千百年来，当我们仰望星空，都会思考一个问题：这个宇宙到底有多大？宇宙之外又是什么一番景象？人类可能在未来的几百上千年，甚至永远也搞不清楚这些问题（取决于人类存在的时间），但是我们还是可以透过目前人类的一些“渺小”的发现，来分析一下宇宙之外到底有什么。

我们提到宇宙，在讨论它有多大时，总会形容宇宙是无限大的。宇宙这个词来源于2000多年前的庄子，“宇”是指上下四方，即空间；“宙”是指古往今来，即时间。那么宇宙就是空间和时间的结合。如果空间是无限的不好理解，那么时间是否是无限的呢？

时间在我们看来好像没有尽头。按照目前我们对时间的理解，时间就是物质存在的一种客观形式，是物质过去、现在和将来运动的一种连续表现。时间是以线性的方式，还是螺旋线性的方式，还是其它我们还未曾了解的方式表现尚不清楚，但可以看出时间是随着物质变化而变化的。物质不会凭空产生，也不会凭空消失。而时间作为物质的客观存在方式，以及物质运动变化的连续性表现，通过一系列观察和计算，人类已经估算出了目前宇宙的年龄是138亿年。如果宇宙是存在年龄的，那么就说明时间是有限的。宇宙是时间和空间的结合，那么就说明宇宙是有限而不是无限的，因为在有限的时间里是不可能创造出无限的宇宙的。宇宙很有可能是有限的。

在日常生活中，我们一定听过火车的声音。当火车迎面驶来的时候，你听到的声音越来越高；当火车远离时，你听到的声音越来越低。这个就叫做多普勒效应，是奥地利物理学家多普勒（Christian Johann Doppler）1842年在观察火车时提出的。就是物体发出的波长，因为波源和观察者的相对运动而变化。观察者在运动的波源前面，波被压缩，波长压缩后就变短了，频率就变高了，叫做蓝移。相反，波源远离观察者，波长变长，频率变低，叫做红移。因为可见光里波长最长的就是红光。

根据这一声波的蓝红移程度，可以计算出波对于观察者的运动速度。多普勒效应不仅适用于声波，也适用于其它所有类型的波，比如电磁波。1912年，美国天文学家维斯托·斯里弗（Vesto Melvin Slipher）等人发现恒星的光波频率也会随着距离的增加而不同。如果恒星远离我们，则光的谱线就向红光方向移动，即星系红移。反之就是蓝移。他发现星系中的红移现象要远远大于蓝移现象。这就说明几乎所有的星系都在远离我们而去。

1931年，埃德温·哈勃（Edwin Hubble）——就是那个哈勃望远镜的哈勃——在这个基础上进一步发现，宇宙中几乎所有的星系都具有红移现象，而且星系的红移速度和该星系离我们的距离成正比。也就是说，越远的星系离开我们的速度就越快。这就是哈勃定律。既然星系都在远离，而且速度越来越快，这说明宇宙正在膨胀，并且是加速膨胀。

第一个提出宇宙膨胀的并不是哈勃，而是奥地利的天文学家乔治·勒梅特（Georges Lemaitre）。所以哈勃定律也叫做哈勃-勒梅特定律。更重要的是，1931年勒梅特进一步提出，宇宙之所以在膨胀，就是因为宇宙有一个起始之点，就像是上帝创世时创造的一个“原生原子”。这个原生原子就是后来我们所说的“奇点”。

就像一个小小的种子一样，成长成一棵参天大树。这个学说就是后来我们熟知的“宇宙大爆炸”理论。这在当时是一个非常超前的理论，很多天文学家都感到惊恐、反对，认为是无稽之谈。但是随着之后的一系列重要的观测发现，我们的宇宙很有可能就是起源于一场爆炸。其中最重要的证据就是宇宙微波背景辐射（CMB, Cosmic Microwave Background）。

1965年，美国贝尔实验室的两名工程师阿诺·彭齐亚斯（Arno Penzias）和罗伯特·威尔逊（Robert Wilson）为了改进卫星通讯，建立了高灵敏度的雷达天线，但他们总是能收到一些的背景噪音。他们甚至清除掉了雷达天线上的鸟粪，还是不能消除噪音。

后来人们根据他们的这一发现，确定了这种噪音是来自于宇宙微波背景辐射，即宇宙大爆炸遗留的热辐射。就是那个最初的奇点，在爆炸后38万年后的热辐射残留物。当时的宇宙半径大概是4000多万光年。宇宙经过138亿年的加速膨胀后，才形成了现在的大小。由于宇宙微波背景辐射的发现，让宇宙大爆炸理论成为了现在最普遍接受的观点。

现在基本确定了宇宙的几个特征：宇宙来源于一个奇点的爆炸，宇宙正在加速膨胀，并且最远的地方膨胀速度超过了光速（空间膨胀速度并不违背广义相对论）。如果宇宙正在膨胀，那为什么我们与太阳和月球的距离并没有增加呢？这是因为宇宙膨胀并不会改变地球和太阳之间的距离。因为星体之间有万有引力和电磁力，在太阳系的尺度上，万有引力就像一根无形的绳子一样，让太阳系的各个星体紧紧保持在一起。

宇宙膨胀只是时空本身在膨胀，不会改变银河系内星体之间的相对位置。由于太阳系是围绕着银河系中心的超大质量黑洞旋转，所以银河系内星体的距离也不会随着膨胀而增加。

但是银河系外，除了少数屈服于银河系的矮星系和因为引力相互吸引的星系（如仙女座星系）之外，其他所有的星系都在远离银河系。你可以想象现在的宇宙就像一个被不断吹大的气球，而星系就像是气球表面上的点。随着气球的增大，点和点之间的距离就越来越大。只要时间足够长，最终银河系周围会是一个空空的、什么也没有的暗黑空间。

在搞清楚宇宙外面是什么之前，我们要确定宇宙到底有多大。现在宇宙被称为可观测宇宙（observable universe），是一个以观测者为中心的球体空间。我们之所以能观测到宇宙最远的地方，是因为光。我们的眼睛接收到了这些从最远处发过来的光。目前可以观测到的最远的光来自于离我们138亿光年外的地方。那就说明，如果以地球为中心，我们可以观测到的宇宙半径是138亿光年。

但这只是这个光在138亿年前的样子。由于宇宙在不断膨胀，这个光现在的位置会远远超过138亿光年。所以可观测宇宙的半径要乘以哈勃的宇宙膨胀系数。这样得出来的宇宙半径是465亿光年。那么目前这个可观测宇宙的大小就是465 X2 = 930亿光年。那这个直径930亿光年的宇宙是否就是宇宙的真实大小呢？并不是。真实的宇宙很可能比这个大得多。既然宇宙是由一个点膨胀而来，并且还在不断膨胀，那么就算它再大，也应该是有限的。宇宙如果是有限的，它就一定有个形状。

相对论解释了时空是可以弯曲的，所以宇宙的形状很有可能是一个球状结构。霍金在《时间简史》中提到了爱因斯坦对于宇宙的解释，就是“有限无边”。就是说，爱因斯坦认为宇宙是有大小，但是没有边界的。

他认为由于空间被宇宙中的各种物质能量弯曲，最终会闭合成一个三维的超球面（hypersphere）。那么宇宙很有可能就是一个球状结构。这就好像生活在地球上的我们，无论怎么走，都不能碰到地球的边界一样。只是这个球体和我们三维世界里的球体不太一样。球状宇宙的证据还有很多，其中最经典的一个就是，如果我们从地球上观测，似乎各个方向上宇宙的景象都大致相同。那么如果是这样，就有一个大胆的推想了：会不会某一个我们观测到的最遥远星系就是我们银河系本身呢？因为光已经绕着这个球状宇宙走了一圈，我们看到的最远的东西其实就是我们自己。并且我们从来也不知道银河系真正的样子。

根据宇宙微波背景辐射的分布，宇宙也有可能是一个比超球体更复杂的十二面体。这是2003年一个法国的天文观测团队提出来的。我们的宇宙很有可能是一个基于十二面体的奇怪的拓扑结构。这种结构使你从任何一个面走到底都会从相对的那个面走回来。

还有人认为宇宙就像一个连通的甜甜圈结构。这也是一种拓扑结构，是由两位前苏联天文学家提出的。这也说明了宇宙在某种程度上是连通的。星系在这个甜甜圈表面，随着甜甜圈的不断膨胀而远离。

还有一种可能，宇宙是平坦的。并不是说宇宙是像纸一样是绝对平面的，而是整个宇宙对光的引力是绝对均匀的。宇宙也是一个庞大的物质-能量体。宇宙中小小的一个黑洞都能吸引光子，宇宙那么大也是可以影响光的。假设宇宙是一个球体，那么两条平行的光线在这个庞大的球体引力作用下就一定会发生弯曲而最终相交。如果宇宙是曲面的，那么这两条光线就一定会离得越来越远。但是这一切没有发生，138亿年来所有的光都是沿直线传播的。这就推导出了宇宙是平坦的结果。只有一种可能就是，可观测宇宙之外还有一个更大的宇宙。它并不是平坦的，有可能是弯曲或者球体的，只是我们观测不到而已。因为这个曲率对于人类目前的观测手段来说可能太小，还无法测量出曲面。

这个可观测宇宙的边界就叫做宇宙视界（Cosmic Event Horizon），是指以地球为中心，人类能接收到的宇宙电磁波传来的最大范围。超过这一范围，光也达不到地球。所以这个视界以外的空间就是我们可观测宇宙的“外面”。因为宇宙大爆炸还没有膨胀到那个地方，可以想象这个外面就是为宇宙的最终形态所预留的空间。

如果宇宙就像一个正在不断膨胀的气球，那么这个气球迟早有一天会膨胀到极限而破裂，那么一切都会回归原点。因为宇宙是有年龄的，那么宇宙就一定是有寿命的。那么这个外面可以理解为“暗空间”，就像暗能量和暗物质一样，我们无法观测到它们，但是各种现象表明它们又必须存在。因为观测不到，不了解它们的属性，所以才取名为“暗”。那么暗空间也是可能存在的，至于暗空间里面有什么，很可能什么都没有，没有时间和空间，在宇宙还没有膨胀到的地方是什么都没有的。

另一种可能就是，我们这个真实宇宙之外（包括可观测宇宙）是一片无比广阔的超空间，在这个超空间里存在着无数个宇宙。首先有一种就是平行宇宙，平行宇宙是很多科学家并不认同，但现在又逐渐接受的一种假说。因为平行宇宙不可观测，也很难使用物理常识推导，但是它确实可以解释很多不可解释的时空悖论现象。

根据量子理论，一件事件发生之后，可以产生不同的后果，而所有可能的后果都会形成一个宇宙。这类宇宙所遵守的基本物理定律和我们这个宇宙相同，这里有我们这个世界的无数个可能，也有无数个版本的你。这些平行宇宙也和我们的可观测宇宙一样，在不断膨胀。所有的平行宇宙都存在于这个巨大的超空间里，它们像一个一个的小气泡，有的距离非常远，但是有的距离很近，甚至某些部分都重合到了一起。这种重合现象可能会引起我们这个宇宙的一些变化，比如曼德拉现象，就是其他平行宇宙中同一件事情的不同结果影响了我们的记忆。当然这只是一种基于平行宇宙存在的猜测，这些平行宇宙的数量非常多，但很可能它们也是有限的。

在这个超空间中，另一种可能是存在着和我们宇宙的物理法则完全不同的宇宙。这些宇宙是基于弦理论的，因为基于弦理论的额外空间维度，这些宇宙的形状可能多达几万亿个，就是它们的形状各不相同。那么这些宇宙很有可能像我们这个宇宙一样存在生命，有的可能完全没有生命，甚至连恒星和星系都没有，是尚未成型或者失败的宇宙。这就是多元宇宙论，这就好比在一个实验室里，为了培养微生物而在很多个培养皿中加入培养基一样，有的可以长出益生菌，有的完全长不出来。我们的地球就恰好处于那个成功的培养皿中。看到这里，又延伸出了一个更大的疑问：如果存在这个超空间，那这个超空间之外又是什么呢？

在探讨这个问题之前，我们先来看一个理论，叫做宇宙暴胀理论。根据宇宙微波背景辐射，我们在测量这些不同星体的辐射温度时，应该是有高有低的。比如爆炸出去的物质会有先后顺序，抛的远的就温度低，近的就温度高。但是令人非常诧异的是，当人们试着去测量这些辐射温度时，发现不论是测量来自于宇宙哪一个方向的温度，它们的温度几乎都是相同的。这就好比我们在地球上测量我们左手方向138亿光年的地点A，再测量我们右手方向138亿光年的地点B，它们的温度都是相同的，除非地球就是宇宙大爆炸的奇点位置。

所以宇宙大爆炸的支持者们就提出“宇宙暴胀理论（Inflation Theory）”，就是说宇宙在大爆炸之后没有立刻膨胀，而是等物质和能量在一个极小的范围内“充分融合搅拌”后，才进一步加速膨胀。这样就导致宇宙中所有星体辐射温度都差不多。这次加速膨胀好像就是要赶时间一样，在这之后宇宙的膨胀速度又下降了，继续以这个速度膨胀至今。

这就好比有一辆巴士，巴士司机一直在城市里慢悠悠地转，等车上上够了乘客，司机才对乘客们说：“大家坐好了，我们现在要正式出发了。”然后才加速前进。当加速到一段时间后，感觉可以差不多以慢一些的速度到达终点后，就放缓了速度，然后最终还是以规定的时间到达终点。这个简直就是不可理解，宇宙为什么会做出这样非同寻常的举动，这不像是一种巧合，而像是一种提前设计的结果。

因为这个暴胀理论存在一定的非自然性，那么我们现在的宇宙，甚至宇宙之外的超空间，都是一个更高维度甚至是超越更高维度的存在。因为宇宙大爆炸就说明宇宙是有限的，即使这个超空间也是有限的，或者是需要东西承载的。只是我们永远也搞不清楚这个承载物是什么。

这就好比我们开发了一款游戏，加载一个无限大的地图，赋予游戏里的人物一定的智能，让它们在这个无限大的世界里自由地发展。那么随着这个游戏的进展，这些游戏人物迟早有一天也会思考，这个看似永远也没有边界的世界外面究竟是什么。它们能想到电脑前正在观察它们的我们吗？恐怕是有可能的，因为我们目前的宇宙从最小尺度到最大尺度上都是有关联性的，就像我们开发的游戏也都是基于我们现实的生活去开发的，只是可能更夸张和荒诞。那么这些游戏人物如果有一天也这样想，就是它们能感知到这个宇宙“外面”的时候了。

所以，对于我们来说，这个超空间和所有的一切之外也可能存在着“观察者”。它们也许和我们人类差不多，也可能和我们完全不同。我们也许永远也无法看到它们，但总有一天我们能感知到它们的存在。