根据大爆炸理论认为,我们的宇宙大约诞生于138亿年前,是从一个无限致密高温的奇点爆炸而来,自爆炸以后宇宙便一直在膨胀中,那么既然宇宙是从一个无限致密高温的奇点开始膨胀,它的边界在哪呢。
要知道宇宙有一个开端,逻辑上而言就必定有一个边界,而今天我们便聊一聊这个涉及宇宙的终极问题。
当我们在谈论宇宙的边界时,首先我们要需要区分“什么是可观测宇宙”和整个宇宙的区别。
目前我们常说的宇宙大小,实际是已知可以观测宇宙范围,所谓可观测宇宙就是一个以地球为中心的球体空间,俗称哈勃体积。这个体积是我们能够从地球上观测到的宇宙最远地方,直径在930亿光年。但它并不是实际的宇宙边界。而是光速有限造成的限制。
由于光从最远的可观测边缘传播到地球需要大约138亿年,这意味着我们可以观测到的宇宙半径大约是在138亿光年。
然而宇宙却在不断膨胀中,根据2013年普朗克卫星测出的数据显示,宇宙膨胀速率大约为67千米每秒每百万秒差距,也就是326万光年膨胀速度就增加67千米,因此我们能够看见最远的光源现在实际上距离我们约460亿光年。也就是说可观测宇宙的直径大约是930亿年,这个尺寸是基于宇宙年龄和光速计算出来的。
而关于整个宇宙是否有边界,早在上世纪著名科学家爱因斯坦就基于广义相对论和宇宙学原理认为,宇宙在大尺度上应该是均匀且各向同性的,由此推测宇宙可能是一个有限但无边界的球体,也就是如同地球表面那样的闭合结构。假如我们不考虑速度问题,无论你从宇宙的任何一点出发,最终将会回到原点。如果说宇宙真的是这样一个闭合宇宙,这意味着宇宙就不会有边界存在,因为你随意在宇宙中穿梭将永远不会“碰壁”。
不过爱因斯坦建立的四维宇宙模型只是静态宇宙,在1929年随着哈勃便发现了宇宙在不断膨胀,宇宙的膨胀进一步复杂化了“边界”的问题。根据大爆炸理论,宇宙从一个极热、极密的初始状态开始膨胀。这个膨胀不是宇宙物质向外扩展,而是宇宙本身空间结构的膨胀。因此有科学家猜测我们的宇宙可能类似于气球表面,当你吹气时空间就会随之增大,不过仍旧没有边界。
其实当前的科学观测和理论模型尚未能够确定宇宙是否真的有边界。因为宇宙的到底有多大已经超出了我们的想象,我们也只能通过一些观测数据来进行推测,比如通过宇宙微波背景辐射的观测和对宇宙大尺度结构的研究,还暗示宇宙在大尺度上可能是平坦的。但这些数据并没有直接回答宇宙是否有边界的问题。
因此宇宙是否有边界依然是一个未解的问题。它触及到宇宙学、物理学的根本,是现代科学中最深奥的谜题之一。或许随着观测技术的进步和理论物理的发展,我们可能会逐渐接近这个问题的答案,但目前而言,宇宙是否有边界还一无所知。