宇宙是什么？它有什么结构和形状？如果宇宙无限，会带来什么后果

上几篇文章我们谈论了我们太阳系的起源，行星的形成，有关太阳系大家平时比较关心的热点问题，我相信几篇文章后大家基本上都能对我们的太阳系有所了解，有兴趣的伙伴，可以戳下面链接：细说太阳系的形成，演化和吸积模型，星系为何是扁平状带自旋？

今天我们心怀宇宙，把目光放远。审视一下浩渺的时空，目前关于宇宙的疑问实在太多，大家可能问的最多、最基本的问题的是：

• 宇宙是什么？
• 宇宙的结构是什么？
• 它的形状是什么？
• 宇宙有多大？
• 宇宙有界限吗？

带着这些问题，让我们开始一场时空之旅吧。

宇宙——实际上是什么？

百科将其定义为，

“存在的一切，已经存在的一切，以及将要存在的一切”

早期的人类被夜空中无数的星星和月亮所吸引，其实我们今天也有同样的感受。但唯一的区别是，早期人类并不知道那是什么，幸运的是今天我们对我们在天空中看到的东西有了一些概念和理解，这要感谢历史上为我们答疑解惑的科学家和哲学家们。

说来惭愧，我在小学时期思考过一个问题，当时问的并不是星星，而是太阳，我站在我家院子里看着太阳缓缓地落山，心里想这玩意去哪了？我当时幼稚地心灵给出了一个当时看似合理，现在看来好笑地答案：太阳公公回火山去了。相信大家都一样小时候对自然充满了好奇。

古印度哲学[梨俱吠陀-1500年至公元前1200年]将整个宇宙描述为一个“宇宙之蛋”或梵天，它经历了一个创造、毁灭和重生的循环过程。它表明整个宇宙或梵天从一个被称为“蛋”的单一集中点膨胀出来，然后每432万年后再次坍塌。

1568年葡萄牙宇宙学家巴托洛梅乌·韦洛的地心宇宙插图

公元前4世纪的希腊哲学家亚里士多德提出，宇宙的中心是地球，周围环绕着所有的天体。他相信宇宙是有限的、静止的，自无限时间以来就一直存在，没有改变。亚里士多德还认为，宇宙是由五种元素组成的，其中四种元素是之前确立的经典元素:火、水、气和土，第五种元素是他添加的:以太(填补宇宙的空白)。

从远古时代起，人类就一直在试图破译这个灿烂宇宙的秘密。然而，我们不能完全理解它。但是物理学家们没有准备放弃。正如爱因斯坦在他1936年出版的《物理学的进化》一书中所说:

"宇宙最不可理解的是它是可以理解的."

这给了我们动力，关于宇宙的存在和起源，人们提出了不同的理论。目前物理学家们主要地观点集中在一下三个方面：

• 永恒无限的宇宙：认为宇宙没有所谓的起源，是时间空间一切的一切永恒存在且无限无边。
• 有源无边的宇宙：宇宙有创世时刻，时间有开端，空间有起点，但有限无边。
• 有源有限的宇宙：他们认为宇宙是有边界的

从宇宙大爆炸开始空间度量扩展的时间表

但是目前最被接受的理论是大爆炸理论，它支持以下观点宇宙是无限的(有无限的空间)，然而它正在膨胀。如果我们逆转这个过程，我们会得到一个称为无限密度的点“奇点”。因此，它表明一切都是在138亿年前爆发出来的，这个时间被认为是宇宙的年龄。

然而还有另一个更简单的问题:宇宙的形状和结构是什么，有多大？

宇宙的结构和形状是什么？

我们在夜空中看到的几乎所有东西都是银河系的一部分，因为它们是离地球最近的(因此也是最亮的)物体。

宇宙的等级

宇宙由无数天体组成，我们的家园地球就是其中之一。我们太阳系的第三颗行星和其他七颗行星围绕太阳旋转，我们的银河系是一个巨大的螺旋圆盘，大约有1000亿颗恒星，太阳就是其中之一。

我们的宇宙大部分由无数的星系点缀着，没有证据表明有孤星漂浮在星系之间。以前人们认为恒星均匀地散布在太空中，直到我们建造了一台足够强大的望远镜，可以观察到恒星聚集在一起形成了一个星系。在这亿万星系中，我们的银河系就是其中之一。所以你可能会觉得我们在这个世界上是多么的渺小和不重要!

别急，下面我还要给你看一张更大的照片。请坐好。

最近的观测表明，即使是星系也不是均匀地分布在整个宇宙中，它们往往会聚集在一起，形成松散的群体和星团。这些星系团再次聚集在一起形成巨大的超星系团，每个超星系团都有几十个星系团。

正如我们所看到的，宇宙的结构是非常等级化的，直到银河、超星系团的大小，并且遵循一种模式。卫星围绕行星运行，行星围绕恒星运行，恒星围绕其星系中心运行，星系围绕其星系团中心运行，星系团围绕超星系团中心缩放。

但是奇怪的是，超星系团不会形成大星系团或超复星系团。但是相反，它们形成了更令人惊讶的结构:宇宙丝状结构网。

描绘超星系团后大规模丝状结构的计算机模拟图像|PBS

超星系团的形成可能是宇宙中已知的最大结构。如果我们继续缩小，我们会发现到处都是重复出现的恒星-星系-星系团-超级星系团-丝状结构。但没有形成更大的尺度结构。

我们看了这么庞大的宇宙感受是，我们面对宇宙确实微不足道，至于我们人类拥有的超高智慧和意识是否是具有特殊性的，这个问题还需要我们继续追寻。

为什么我们有这种结构？为什么恒星不像漂浮在旧房间里的尘粒一样均匀分布在整个宇宙中？

• 如果宇宙是无限和光滑的，那么每个粒子将彼此等距，并且将经历相等的引力。在这种情况下，没有一个粒子可以向任何方向移动，我们的宇宙应该是静止的。
• 如果宇宙是平滑和有限的，那么每个粒子都会被吸引到同一个点，即宇宙的质心。因此他们会凝聚在一起，宇宙的其余部分将会是空的。

然而我们的宇宙真实结构并非这样的，物理学家有一些很好的理论来解释为什么我们有一个充满结构的宇宙。

起初，宇宙是平滑而炽热的，存在着量子涨落，随着空间的迅速膨胀，这些小的量子波动形成了巨大的褶皱，这些褶皱在重力的作用下孕育了恒星和星系的形成，这个过程也得到了暗物质的帮助，但暗能量让物质粒子向更远的空间延伸。

简而言之，可以说空间膨胀得如此之快以至于重力没有时间将全部粒子聚集在一起，从而只导致了不同局部结构的形成。这也可以解释为什么我们没有任何超级复合星系团。可能只是重力没有足够的时间把物体拉到一起形成比超星系团更大的结构。

现在你可能已经对宇宙的浩瀚有了一些概念。但是它有多大？有界限吗？

宇宙有多大，它有界限吗？

尽管我们有很多关于宇宙结构的信息，但我们不知道它的极限在哪。我们不知道它有多大。光给我们带来了宇宙不同部分的美丽图片，但它只有138亿年的时间(宇宙时代)。也就是说，任何超出这个范围的东西对我们来说都是看不见的。但这并不是完全正确的，实际上空间本身的膨胀速度比光还快(过去也有过这种情况)，所以它加起来相当于可见宇宙的大小:每个方向都有465亿光年。无论我们通过望远镜看到什么图片，我们实际上看到的是过去，如果我们看到465亿光年，我们实际上看到的是宇宙的起源或婴儿宇宙的图片。但我们永远无法看到可观测宇宙之外的地方。

可观察宇宙的大小

可观测宇宙

每一年，可观测宇宙的可见度都会增加一光年，这听起来还不错，宇宙没有掐住我们命运的喉咙。但与此同时，空间也在快速膨胀，因此，我们的可观测宇宙可能永远无法赶上实际的宇宙。这样看来，我们有点力不从心了。

因为我们实际上不能观察宇宙的极限，所以任何事情都不能清楚地表述出来。但是，我们的思维是无限的，可以肯定地做出一些逻辑假设:

• 无限空间中的有限宇宙

有限中包含无限

也许宇宙的大小是有限的，但由于空间的膨胀而变得如此之大，以至于我们无法在很大的空间中把它作为一个整体来观察。（就像我们看不见地球是圆的一样）

在膨胀之前，宇宙的大小是光速乘以宇宙的年龄，因为空间还没有进行任何膨胀或拉伸。

现在考虑到后来发生的所有拉伸和空间的逐渐膨胀(由于暗能量)，我们得到了一个不可想象的宇宙，即使它是有限的。

所以即使我们接受宇宙是有限的这一假设，我们仍然不知道它有多大。

• 有限空间中的有限宇宙

四维有限球形宇宙的图解

有限的宇宙是这样描述的，（之前也看到有很多网友这样评论过）但是我们怎么能想象有限的空间呢?为了假设我们首先需要想象空间是弯曲的。这意味着宇宙是弯曲的，空间就像一个球体的表面在第四维度或更多维度。在这种情况下，我们会找到一个有限的空间，就像地球表面的有限空间一样。在这种情况下，所有的东西都会在这样一个宇宙中循环，就像如果你开始朝一个方向旅行，它最终会把你带回到你开始的地方(就像地球上发生的事情一样)。

在这种令人神魂颠倒的场景中，穿过这样一个宇宙的光也会绕地球一圈，并可能不止一次地经过地球。如果发生这种情况，我们可以很容易地观察到它:我们会找到同一物体的多个图像，每当光循环一次。然后我们可能会同时看到多个月亮和星星(同一个像北极星)。

很冥想，这在我们的宇宙中不会发生。科学家们努力观察最远的星系，试图找到任何证据，但没有找到。

也或许是宇宙和空间不是有限的，或者它太大了，以至于光都无法完成它的第一个循环。

• 无限的宇宙，无限的物质，无限的时间，无限的可能

空间是无限的，有无限的物质和能量，这是完全可能的。但这是一种把人思维凝成麻花的可能性，因为无穷大的概念本身就非常奇怪。在无限的宇宙中，任何事情发生的可能性都是无限的。所以我们想象发生的任何事情都可能发生在宇宙的某个地方(无论多么不可能，除非概率不是零)。在无限的宇宙中，可能会有和你一样的人，但人家可能是亿万富翁。也许会有一个像地球一样的星球，在那里钢铁比钻石还值钱。所以任何事情都有无限可能发生，不止一次，而是无限次，这个参照无限猴子定理。这里就不多做解释了。

由艺术家Techdrakonic | Deviant Art描绘的同时发生的多个大爆炸

但是，以我们的思维来想象，一个无限的宇宙很不合乎逻辑，一个无限的宇宙能从大爆炸中诞生吗？是的，但前提是大爆炸不仅发生在某一点，而且发生在同一时间的所有地方。

结论

所以我们看到了宇宙的大小真的难以理解。但是我们仍然在通过观察来预测它的结构和形状。我们对宇宙有不同的设想:无限空间中的有限物质，无限空间中的无限物质，但是我们真的不知道哪个是我们的现实。

物理学家甚至试图通过计算时空的曲率来找到宇宙的形状，而时空的曲率取决于宇宙中物质的密度。

宇宙的形状取决于密度参数Ω大于、小于或等于1

他们通过观察和几何计算发现宇宙大部分是“平滑”的。

现在它也支持我们之前讨论过的无限宇宙理论。

但是真的很奇怪在这个宇宙中，我们有适量的物质密度使空间变的平坦，如果我们的物质多一点，Ω＞1，它就呈正弯曲，少一点Ω＜1就呈现出负弯曲。

不管怎么样，有一件事很重要，如果宇宙是无限的，那么你就是宇宙某处的亿万富翁。想办法联系你自己哦！

敲重点：那么，你会支持宇宙的哪个理论？你相信无限吗？在我们可观察的宇宙之外，有没有像超级复合星系团一样大宇宙星系结构？ 请通过您的评论分享您的想法和观点。

参考

[1]理查德·汤普森(2007年)。薄伽梵歌的宇宙学:神圣宇宙的奥秘

[2]宇宙物理学:贯穿历史的宇宙学理论

[3]百科:大爆炸

[4]百科:宇宙的形状