宇宙有尽头吗？尽头是什么？尽头之外又有什么？

琴岛飞扬

“宇宙的尽头”是什么？
如今，在书籍和报纸的标题会看到诸如“目前为止，人类已经接近宇宙尽头”之类的表述。那么，对宇宙有所了解的人，脑中立刻会想到这说的是“可观测宇宙的尽头”。也就是以我们人类自身为半径，大约464亿光年的一个范围。（哎？宇宙尽头不是138亿光年吗？欢迎这么想的读者来读我这篇小短文）
提到“宇宙尽头”这个词，大多数人的印象停留在空间上的宇宙尽头，也就是说名为宇宙这个空间终结的地方。


（我们所认为的宇宙尽头是？照片来源：Benjamin Davies on Unsplash）
只有在“可观测宇宙”范围内才存在宇宙空间——这的确很难让人信服。更何况如今的宇宙理论已经发展到了可以谈及“可观测宇宙”之外的阶段。
宇宙究竟是什么颜色？
我们先把“可观测宇宙尽头”之外是什么这个问题放在一边，先介绍一个指标来解释一下目前人类对宇宙的观察范围有多远。
这个指标就是——宇宙背景辐射。
电磁波充满整个宇宙的状态就是宇宙微波背景辐射。
大家都熟知“银河”一词吧。像云一样闪着淡淡微光的辐射就是背景辐射。银河也被称为是背景辐射，但他们的实体其实是肉眼看不到的暗星集合。
在处于圆盘星系中的我们看来，银河就仿佛是横亘在空中的一条河流。


（银河 拍摄来源John Fowler / Flickr）
无数黑暗的遥远星系闪烁着微光，但仅以现有的望远镜设备，仍然有观测不到任何天体的漆黑领域。
这就是说，宇宙并不是我们想象中的漆黑一片。
如果问，白天的天空是什么颜色，大家会不假思索的回答，蓝色。那么夜晚的天空呢？
“夜空是黑暗的”也不过是因为我们眼睛感光有限。如果准确测量的话，夜空也应该有一定的亮度，闪烁着光芒，甚至是有颜色的。


那么，究竟是什么颜色呢？
事实上——宇宙接近奶油色。
一提到宇宙，人们就会想到漆黑的空间中漂浮着星体和星系。但实际上仔细观察就会发现，漆黑的宇宙空间里闪着奶油色的光芒。（这个颜色也是我的著作《宇宙“尽头”有什么》封面使用的颜色，有兴趣的读者可以买来看看）
我们所见的宇宙只是宇宙的一部分。
那么，我们要重新思考一下“宇宙尽头”是否仅仅是“空间方向的延伸”？


前文已述，现在宇宙的直接可观测范围仅限于“宇宙视界”（半径464亿光年），也就是宇宙从诞生开始到现在为止光速的传播距离。
但是基于目前宇宙学的研究成果，超出视界之外的领域，宇宙又是如何扩张延伸的呢？我可以引用“宇宙膨胀理论”对此进行一个符合逻辑的解说。


（从大爆炸开始的宇宙范围面临再审查  图片来源：Getty Images）
目前“可观测宇宙”范围内处处充斥着“极为均质的宇宙”，这又是为什么呢？
其中最有力的回答就是原本较小的“均质”领域在宇宙初期极度膨胀的学说——这就是宇宙加速膨胀理论。
宇宙加速膨胀时期的宇宙究竟膨胀了多少？并没有明确的数字。但是如果能让“视界”范围内成均质分布，宇宙至少膨胀10的30次方（100亿倍的100亿倍的100亿倍）。
这还只是最低估算，实际可能远超于此，可能是10的40次方或者10的50次方。


宇宙的创世之神仿佛利用宇宙膨胀来整合宇宙，以完成“相同的密度”以及“没有扭曲的平面空间”的目标。自然，这并不意味着这个被整合出来的宇宙范围恰巧就是我们目前的“可观测范围”。
“可观测范围”是宇宙初开时期到观测点，光的传播距离，然而我们并不知道观测者处在宇宙膨胀的哪个基点上。
因此，我们很自然的得出结论：依据宇宙加速膨胀理论，宇宙膨胀的范围肯定远远大于目前的“视界”。（个人认为会是10的几十次方）


（宇宙的范围远比“可观测宇宙尽头”大 图片来源：NASA Goddard Space Flight Center / Flickr）
也就是说，在承认宇宙加速膨胀理论的前提下，有如下结论：宇宙在空间上的尽头远超过半径464亿光年的“视界”。不仅如此，在“视界”之外依旧存在“密度一致”且“无扭曲”的“平滑”的宇宙空间。
“宇宙”之外的宇宙之外是什么？
那么问题接踵而至，“超出宇宙加速膨胀说”范围之外的宇宙又是怎样的呢？”
很遗憾，从这儿开始就是利用现代科学知识所不能回答的领域了。事实上，专研这个方面的学者凤毛麟角。


即便如此，存在几个研究方向。
其中有一个疑问，“宇宙外层空间是无限延伸，还是拥有有限的体积？”那么就从此发散吧。
尽管对此不能详谈了，但物理上存在一种可能——即“无限的宇宙”拥有“有限的体积”。
相关知识阅读
宇宙是所有时间、空间与其包含的内容物所构成的统一体；它包含了行星、恒星、星系、星系际空间、次原子粒子以及所有的物质与能量，宇指空间，宙指时间。目前人类可观测到的宇宙，其距离大约为93 × 109光年（28.5 × 10^9秒差距），最大为27,160百万秒差距；而整个宇宙的大小可能为无限大，但未有定论。物理理论的发展与对宇宙的观察，引领着人类进行宇宙构成与演化的推论。


图解：在本图中，时间轴方向为从左至右，宇宙的其中一个维度则予以隐藏，因此在图中的任何给定时间，宇宙会以碟状“切片”的型态显示。
可观测宇宙是一个以观测者作为中心的球体空间，小得足以让观测者观测到该范围内的物体，也就是说物体发出的光有足够时间到达观测者。截至2013年对宇宙年龄最精确的估计是137.98±0.37 亿年。


图解：可观测宇宙的模拟全图，室女座超星系团位于中心位置，但因过于渺小以至于看不见。
但由于宇宙的膨胀，可观测宇宙的半径并不是固定的138亿光年，人类所观测的古老天体当前的距离比起其原先的位置要遥远得多（以固有距离（proper distance）来衡量，固有距离在现在的时点和同移距离是相等的）。现在推测可观测宇宙半径约为465亿光年，直径约为930亿光年。根据宇宙学原理，从任何方向到可观测宇宙边缘的距离大致是相等的。
参考资料
1.WJ百科全书
2.天文学名词
3. 有鱼- gendai
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1.WJ百科全书
2.天文学名词
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