宇宙之外還有什么嗎？

哈勃空間望遠(yuǎn)鏡拍攝到的宇宙中不計(jì)其數(shù)的星系。（圖源：NASA/ESA）

PaulM.Sutter是紐約州立大學(xué)石溪分校和熨斗研究所的一名天體物理學(xué)家，同時(shí)也是《向宇航員發(fā)問》、《空間調(diào)頻》的主持人和《如何在太空中死去》的作者。

這也許是個(gè)從人類誕生最初就最引人入勝的問題：在已知的極限之外還有什么？超出地圖邊界之外的是什么？這個(gè)問題的最終版本是：在宇宙之外還存在什么？而答案是……很復(fù)雜的。

想要回答宇宙之外還有什么這個(gè)問題，我們首先要精準(zhǔn)定義”宇宙“的含義。如果你以字面意思將它定義為在所有空間和時(shí)間中可能存在的所有事物，那么宇宙之外不存在任何東西。即使你把宇宙想象成是個(gè)有限的空間并且想象在這個(gè)空間之外的事物，那么無(wú)論在此之外有什么都會(huì)被歸入宇宙。

即使宇宙是個(gè)無(wú)形的、無(wú)名的、毫無(wú)意義的空間，那仍然是一個(gè)被列在”所有事物“清單上的一個(gè)事物，因此，根據(jù)定義，它是宇宙的一部分。

如果宇宙真的在尺度上無(wú)限大，你就不需要為這個(gè)謎題感到憂慮。宇宙既是無(wú)限大,沒有邊界，又談何外部。

當(dāng)然，在我們可見的宇宙范圍之外是存在外部空間的。宇宙是如此古老，光的傳播速度是如此之快。所以，在宇宙的歷史中，我們還沒未收到每一個(gè)星系的光。目前我們可見的宇宙范圍大約是900億光年。也許在這個(gè)邊界之外還有一堆隨機(jī)的恒星和星系。

但是超出這些之外呢？這很難說。

關(guān)于曲率

宇宙學(xué)家不確定宇宙是無(wú)限大還是極其大。為了測(cè)量宇宙，天文學(xué)家轉(zhuǎn)而觀察它的曲率。宇宙大尺度的幾何曲率告訴我們它的整體形狀。如果宇宙在幾何上呈現(xiàn)完美的平坦，那么它是無(wú)限的。如果它呈現(xiàn)彎曲，就如同地球的曲面，那么它的體積有限。

現(xiàn)代對(duì)宇宙曲率的觀測(cè)表明它近乎完美平坦。你或許認(rèn)為宇宙無(wú)限大，但事實(shí)上并非如此。即使一個(gè)平坦的宇宙，它也不一定無(wú)限大。以圓柱的表面為例，它在幾何上平坦，因?yàn)楫嬙谄浔砻娴钠叫芯€保持平行（“平坦”的定之一），但它的大小有限。宇宙亦是如此：它可能完全平坦，但完全封閉。

即使宇宙是有限的，這不意味它存在邊緣或者外部。我們的三維宇宙可能被嵌入在一個(gè)更大的，多維度的結(jié)構(gòu)中。這很好，確實(shí)是一些奇異物理模型。但是現(xiàn)在，我們沒有辦法進(jìn)行測(cè)試，也不影響宇宙的日常演化。

我知道這是個(gè)令人頭疼的套娃，但是如果宇宙的體積是有限的，它不一定是被嵌入的。

視角問題

當(dāng)你想象宇宙的模樣，你可能會(huì)想到一個(gè)巨球，充滿恒星、星系和各種有趣的天體。你可能想象它從外邊看的樣子，就像宇航員從一個(gè)平靜的軌道上俯瞰地球。

但是宇宙并不需要從外面的角度來(lái)看以證明其存在。宇宙就是它本身，定義一個(gè)三維宇宙與數(shù)學(xué)上完全相符，即便是他沒有外部的宇宙。你可以想象一下，宇宙就像是一個(gè)球遨游在真空中，玩一個(gè)數(shù)學(xué)上不允許的心理小游戲。

誠(chéng)然，有限的宇宙之外毫無(wú)一物聽起來(lái)非常不可能。甚至“空”都不代表意義上的“空”----數(shù)學(xué)上完全沒有定義。實(shí)際上，問“宇宙之外是什么？”就好像問“紫色能發(fā)出什么聲音？”一樣。這是毫無(wú)意義的問題，因?yàn)槟阍谠噲D把兩個(gè)不相關(guān)的概念結(jié)合起來(lái)。

很有可能，我們的宇宙確實(shí)有一個(gè)“外部”。但同樣地，事實(shí)并非如此。數(shù)學(xué)上沒有任何東西描述出宇宙需要有一個(gè)外部。

如果這一切聽起來(lái)復(fù)雜又費(fèi)解，不要擔(dān)心。發(fā)展復(fù)雜數(shù)學(xué)的全部意義就是有工具能處理那些超出我們想象的概念。這就是現(xiàn)代宇宙學(xué)的力量：它能讓我們研究不可想象的事物。

相關(guān)知識(shí)

宇宙（拉丁文：universus）泛指時(shí)空和物質(zhì)，包括行星，恒星，星系，以及一切形式的物質(zhì)和能量。現(xiàn)在最流行的宇宙起源理論是大爆炸理論。據(jù)此理論估計(jì)，時(shí)間和空間在13799±0.021億年前齊雙出現(xiàn)，宇宙自大爆炸后不斷膨脹。雖然宇宙的大小未知，科學(xué)家們通過宇宙大爆炸所發(fā)生的時(shí)間，還有宇宙膨脹的速度計(jì)算出宇宙的直徑大約是930億光年。

古希臘和印度哲學(xué)家建立了最早學(xué)宇宙模型——地心說，他們認(rèn)為地球是宇宙的中心。百年以后，尼古拉·哥白尼根據(jù)大量觀察資料，經(jīng)過多年觀測(cè)和潛心研究，提出了日心說。日心說的基本論點(diǎn)之一是太陽(yáng)是太陽(yáng)系的中心。之后，艾薩克·牛頓——站在巨人的肩膀上，即在哥白尼的日心說，開普勒的行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及第谷·布拉赫的高精度觀測(cè)資料的基礎(chǔ)上建立發(fā)展了萬(wàn)有引力定律。

觀測(cè)技術(shù)的進(jìn)步讓人們認(rèn)識(shí)到太陽(yáng)只是銀河系不計(jì)其數(shù)的恒星之一，而銀河系也只是宇宙中不計(jì)其數(shù)的星系之一。銀河系中的許多恒星都有行星。從最大尺度來(lái)講，星系均勻分散在各個(gè)方向上，這意味著宇宙既沒有邊緣也沒有中心。從較小尺度來(lái)看，星系散落在星系團(tuán)和超星系團(tuán)中，這形成了巨型的絲狀物和虛空，創(chuàng)造出巨大的泡沫狀結(jié)構(gòu)。20世紀(jì)早期的發(fā)現(xiàn)已經(jīng)暗示宇宙有起點(diǎn)，空間也在不斷擴(kuò)張，并以越來(lái)越快的速度持續(xù)擴(kuò)張。

BY： PaulSutter

FY：Astronomicalvolunteer team

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