宇宙到底是什么?

要搞清楚这个问题,我们就得先搞清楚“宇宙”到底指的是什么?

话说,中国的古人就对宇宙有明确的定义,其中《淮南子》就记载这:

往古来今谓之宙,四方上下谓之宇。

说的就是宇宙是空间和时间的集合。而如今,宇宙的定义也随着人类认知的一步步提升而发生变化。现在我们对于宇宙的定义已经变成了:所有的时间、空间、物质和事件的集合

所以,关于宇宙相关的一些问题,我们不能光从现在宇宙状态看待,或者说用一个动态的眼光来看待这个问题。

宇宙有多大?

如果从这个角度入手,我们就会发现“宇宙有多大?”其实也是一个“动态”的问题,而不是一个“静止”的问题。这个问题其实和宇宙本身的性质有关。

自从宇宙大爆炸以来,宇宙空间就开始膨胀,经过一轮大暴胀之后,开始减速膨胀,这其实就和宇宙中物质的引力有关。

在宇宙中,物质之间是有引力的,这会使得物质向内聚合,同时也在作用于宇宙空间向内聚合。所以,宇宙的空间会受到一个引力的作用,这由宇宙内部的物质所决定。这里要强调的是,宇宙中的物质不只有可见的物质,还有我们观测不到的暗物质,它们的总量远大于可见物质的总量,同时也提供了引力。星系之所以可以聚合在一起,暗物质起到了关键作用。

其次,宇宙同时还会受到排斥力的作用,而促使宇宙向外排斥的是:真空能,我们管这个叫做暗能量。而这个排斥力的大小和宇宙本身的大小有关。

除了“引力”和“排斥力”,其实还和宇宙本身的形状有关,如果宇宙是类球面型的,那么宇宙就可能是有边界的,而如果宇宙是马鞍形或者平坦的,那宇宙就有可能是无限大的。

那宇宙到底是引力主导还是斥力主导?是平坦的还是马鞍形的还是球面的?这个问题,可以通过宇宙微波背景辐射来确定。

所谓的宇宙微波背景辐射,其实就是宇宙大爆炸38万年后,光子获得自由,开始在宇宙中穿行,这一穿行就是138亿年,这些光子成为了宇宙的背景,遍布全天。而宇宙中从宇宙大爆炸38万年后至今的各种变化,其实都以储存在宇宙微波背景辐射当中。如果我们可以找到宇宙背景辐射,并且能尽可能地精准的探测到,那就可以获得宇宙过去、现在和未来的相信信息。

科学家也用各种仪器去探测宇宙微波背景辐射,并且一步步迭代观测技术,如今最新的宇宙微波背景辐射来自于普朗克卫星。

通过宇宙微波背景辐射,我们可以得到宇宙的物质密度,哈勃常数,宇宙是不是平坦的,宇宙年龄以及宇宙的物质比例等信息,所以宇宙微波背景辐射堪称是天文学家手中的武功秘籍。

其中通过普朗克卫星发回来的宇宙微波背景辐射来看,宇宙在千分之六的精度上是平坦的。这就意味着现在的宇宙很有可能是无限大的。

其次,通过测到的物质密度和哈勃常数,结合宇宙学理论,我们可以得到宇宙的物质占比。

如今我们知道暗能量在距今45亿年前开始占据了宇宙的主导,宇宙开始加速膨胀,而在此之前是引力占了主导。因此,宇宙大爆炸之后,宇宙是先进行减速膨胀,然后开始加速膨胀。

同时我们可以得到的是宇宙如今的密度占比,同时还知道了宇宙的密度略低于临界密度,这就意味着,宇宙的未来很有可能是一个开宇宙,宇宙将会一直膨胀下去。

因此,我们大概可以得到这样的结论,宇宙是一个无限大的宇宙,并且它还会继续膨胀下去,而宇宙的未来如果任何因素趋势其物质占比发生逆转的话,很有可能在暗能量趋势下,继续加速膨胀,极有可能是大撕裂或者热寂。

所以,如今的宇宙是无限大的,而且未来也很有可能是维持无限大的状态。