宇宙有多大，無限大還是有限空間
宇宙有多大，無限大還是有限空間？我們通常把一個很大的物體比喻無窮大，那麼宇宙會是無窮大，無限大的嗎？宇宙是有限的還是無限的?宇宙有沒有邊界?宇宙究竟有多大?對這些問題，古今中外有過許多說法，但爭論的焦點往往集中在「宇宙是有限的還是無限的」這個問題上。也就是說，如果宇宙是有限的，那麼它的大小就能夠被我們測量或計算出來。反之，我們就很難得到正確的答案。那麼，宇宙究竟是有限還是無限呢?隨著天文學的發展，人們通過望遠鏡觀測發現，太陽系所在的銀河系直徑約為10萬光年，厚約1萬光年，擁有大約1500億顆恆星和大量星雲。在銀河系以外，還有許許多多的河外星系。我們的銀河系同它周圍的河外星系組成了一個星系群，它的直徑大約為260萬光年。比星系群更高一級的是星系團，它由成百上千個星系組成。
比如，在室女座里就有一個星系團，它包含了1000個以上的星系，距離我們大約2000萬光年。目前，大型天文望遠鏡已經能夠觀測到100多億光年外的天體，但遠遠沒有發現宇宙的邊緣。因此，多數天文學家認為宇宙是無限的，它沒有邊界，也沒有中心。然而，也有部分人認為宇宙是有限的。他們的理由是，如果宇宙起源於大爆炸，那麼，從大爆炸發生到現在的時間是有限的，而宇宙膨脹的速度是一定的，所以宇宙的大小就是有限的。
除此之外，英國著名理論物理學家史蒂芬·霍金對這個問題也提出了自己的觀點。他認為：宇宙有限而無界，只不過比地球多了幾維。比如，我們的地球就是有限而無界的。在地球上，無論從南極走到北極，還是從北極走到南極，你始終不可能找到地球的邊界，但你不能由此認為地球是無限的。地球如此，宇宙也是如此。
其實，人類對宇宙的觀測能力還十分有限，宇宙究竟是有限還是無限，還有待於天文學家的進一步研究探索。
宇宙是無限的嗎?宇宙到底有沒有邊界?我們的世界有中心嗎?
數學上，很多宇宙整體拓撲模型都是可能的，包括有界的和無界的。物理上，我們不知道。這方面霍金數學上做了很大貢獻，但是物理上沒有結論。目前普遍接受的是有限無界。
目前測量的微波背景輻射表明，宇宙還是比較平的，也就是比較接近歐幾里德空間。如果宇宙是完全平的，宇宙的整體拓撲應該是或者平的，或者柱形，或者莫比烏斯帶，我們不知道。不過我所知的宇宙模型中，沒有一個是可以定義中心的。
大爆炸是一個借用的詞，描述物理觀測後，數學上證明的宇宙從無到有的過程。切勿將之想像成我們現實中的爆炸現象。宇宙的初期我們知道很少，沒有任何證據說經過大爆炸宇宙就有界了。
最後說一下，科幻小說里想像的多不能直接轉為科學知識。
以下說的是我認為合理的一種猜想:
宇宙是扭曲過的三維世界，沒有盡頭，有邊界。突破宇宙的邊界之後進入更高維度。而時間只是單純的一個維度，我們這個宇宙的時間是有盡頭的。
以下是推論和解釋：
首先畫一條線段。這是一個一維的世界，處於這個世界上只能向兩個方向走而且朝一個方向走的話能夠走到盡頭。
把這個線段扭曲一下形成一個閉合的圈。必須是閉合的否則扭曲便沒有意義。而且這裡說的是圈，也就是那一條有彎度的線，並不是圓，不包括裡面的面積。此時原先線段的兩個盡頭結合到了一起。走到盡頭的時候再向前走，實際上就走到了原先線段世界的另一端。這個圈就是扭曲過的一維世界，仍然可以朝兩個方向走，但是不同的是如果朝一個方向走的話見不到盡頭，卻能見到原點。由於兩個盡頭在扭曲的過程中結合到了一起，導致盡頭成了普通的點。同時，原先線段中的中點、四分點、黃金分割點，在扭曲後也都成了普通的點。
然而圈還是有邊界的，如果要走出這一個圈的邊界的話，就不能像在一維中一樣只朝兩個方向走。如果從線段上向上下走，或者從圈上向里外走，就進入了二維世界。
平坦的二維世界是一張紙，扭曲過的二維世界則是一個閉合的紙球，不包括裡面的體積。用紙疊紙球有點難，但是理論上能疊成正六面體的話就能疊出正無限多面體。和剛剛的一維例子一樣，原先紙上的邊界上的點現在都變成了普通的點。
好了那麼我們現在最多接觸的世界是三維的。想像一個魚缸，魚在裡面可以隨意游來游去但是碰到玻璃後就知道那是三維世界的盡頭。
然而我們存在的宇宙並不是線段、平面、魚缸這樣「平整」的維度。宇宙是扭曲過的閉合的三維。所謂的三維世界的盡頭，中心，黃金分割點，在扭曲過後都成了普通的點。宇宙中隨意一點，都是中心，也都是盡頭。
如果從圈上的任意一點把圈剪斷在把圈鋪平成線段，那一點就成了線段的盡頭。像剛剛所說的，圈是有邊界的，走出這個邊界就能到達二維。宇宙雖然沒有盡頭，卻也是有邊界的，走出這個邊界就能到達四維。
補充一點。我們作為三維生物，只能理解平整的三維，觀測不到宇宙的扭曲。向一個方向投一支長矛，那支長矛早晚會從宇宙另一頭出現，再回到你手裡。就像是你拿鉛筆從圈上繞了一圈，對於線段世界上的人來說筆尖則是消失在了一個世界盡頭，又從另一個盡頭出現。
現在說時間，和剛剛所說的都沒有關係，時間是一個單獨的維度。不負責地稱它為第四個維度也好啦。時間的形狀和射線類似，對於我們的宇宙來說，時間的一個盡頭是大爆炸，另一個盡頭是現在。像射線一樣，時間的這個盡頭在無限延伸著，直到未來遇到另一個端點為止。然而如果想像一下扭曲的四維呢?能讓「盡頭」消失的那個「扭曲」?所以可以這麼猜測，走到時間的盡頭之後再走一步，是大爆炸，唉嘿^_^
如果要觀測扭曲過的時間的話那就需要步入五維瞭然而好在維度的數量對於我們的想像力而言還是夠用的。
宇宙究竟有限還是無限?科學家眾說不一
目前，科學家認為宇宙的結局可歸納為兩種，第一種是有限的宇宙;第二種是無限的宇宙。
有限的宇宙論認為宇宙具有可觀測的半徑，自137億年前的大爆炸後，宇宙就開始加速碰撞，由於地球並不處於宇宙的中心，因此137億光年不是宇宙的半徑。137億光年僅為大爆炸後光傳遞到地球的距離，在宇宙第一代恆星誕生之前，宇宙就開始膨脹了，因此現有的宇宙半徑還要考慮這部分因素。
有限的宇宙半徑可能達到950億光年，這數值是基於對宇宙真空能密度和紅移的分析結果，真實宇宙的半徑可能更大。同時，科學家的計算髮現可觀測的宇宙中粒子數量為一億億億億億億億億億億個，看起來很多，但對於廣袤的宇宙空間，這個數字依然少得可憐。
有限宇宙論認為地球處於可觀測宇宙的中，137億光年僅為光抵達地球的距離，既然地球不是宇宙的中心，那麼這個數值就無法代表宇宙的直徑。
無限宇宙論認為，如果你從地球向某個宇宙方向一直前進，你最終會進入重複出現的空間中，這趟星際之旅將在空間的不斷重複中度過。
那麼宇宙是無限還是有限的呢?科學家也不知道答案。不過無限宇宙論更加令人著迷，如果你有很多時間往一個方向前進，最終你會發現一個相同的你，似乎我們能夠進入另一個平行宇宙空間。
宇宙到底是有限的還是無限的，如果是有限的，那麼宇宙的邊界是什麼?
假如說宇宙沒有邊界，那麼宇宙中就應該有無限多的恆星，不論你朝天空哪個方向望去，都應該能看到無限多的恆星。雖然每一顆恆星的光很暗弱，但無限的恆星的光芒合起來就會無限地亮。如果真是這樣的話，地球上就不應該有黑夜，背朝太陽那一邊也應該很亮。
如果說宇宙是有邊界的，那麼它的外面是什麼呢?其實，這樣提問題本身就是荒唐的。
在伽利略和牛頓之前，許多人信奉亞里士多德的觀點
為宇宙是一個有限的結構，宇宙的最外層是由恆星天體構成的，因此恆星天體就是宇宙的邊界，在它之外，就沒有空了。可以說，哥白尼的「太陽中心說」就是建立在這種假說的基礎上的。
在牛頓生活的時代，科學家們開始接受無限無邊的觀點，即認為宇宙的體積是無限的，也沒有空間邊界。
宇宙空間是一個三維無限的歐幾里德多向空間，即在上、下、左、右、前、後這6個方向上，都可以一直走下去，以至延伸到無窮遠。
這種宇宙無限的觀點在打破中世紀宗教神學的精神枷鎖的鬥爭中，起過非常積極的作用，但它跟亞里士多德的學說一樣，都是沒有被證明的科學假說。
進入20世紀後，愛因斯坦提出了「廣義相對論」的理論，他認為不應先驗地假定宇宙空間必定是三維無限的歐幾里德空間，因為宇宙的空間結構並不是與宇宙間的物質運動無關的。
愛因斯坦提出了第一個宇宙模型，它既不是亞里士多德的有限有邊體系，也不是牛頓的無限無邊的體系，而是一個有限無邊的體系。
我們可以這樣來解釋愛因斯坦提出的這個有限無邊的世界：假如有一隻小螞蟻在一隻大球上爬行，這個球本身是有限的，但球面根本沒有邊界，對於螞蟻來說又是無限的。我們人類和這隻螞蟻一樣，就生活在這樣一個有限而無邊的宇宙中。
在愛因斯坦之後，天文學家又提出了新的宇宙模型學說。這種學說認為，宇宙的空間尺度一直在隨著時間而不斷增大，也就是說，宇宙正在不斷膨脹。
宇宙自從誕生到現在，時時刻刻都在膨脹，一直沒有停止過。我們已經知道，類星體是離我們最遠的星星，最遠的類星體大約離開我們有100億光年。這個範圍大致上也就是目前我們觀測到的宇宙的大小。這麼大的宇宙中總共有多少個物質呢?有人做過一計算，如果把所有的物質都做成太陽，那麼整個宇宙內就可以有1000萬億億個「太陽」，也就是在1後面跟23個零。既然宇宙處在不斷膨脹的運動中，那麼它的邊界每時每刻都應該有具體的位置。從這個意義上說，宇宙應該是有限的。然而，宇宙的邊界又在不斷地向外擴展，科學家們還無法推算出它最終將膨脹到什麼程度，會不會永遠膨脹下去。從這個意義上講，宇宙又是無限的。說到這裡，我們不能不這樣認為，宇宙中存在著千千萬萬個謎，而宇宙本身就是一個最大的謎。
TAG:Tin趣 |