完整的宇宙到底有多大?人类真的能看到宇宙的边界吗?
不能。在我们回答这个问题之前,应该补充的是,曾经欧洲航天局的普朗克太空任务发布了有史以来最准确、最详细的宇宙最古老的光线图,显示宇宙有138亿年的历史。普朗克通过研究宇宙微波背景计算出这个年龄。换句话说,可观测宇宙的最大半径是138亿年,直径是276亿年(见下图)。
那么,观察到的460亿年的边界和宇宙920亿年的直径是如何形成的?我们知道,宇宙在其一生中一直在膨胀。如果在宇宙的一生中以恒定的速度发生膨胀(哈勃常数),那么今天同一地点将在460亿年之外,使可观察到的宇宙的直径成为一个大约920亿年的球体。
看来,地球是宇宙的中心。然而,就像大海里的那艘船一样,我们无法判断我们站在宇宙的广阔跨度上的位置。我们看不到陆地,并不意味着我们在海洋的中央;我们看不到宇宙的边缘,并不意味着我们躺在中心。
从我们在地球上的有利位置,我们推断可观察到的宇宙在我们看的每个方向都有138亿年的大小--换句话说,我们推断我们在一个半径为138亿年的球体的中心。
然而,这并不意味着我们处于宇宙的中心;它只是意味着我们处于可观测的宇宙的中心。我们对宇宙本身理解的一个基本原则,称为宇宙学原理,指出宇宙在最大尺度上是均匀和各向同性的。也就是说,作为一个整体,从任何有利的角度来看,宇宙将被测量为一个半径为138亿年的球形可观测宇宙。
这有什么意义呢?事实证明,有几种可能性。首先,宇宙可能比我们实际观察到的部分大得多。如果宇宙具有我们每天在地球上假设的 "平面 "的几何形状,那么宇宙学原理意味着宇宙必须是无限的,因为每个 "宇宙边缘 "的观察者都必须观察到相同的全球参数。