根據大爆炸理論認為,我們的宇宙大約誕生於138億年前,是從一個無限緻密高溫的奇點爆炸而來,自爆炸以後宇宙便一直在膨脹中,那麼既然宇宙是從一個無限緻密高溫的奇點開始膨脹,它的邊界在哪呢。
要知道宇宙有一個開端,邏輯上而言就必定有一個邊界,而今天我們便聊一聊這個涉及宇宙的終極問題。
當我們在談論宇宙的邊界時,首先我們要需要區分「什麼是可觀測宇宙」和整個宇宙的區別。
目前我們常說的宇宙大小,實際是已知可以觀測宇宙範圍,所謂可觀測宇宙就是一個以地球為中心的球體空間,俗稱哈勃體積。這個體積是我們能夠從地球上觀測到的宇宙最遠地方,直徑在930億光年。但它並不是實際的宇宙邊界。而是光速有限造成的限制。
由於光從最遠的可觀測邊緣傳播到地球需要大約138億年,這意味着我們可以觀測到的宇宙半徑大約是在138億光年。
然而宇宙卻在不斷膨脹中,根據2013年普朗克衛星測出的數據顯示,宇宙膨脹速率大約為67千米每秒每百萬秒差距,也就是326萬光年膨脹速度就增加67千米,因此我們能夠看見最遠的光源現在實際上距離我們約460億光年。也就是說可觀測宇宙的直徑大約是930億年,這個尺寸是基於宇宙年齡和光速計算出來的。
而關於整個宇宙是否有邊界,早在上世紀著名科學家愛因斯坦就基於廣義相對論和宇宙學原理認為,宇宙在大尺度上應該是均勻且各向同性的,由此推測宇宙可能是一個有限但無邊界的球體,也就是如同地球表面那樣的閉合結構。假如我們不考慮速度問題,無論你從宇宙的任何一點出發,最終將會回到原點。如果說宇宙真的是這樣一個閉合宇宙,這意味着宇宙就不會有邊界存在,因為你隨意在宇宙中穿梭將永遠不會「碰壁」。
不過愛因斯坦建立的四維宇宙模型只是靜態宇宙,在1929年隨着哈勃便發現了宇宙在不斷膨脹,宇宙的膨脹進一步複雜化了「邊界」的問題。根據大爆炸理論,宇宙從一個極熱、極密的初始狀態開始膨脹。這個膨脹不是宇宙物質向外擴展,而是宇宙本身空間結構的膨脹。因此有科學家猜測我們的宇宙可能類似於氣球表面,當你吹氣時空間就會隨之增大,不過仍舊沒有邊界。
其實當前的科學觀測和理論模型尚未能夠確定宇宙是否真的有邊界。因為宇宙的到底有多大已經超出了我們的想像,我們也只能通過一些觀測數據來進行推測,比如通過宇宙微波背景輻射的觀測和對宇宙大尺度結構的研究,還暗示宇宙在大尺度上可能是平坦的。但這些數據並沒有直接回答宇宙是否有邊界的問題。
因此宇宙是否有邊界依然是一個未解的問題。它觸及到宇宙學、物理學的根本,是現代科學中最深奧的謎題之一。或許隨着觀測技術的進步和理論物理的發展,我們可能會逐漸接近這個問題的答案,但目前而言,宇宙是否有邊界還一無所知。