轉(zhuǎn)自@博科園
人類對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)鉴裹，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(lái)钥弯，宇宙只存在了有限的一段時(shí)間径荔，而且自從宇宙大爆炸發(fā)生以來(lái)，宇宙一直在膨脹脆霎。大多數(shù)人的直覺(jué)是聽(tīng)到“砰”的一聲響总处，然后想象到一般的爆炸現(xiàn)象，然后設(shè)想場(chǎng)景睛蛛，就像彈片向四面八方飛出一樣鹦马。宇宙中的物質(zhì)和能量一下子就開(kāi)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忆肾。
絕大多數(shù)人會(huì)困惑的想知道為什么宇宙沒(méi)有中心荸频？為什么宇宙背景輻射，遠(yuǎn)到我們看的每一個(gè)地方客冈，充滿了宇宙试溯。在大多數(shù)人看來(lái)，當(dāng)宇宙膨脹時(shí)郊酒，應(yīng)該有一個(gè)地方讓它開(kāi)始擴(kuò)張遇绞。畢竟，這個(gè)問(wèn)題所問(wèn)的正是每當(dāng)遇到爆炸問(wèn)題時(shí)與經(jīng)驗(yàn)相一致的東西燎窘。無(wú)論何時(shí)發(fā)生爆炸摹闽，無(wú)論它是基于燃燒反應(yīng)，核爆炸褐健，還是容器超壓引起的破裂等付鹿，都有三個(gè)相同的特點(diǎn)：
1、爆炸總是從特定位置開(kāi)始2蚜迅、爆炸最初只占很小但有限的體積3舵匾、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(shí)谁不，一些材料通常會(huì)被包裹住和受到影響坐梯，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(dòng)最快刹帕。移動(dòng)最快的材料將比其他較重材料擴(kuò)散得更快更遠(yuǎn)吵血，因此爆炸輻射密度也會(huì)降低谎替。盡管能量密度到處都在下降，但能量在離爆炸越遠(yuǎn)的地方下降得越快蹋辅，因?yàn)楦嗟哪芰亢臀镔|(zhì)更快地變得不那么致密钱贯。這是通常爆炸發(fā)生的場(chǎng)景和物理分析，但僅僅通過(guò)測(cè)量這些不同碎片的軌跡侦另，就可以隨時(shí)重建發(fā)生爆炸的地方秩命。
但是這種一般爆炸與宇宙大爆炸不一樣，這地球上褒傅，宇宙看起來(lái)和幾百萬(wàn)光年甚至幾十億光年之外的宇宙一樣硫麻。宇宙具有相同的密度，相同的能量樊卓，在給定空間體積中有一樣多的物質(zhì)等等拿愧。越遠(yuǎn)的物體，確實(shí)比離得越近物體遠(yuǎn)離速度更快碌尔，但它們與速度較慢浇辜、距離較近物體的年齡不同。相反唾戚，當(dāng)我們看到極端遙遠(yuǎn)的距離時(shí)柳洋，更遠(yuǎn)的那些物體看起來(lái)更年輕，演化得更少叹坦，數(shù)量更多熊镣，尺寸和質(zhì)量更小，盡管現(xiàn)在通過(guò)強(qiáng)大的望遠(yuǎn)鏡募书，可以看到距離超過(guò)300億光年的星系绪囱。
但如果追蹤一切事物是如何運(yùn)動(dòng)的，并將萬(wàn)物的軌跡重建回一個(gè)共同起點(diǎn)莹捡，就會(huì)看到最不可能的結(jié)果：所謂的“宇宙中心”正好落在我們身上鬼吵。在宇宙中所有萬(wàn)億個(gè)星系中，我們恰好處于宇宙大爆炸中心的幾率有多大篮赢？在這些微不足道的基礎(chǔ)上齿椅，最初的爆炸就是以這樣的方式進(jìn)行：
1、不規(guī)則启泣，不均勻的密度2涣脚、恒星形成和星系形成開(kāi)始時(shí)間不同3、能量在不同的地方有著巨大的差異
4寥茫、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遣蚀，必須想出很多辦法來(lái)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妙同，即愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論預(yù)測(cè)了一個(gè)充滿物質(zhì)和能量的宇宙射富。一個(gè)到處都充滿相同數(shù)量的物質(zhì)膝迎，具有相同平均密度和溫度的宇宙粥帚，必須要么膨脹，要么收縮限次；因?yàn)樘煳膶W(xué)家觀察到明顯的衰退芒涡，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卖漫，但是只有一個(gè)和你手中蘋果的實(shí)際數(shù)量相對(duì)應(yīng)费尽。
有一種誤解，認(rèn)為膨脹的宇宙可以外推回一個(gè)點(diǎn)羊始；但并不是真的可以旱幼，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)突委、輻射柏卤、物理定律等），但隨后必須根據(jù)引力理論定律規(guī)則進(jìn)行演化匀油。這必然會(huì)導(dǎo)致一個(gè)到處都有相似屬性的宇宙缘缚，這意味著在任何有限，同樣大小的空間區(qū)域中敌蚜，應(yīng)該看到宇宙的密度相同桥滨，宇宙的溫度相同，星系的數(shù)量相同等等弛车。還會(huì)看到一個(gè)似乎隨著時(shí)間演化的宇宙齐媒，因?yàn)樵谖覀兛磥?lái)，更遙遠(yuǎn)的區(qū)域應(yīng)該和過(guò)去一樣纷跛，膨脹較少里初，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(shí)間內(nèi)同時(shí)發(fā)生在每一個(gè)地方忽舟，宇宙的局部角落將會(huì)看起來(lái)是宇宙中最古老部分双妨。從“我們的”有利位置來(lái)看，附近的萬(wàn)物幾乎和我們一樣古老叮阅，但是在遙遠(yuǎn)距離上出現(xiàn)的東西刁品，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)出光浩姥，我們看到的光只是它N年前的模樣挑随，這段旅程通過(guò)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(lái)就像10億年或100億年前一樣勒叠。
如果我們回到過(guò)去兜挨，接近宇宙大爆炸的那一刻膏孟，會(huì)發(fā)現(xiàn)宇宙在年輕的時(shí)候是由輻射主導(dǎo)，而不是物質(zhì)拌汇。宇宙必須膨脹和冷卻柒桑，使物質(zhì)在能量方面變得更加重要。隨著時(shí)間的推移噪舀，隨著宇宙的膨脹和冷卻魁淳，中性原子最終可以穩(wěn)定地形成，而不會(huì)立即被炸開(kāi)与倡。然而界逛，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)冷卻和紅移纺座。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息拜，可以從宇宙的任何地方觀察到。宇宙不一定有中心净响，只有偏見(jiàn)的直覺(jué)告訴我們應(yīng)該有一個(gè)中心少欺。
我們可以對(duì)發(fā)生宇宙大爆炸區(qū)域的大小設(shè)定一個(gè)下限，這個(gè)區(qū)域不能小于足球的大小别惦，但沒(méi)有上限狈茉；宇宙大爆炸發(fā)生的空間區(qū)域甚至可能是無(wú)限的。如果真的有一個(gè)中心掸掸，可能在任何地方氯庆，我們將無(wú)法知道。觀察到的宇宙部分不夠大扰付，不足以揭示這些信息堤撵，需要看到宇宙的邊緣（但目前沒(méi)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(lái)不同的區(qū)域（但宇宙似乎是均勻的）羽莺。
這個(gè)問(wèn)題聽(tīng)起來(lái)很合理实昨，宇宙是從哪里開(kāi)始膨脹的？但是一旦你意識(shí)到以上所有的事情盐固，就會(huì)意識(shí)到這是一個(gè)完全錯(cuò)誤的問(wèn)題荒给。“無(wú)處不在刁卜，一下子”是這個(gè)問(wèn)題的答案志电，這在很大程度上是因?yàn)橛钪娲蟊ú⒉皇侵缚臻g中的一個(gè)特殊位置，而是指時(shí)間上的一個(gè)特殊時(shí)刻蛔趴。宇宙大爆炸一種影響整個(gè)可觀測(cè)宇宙的條件（可能還有比這大得多的區(qū)域）在一個(gè)特定的時(shí)刻一下子全部影響到挑辆。這就是為什么看著太空中更遠(yuǎn)的物體，意味著看到那個(gè)物體就像它在遙遠(yuǎn)過(guò)去那一刻一樣的原因。
這就是為什么所有方向看起來(lái)都有相同性質(zhì)鱼蝉，不管我們往哪里看都是一樣的洒嗤。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|西仍然是未知的魁亦。例如渔隶，不知道整個(gè)宇宙的實(shí)際大小吉挣；但有一個(gè)下限派撕，那就是從我們的角度來(lái)看婉弹，現(xiàn)在宇宙在所有方向的半徑必須至少為461億光年睬魂。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镀赌，負(fù)彎曲像馬鞍氯哮，還是完全平坦，像薄片或圓柱體商佛。也不知道宇宙是否會(huì)自我彎曲喉钢，或者它是否會(huì)永遠(yuǎn)持續(xù)下去。
我們所知道的一切良姆，都是基于天文學(xué)家所能觀察到的肠虽。從這些信息中，可以得出結(jié)論玛追，宇宙大小是無(wú)限的税课，宇宙與完美的平坦度一致，但是相反信息可能位于下一個(gè)重要的數(shù)據(jù)位數(shù)痊剖，或者僅僅超出可觀測(cè)宇宙的地平線韩玩。我們不知道宇宙真實(shí)本質(zhì)（整個(gè)不可觀測(cè)宇宙）的原因是：因?yàn)榭梢越佑|到的部分非常有限。關(guān)于宇宙陆馁，我們能夠收集到的信息有限找颓，即使開(kāi)發(fā)出了任意強(qiáng)大的儀器和探測(cè)器。非常有道理的是叮贩，即使我們等待無(wú)限的時(shí)間击狮，也永遠(yuǎn)不會(huì)知道宇宙是有限的，還是無(wú)限的益老，或者宇宙的幾何形狀是什么彪蓬。
無(wú)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杨箭，都必須記住寞焙，我們所知的宇宙很可能只是實(shí)際存在任何東西的一個(gè)微小組成部分。宇宙可以是有限的，也可以是無(wú)限的捣郊，但可以確定的是辽狈，宇宙正在膨脹，變得不那么致密呛牲」蚊龋【博科園】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光年娘扩；③宇宙分為可觀測(cè)宇宙直徑（哈勃體積）960億光着茸；④不可觀測(cè)宇宙仍未知，但很可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于可觀測(cè)宇宙琐旁，有一個(gè)理論數(shù)據(jù)為23萬(wàn)億光年涮阔。
博科園｜文：Ethan Siegel/Forbes Science/S.W.A.B
