义相对论浅说第三部分（关于整个宇宙的一些考虑）中第31节一个“有限”而又“无界”的宇宙的可能性中解释过有关宇宙边缘的问题。全文如下：（上接第30节）但是，对宇宙的构造的探索同时也沿着另一个颇不相同的方向前进。非欧几里得几何学的发展导致了对于这样一个事实的认识，即我们能对我们的宇宙空间的无限性表示怀疑，而不会与思维的规律或与经验发生冲突（黎曼、亥姆霍兹）。亥姆霍兹和潘加里（Poincare）已经以无比的明晰性详细地论述了这些问题，我在这里只能简单地提一下。 首先我们设想在二维空间中的一种存在。持有扁平工具（特别是扁平的刚性量杆）的扁平生物自由地在一个平面上走动，对于它们来说，在这个平面之外没有任何东西存在；它们所观察到的它们自己的和它们的扁平的“东西”的一切经历，就是它们的平面所包含着的全部实在，具体言之，例如欧几里得平面几何学中的一切作图都可以借助于杆子来实现，亦即利用在第24节所已讨论过的格子构图法。与我们的宇宙对比，这些生物的宇宙是二维的；但同我们的宇宙一样，它们的宇宙也延伸到无限远处。在它们的宇宙中有足够的地方可以容纳无限多个用杆于构成的互相等同的正方形；亦即它们的字宙的容积（面积）是无限的。如果这些生物说它们的宇宙是“平面”的，那么这句话是有意义的，因为它们的意思是它们能用它们的杆子按照欧几里得平面几何学作图。这里，各个个别杆子永远代表同一距离，而与其本身所处的位置无关。 现在让我们考虑一下另一种二维的存在，不过这次是在一个球面上而不是在一个平面上。这种扁平生物连同它们的量杆以及其他的物体，与这个球面完全贴合，而且它们不可能离开这个球面。因而它们所能观察的整个宇宙仅仅扩展到整个球面。这些生物能否认为它们宇宙的几何学是平面几何学，它们的杆子同样又是其“距离”的实在体现呢？它们不能这样做。因为如果它们想实现一根直线，它们将地得到一根曲线，我们“三维生物”把这根曲线称作一个大圆，亦即具有确定的有限长度的、本身就是完整独立的线，其长度可以用量杆测定。同样，这个宇宙的面积是有限的，可以与用杆子构成的正方形的面积相比较。从这种考虑得出的极大妙处在于承认了这样一个事实，即这些生物的宇宙是有限的，但又是无界的。 但是这些球面生物无需作世界旅行就可以认识到它们所居住的不是一个欧几里得宇宙。在它们的“世界”的各个部分它们都能够弄清楚这一点，只要它们所使用的部分不太小就可以了。从一点出发，它们向所有各个方向画等长的“直线”（由三维空间判断是圆的弧段）。它们会把连接这些线的自由端的线称作一个“圆”。按照欧几里得平面几何学，平面上的圆的圆周与直径之比（圆周与直径的长度用同一根杆子测定）等于常数这个常数与圆的直径大小无关。我们的扁平生物在它们的球面上将会发现圆周与直径之比有以下的值。 （公式贴不上来）。亦即一个比小的值，圆半径与“世界球”半径R之比俞大，上述比值与之差就愈加可观。借助于这个关系，球面生物就能确定它们的宇宙（“世界”）的半径，即使它们能够用来进行测量的仅仅是它们的世界球的比较小的二部分。但是如果这个部分的确非常小，它们就不再能够证明它们是居住在一个球面“世界”上，而不是居住在一个欧几里得平面上，因为球面上的微小部分与同样大小的一块平面仅有极微细的差别，因此，如果这些球面生物居住在一个行星上，这个行星的太阳系仅占球面宇宙内的小到微不足道的一部分，那么这些球面生物就无法确定它们居住的宇宙是有限的还是无限的，因为它们所能接近的“一小块宇宙”在这两种情况下实际上都是平面的；或者说是欧几里得的。从这个讨论可以直接推知，对于我们的球面生物而言，一个圆的圆周起先随着半径的增大而增大，直到达到“宇宙圆周”为止，其后圆周随着半径的值的进一步增大而逐渐减小以至于零，在这个过程中，回的面积继续不断地增大，直到最后等于整个“世界球”的总面积为止。 或许读者会感到奇怪，为什么我们把我们的”生物”放在一个球面上而不放在另外一种闭合曲面上。但是由于以下事实，这种选择是有理由的，在所有的闭合曲面中，唯有球面具有这种性质；即该曲面上所有的点都是等效的，我承认，一个圆的圆周（与其半径矿的比取决于人但是，对于一个给定的T的值而言；这个比对于“世界球”上所有的点都是一样的；换言之，这个“世界球”是一个“等曲率曲面”。 对于这个二维球面宇宙，我们有一个三维比拟，这就是黎曼发现的三维球面空间。它的点同样也都是等效的。这个球面空间具有一个有限的体积，由其“半径”确定之（4/3 R3），能否设想一个球面空间呢？设想一个空间只不过是意味着我们设想我们的“空间”经验的一个模型，这种“空间”经验是我们在移动“刚”体时能够体会到的。在这个意义上我们能够设想一个球面空间。 设我们从一点向所有各个方向画线或拉绳索，并用一根量杆在每根线或绳索上量取距离r。这些具有长度r的线或绳索的所有的自由端点都位于一个球面上。我们能够借助于一个用量杆构成的正方形用特别方法把这个曲面的面积（F）测量出来，如果这个宇宙是欧几里得宇宙，则 ；如果这个宇宙是球面宇宙，那么F就总是小于4r2。随着r的值的增大，F从零增大到一个最大值，这个最大值是由“世界半径”来确定的，但随着r的值的进一步增大，这个面积就会逐渐缩小以至于零。起初，从始点辐射出去的直线彼此散开而且相距越来越远，但后来又相互趋近，最后它们终于在与始点相对立的“对立点”上再次相会。在这种情况下它们穿越了整个球面空间。不难看出，这个三维球面空间与二维球面十分相似。这个球面空间是有限的（亦即体积是有限的），同时又是无界的。 可以提一下，还有另一种弯曲空间：“椭圆空间”。可以把“椭圆空间”看作这样的弯曲空间，即在这个空间中两个“对立点”是等样的（不可辨别的）。因此，在某种程度上可以把椭圆宇宙当作一个具有中心对称的弯曲宇宙。 由以上所述可以推知，无界的闭合空间是可以想象的。在这类空间中，球面空间（以及椭圆空间）在其简单性方面胜过其他空间，因为其上所有的点都是等效的。由于这个讨论的结果，对天文学家和物理学家提出了一个非常有趣的问题：我们居住的宇宙是无限的，抑或象球口宇宙那样是有限的呢？我们的经验远远不足以使我们能够回答这个问题，但是广义相对论使我们能够以一定程度的确实性回答应个问题；这样，第30节所提到的困难就得到了解决。正文（一）子母宇宙论在简单了解现有的大爆炸宇宙理论后，我们可以开始思考下面的问题，当宇宙还是一个宇宙蛋时，那它肯定是有限的，那么就算在大爆炸时的力是无限大的话，也不可能使有限的空间炸出一个无限大的空间来。而有限无边的概念就是宇宙有边界，那是你永远也到达不了边界。宇宙的边缘很可能是一个有着很大的力，足以使任何的物质在靠近它时，都会受到一个斥力，从而使该物体发声绝对运动方向发生改变，但是其实它的相对运动方向并没有改变，因为这个斥力影响着整个宇宙。我们可以理解成，有一个人在地球上有一个很大功率的望远镜朝某一方向望去，很可能在某年后会在该镜里看到地球甚至自己，其原因就是当光以径直的方向向前运行时（不考虑其他力），在不断靠近这堵墙时会不断的受到一个斥力，渐渐的的，这个斥力越来越大，使得光以一定的曲率弯曲而继续运行。最终，回到原点。（至于是不是球形的就不知道了，圆球体既然那是一种完美的形状或状态的话，我想宇宙有是会去考虑的）简单的讲，如果在二维的基础上，人的速度只要不超过每秒7。9km时我们始终不会走出地球外。这时，在某种角度上来讲我们会认为这地球是无限大的。当然了，宇宙还是在膨胀这是很肯定。也许，宇宙就是那么大，整个世界（所有的物质世界）也就是那么大。宇宙的外面是无。不过，这有很多人无法接受，毕竟在我们的世界里还没有出现一个有限的东西外面是无的情况。不然，只要是在一个有限的空间内，外面就必定还有一个空间，总觉的太牵强。那么，科学家就不必在去争论什么有限的或是无限的了。因为，一个有限的空间外肯定还有空间，那么人人都还在争论什么。也许，宇宙就是那么大，整个世界（所有的物质世界）也就是那么大。宇宙的外面是无。不过，这有很多人无法接受，毕竟在我们的世界里还没有出现一个有限的东西外面是无的情况。不然，只要是在一个有限的空间内，外面就必定还有一个空间，总觉的太牵强。那么，科学家就不必在去争论什么有限的或是无限的了。因为，一个有限的空间外肯定还有空间，那么人人都还在争论什么。也许我们可以从黑洞的角度来看宇宙，宇宙是在大爆炸后才形成的，而在大爆炸之前（既是由宇宙蛋爆炸前），我们这里先不考虑宇宙蛋之前的。据科学家认为现在的宇宙约有90%是暗物质，而当宇宙中的暗物质达到约99%宇宙就会走向大收缩，而之所以会大收缩的前提是宇宙必须是有限的，不然无限不可能会有这个概念。这样的话，我们就可以另一方面的证明宇宙是有限的。当然，要说宇宙的外面是什么？我们很难去理解，就像上面说的一样，无的世界很难去理解。所以，就有很多人就本能的去抵制它（无的状态）的存在。所以，就有那么多人去寻求或许永远也不可能有结果的答案。当然了，这也只不过是我的猜想。不过，有时我也会去想象一下在以承认宇宙有外面的前提下，宇宙的外面是什么。还是根据黑洞来解释。我们可以根本的了解黑洞的对于宇宙的影响。黑洞也是有一定的影响力，或许，我们现在很多人所说的我们这个宇宙其实就是巨大空间内的一个超级大黑洞爆炸而成的，既是说，这个黑洞只不过是一个超级大宇宙内的天体，这个超级大宇宙是唯一的宇宙，而我们现在所讨论的宇宙（后面统一称子宇宙）其实只不过是这个超级大宇宙（母宇宙）中的一个空间。在这个超级大宇宙中还存在着许多类似我们存在的子宇宙。而在许多个类似我们存在的宇宙之间是一些有着巨大抵抗里的物质。说到这里，我们就要去解释为什么我们的子宇宙外面有一堵墙。我们可以设想一下，把一个炸弹放置在一个有足够承受力的铁桶里，当炸弹爆炸时，受力最大的就是铁桶的桶壁。反过来看看，当我们的子宇宙还是一个黑洞时，在它突然一天发生了大爆炸，使得外面本来有着巨大的抵抗力的空间被受到了巨大的影响。当然，这个空间还是能承受住这个爆炸力。所以，这堵墙是由于巨大力的影响下被撑出来，在这里，我还有一个观点，可能在这个巨大黑洞发生大爆炸时把很多的物质喷发出而又由于爆炸力的影响，有一些物质被爆炸力的影响而积聚到到这个爆炸形成的空间的边界，形成了一层膜。由于爆炸力十分大，使得这些物质的密度相当大，所以就具有了相当大的斥力的墙类似于为我们宇宙加了一层保护膜，免受外面空间物质的侵袭。而剩下的物质就形成了我们的子宇宙里的天体先总结一下，那么我们所存在的宇宙的外面其实就是子宇宙以及子宇宙与子宇宙之间那个有巨大抵抗力间质。而这些都存在与那个巨大承载这些宇宙空间内。还有，我们也可以说一下，该间质的另一特性，那就是弹性。当大爆炸的它的作用力完全消失后，该物质就会马上恢复到原来的样子。而该现象都发生在宇宙大收缩后。当我们的子宇宙重新变成一个大黑洞时，可能经过N亿年的时间子宇宙外的间质开始变会原来的形状。这些间质会会填充一切空间（就像空气会填充一切真空一样）。所以，这个大黑洞会受到间质的不断挤压。物极必反，最终，黑洞又发生新了轮的大爆炸。不然，按照我们了解到的黑洞，它不会爆炸，只会蒸发。（二）多维宇宙论宇宙的边界在哪？大多数人问这个问题的时候，都是假定宇宙如果是有限大的话，就必定有一个边界。既然有边界，那么边界之外又是什么？用这种方法推理，其结论就是宇宙必定是无限大的。 但是这种推理是错误的。因为空间可能不是简单的三维欧几里的空间（即直角坐标）。 我们设想，如果人类永远都不会飞行，永远都只能在地面活动，从二维空间角度说，我们就会发现地球表面是没有边界的。中国北面是什么？是俄罗斯。再往北，北极，再走，再走，又回到了原处。没有边界。 现代物理学认为宇宙也是这样的。空间是弯曲的，如果一个宇宙飞船向一个方向一直飞，最后将会回到起点。因此没有边界。但是整个宇宙确可能是有限大的。宇宙中所有的星球可能是有限多的。 一个有限大却没有边界的宇宙，这就是我们的婆娑世界？ 因此我猜测，佛说的三千大千世界，是在所谓“更高层次的空间”来看的。就好像地面爬行的动物认为地球是没有边界的一样，我们也看不到“宇宙之外”的“宇宙”。只有跳出三维空间之外，才能看到。 在三维空间中来说，宇宙是没有边缘的。著名的天体物理学家霍金曾经说过，宇宙有限却无边，就像我们的地球，我们都知道地球是有限的，但却永远也无法找到它的边界，至少站在三维空间的角度来讲，是这样的。 而要是我们能找到进入四维时空的方法，或许就能借此冲破宇宙，到达宇宙外的世界。现在有人认为，宇宙外面其实是个多维空间，但我们很难进入其中。就像一个存在于二维世界里的扁片人，在正常情况下无法穿越到我们三维空间一样，我们处在三维空间的人也很难穿越到四维或四维以上的空间中去，除非宇宙给我们提供方便，将时空之门打开。我想我们宇宙外面的世界就像是一个气球外的世界一样吧。我们现在自在气球的里面，只要我们能找到突破气球皮的方法，那自然就能自由穿梭于宇宙与宇宙外的世界了。而我想那种方法应该也就是能让我们在不同维度空间之间穿越的吧。在平滑的封闭的多维曲面内，同维度或低维度的构成物，可以沿此曲面任何维度平滑的移动而永远不会“碰壁”（当然，遇到黑洞等“奇点”时例外）。何况，这个多维曲面膨胀的速度还大于其内在构成物的移动速度。所以，虽然本物理宇宙是有限的，但对人类来说，却是无边无际的。 黑洞等时空奇点，从这一意义来说，就是宇宙内的一些点状的“折边”。 而对于高维度的存在（假若有的话），整个本物理宇宙就是某高维时空区域的三维或四维的“边”。 类似人类观测地表，沿着表面走来走去，总是找不到边际，但进入太空观测，噢，原来整个地表就地球的“边”啊。（三）边缘扭曲论从最新的观测资料看，人们已观测到的离我们最远的星系是137亿光年。也就是说，如果有一束光以每秒30万千米的速度从该星系发出，那么要经过137亿年才能到达地球。这137亿光年的距离便是我们今天所知道的宇宙的范围。再说得明确一些，我们今天所知道的宇宙范围，或者说大小，是一个以地球为中心，以137亿光年的距离为半径的球形空间。当然，地球并不真的是什么宇宙的中心，宇宙也未必是一个球体，只是限于我们目前的观测能力，我们只能了解到这一程度。所以宇宙没有边界，以我们的观测能力决定了我们能看多远，我们的观测能力在发展，观测的范围也在变大。不过按照宇宙大爆炸的理论，宇宙还在不断的扩大。茫茫宇宙无边无际，其深邃让人难以想象， 1999年4月，美国纽约州立大学的一个天文研究小组，利用哈勃太空望远镜的巨大威力。经过2年多时间的周密观测，并用电子计算机进行科学处理，剔除了分布在该方向上交迭在一起的400多个天体图像，终于请出了一个最古老星系，从它退行膨胀的速度高达光速的96。66%推算，它应处于137亿光年的宇宙边缘！ 137亿光年的距离实在难以比喻，连最快的光也要疾行137亿年才能到达。 由此可见，这个最远的星系也是宇宙大爆炸后不久的天体，是极其珍贵的最古老的宇宙化石，因为在探索宇宙起源、演化，宇宙早期历史将有无可估量的意义。 宇宙不是无限的，或者说，我们所居住的这个狭义的宇宙并不是无限的。它的边界在哪里、以何形式存在现在尚在争论，但“我们的宇宙”不是无限的，这个观点基本已经得到了认同。 现在一个观点认为，在宇宙的边缘时空是扭曲的，就是说你能无限接近它，但无法到达它。 至于广义的宇宙，即“我们的宇宙”之外的宇宙是否无限，这个就说不清了，正如无法对夏虫语冰，现在的人类科技对此还毫无认识，现在的研究尚未突破我们的宇宙这个范围。 宇宙是无限的，但是是有界的。霍金理解的宇宙就象一个篮球一样，你在球面上无法找到起点和终点，但它却是有界的。或者从大爆炸理论里可以得到，我们的宇宙仍然在膨胀之中，星系彼此仍然在退行，也就是我们所认识的宇宙仍然在膨胀，在延伸，在扩大，但还没有到它的尽头。（四）有限无界论宇宙是有限但又无界的，跟地球有点像，也是有限无界的。地球没有边缘，宇宙也是没有边缘的。 为什么会这样呢？因为宇宙自身的引力很大，以至于宇宙中的任何东西（包括光子）都无法逃离宇宙（超光速的例外）。所以你往宇宙中任何方向运动，最后你还是会回头走的。用广义相对论说，宇宙的大空间是如此的弯曲，以至于将自身弯曲成一个闭合的球体或者果核，球体内部的任何物质能量都无法逃离球体本身。这个是有证据的：1。宇宙的大空间物质分布是如此的均匀，就好似地球是在大爆炸的中心，我们在中心往外看一样的均匀。可是我们在中心的概率几乎是零。如果宇宙是圆的，我们同样会看到大空间中物质分布是那么的均匀，而这样就不必要求地球是宇宙的中心了，这样的概率要大很多。2。我们观察到了微波背景，而且他也是那么的均匀。光子在宇宙大爆炸的时候就出现了，它们向四周传播，最后还是在引力的作用下又往回运动了，所以今天我们才观察到了微波背景。1925年，哈勃发现了星系的退行，从而证明宇宙正在膨胀。所以宇宙是有限的。如果宇宙存在无限的空间，它必然存在无限的时间。则根据热力学第二定律，宇宙应该在过去无限远的时间内达到了最大熵的状态，则我们现在生活的这个空间必定充满了辐射和场，没有其他任何有序结构的物质。生命也不可能存在，因为生命本身是一种低熵。通俗地说，由于时空曲率的影响，宇宙的图象应该是一个类似于四维球面的模型。是有限无边的。举个例子，地球表面是二维的球面，地球表面积有限，体积也有限，但你在地球表面永远走不到终点，因为它没有边界。 宇宙也一样，只是维度更高罢了。 所以现在人类认识的宇宙是有限的，但是没有边缘的。 在宇宙外面看宇宙的话，宇宙会是个巨大的黑洞。因为其内部的光子都无法逃离其自身引力的吸引。如果黑洞有边缘，那么宇宙这个巨大的黑洞也因该是有边缘的。只是就算你是处在边缘的话，那也没有任何迹象能证明你是或者不是在边缘，你所看到的大空间物质分布跟在其他地方看到的是一样的，所以科学家认为宇宙的边缘是个全息图。我们所处的大空间是如此的弯曲，这是非常有趣的。更有趣的是，宇宙竟然是可以被理解的。宇宙现在有两个概念，一个是广义的，一个是狭义的。 广义的宇宙，指所有的物质或非物质世界的总称。 狭义的宇宙，也就是现在一般科学上称的宇宙，是指人们能或有可能看到的星际，太空的总合。现在的主流宇宙论认为，宇宙是在大约150亿年前由一个质量极大，密度极大，体积极小（这个极都是无法用我们今天世界的尺度去稀量的）的原始宇宙爆炸后产生的，到现在这个宇宙直径约为150200亿光年，并且还在膨胀增大，今后还会一直增大下去，或有一天开始收缩而回来原始的极小状态，这要看宇宙的总质量而定。 这个宇宙当然是有一个大小的，但没有很明确的边界，太阳、地球、人作为这个宇宙的一部分也是永不可能逃出这个宇宙的。现今的主流理论，认为宇宙不论在时间或空间上都是有限的。先说空间，空间有限不一定代表存在一个外面。以二维世界来作例子，假若其宇宙是个球面，球面面积是有限的，同时它没有边界。故此，二维世界的生物（譬如走在上面的蚂蚁），永远没法走出这宇宙之外，对它来说，这个宇宙不存在外界。 现代宇宙学基本的信念是：宇宙中处处平等，不存在特别重要的位置，例如：边、角、中心等等。再者从观测也找不到这些位置的存在，所以天文学家认为宇宙是有限、无边的。 再说时间。现在认为时间是连同宇宙一起诞生的。所有的物理定律亦然。以科学方法研究宇宙最多只能迫近至宇宙刚创生的时期，至於宇宙是怎样创生的？或是宇宙创生之前是甚麼？之类的问题，人类实在是无法理解的。近年，的确有人尝试描述宇宙的创生过程（M理论提到的膜宇宙是其中之一）。但现阶段，尚流於数学上的推演，实在没有实验的基础。根据现在的各种观测事实，大爆炸论应该成立，那么宇宙是动态的，不是在扩大就是在缩小，所以边界本身不断改变，那样这个有限的宇宙就没有一个可以称之为边界的地方，所以叫有限无界。比方说，假设宇宙以光速扩展，那样光速是有限的，宇宙就是有限的，但是观测者不可能观测到边界的存在，也就是无界了。 但是最初提出宇宙有限无界说法的貌似是爱因斯坦老人家，而他老人家在很长一段时间内都不相信宇宙是动态的，为此还弄出了个宇宙常数。所以他所说的有限无界应该不是上面那个意思。相对论认为质量产生的引力并非实际的力，而是时空的扭曲产生的效果。而时空本身就是宇宙的属性，也就是物质的，而非独立存在。所以整个宇宙的物质应该有足够的质量，让时空完全扭曲，以致达到更高纬度上的“地球的表面是没有边际的，但是有限的”这样的效果。（五）抽象宇宙论任何事物都有开始和结束，那么宇宙从哪里来，要走向哪里。没有宇宙的时候这个世界是什么样子的，宇宙结束（消失？）之后世界又是什么样子的。宇宙是无限大的还是有限大的，任何事物都有个界限，无限大是怎样的一个“大”，有限大的话，那么宇宙的边缘在哪里。人总是会对不了解的事物产生好奇甚至是恐惧，很多不能理解的事情总是被反复提起，诸如人到底是从哪里来的，物质到底是从哪里来的，这个世界到底是从哪里来的之类。人是由蛋白质组成的，这个是不争的事实。蛋白质是由分子组成的，分子是由原子组成的，原子是由原子核和电子组成的，原子核是由质子和中子组成的。那么再往下分呢，究竟能分到多少层，究竟会不会有下限。如果说真的有下限，那么组成物质的最基本物质又是什么？那么组成物质的最基本物质的最基本物质又是什么？如果说没有下限，那么无限又是一个什么概念。物质的构成和宇宙的大小一样，会将任何企图去思考并且找出最终答案的人变得疯狂而百思不得其解。事实上，人对事物的思考总是无法跳出当时科学的认知以及自我的思维约束，似乎总是被限定在某个魔法阵之中而无法脱离。就像科学家们在寻找地外文明的时候假定某星球上存在生物的条件总是温度是不是适合，是否有水和氧气一样。实际上没有人规定生物一定要满足以上的条件才能生存，或者说，没有人规定生物就一定要是和地球上那些由蛋白质组成的生命一样是血肉之躯，需要氧气和水才能生存。这就像哥白尼提出日心说之前，所有人都认为“地球是宇宙的中心”这个理论是真理是科学一样，人的认知总是有限的。好，让我们回到宇宙究竟有多大这个正题上来。人们在讨论宇宙有多大的时候通常都会情不自禁地把宇宙给想象成一个球体，或者说宇宙就像是个超级气球，人类只不过是生活在这个超级气球里面的昆虫而已。如果宇宙是气球的话，无论这个气球有多大，那总得有个边缘。那么气球的外面又是什么？如果气球外面的外面又是什么？这样无限地深入下去，就又陷入到本文最开始提到的构成物质的最基本元素是什么这样的一个怪圈之中了。现代科学的解释是宇宙在最初阶段实际上是个“蛋”，一次大爆炸之后才产生了宇宙，宇宙在爆炸中在不断扩张，即使是现在也是在无限地扩张之中，这个扩张不可能停止，所以可以被认为是无限大。那么无限大是什么概念？假设一个人奔跑的速度超过了宇宙扩张的速度，那么这个人是不是就可以到达宇宙的边缘？这显然和宇宙是无限大的理论产生了冲突。实际上，任何基于当前人类的认知水平，或者说用基于“物质”的概念来猜测宇宙的大小都是错误的，最终都将陷入前文提到的怪圈中无法自拔。事实是，几乎所有人都忽略了另外一个概念，那就是时间。时间是最容易被忽略的。时间虽然最容易被忽略，而它却是实实在在地存在于我们每个人身边的。你说话需要时间，从A点走到B点需要时间，思考需要时间，甚至你有足够的耐力看到本文的这个段落也需要时间。时间是什么，有人想过吗？我们无论做任何事情都需要消耗时间，这个是不争的事实。有没有人这样想过，是否时间在流逝，我们才会去做事情，去走路，去思考呢？如果时间停止了，那么我们也会停止一切的活动。太阳不会落山，苹果不会变坏，人也不会死亡。说到这里，我们是否可以认为，我们的一切一切都是基于时间的呢？如果时间停止，那么一切是什么，是不是一种“无”的状态呢？如果时间停止，请你不要沾沾自喜，因为对于你个人而言，时间停止，“无”的状态就会降临。你将失去一切的活动和思想及感知，就和死亡一样。那么，我们是否可以认为，在没有时间的情况下，在“无”的状态中，是否一切都不存在呢？是否宇宙也不存在呢？时间是不停流逝的，你可能没有办法去体验“无”的状态是怎么样的一种感觉。而实际上，任何人都经历过“无”的状态，那就是你出生之前。在你出生之前，你没有任何思想，没有任何感觉，什么都没有。你不会欢喜，不会愤怒，也不会去理解和分析我这篇文章到底是不是谬论。那么，在你出生之前，在对你而言的“无”的状态中，对你来说，是否存在时间流逝呢，宇宙是否存在呢？物质是否存在呢？希望我上面所说的话能让你理解在没有时间的无状态中，整个世界是什么样子。对，那就是没有宇宙，没有物质，没有空气，没有大海，没有人的状态。更深入地说，在“时间”诞生前，一切都是“无”。也许还有人不能理解“无”是什么，那么我在一次请你感觉一下，对你而言，你出生前和死后，那就是“无”。所谓的宇宙实际上和时间一样，不能用“物质”的理论来理解它。宇宙并不是个像气球一样的物质，而是和时间一样，你没有任何办法去量化它。宇宙随着时间而膨胀，宇宙因为膨胀而产生了时间，宇宙和时间之间就是存在着这样的一种微妙关系。你问宇宙有没有尽头就像在问时间有没有尽头那样可笑。因为时间总是不断地在流逝，而随着时间的流逝，宇宙也在不断变大。注意，要牢记宇宙并不是像气球那样的实体，而是和时间一样的抽象概念。时间有尽头吗？时间没有尽头。因此宇宙也没有尽头。现在回到前面的假设，那个“如果一个人以超过宇宙膨胀的速度奔跑，那么究竟会不会跑到宇宙的边缘呢？”我们可以说，这个假设本身就是在基于“物质”（气球？）的理论上来进行的，因此没有成立的意义。因为宇宙并不是一种像气球一样不断被吹大的实体，因此你不能用气球变大的速度来描述宇宙膨胀的速度。宇宙的膨胀是以时间来计算的，而不是每秒膨胀多少米。一个人，他可以以每秒一亿亿万公里的速度向宇宙的边缘奔跑，的确他跑得很快。但我们不要忘记，就算他跑了一亿亿万公里，但对于他来说，他只是消耗了他生命中的1秒而已。而对于他来说，宇宙也向外膨胀了1秒（再次提醒你注意，这个膨胀不等于气球的膨胀，而是时间的流逝）。而且，宇宙并不是个球，不存在边缘和中心，实际上他无论超那个方向跑都是在向宇宙的边缘跑。但就算他以每秒一亿亿万公里的速度在跑，跑了一辈子，到最后因为衰老而死，他也没有向宇宙的边缘接近一丝一毫。因为一切都是以时间计算的，无论他跑了多少路，对他对宇宙来说，时间只不过是流逝了几十年而已。所以说，宇宙是没有边缘的。甚至可以说，我们身处的宇宙，实际上就是时间。无论我们跑得多快，对于时间来说，始终都在原地踏步。你除了一步一步接近死亡之外，永远也无法达到宇宙的边缘，甚至是接近它。因为你永远也不可能跑到时间的边缘，所以你也永远也无法达到宇宙的边缘。然而，宇宙又是有边缘的。对于一个人来说，他的死亡就是时间的结束。就算时间仍然在继续，但对于他来说，时间的确是停止了。一个人的死亡意味着时间的结束，他来到了时间的边缘。时间的边缘就是宇宙的边缘。人只可能和时间的边缘融为一体，和宇宙的边缘融为一体，而永远不可能超过宇宙，去看看宇宙的外面是什么样。因为当你到达宇宙边缘的时候，对你来说，那就是“无”的状态了。丛某种角度上来讲，人只能通过死亡的方式到达宇宙的边缘，来感受“无”是什么样的一种状态。而他也将永远定格在“无”的状态中无法自拔，因为无就是无，这也就是宇宙边缘的意义。一切归于虚空。实际上我以上所说的只不过是基于宇宙大爆炸学说的浅显表示，只有脱离了基于物质的假设，不要把宇宙给想象成一个类似气球的东西才能真正地了解到宇宙到底有多大以及宇宙的外边究竟是什么。人永远都不可能到达宇宙的边缘，因此我们可以认为宇宙是无限大的；而人死亡后，对于他来说，等同于到达了宇宙的边缘，因此我们又认为宇宙是有限大的。一个人无论跑得多快，对于他来说，时间总是不断前进的。无论他跑了多少里路，消耗的时间总是固定的，因此他始终没有向宇宙的边缘迈进一小步。希望本文能对所有无法理解宇宙的大小及边缘的朋友们能有一些帮助，但仅仅通过本文的阅读并不能对宇宙的概念有太深入的了解。通读本文的人也许会发出这样的疑问，根据相对论，如果他跑得快，他的时间恐怕会比那些没有跑动的人过得要慢。虽然他本人永远也无法接近宇宙，永远也无法到达宇宙边缘。那么如果他跑得足够快的话，那么对别人来说，他是否会到达宇宙的边缘呢？（六）单调宇宙论就我们所知，宇宙是无限的。WMAP（威尔金森微波各向异性探测器）的观测数据已经佐证了暴涨理论，即宇宙经历了一个超高速膨胀的阶段。因此，宇宙很可能要比我们目前所能观测到的还要大得多得多。这就有必要区分宇宙自身大爆炸创生出的一切和“可观测宇宙”我们所能看到的一切。通过对宇宙微波背景的观测，宇宙学家已经知道宇宙的年龄为137亿年。而由于光传播的速度是有限的，地球上的观测者因此只能看到在这一时间段内传播到地球上的光。那么是不是因为我们在各个方向都能看到137亿光年远的宇宙，于是可观测宇宙的大小就是这个数值的两倍呢？不是。在宇宙微波背景中我们所看到的物质是在137亿年之前发出的这些辐射，但在那以后这些物质就凝聚成了星系。由于宇宙膨胀，现在这些星系距离我们大约465亿光年。这一“距离”指的是现在这些星系和我们之间的距离，而不是它们发出光线时到我们的距离。所以，可观测宇宙的“直径”大约为930亿光年。这一结论似乎违背了爱因斯坦的相对论，即光速是物体在空间中运动的极限速度。但是这并不适用于空间自身的膨胀。普适的速度极限在极端情况下会有个别的例外，宇宙的膨胀就是其中之一。可观测的宇宙有一个边界，科学家将其称为“视界”。那么在视界外面是什么？“随着时间的流逝和宇宙的膨胀，会有越来越多的宇宙进入我们的视界，”美国空间望远镜研究所的亚当里斯（Adam Riess）说。他说，宇宙学家认为在我们可探测视界之外的宇宙“和我们的没什么两样”。ps：我将作者的话理解为宇宙是单调的，无限的，平坦无边的。（七）微观宇宙论宇宙有多大？对于这个问题，自古至今谁也无法解释清楚，也没有人能给宇宙的大小作一个定义。目前，最具有科学性权威的答案，也只能从现代最先进的射电天文望远镜探测得到150亿光年之内的宇宙空间作解释，再遥远的宇宙空间，也就得靠人类自身的第一智慧“幻觉”结合现代科学理论进行想象出宇宙模式，才能达到理解更深层次的宇宙奥秘。 事实上，宇宙是个无限大的宏观空间，人们要了解这个无限大的宏观空间，首先必须以“爱因斯坦” 的“相对论”去寻找一个与“无限大”相对立的“无限小”的微观空间。 这个“无限小”的微观空间在哪里？我们很容易想到，我国古代就有关“天有九层天，地有九层地” 的传说。这个传说就说明了天地之间的大小是对称的，大地之内必定包含着一个“无限小”的微观空间与“宇宙无限大”相互对立地存在着。毫无疑问，这个对称点一定是在“地心”处。不错，地球最中心点应只由一个地球上还普通的物质元素的“原子”为代表，这个“原子”又与任何构成地球物质元素的“原子”并没有特别之处。 所以说：无限大在“天空”上，无限小就在“原子”的内部世界里，在这两个神秘的世界里，隐藏着一个新的“宇宙层次”奥秘让我们去认识它。 首先，我们从整个宇宙空间看，构成宏观，而且壮丽的宇宙世界主要扮演者是“恒星系”。而构成恒星系的唯一物质，就是地球上最普通、最基本的物质分子元素原子。“原子”才是真正的宇宙世界唯一的物质角色。 “原子”在宇宙空间中的存在，神秘的自然界给“原子”的质量定下了“大与小”两个极限的“临界线”。在化学元素周期表里，就能看到：如“氢”元素是质量最小的“临界面”，而“铀”元素，又是质量最大的“临界面”。任何一种元素的“原子”质量 只要超越两者的“临界线”都难以恒存或不可能存在。 “原子”质量的增大，只靠本身产生的“万有引力”起作用。原子与原子之间的相互吸引，结合成为高质量的分子团，才能构成像太阳系这样宏观的宇宙天地。 无独有偶，“原子”聚合成的恒星质量也受到宇宙自然定下的“临界线”所限制。没有达到一定质量的分子团聚合物质，也只能是恒星系的一部分物质，或者是一颗行星。当恒星的质量超过“临界线”时，也就像重质量的“原子”元素那样自动衰变改体，生成新的轻元素，天空中的“超新星”的出现就是这个道理。 宇宙大自然的神秘“临界线”定律，给宇宙大小两种物质分出两个边缘的特殊倍数的宇宙空间。宇宙正是有这个“特殊倍数”的空间所存在，才得以澄清，才有一个明朗、且又生机勃勃的宇宙世界，否则将是一片混饨、模糊不清的天地。 恒星系代表着宏观世界，“原子”代表着微观世界，两者之间存在着“特殊倍数”的宇宙空间。我们人类正是生活在这个“天地空间”中。 所以说：宇宙的大小，正是有一定规律性的层次扩张和缩小。 “宇宙层次”论点的成立，将会使人类对宇宙空 间的认识更上一层楼，对微观空间的了解会更深入一个层次。 也就是说：我们要了解宏观宇宙和解开当代天文学界关于：“宇宙大爆炸”（宇宙生成论），“黑洞”、“时空隧道”等难以解释清楚之谜，都可以从研究地球物质分子元素原子的各种活动规律中找到答案。比如：我们将“太阳系看作是宇宙空间的一个“原子”时，银河系便是一滴小水珠，很可能是个具有生命活力的“原始细胞核”呢！ 同样的道理，我们将构成地球物质的“氟”原子 看成是宇宙空间的“太阳系”时，其中第三项“电子”表面上也许生活着“高级生灵”呢！当然，更重要是目前物理学界无法解释的地球物质产生的“万有引力”（地心引力）、磁场力、太阳光线等是“原子”微观空间中的何种物质。将可以从天文学界观测得到“银河系”中心产生各种天文、物理现象来解答。 总之，运