【最远的星系】

我们的国家有边缘，我们的地球有边缘，太阳系有边缘，甚至整个星系也有边缘。那么宇宙是否有边缘呢?作为人类，我们很想知道宇宙是否有边缘?整个宇宙是否有极限?

那么天文学家能给出答案吗?很遗憾，他们也给不了确切的答案。

虽然没有确切的答案，但科学家一直在尝试了解宇宙是如何运行的，以及它是否有边缘。

2016年，哈勃太空望远镜转向大熊星座的一片黑暗的天空，它捕捉到了一个模糊的光点。这束光来自一个名为Gn-z11的遥远星系，这是我们观测到的最遥远的星系。

但这是宇宙的边缘吗?

我们周围的宇宙充满了星系，所以我们很自然地会说：“会有最后一个星系吗?如果我们能够旅行到那个星系，向着我们认为是空无一物的宇宙空间望去，会看到什么呢?”

这是个很难回答的问题，因为我们能看到的距离是有限的，这一切都归结于光速和宇宙的年龄。光的传播速度非常非常快，但不是无限快。

从人的肉眼观察，光的旅行似乎根本不需要时间。你打开窗帘，光线充满整个房间。但在浩瀚的宇宙中，光从一个地方到另一个地方是需要时间的。即使是约1亿5000万公里远的太阳，光也需要8分钟才能到达我们地球。

当你看星星的时候，我们开始用光年来测量距离，因为光从那些星星到我们这里需要很多年。当你观察星系时，你所观察的星系有数百万或数十亿光年远。

当我们看到Gn-z11星系发出的光时，我们看到的是134亿年前发出的光。

目前我们找不到比这更远的星系。因为宇宙只有138亿年的历史，而星系的形成需要一定的时间，所以我们将不会发现比这个更远的星系了。

也许还有比这个星系更远的星系，但是在宇宙的年龄时间内，光是不可能到达我们这里的。这意味着我们所能看到的宇宙的边缘，存在一个严格的限制，就是由宇宙的年龄所决定。

Gn-z11是在宇宙大爆炸后的4亿年形成的，在那之前，没有发光的星星，只有非常非常热的气体，这些气体形成了一个壳，外层是宇宙微波背景辐射。它是宇宙中最古老的光，是宇宙诞生和大爆炸的回声。

我们能看到的最远的东西这就是宇宙微波背景，我们称之为可观测宇宙的边缘，所以我们有一个可观测的宇宙，但在这外面，即使有东西存在，我们也不可能看到它们，因为光到现在还不可能到达我们这里。

顾名思义，可观测宇宙就是我们能看到的宇宙的一部分。你可以想象有一个聚光灯，以地球为中心向四周照射，我们只能看到聚光灯的边缘而不能看到更远的地方。

但随着地球的移动，可观测宇宙也会随着移动。对于生活在 Gn-z11 星系的外星人来说，可以观测到宇宙中完全不同的部分。这个遥远的星系在我们可观测宇宙的边缘，我们也在他们可观测宇宙的边缘。

【空间的膨胀】

当天文学家使用哈勃太空望远镜精确测Gn-z11的距离时，他们发现了令人震惊的事情：它距离地球有320亿光年远，比想象的要远三倍。

既然没有东西能比光速更快，我们测量到这个星系的距离，它怎么可能会在320亿光年之外呢?其实之所以会这样，是因为我们的宇宙发生了一些奇怪的事情——宇宙膨胀。

138亿年前，一个纯能量迸发出生命，我们称之为宇宙大爆炸——空间和时间被向四面八方推开。从那以后，我们的宇宙一直在膨胀。宇宙扩张方式使我们寻找宇宙边缘，成为了一个重大挑战。

宇宙在不断膨胀，并根据一个非常简单的定律膨胀：星系离我们越远，它离开我们的速度也越快。我们发现的最遥远的星系，Gn-z11似乎在短短134亿年的时间里就移动了320亿光年。

这比光速还快，而且，我们测量了很多星系，发现很多很多星系都在以比光速还快的速度远离我们。

这听起来似乎是违背常理的。我们都知道，相对论的观点是，任何有质量的物体不可能超光速移动。光速是宇宙中所有有质量物体的极限。那么为什么遥远的星系以超过光速的速度远离我们呢?

其实，它们之所以能够以超过光速的速度远离我们，是因为空间在膨胀。相对论适用于一切有质量的物质，而并不适用于空间。空间可以以任何它想要的速度膨胀。

理解膨胀定律的简单方法是，想象你站在一块无限延伸的橡胶板上，一直延伸到很远的地方，但你一直站在同一个地方，你可以在上面标个“X”。

现在，这块橡胶板向各个方向延展，如果它延展速度为2倍。假设有一个星系，在离你1米的距离，现在变成了2米。而另一个星系离你10米远，把它扩大2倍，它就离你20米远了。

所以在相同的时间内，一个星系移动了1米，而另一个星系移动了10米。

事实上，你与各星系都在原地没有移动，是空间的膨胀让你与星系远离。

所以，宇宙膨胀意味着，我们的可观测宇宙向各个方向延伸了460亿光年，横跨920亿光年，而且每秒钟都在变大。

想象你是一名跑道上的短跑运动员，如果你跑向终点线，可能会花上几秒钟的时间，但是现在想象终点线正在远离你，如果它以比你跑得更快的速度离开你，你永远也到不了终点。

这就是我们在这里看到的宇宙，在一定距离之外，星系正在以比光速还快的速度远离我们。

于是就有了一条叫做宇宙视界的线。我们在可观测宇宙中看到的97%的星系，都在这条线之外，这些星系我们永远也不可能到达那里，包括 Gn-z11。从某个角度来讲，这条线也是某种意义上的宇宙的边缘。

然而，更加糟糕的是，天文学家发现目前宇宙膨胀的速度正在加速。

天文学家怀疑有一种神秘的力量在起作用——暗能量。我们认为是暗能量将宇宙推开，是它导致宇宙加速膨胀。而暗能量的起源和真正的物理性质，至今还是一个巨大的谜。

拜暗能量所赐，越来越多的星系穿过了宇宙视界，一旦越过宇宙视界，就意味着我们永远失去了这些星系，所以我们今天可以看到的一些星系，在几百万年后，我们就看不到了，一万亿年后，我们在天空中看到的所有星系都将完全看不见。

【宇宙的形状】

数万年来，我们人类一直惊叹于浩瀚的宇宙，但宇宙究竟有多广阔呢?为了回答这个问题，我们必须先回答另一个问题：“宇宙是什么形状的?”即宇宙在最大的尺度上是如何弯曲的?

如果我们要发现宇宙确实有某种几何曲率，那么这可能意味着它在难以置信的距离内将自己包裹起来。

于是就会一个有趣事情：如果你能沿着一个方向运动足够长的时间，你就会发现，你最终会来到起点。

如果，宇宙是平坦的，即没有曲率，那么，你走得越远，就再也回不到起点。

一般计算物体的形状，我们通常会退一步看一看。但很明显，离开宇宙是不可能的。你不可能跳上火箭，飞到比我们的宇宙视界大一千倍的地方去看看宇宙的形状。人不能，至少不应该。

于是科学家想到更加聪明的办法：重子声学振荡，即宇宙微波背景中的波纹。

这是宇宙中最古老的光，随着宇宙的膨胀，这些波纹以一种统一的方式在空间中留下印记。

它们提供了一个宇宙尺，来测量随着时间推移的巨大距离。所以我们可以测量宇宙是在弯曲的空间，还是在平面上膨胀。通过计算，科学家们确信宇宙是平的，精确度达到百分之几。

如果宇宙是平的，那么我们的宇宙可能没有边缘，因为平坦的宇宙可能是无限的。宇宙可能是永无止境的，恒星和星系永远没有尽头。

但真正无限的东西怎么可能存在呢?无限是一个很奇怪的概念，意味着无论有多巨大的数字，在无限面前都是渺小的。

如果宇宙是无限的，那么可能会有无数个星系拥有有生命的行星。由于生命确实出现在地球上，因此，它肯定会发生在宇宙的其他地方。

在平坦的宇宙中，外星生命可能有无限多种形式。如果宇宙没有边缘，很多看起来不可能的事情就变成了可能，所以这意味着一定有另一个地方，有一个和我们一样的星系，它也会有一个和我们一样的地球。甚至会有另一个版本的你，另一个版本的我。

如果宇宙是无限的，它在膨胀，它会膨胀到什么程度，会从什么地方开始?如果宇宙是无限的，那么大爆炸时是否也是无限的?

这是一件非常费解的事情。在无限的宇宙中，星系永远存在，每个星系之间都有很长的距离，但很久以前，星系之间的距离更近，距离只有现在距离的一半，它们仍然永远在继续远离。

在平面宇宙中，空间从一开始就是无限的。宇宙中从来没有一个点发生过大爆炸，它的发生无处不在，无限的宇宙提供了无限的可能性。

【时间的力量】

虽然，宇宙的空间没有边缘，但我们的宇宙可能存在另一种边缘，即时间的边缘。

宇宙似乎始于138亿年前，所以人们倾向于认为宇宙在时间上是有限的。我们所说的大爆炸，就我们所知，是一个开始，即宇宙的开始。宇宙的年龄是有限的，那么，它在未来有边缘吗?

我们曾经认为，时间总有一天会和行星、星系以及宇宙