越来越多的证据表明宇宙是无限的

科学家们对宇宙的看法就像前任的承诺——总在变化

古人的幻想与现代的现实

公元前的某天，一位名叫卢克莱修（Lucretius）的希腊哲学家想证明宇宙是无限的。他提出了一个足够简单的思想实验：假设有个勇士站在宇宙的"边缘"，手持一把长矛用力一掷。

如果这长矛飞出去，它要么撞到什么，要么继续飞。撞到东西？那东西就在"宇宙之外"——这不就自相矛盾了吗？宇宙边界必然再往外推一点。按照这种推理，他断定宇宙必须是无限的。

逻辑上似乎完美，对吧？别急，虽然听起来有道理，实际上却漏洞百出。

与此同时，亚里士多德和托勒密这两位天文学界的大佬持反对意见，他们提出了一个更像洋葱的宇宙模型——以地球为中心的同心球体。亚里士多德认为，如果星星无限远，它们不可能在24小时内绕地球旋转一周。托勒密让这个地心说模型勉强工作起来，而他们的论点成为了整个中世纪基督教宇宙观的基础。

中世纪神学家的意外前卫思想

跳到15世纪，来自德国的尼古拉·库萨（Nicholas of Cusa，1401-1464）开始挑战这一观点。虽然他心里还是认为地球是中心，但他却大胆主张宇宙中的一切都在运动，包括地球，而且没有明确的中心点。

更惊人的是，这位身为主教的库萨宣称，即使是"最外层的球体"也不是有限的边界。因此，宇宙必须是无限的。他甚至认为，其他有人居住的世界可能会将地球视为宇宙边缘附近的某处。这种想法比哥白尼早了整整一个世纪，预示了现代版的"哥白尼原理"——宇宙中没有特殊的地方。

有趣的是，库萨因为这些想法并没有遭到教会的迫害。事实上，他是一位偶尔挑战教皇权威的主教，暗示红衣主教团应该凌驾于教皇之上。

不过，他最终改变了立场，成为教皇庇护二世的顾问。（这位老兄显然深谙职场政治。）

布鲁诺：选错了战场的科学烈士

后来，乔尔达诺·布鲁诺（Giordano Bruno）继承了库萨的思想，但是，当库萨将其视为形而上学的沉思时，布鲁诺却将其用来试图动摇基督教对主权和全能上帝的信仰。因此，不出意外，他们的命运截然不同。

布鲁诺被以异端罪烧死在火刑柱上。

十年前热播的纪录片《宇宙》的重启版中，安·德鲁扬（Ann Druyan）和尼尔·德格拉斯·泰森（Neil Degrasse Tyson，把冥王星“踢”出太阳系的男人）对布鲁诺的专题进行了修正主义的历史表述，试图将他描绘成科学的烈士。

虽然这是对他的指控之一，但他相信多重世界和无限宇宙的观点与他的处决几乎没有关系。

爱因斯坦：重新定义游戏规则

无论如何，卢克莱修或库萨的论点都没有预见到爱因斯坦将引发的革命。

例如，当你注意到宇宙可能有许多形状是有限但无界的时，卢克莱修的论点就完全站不住脚了。又例如，球体或环面会允许长矛在不遇到任何障碍的情况下旅行，但不允许无限宇宙的存在。

当然，古希腊人知道地球是个球体，但他们从未期望宇宙也可能是一个球体，因为他们没有高维曲面空间的概念。就像试图向一条鱼解释空气一样——因为它的整个概念框架都缺失了。

爱因斯坦的广义相对论证明了空间和时间是有形状的，这揭示了卢克莱修未说出口的假设——宇宙不是弯曲的。而库萨关于宇宙中没有特殊点的概念同样可以发生在有限和无限的宇宙中。

现代证据：倾向于无限

目前，我们不知道宇宙是有限还是无限，也不知道它是否无界。但是，有充分的理由相信宇宙在空间上是无限的。

原因是证据最符合一个是德西特空间（de Sitter space）的宇宙。德西特空间具有恒定的曲率，很像球体，但与球体不同，它的形状是双曲线的。

我们的宇宙是德西特空间的证据包括：

1. 1990年代对Ia型超新星的观测表明宇宙正在加速膨胀。这只会在宇宙学常数为正的情况下发生，这与德西特空间一致。简单地说，宇宙不仅在扩张，而且扩张速度还在加快。
2. WMAP和普朗克卫星对宇宙微波背景（CMB）的测量也表明了德西特宇宙。如果不是这样，我们会看到背景中的某些各向异性（空间在不同方向上不同），但我们没看到这种情况。
3. 暗能量的最简单解释，这被认为是宇宙在空间上平坦的原因，就是它只是恒定的曲率，实际上没有任何物质或能量导致这种情况。这有点像你从地球的一部分到另一部分时，你沿着弯曲的路径前进，是因为地球是弯曲的，而不是因为有额外的力量把你拉向那个方向。
4. 星系分布和宇宙的大尺度结构与宇宙学常数一致。
5. 暴胀理论，这是关于宇宙如何开始的主要理论，其中宇宙在最初的微微一秒内极度快速膨胀，暗示了宇宙朝着德西特状态演化。
6. 全息原理，这是许多物理学领域的强大但未经证实的原理，包括黑洞热力学和量子引力的德西特-共形场理论对应，支持德西特空间，这基于反德西特-共形场理论对应的成功的平行关系。

虽然我们不确定我们生活在德西特空间中，但根据我们最好的模型，它似乎接近于德西特空间。如果宇宙是真正的德西特空间，那么这意味着它不仅在空间上无界，而且是无限的，因为最简单的德西特空间就是无限的。

平坦还是弯曲？无限还是有限？

德西特空间可以有封闭或开放的空间切片，所以问题并没有完全得到回答。例如，在量子引力中，通常用封闭的空间切片来表示德西特空间，这些切片都是超球面。

然而，根据我们最好的观察，至少看起来我们的宇宙在空间上是平坦的，这意味着切片是开放的，在空间上是无限的。

如果这是真的，那么可观测宇宙，即我们能看到的那部分，只是整个宇宙的一个无穷小的补丁。在一个无限的宇宙中，如果物质也均匀分布在整个宇宙中，我们也期望一切都被重复无数次。有无限多个与我们完全相同的地球，也有那些与我们不完全相同的地球。这不是出于任何物理原因，而是因为任何具有有限概率的随机事件，如果尝试无限次，将会发生无限次。

是的，理论上存在无限多个你，正在读这篇文章的无限多个版本，可能在其中一些版本里，你不仅是在阅读，而且还在喝咖啡，或者正好打了个喷嚏。在另一些版本里，也许你决定跳过这篇文章，去看猫咪视频了。

地平线效应：宇宙版的"看不见的另一半"

可观测宇宙的边缘不是边界或边缘。它只是一个地平线，很像地球上的地平线。如果我看着一个朋友走到地平线然后越过它，我们就不能再看到对方，但我们每个人仍然有自己的地平线。可观测宇宙边缘也是如此。如果有人在我们可观测宇宙的边缘，他们将拥有自己的可观测宇宙，其中包括我们无法看到的东西，因为这些东西超出了我们的地平线。

这就像是两个相隔万里的人同时站在自己的山顶上环视四周——你们各自能看到的范围有重叠，但也各有各的"专属风景"。

也许宇宙很大，但不是无限大

可能我们的宇宙实际上仍然是有限的，但非常非常大。如果它是一个德西特空间（或几乎是），并且在作为我们可观测宇宙的部分内在空间上显得平坦，但实际上是一个超球面，那么这种情况就会出现。

换句话说，我们认为宇宙是平坦的，因为它在我们460亿光年外的地平线范围内几乎是平坦的，但它微微弯曲，以至于在数万亿或更多光年外，它回到自身。在这种情况下，它是有限的但无界的。

这与暴胀理论相符，因为暴胀理论只会迫使早期宇宙变得几乎但不完全平坦。

在这种情况下，我们都像"平地球者"，因为我们认为宇宙是平坦的，因为我们不知道更好的。也许当我们有更好的仪器时，我们可能会检测到与平坦略微偏离，并发现宇宙是永远延伸还是回到自身。

永恒的问题

说到底，宇宙是否无限这个问题，可能在我们的有生之年无法得到明确的答案。但正是这些终极问题驱使着科学不断前进，就像卢克莱修的长矛一样，不断探索着未知的边界。

也许更重要的是我们如何看待这个问题。无限宇宙的概念提醒我们，我们的存在是多么的渺小，却又多么的特别。在无限的可能性中，我们这个版本的地球、这个版本的你我，正在此时此刻相遇，阅读这些文字，思考这些问题。

无论宇宙是否无限，这种思考本身就已经是一次宇宙之旅了。