人類對宇宙的認(rèn)識，其中有兩件事比其他任何事情都更讓人感到驚訝：宇宙并不是永遠(yuǎn)存在的，但自從宇宙大爆炸以來，宇宙只存在了有限的一段時間，而且自從宇宙大爆炸發(fā)生以來，宇宙一直在膨脹。

大多數(shù)人的直覺是聽到“砰”的一聲響，然后想象到一般的爆炸現(xiàn)象，然后設(shè)想場景，就像彈片向四面八方飛出一樣。宇宙中的物質(zhì)和能量一下子就開始處于一種熾熱和致密的狀態(tài)，然后隨著所有不同的成分彼此加速而膨脹和冷卻。

絕大多數(shù)人會困惑的想知道為什么宇宙沒有中心？為什么宇宙背景輻射，遠(yuǎn)到我們看的每一個地方，充滿了宇宙。在大多數(shù)人看來，當(dāng)宇宙膨脹時，應(yīng)該有一個地方讓它開始擴(kuò)張。畢竟，這個問題所問的正是每當(dāng)遇到爆炸問題時與經(jīng)驗(yàn)相一致的東西。無論何時發(fā)生爆炸，無論它是基于燃燒反應(yīng)，核爆炸，還是容器超壓引起的破裂等，都有三個相同的特點(diǎn)：

1、爆炸總是從特定位置開始
2、爆炸最初只占很小但有限的體積
3、爆炸向四面八方迅速向外擴(kuò)張，只受遇到的外力和障礙的限制

當(dāng)發(fā)生爆炸時，一些材料通常會被包裹住和受到影響，并將被徑向外推，其中一些材料（通常是最輕的材料）向外移動最快。移動最快的材料將比其他較重材料擴(kuò)散得更快更遠(yuǎn)，因此爆炸輻射密度也會降低。盡管能量密度到處都在下降，但能量在離爆炸越遠(yuǎn)的地方下降得越快，因?yàn)楦嗟哪芰亢臀镔|(zhì)更快地變得不那么致密。這是通常爆炸發(fā)生的場景和物理分析，但僅僅通過測量這些不同碎片的軌跡，就可以隨時重建發(fā)生爆炸的地方。

但是這種一般爆炸與宇宙大爆炸不一樣，這地球上，宇宙看起來和幾百萬光年甚至幾十億光年之外的宇宙一樣。宇宙具有相同的密度，相同的能量，在給定空間體積中有一樣多的物質(zhì)等等。越遠(yuǎn)的物體，確實(shí)比離得越近物體遠(yuǎn)離速度更快，但它們與速度較慢、距離較近物體的年齡不同。相反，當(dāng)我們看到極端遙遠(yuǎn)的距離時，更遠(yuǎn)的那些物體看起來更年輕，演化得更少，數(shù)量更多，尺寸和質(zhì)量更小，盡管現(xiàn)在通過強(qiáng)大的望遠(yuǎn)鏡，可以看到距離超過300億光年的星系。

但如果追蹤一切事物是如何運(yùn)動的，并將萬物的軌跡重建回一個共同起點(diǎn)，就會看到最不可能的結(jié)果：所謂的“宇宙中心”正好落在我們身上。在宇宙中所有萬億個星系中，我們恰好處于宇宙大爆炸中心的幾率有多大？在這些微不足道的基礎(chǔ)上，最初的爆炸就是以這樣的方式進(jìn)行：

1、不規(guī)則，不均勻的密度
2、恒星形成和星系形成開始時間不同
3、能量在不同的地方有著巨大的差異

4、神秘的2.7K背景光輻射所有方向

為了讓我們處于宇宙的中心，必須想出很多辦法來解釋這一點(diǎn)，而且許多觀察結(jié)果仍將令人費(fèi)解。支配宇宙的引力定律，即愛因斯坦的廣義相對論預(yù)測了一個充滿物質(zhì)和能量的宇宙。一個到處都充滿相同數(shù)量的物質(zhì)，具有相同平均密度和溫度的宇宙，必須要么膨脹，要么收縮；因?yàn)樘煳膶W(xué)家觀察到明顯的衰退，所以膨脹解是唯一的物理解決方案。就像4的平方根可以是+2或者-2，但是只有一個和你手中蘋果的實(shí)際數(shù)量相對應(yīng)。

有一種誤解，認(rèn)為膨脹的宇宙可以外推回一個點(diǎn)；但并不是真的可以，相反，宇宙可以外推回具有某些性質(zhì)有限大小的區(qū)域（即充滿了物質(zhì)、輻射、物理定律等），但隨后必須根據(jù)引力理論定律規(guī)則進(jìn)行演化。這必然會導(dǎo)致一個到處都有相似屬性的宇宙，這意味著在任何有限，同樣大小的空間區(qū)域中，應(yīng)該看到宇宙的密度相同，宇宙的溫度相同，星系的數(shù)量相同等等。還會看到一個似乎隨著時間演化的宇宙，因?yàn)樵谖覀兛磥?，更遙遠(yuǎn)的區(qū)域應(yīng)該和過去一樣，膨脹較少，經(jīng)歷了較少的引力吸引和較少的物質(zhì)聚集量。

因?yàn)橛钪娲蟊ㄔ谟邢薜臅r間內(nèi)同時發(fā)生在每一個地方，宇宙的局部角落將會看起來是宇宙中最古老部分。從“我們的”有利位置來看，附近的萬物幾乎和我們一樣古老，但是在遙遠(yuǎn)距離上出現(xiàn)的東西，更類似于我們附近宇宙在幾十億年前的樣子。存在的遙遠(yuǎn)星系不斷地發(fā)出光，我們看到的光只是它N年前的模樣，這段旅程通過不斷膨脹的宇宙到達(dá)我們之后才到達(dá)。光需要10億年或100億年才到達(dá)這里的星系看起來就像10億年或100億年前一樣。

如果我們回到過去，接近宇宙大爆炸的那一刻，會發(fā)現(xiàn)宇宙在年輕的時候是由輻射主導(dǎo)，而不是物質(zhì)。宇宙必須膨脹和冷卻，使物質(zhì)在能量方面變得更加重要。隨著時間的推移，隨著宇宙的膨脹和冷卻，中性原子最終可以穩(wěn)定地形成，而不會立即被炸開。然而，曾經(jīng)主宰宇宙的輻射仍然存在，并且由于空間的膨脹而繼續(xù)冷卻和紅移。今天所感知到的宇宙微波背景與宇宙大爆炸留下的余輝一致，可以從宇宙的任何地方觀察到。宇宙不一定有中心，只有偏見的直覺告訴我們應(yīng)該有一個中心。

我們可以對發(fā)生宇宙大爆炸區(qū)域的大小設(shè)定一個下限，這個區(qū)域不能小于足球的大小，但沒有上限；宇宙大爆炸發(fā)生的空間區(qū)域甚至可能是無限的。如果真的有一個中心，可能在任何地方，我們將無法知道。觀察到的宇宙部分不夠大，不足以揭示這些信息，需要看到宇宙的邊緣（但目前沒有實(shí)現(xiàn)）或者在不同方向出現(xiàn)不同地方觀察到基本的各向異性，我們需要看到宇宙在最大宇宙尺度上看起來不同的區(qū)域（但宇宙似乎是均勻的）。

這個問題聽起來很合理，宇宙是從哪里開始膨脹的？但是一旦你意識到以上所有的事情，就會意識到這是一個完全錯誤的問題?！盁o處不在，一下子”是這個問題的答案，這在很大程度上是因?yàn)橛钪娲蟊ú⒉皇侵缚臻g中的一個特殊位置，而是指時間上的一個特殊時刻。宇宙大爆炸一種影響整個可觀測宇宙的條件（可能還有比這大得多的區(qū)域）在一個特定的時刻一下子全部影響到。這就是為什么看著太空中更遠(yuǎn)的物體，意味著看到那個物體就像它在遙遠(yuǎn)過去那一刻一樣的原因。

這就是為什么所有方向看起來都有相同性質(zhì)，不管我們往哪里看都是一樣的。這就是為什么可以追溯宇宙的歷史。理論和觀察告訴我們?nèi)匀挥写罅繓|西仍然是未知的。例如，不知道整個宇宙的實(shí)際大??；但有一個下限，那就是從我們的角度來看，現(xiàn)在宇宙在所有方向的半徑必須至少為461億光年。我們不知道空間結(jié)構(gòu)的形狀是什么，也不知道它是正彎曲像球體，負(fù)彎曲像馬鞍，還是完全平坦，像薄片或圓柱體。也不知道宇宙是否會自我彎曲，或者它是否會永遠(yuǎn)持續(xù)下去。

我們所知道的一切，都是基于天文學(xué)家所能觀察到的。從這些信息中，可以得出結(jié)論，宇宙大小是無限的，宇宙與完美的平坦度一致，但是相反信息可能位于下一個重要的數(shù)據(jù)位數(shù)，或者僅僅超出可觀測宇宙的地平線。我們不知道宇宙真實(shí)本質(zhì)（整個不可觀測宇宙）的原因是：因?yàn)榭梢越佑|到的部分非常有限。關(guān)于宇宙，我們能夠收集到的信息有限，即使開發(fā)出了任意強(qiáng)大的儀器和探測器。非常有道理的是，即使我們等待無限的時間，也永遠(yuǎn)不會知道宇宙是有限的，還是無限的，或者宇宙的幾何形狀是什么。

無論你把太空結(jié)構(gòu)看作是葡萄干面包的發(fā)酵面包，還是表面粘有硬幣的膨脹氣球，都必須記住，我們所知的宇宙很可能只是實(shí)際存在任何東西的一個微小組成部分。宇宙可以是有限的，也可以是無限的，但可以確定的是，宇宙正在膨脹，變得不那么致密?！静┛茍@】補(bǔ)充相關(guān)數(shù)據(jù)：①宇宙誕生了約138.17億年；②宇宙現(xiàn)今的下限半徑為461光年；③宇宙分為可觀測宇宙直徑（哈勃體積）960億光；④不可觀測宇宙仍未知，但很可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于可觀測宇宙，有一個理論數(shù)據(jù)為23萬億光年。

博科園｜文：Ethan Siegel/Forbes Science/S.W.A.B

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