到达宇宙边缘，能把“手”伸出去吗

一位佚名艺术家的木刻“探索更外面的宇宙”

如果能来到宇宙边缘，那就一定可以把“手”伸出去，问题在于宇宙有没有边缘呢？答案是否定的！也就是说，宇宙是没有边界的。

为什么说宇宙是无边的呢？因为宇宙是空间、时间和时空中万物的总称，所以宇宙和普通物体有本质的区别。对于普通的物体，我们需要知道它的边界，来区分是或者不是该物体，是在它的内部还是外部。而宇宙就不同了，宇宙是唯一的，没有宇宙和非宇宙之分，宇宙只有“内”，没有“外”，宇宙的边界也就无从说起。

无边的宇宙会是什么样子的呢？

在20世纪以前，人们普遍接受的是牛顿的静态宇宙观：时间、空间和宇宙中的物体都是独立存在的。空间是平坦的，在各个方向上无限延伸，时间则无始无终地流淌。这样的宇宙是无限的，没有边界是很自然的事情。

直到1915年，爱因斯坦提出了广义相对论，人们才认识到时间、空间和物质是紧密联系在一起的。如果一个物体有质量，就会导致其周围时空的弯曲。时空的弯曲又会反过来影响到其他物体的运动。这种影响，按牛顿力学来理解，就是引力作用。

那么，我们的宇宙是怎样的呢？因为无法直观地表示三维空间是怎样弯曲的，所以只能简化地用二维的表面来类比：如果宇宙物质足够稀疏，物质和能量的平均密度很低，那么空间的弯曲就像是“马鞍面”；反之，如果宇宙中的物质足够密，那么空间的弯曲就像“球面”。“马鞍面”是一个开放的曲面，可以无限延伸；而球面是一个闭合的曲面，其面积是有限的。这就意味着，如果宇宙物质足够密，我们就是处在一个有限的空间里。

用三角形内角之和判定空间的性质

如果空间有限，是不是一定就有边界？其实不然，有限的空间也可以是无边的。这怎么理解呢？爱因斯坦曾经举过一个生动的例子：假想一个被无限压扁了的二维的虫子，生活在二维的球面上。球面的面积是有限的，虫子可以到处爬，也可以绕一圈爬回原地，但就是找不到边。实际情况当然要复杂得多，但这种类比有助于理解什么是“有限”而“无边”。

二维球面就是一个面积有限但无边界的例子

目前的观测与研究表明，我们的宇宙很可能是介于疏和密的临界状态，所以有可能是平坦的。但不管怎样，无论宇宙是有限的还是无限的，它都是无边的。在天文学和物理学中还有一个狭义的宇宙的定义，那就是“可观测宇宙”。现代宇宙学的研究告诉我们，宇宙的年龄是有限的，它起源于138亿年以前的“大爆炸”。由于光的传播速度是有限的，所以我们在宇宙中能看到的最远距离就是光速乘以宇宙的年龄。更远地方发出的光还没有足够的时间“跑到”我们这里，我们看不见。这个观测上的极限称为宇宙视界。视界范围内的宇宙就是我们的可观测宇宙。

视界是不是宇宙的边界呢？如果我们有能力跑到视界那么遥远的地方，会看到怎样的景象呢？还是让我们打个比方吧：这就像是在孤岛上瞭望四周的大海，我们的目力所及是有极限的，最远所能看到的地方就是地平线（英文中“视界”和“地平线”是同一个词horizon）。如果我们在接近地平线的地方发现有一条船，这就像在宇宙中找到了一个极其遥远的星系。船上的人会看到什么呢？不难想象，船上的人根本不会觉得自己处在什么边缘的地方，他的四周也一样都是茫茫大海，他可能发现在某个方向的地平线处有个小岛，岛上有人正向他极目眺望。所以，所谓的视界是针对特定的观测者而言的，并不是我们通常意义上的边界。不同地方的观测者有不同的视界，视界就是以观测者为中心的各个方向的观测极限。由此，我们可以认识一个有趣的现象，无论我们在宇宙中旅行到了哪里，都会感觉自己身处宇宙的中心！（邵正义）

【微博士】短程线

也叫测地线，可理解为空间中连接两点的局部最短路径。在平面上，短程线就是普通的一段直线。在球面上，短程线是穿过整个球面的大圆弧的一段。在球面上，由短程线构成的球面三角形的内角和大于180°。而在马鞍面上，对应的三角形内角和则小于180°。我们可以通过测量三角形的内角和，来判断自己所在的空间是开放的还是闭合的。