逃不掉的宇宙

现代宇宙学始于20世纪初。在此之前，人们认为宇宙是无限的，时间是无限的，空间是无限的。1929年，美国著名天文学家埃德温·哈勃观测“旋涡星云”，发现所有星系都在远离我们，而且“逃逸”的速度越来越快。迄今为止，结合科学研究方法和充足的证据，许多科学家开始相信宇宙在不断膨胀。

137亿年前的故事

宇宙在膨胀？是的！宇宙不是静止的，而是在不断地增长，它的疆域在向四面八方扩展。宇宙从何而来？人类的生命始于一个小小的受精卵，那么宇宙的起点在哪里呢？

如果我们追寻宇宙的足迹回到它的源头，我们就会发现，宇宙应该已经从体积变小、密度变大的状态发生了变化。也就是说，宇宙也应该和我们一样，有一个从“受精卵”开始的演化过程。

1946年，美国天文学家伽莫夫提出“大爆炸”理论。伽莫夫认为，在宇宙诞生之前，没有时间，没有空间，也没有物质，但却充满了能量。大约137亿年前，在这片混沌的虚空中，一个体积无穷大、质量无穷大的点爆炸了，宇宙诞生了。大爆炸打开了空间，创造了时间、星辰、空气和水，生命和物质由能量转化而来，在这个不断膨胀的时空中逐渐形成。

每一分每一秒，地球都接收到大量来自宇宙的光，而到达地球的“最古老”的光，就是137亿年前出现的宇宙背景辐射。宇宙诞生之初，大爆炸后约40万年，宇宙还是一个炽热的高温火球，散发着耀眼的光芒，而这些光芒就是宇宙背景辐射，大爆炸的余辉。宇宙是如何膨胀的

根据大爆炸理论，毫无疑问，宇宙在不断膨胀，各个星系和其他天体都在高速远离彼此。因此，宇宙中的物质会越来越稀疏，密度越来越小。如果真是这样，我们的宇宙最终会变得“空虚”。所以有一种理论认为：当宇宙的膨胀使星系之间的距离足够“远”时，就会从“虚无”中产生出许多新的物质来弥补出现的“空隙”，从而维持宇宙中物质的适当密度，但这个猜想完全违反了物质守恒定律。那么宇宙究竟是如何膨胀的呢？

第一人以数学方式提出宇宙模型——俄罗斯科学家亚历山大·弗里德曼，结合爱因斯坦的相对论，提出了自己的想法：一个时间不变的空间，即一个静态宇宙是不存在的。空间会随着时间增长或缩小。弗里德曼分析了这两种情况，最后总结出三种宇宙膨胀类型：

第一，当整个宇宙的密度很高时，万有引力也很强，所以星系后退的速度会不断变慢直到它逐渐停止，这也意味着宇宙的膨胀停止了。这个停止的过程并不需要很长时间，而使宇宙减速的力使宇宙倒转，就像电影胶卷倒转一样，宇宙开始收缩，直到变成一个点。这种宇宙模型称为封闭模型。

其次，宇宙的初始体积为零，一旦开始膨胀，就会继续膨胀，因为宇宙的物质密度不足以提供万有引力来阻止它。这就像人类发射火箭的场景。当火箭燃料耗尽时，如果速度低于第一宇宙速度，火箭的速度会越来越慢，最后在重力的吸引下落回地面；如果达到第一宇宙速度，它将飞向太空，永远告别地球。我们目前在宇宙中观察到的现象是星系相互飞离，类似于第二种情况。这种宇宙模型称为开放模型。第三，宇宙会像封闭的或开放的那样膨胀。此后，宇宙虽然不断膨胀，却始终徘徊在收缩的边缘。这种模型称为平面模型。

不管是封闭宇宙模型，开放宇宙模型，还是平面模型，随着时间的推移，星系的回归速度肯定会变慢。但是，生活在膨胀宇宙中的人类无法确定上述宇宙模型是哪一种。宇宙会永远收缩，收缩后膨胀，还是永远徘徊在收缩的边缘？

有限无界的宇宙

目前，越来越多的科学家认为，宇宙不会无限膨胀，膨胀到一定程度就会停止，并保持这种状态一段时间。在这个状态下，宇宙的大小是有限的，但是它没有边界（起点和终点），就像地球一样。我们都知道地球的表面积是有限的。如果一个人在地球表面上行走，不管他走多远，朝哪个方向走，即使一直走，他也是在地球表面周而复始。圈子里，他不会遇到边界。

因此，现代天文学和物理学对这个问题的研究结论是：宇宙是有限而无界的。但如果在这个世界上，有一双绝对客观的眼睛，不在宇宙范围之内，我们就会看到，我们的宇宙的大小是有限的，而我们自己却永远达不到宇宙的边缘，因为即使光不能到达宇宙的极限。逃离这个宇宙。在宇宙的边缘，光正想尽一切办法逃逸，但最终还是会被引力吸引，停留在这个空间里。即使我们有一艘光速的宇宙飞船，当我们把它开到宇宙边缘时（假设我们能到达宇宙边缘），宇宙飞船也会开始减速，我们只能在边缘徘徊宇宙，但我们根本感觉不到。在宇宙边缘的扭曲空间中，即使我们一直朝一个方向飞行，但从其他空间看飞行轨迹也是弯曲的，我们只会一直绕着宇宙最远的地方飞行。

说到这里，是不是觉得我们生活的宇宙就像一个巨大的黑洞？这是正确的！事实上，许多科学家认为我们的宇宙是一个黑洞。而且他们还认为，在这个黑洞之外还有一个更大的宇宙，或者说更大的黑洞，就像俄罗斯套娃一样，无穷无尽。

宇宙的大小

既然宇宙是有限的，那么宇宙的大小应该是可以测量的。要想了解整个宇宙的大小和形状，就必须先知道宇宙的曲率和形状。曲率是空间的曲率。根据广义相对论，空间是可能弯曲的。但由于很难想象和理解空间曲率的形状，所以我们还是用像地球表面这样的二维表面来测量大概的面积和体积。

我们知道，我们其实是在一个三维空间，地球的赤道是弯曲的。然而，在现实生活中，赤道给我们的感觉依然是一条直线。因此，我们根本无法真正感受到地球表面的弯曲程度。同理，对于生活在三维空间中的我们来说，虽然知道三维空间是弯曲的，但我们却丝毫感觉不到。

但是，我们仍然有办法确定三维空间的弯曲程度。在曲率不同的宇宙中，几何图形的性质也不同。以三角形为例，在非弯曲空间，即曲率为零时，三角形的内角和为180°；在弯曲的空间中，它可能大于或小于180°，前者的曲率是正的，后者的曲率是负的。

三维宇宙的曲率差异无法用图像来表示，但是如果我们把三维宇宙想象成一个二维的表面，那么零曲率的宇宙就是一张长方形的平面纸。那么，正曲率或负曲率的宇宙应该是什么样的呢？一个正曲率的宇宙应该是一个球体，一个负曲率的宇宙应该是一个马鞍形的表面。然而，由于宇宙是有限而无界的，我们无法准确预测宇宙的形状和曲率，所以我们所有的推测都只是基于科学的想象，更谈不上测量宇宙的大小了。而且宇宙的膨胀速度比光速还快，人类根本看不到宇宙的最深处，只能讨论观测到的宇宙有多大。

根据大爆炸理论，宇宙出现于137亿年前，宇宙中的天体都是在大爆炸中产生的，也就是说最早的天体诞生于137亿年前。根据宇宙大尺度相似的原理，地球理论上可以接收到这些最古老天体发出的光，所以我们在地球上能看到的最古老天体应该有137亿年。宇宙一直在膨胀，空间的急速膨胀使距离急剧增加。当最遥远的天体发出的光到达地球时，已经退到470亿光年之外。因此，人类目前能观测到的最远天体距地球约470亿光年，可观测到的宇宙规模约940亿光年（仅在二维空间中测量）零曲率空间）。

无限多个宇宙

当我们知道宇宙是有限的，肯定有人会思考下一个问题：宇宙之外是什么？对于这个问题，科学家们的回答是没有“外面”这样的东西。当我们思考“宇宙之外是什么”的时候，其实是以那里有空间为前提的。但是，宇宙之外不可能有空间。如果那里有空间，只能说明它还在宇宙范围之内。

可是，宇宙只有一个吗？

我们所说的宇宙是从“虚无和混沌”中诞生的。如果这个说法是正确的，那就意味着从“虚无混沌”中诞生的宇宙极有可能比我们存在的宇宙还要多，无限大的宇宙诞生也不是没有可能。

根据物理学家佐藤克彦的“暴胀理论”，在引起暴胀的空间中，暴胀结束的区域会像肥皂泡一样到处出现，这些空间会逐渐变大。但整个宇宙不可能被这样的空间填满，空间之间的缝隙会不断膨胀。每一个空间都构成了一个独立的宇宙，而我们生活的宇宙可能就是这些空间之一。

但是，值得深思的是，每当一个新的空间出现，就意味着增加了一个缺口，而新缺口的出现，就意味着一个新的宇宙会被创造出来。再加上宇宙的不断膨胀，新的宇宙会不断出现，周而复始。因此，有科学家认为，在大爆炸之初，只形成了一个母宇宙，但随着上述过程的不断重复，从这个母宇宙中诞生了子宇宙、孙宇宙、曾孙宇宙，从而形成了一个无限的宇宙。许多宇宙。但这些宇宙的时空是完全隔绝的，它们之间没有物质或光等能量的交换。

“多元宇宙论”目前只是一个假说，人们还没有能够证明其他宇宙的存在，更不用说有观测证据直接证明了。不过，美国的一个实验团队已经开始探索这个课题的科学性和真实性，未来或许会给我们一个合理的解释和答案。