宇宙之外還有什么嗎？

哈勃空間望遠鏡拍攝到的宇宙中不計其數的星系。（圖源：NASA/ESA）

PaulM.Sutter是紐約州立大學石溪分校和熨斗研究所的一名天體物理學家，同時也是《向宇航員發問》、《空間調頻》的主持人和《如何在太空中死去》的作者。

這也許是個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？這個問題的最終版本是：在宇宙之外還存在什么？而答案是……很復雜的。

想要回答宇宙之外還有什么這個問題，我們首先要精準定義”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有限的空間并且想象在這個空間之外的事物，那么無論在此之外有什么都會被歸入宇宙。

即使宇宙是個無形的、無名的、毫無意義的空間，那仍然是一個被列在”所有事物“清單上的一個事物，因此，根據定義，它是宇宙的一部分。

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

當然，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。也許在這個邊界之外還有一堆隨機的恒星和星系。

但是超出這些之外呢？這很難說。

關于曲率

宇宙學家不確定宇宙是無限大還是極其大。為了測量宇宙，天文學家轉而觀察它的曲率。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完美的平坦，那么它是無限的。如果它呈現彎曲，就如同地球的曲面，那么它的體積有限。

現代對宇宙曲率的觀測表明它近乎完美平坦。你或許認為宇宙無限大，但事實上并非如此。即使一個平坦的宇宙，它也不一定無限大。以圓柱的表面為例，它在幾何上平坦，因為畫在其表面的平行線保持平行（“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更大的，多維度的結構中。這很好，確實是一些奇異物理模型。但是現在，我們沒有辦法進行測試，也不影響宇宙的日常演化。

我知道這是個令人頭疼的套娃，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

當你想象宇宙的模樣，你可能會想到一個巨球，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看以證明其存在。宇宙就是它本身，定義一個三維宇宙與數學上完全相符，即便是他沒有外部的宇宙。你可以想象一下，宇宙就像是一個球遨游在真空中，玩一個數學上不允許的心理小游戲。

誠然，有限的宇宙之外毫無一物聽起來非常不可能。甚至“空”都不代表意義上的“空”----數學上完全沒有定義。實際上，問“宇宙之外是什么？”就好像問“紫色能發出什么聲音？”一樣。這是毫無意義的問題，因為你在試圖把兩個不相關的概念結合起來。

很有可能，我們的宇宙確實有一個“外部”。但同樣地，事實并非如此。數學上沒有任何東西描述出宇宙需要有一個外部。

如果這一切聽起來復雜又費解，不要擔心。發展復雜數學的全部意義就是有工具能處理那些超出我們想象的概念。這就是現代宇宙學的力量：它能讓我們研究不可想象的事物。

相關知識

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

古希臘和印度哲學家建立了最早學宇宙模型——地心說，他們認為地球是宇宙的中心。百年以后，尼古拉·哥白尼根據大量觀察資料，經過多年觀測和潛心研究，提出了日心說。日心說的基本論點之一是太陽是太陽系的中心。之后，艾薩克·牛頓——站在巨人的肩膀上，即在哥白尼的日心說，開普勒的行星運動規律以及第谷·布拉赫的高精度觀測資料的基礎上建立發展了萬有引力定律。

觀測技術的進步讓人們認識到太陽只是銀河系不計其數的恒星之一，而銀河系也只是宇宙中不計其數的星系之一。銀河系中的許多恒星都有行星。從最大尺度來講，星系均勻分散在各個方向上，這意味著宇宙既沒有邊緣也沒有中心。從較小尺度來看，星系散落在星系團和超星系團中，這形成了巨型的絲狀物和虛空，創造出巨大的泡沫狀結構。20世紀早期的發現已經暗示宇宙有起點，空間也在不斷擴張，并以越來越快的速度持續擴張。

BY： PaulSutter

FY：Astronomicalvolunteer team

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