宇宙到底有多大？它是有限大还是无限大？如果你的回答是有限大，那你应该具有一定的科学认知；而如果你的回答是无限大，那应该有两种可能：要么你对现代宇宙学一无所知，要么你已经具有很好的天文学基础，并且对现代宇宙学的前沿进展有过比较深入的了解。

一开始，人们大都认为宇宙应该是空间上无边无际，时间上无始无终。对此，我国古代先贤们其实已经有过比较深入的思考。最早在战国时期的著作《尸子卷下》中就有提到“四方上下曰宇，古往今来曰宙”，宇代表了东西南北所有的空间，是无边无际的。宙代表了过去、现在与未来的所有时间，是无始无终的。宇宙一词代表了具有时空属性的客观实在，这也是如今宇宙一词的来源。这个想法虽然现在看上去略显草率，但它确实非常符合常理。毕竟，对于一个有边界、有开端的宇宙，我们如果仅凭感觉是不太好理解的。

比如，如果你跟你的朋友说宇宙是有边界的，他肯定会立刻问你：“那边界的外面是什么”。而如果你跟他说宇宙在时间上有个起点，那他下一句肯定就是：“那在这个起点之前又是什么呢？”所以，我希望能通过今天这篇文章让在座的每个小朋友都能对我们所身处的这个宇宙理解得更深刻一点。

记得在我小的时候，曾经很喜欢和爸妈一起在夜晚数星星。当亿万年前的星光映入我眼帘的那一瞬间，我也曾想过这个宇宙应该是无穷无尽、永远都不会变的。长大后却发现，所有现代天文观测的证据都表明宇宙正在膨胀，而且是正在加速膨胀并且在时间上，宇宙曾经有个开始，将来也会有个终结。这非常违反直觉。我们可以理解一场电影的开始与结束，一个人的生老病死，一个国家的建立与灭亡，甚至一个星球星系的诞生与毁灭。但它是宇宙。宇宙是世界上一切的一切所有事物的总和。他的开始与结束又该如何理解？

理解不了也没有关系。毕竟，当时就连爱因斯坦都无法理解，并强行给他的引力场方程里加上了一个宇宙常数，以确保他解出来的宇宙是静态的。后来爱因斯坦也因此亲口承认，这是他一生中所犯过的最大的错误。不过好在世界上总有那么一批比我们稍微要聪明一点点的人。他们在很早以前其实就已经给出了非常高级的答案。物理学家们现在已经确切地知道，宇宙的开端就是源自于一百三十八亿年前的那场大爆炸。大爆炸产生了时间与空间。那么，如果你要问，在大爆炸之前是什么？对不起，这个问题没有任何意义。因为时空一体，那时候的时间并不存在。

那在空间上，宇宙到底有没有边界呢？对于物理学家们来说，相比一个无限大的宇宙，他们其实更容易理解一个空间上是有限大但是没有边界的宇宙。这也就是爱因斯坦在1917年最早提出的有限无界宇宙模型。

想象一下地球的表面，球的表面积是有限的，但它是没有边界的。如果你一直沿着你认为的直线走，那你最终会循环回到原点。而这一切特性都是因为地球的表面是个弯曲的二维空间，而我们所在的三维空间也是可以弯曲的。广义相对论中提到，任何有质量的物体都会弯曲它周围的时空。

很早之前就已经有科学家将带有四个高精度陀螺仪的卫星送上太空，以验证地球附近的三维空间是否是弯曲的。结果是在陀螺一绕地球旋转一周后，陀螺的指向确实发生了微小的变化。这个角度大约是十六十二英里外测量一个硬币的直径。它与广义相对论的预测结果高度吻合。所以地球附近的三维空间确实是弯曲的，而我们的这个宇宙恰好就是三维的。需要注意的是，这并不是因为观测限制，而是他在数学上已经被证实就是三维的。同时，这也是热力学定律的必然选择，因为从热力学上看，三维是亥姆霍兹自由能，也就是平均能量密度最低的一个空间维度。在这一点上，希望大家不要被科幻小说所误导。

有了解过超弦理论的同学可能会说，不对，超弦理论说我们的宇宙中还存在着更高维度的空间，比如十维。这里也需要给大家澄清一下。首先，这个理论目前尚未得到任何实验观测数据的支持。其次，即使它是正确的，但这些高维空间也都是在非常小的尺度上蜷缩起来的。他和我们现在所讨论的宇宙大尺度空间维度并不是一回事。

既然我们讨论的是超大尺度上的问题，那这里有个概念就不得不稍微提一下，他就是宇宙学原理。它是现代宇宙学家们研究宇宙的一个基本前提，也就是在大尺度上，宇宙空间处处均匀、各向同性。假如我们的宇宙学原理是正确的，在这种学说下的宇宙不会存在边界和中断点。整个宇宙必然是一个连续的几何体，因为边界处的几何结构必然会和其他地方不一致，从而违反宇宙学原理。所以宇宙空间的几何情况就只有三种可能：处处均匀正向弯曲、处处均匀反向弯曲或者处处平坦。

如果你理解了前面提到的这些，对于宇宙是不是无限大的这个问题其实就等同于另外一个问题：宇宙在大尺度上的曲率是多少？如果曲率为零，那么宇宙就是处处平坦，它在各个方向上就会无限延伸，宇宙就会无限大。如果曲率为正，三维空间就会往内收敛，形成一个有限无界的宇宙，类似于一个四维球面。霍金曾在《时间简史》中描述过类似的模型。而如果曲率为负，宇宙则类似于一个四维空间的马鞍形，它也会无限延伸，所以这种情况下的宇宙也是无限的。

那我们有什么办法可以在大尺度上测量宇宙空间的曲率呢？最简单的方法就是测量三角形内角之和。取宇宙中距离极远的三个点，分别测量这三点之间的夹角之和，看它是不是等于180度。相传高斯曾经就自己尝试过这个方法。他采用的方法是在三座高山的山顶测量山顶连线三角形内角之和。遗憾的是，因为实验精度的原因，甚至连地球周围空间的弯曲都未能测出，更何况我们现在要测的是整个宇宙尺度的曲率。我们不可能在巨大的天文尺度下，旅行到三个不同的顶点上去。

那还有什么其他的办法呢？2013年根据“重子振动风光镜”的勘测结果，科学家们发现，在大尺度上，宇宙空间是超乎寻常的平直。用当时的原话来说就是 "extraordinary flat"。这个观测的原理其实很简单：如果宇宙是弯曲的，那么光线就会发生弯曲。如果曲率大于零，宇宙空间就是闭合的，光源向任意两个方向上发出的光线最终都会相交。所以我们所看到的遥远星系所发出的光就会是这样。

但这会有一个问题，当曲率较大时，我们会发现星系离我们越远，它看上去反而越大，这与我们的天文观测结果显然不符。而如果曲率小于零，我们所看到的光就会是这样。

这也会有一个严重的问题，当曲率显著较小时，我们会发现我们的可观测宇宙范围会被大大减小，因为远处星系的尺寸必须要非常大才有可能被我们看到。

而现实是：哈勃望远镜通过长时间曝光看到了最远300亿光年处的星系，所以曲率也不会是显著的小于零。另外，我们对于宇宙微波背景辐射的观测结果也是类似的情况。如果空间是弯曲的，这个图就会有些弯曲。但是实际上科学家并未观察到任何弯曲。根据现在观测的数据，在误差小于1%的精度范围内，我们可以认为我们所身处的这个宇宙是完全平坦的。

除此之外，我们还有另外一个更加靠谱一点的方法：广义相对论认为，质量和能量可以让空间发生弯曲，所以空间弯曲的测量就可以转化为宇宙质能密度的测量。科学家通过将所有已知的质能加在一起，包括所有可见物质，暗物质、暗能量，在与广义相对论中的临界质能密度相比，结果是我们宇宙的智能密度非常接近临界密度。根据最新的观测数据，在不超过千分之四的误差内，两者恰好相等。然而，因为测量误差的存在，我们永远也无法严格证明宇宙就是平坦。但即便如此，这也意味着实际的宇宙要比我们目前的460亿光年的可观测甚至比我们能想象到的宇宙都要大出太多。

按照目前的爆胀宇宙模型，宇宙在大爆炸初期能在极短的时间内从一个原子尺寸转变为宇宙学尺寸。理论上说，宇宙在诞生的数十亿年里已经增长到至少可观测宇宙的十的24次方倍。换句话说，整个宇宙的尺度与可观测宇宙相比，就像可观测宇宙对于一个原子。而这仍然不是极限。宇宙要么就是真正的无限大，要么就是差点就无限大。宇宙的质能密度恰好等于广义相对论中的临界质能密度。为什么会如此之巧？物理学家们可不喜欢巧合，但很多时候他们也不得不接受。这样的巧合现象在宇宙学领域，被称为精细调节问题，而宇宙的平坦性问题就是一个典型的精细调节问题。

类似的还有很多，比如标准模型中的19个自由参数。因为无法从理论上推导，他们看起来就像是被特意调成那样的数值，以便于让我们的宇宙恰好能适合生命存在。不过好在在现代的宇宙学模型中，因为爆炸理论，宇宙的平坦性问题变得不再是一个巧合。它可能是宇宙演化的必然结果，因为宇宙足够大，所以在可观测宇宙范围内，宇宙表现为局部平坦，就好比在地球上我们所看到的大地是平直的一样。

事实上，暴胀理论目前处在可实证宇宙学的边缘。根据暴胀理论所推导出的理论版图，很多都尚未得到观测验证。这里面最有意思的莫过于对于平行宇宙的思考。对于一个有限的宇宙，物理学家们尚可理解，一个无限大的宇宙，又该如何理解呢？明明在大爆炸之前什么都没有，怎么现在一下子就变成无限大了呢？根据量子力学，我们不可能无限精度地确定一个粒子的位置。也就是说，对于给定一个局部空间范围，里面所有粒子的排列组合都是有限的。

这也就是说，一堆混乱的粒子随机组合成我们身体或者我们的地球的概率并不是无穷小。而同时，宇宙又是无限大的。这意味着什么？这意味着，在无限大的宇宙中，每一种你能想到的可能性都存在着，并且都存在着无数个。这意味着，在这个宇宙中某个非常遥远的地方必然存在着一个一模一样的星球。星球上存在着一个一模一样的你，也正在读着一模一样的文章。

当然你们下一刻的动作可能会不太一样。比如，你点了关注加收藏，而他只是点了个赞。但是在宇宙的其他地方，也必然存在着无数个一模一样的你。他们也选择了关注加收藏，而由于你们的距离相隔太远，使用常规的旅行方式，你们将永远都不可能有交集。本质上，这种平行宇宙其实只是现有宇宙的切片在无限空间里的不断重复。没有什么复杂的物理含义，而我们前面提到的爆炸理论实际上还提供了另外一种平行宇宙的可能性。

简单来说就是，如果把现在的宇宙当作是一个在迅速膨胀的泡泡，那这样的泡泡应该不止一个。这就是泡泡宇宙假说。不要觉得这种假说有点天方夜谭，理论上它可以通过观测得到进一步证实。如果泡泡宇宙假说是对的，那我们的宇宙就有可能会与别的宇宙发生碰撞。而在两个宇宙的连接处，它的空间区域将发生变化。这意味着什么？这意味着它会在宇宙微波背景辐射中留下盘行压痕。它就如同一块圆形的暗沉瘀痕叠压在宇宙微波背景之上。因此，我们可以从宇宙微波背景辐射中去寻找。虽然我们目前还没有足够的证据，但随着下一代卫星的进步或许会有新的发现。

虽然狭义相对论禁止我们穿越到过去，但一个无限大的宇宙又为我们提供了无限的可能性。如果将来虫洞真的可行，那我们完全可以前往那些一模一样的地球副本。我们甚至可以选择不同的朝代，甚至可以去到未来。到那时，你可以尽情地体验穿越，而不用担心祖父悖论的因果限制。

在浩瀚的宇宙面前，作为渺小人类的我们又该如何自处呢？曾经有网友问我，宇宙虽大，但我们终其一生却都被困在这一个个狭小的空间里，过着陀螺一样的生活。不敢有丝毫松懈，我们逼迫自己杀死了所有的兴趣，忘记了自己的初心，忘记了最初的感动。天天做着不喜欢的事，忙碌一生，感觉自己的生命已经变得毫无意义。这让我想到了一句话，“以识乾坤大，犹怜草木青。”著名天文学家卡尔·萨根曾经说过，天文学是一门让人更加谦卑的学科。

在遇到困难时，宏大的宇宙观让我们可以忘记自己，忘记那些自以为是，忘记一些所谓重要的或者不重要的事，忘记那些无关的评价。忘记那些计较与得失，更加亲切和富有同情心地对待身边的每一个人。同时也更加珍惜我们所在的这颗暗淡蓝点，保护好这个我们目前所知唯一的家。

因为宇宙无限大，一个再小的概率，乘以无穷大，也可以大于一。所以，一切你认为有可能发生的事情都必然发生过，而且都发生过无数次。我们所有人一生中所有曾经发生过以及未来可能会发生的一切的悲欢离合、喜怒哀乐与爱恨情仇，在这个浩瀚宇宙中的某片星辰深处都自由地回响着。所以，下次当你失落、不开心时，不如抬头看看这片星空。想想宇宙之大，你所期待的一切美好的可能性，在宇宙的某个角落都可能真实发生过。这或许能给你带来些许安慰。