宇宙的边界

宇宙的边界

夜晚，抬头仰望茫茫星空，就是具有一定天文学知识的人，也会自然而然地提出这样一个问题：宇宙是有限的，还是无限的呢？换成通俗的说法就是，宇宙有没有尽头呢？这是一个回答起来十分困难的问题。

假如说宇宙没有边界，那么宇宙中就应该有无限多的恒星，不论你朝天空哪个方向望去，都应该能看到无限多的恒星。虽然每一颗恒星的光很暗弱，但无限的恒星的光芒合起来就会无限地亮。如果真是这样的话，地球上就不应该有黑夜，背朝太阳那一边也应该很亮。

开心问答

宇宙是什么？

如果说宇宙是有边界的，那么它的外面是什么呢？其实，这样提问题本身就是荒唐的。

如果你问宇宙外边是什么，就等于你已经承认宇宙有边界，否则怎么会有外面呢？尽管这个问题难以回答，但因为它是物理学研究领域中的一个极其重要的宇宙学问题，所以历代科学家都在积极地加以探索，力争对此做出合理的解释来。

在伽利略和牛顿之前，许多人信奉亚里士多德的观点，认为宇宙是一个有限的结构，宇宙的最外层是由恒星天体构成的，因此恒星天体就是宇宙的边界，在它之外，就没有空间了。可以说，哥白尼的“太阳中心说”就是建立在这种假说的基础上的。

在牛顿生活的时代，科学家们开始接受无限无边的观点，即认为宇宙的体积是无限的，也没有空间边界。

宇宙空间是一个三维无限的欧几里德多向空间，即在上、下、左、右、前、后这6个方向上，都可以一直走下去，以至延伸到无穷远。

这种宇宙无限的观点在打破中世纪宗教神学的精神枷锁的斗争中，起过非常积极的作用，但它跟亚里士多德的学说一样，都是没有被证明的科学假说。

在牛顿的力学中，每当探讨一个有限的力学体系的运动时，总要假定可以选取的一个参考系，使引力势（相当于电学中的中势）在无限远处成为常数。

如果承认牛顿的无限宇宙图像，认为物质均匀地分布在整个无限空间之中，那么，根据牛顿力学又会得到无限远处引力势必不可能为常数的结论，这就是一个矛盾。

如果要证明无限远处引力势必为常数，就要放弃物质均匀分布在整个无限空间内的假设，并认为物质主要集中在我们周围的有限空间，那么无限远处虽然是常数，但物质的宇宙却仍然是有限的。因此，牛顿力学在原则上不能用于描述无限宇宙这一物理体系。

进入20世纪后，爱因斯坦提出了“广义相对论”的理论，他认为不应先验地假定宇宙空间必定是三维无限的欧几里德空间，因为宇宙的空间结构并不是与宇宙间的物质运动无关的。

爱因斯坦提出了第一个宇宙模型，它既不是亚里士多德的有限有边体系，也不是牛顿的无限无边的体系，而是一个有限无边的体系。

所谓有限是指空间体积有限；所谓无边，指的是这个三维空间并不是一个更大的三维空间中的一部分，它已经包括了全部空间。实际上，有限无边的概念并不是在爱因斯坦的宇宙模型中才第一次提到。在他之前，亚里士多德就认为大地并不是平坦无边的，而是一个球形的。实质上，这就是用有限无边的球面结构代替了无限无边的平面结构。

我们可以这样来解释爱因斯坦提出的这个有限无边的世界：假如有一只小蚂蚁在一只大球上爬行，这个球本身是有限的，但球面根本没有边界，对于蚂蚁来说又是无限的。我们人类和这只蚂蚁一样，就生活在这样一个有限而无边的宇宙中。

在爱因斯坦之后，天文学家又提出了新的宇宙模型学说。这种学说认为，宇宙的空间尺度一直在随着时间而不断增大，也就是说，宇宙正在不断膨胀。

宇宙自从诞生到现在，时时刻刻都在膨胀，一直没有停止过。我们已经知道，类星体是离我们最远的星星，最远的类星体大约离开我们有100亿光年。这个范围大致上也就是目前我们观测到的宇宙的大小。这么大的宇宙中总共有多少个物质呢？有人做过一计算，如果把所有的物质都做成太阳，那么整个宇宙内就可以有1000万亿亿个“太阳”，也就是在1后面跟23个零。既然宇宙处在不断膨胀的运动中，那么它的边界每时每刻都应该有具体的位置。从这个意义上说，宇宙应该是有限的。然而，宇宙的边界又在不断地向外扩展，科学家们还无法推算出它最终将膨胀到什么程度，会不会永远膨胀下去。从这个意义上讲，宇宙又是无限的。说到这里，我们不能不这样认为，宇宙中存在着千千万万个谜，而宇宙本身就是一个最大的谜。

答：宇宙是物质现象的总和。广义上指无限多样、永恒发展的物质世界，狭义上指一定时代观测所及的最大天体系统。现在相当于天文学中的“总星系”。