為什么天文學家認為，就算達到光速，也到不了宇宙的邊緣？

為什么天文學家拍著胸脯說，就算你坐著光速飛船，永生永世飛行，也永遠到不了宇宙的邊緣？

難道宇宙邊緣有堵墻？

首先，我們必須先搞懂一個最核心的概念，這是理解所有問題的基礎：我們平時說的 “宇宙邊緣”，和天文學家說的 “宇宙邊緣”，根本不是一回事！

絕大多數人腦海里的宇宙邊緣，是一個像氣球表面一樣的 “邊界”，是一堵墻、一條線，是宇宙物質的盡頭，外面是一片虛無。但在現代宇宙學里，這是完全錯誤的認知。

我們需要嚴格區分兩個關鍵概念：可觀測宇宙和整個宇宙。

可觀測宇宙，就是以地球為中心，光在宇宙 138 億年歷史中能夠到達地球的最大范圍，它是一個半徑約465 億光年的球體，直徑約930 億光年。這個邊界被稱為宇宙學視界，也叫粒子視界，它不是宇宙本身的邊界，只是我們視力的邊界。

為什么半徑不是 138 億光年？

因為宇宙一直在膨脹！

138 億年前宇宙大爆炸時發出的光，在向地球傳播的過程中，宇宙空間也在不斷拉伸，等這束光到達地球時，它的光源已經被膨脹的空間帶到了 465 億光年之外的地方。

而整個宇宙，指的是所有物質、能量、空間和時間的總和，它的大小目前還是未知數，甚至可能是無限大的！歐洲空間局普朗克衛星的觀測數據顯示，宇宙的曲率半徑大于 1400 億光年，幾乎可以認為是平坦的，這意味著宇宙可能沒有邊界，會一直延伸下去。

現在的宇宙膨脹速度遠超光速，這是天文學家認為光速無法到達宇宙邊緣的核心原因，也是最顛覆直覺的宇宙規律。

1929 年，天文學家埃德溫?哈勃發現了一個改變人類宇宙觀的現象：幾乎所有星系都在遠離我們，而且距離越遠的星系，遠離速度越快，這就是著名的哈勃定律。

2023 年歐洲空間局 Euclid 衛星最新測量的哈勃常數約為67.4 km/s/Mpc，意思是：每增加 1 百萬秒差距（約 326 萬光年）的距離，星系遠離我們的速度就增加 67.4 公里 / 秒。

按照這個規律計算，距離我們約140 億光年之外的星系，遠離我們的速度就已經超過了光速（30 萬公里 / 秒）！而可觀測宇宙邊緣的星系，遠離速度更是達到了光速的3 倍以上！

這里必須澄清一個常見誤解：這并不違反愛因斯坦的相對論！相對論只限制了空間中物體的運動速度不能超過光速，而空間本身的膨脹速度沒有任何限制。就像你在機場的自動人行道上行走，你的步行速度不會超過光速，但自動人行道本身可以以任意速度移動，兩者疊加起來，你的實際速度就可能超過光速。

宇宙膨脹就是這樣：你坐著光速飛船向宇宙邊緣飛去，就像在一條不斷拉長的橡皮筋上爬行，你爬得越快，橡皮筋拉伸得也越快，而且離你越遠的地方，拉伸速度越快。超過 140 億光年的距離后，空間拉伸的速度已經超過了你飛行的速度，你永遠也追不上那些 “逃跑” 的星系，更別說到達宇宙邊緣了。

更可怕的是，宇宙膨脹還在加速，占據宇宙總能量 68% 的暗能量，正在不斷推動宇宙加速膨脹，而且這種加速趨勢還在持續增強。這意味著，未來會有越來越多的星系因為退行速度超過光速，而永遠消失在我們的視野中，我們的可觀測宇宙范圍會越來越小。

就算我們忽略宇宙膨脹，假設宇宙是靜止的，你坐著光速飛船一直飛，也可能永遠到不了邊緣，因為宇宙可能是有限但無邊界的拓撲結構。

這是一個很難理解的概念，我們可以用一個經典比喻來解釋：把宇宙想象成一個四維超球面的表面，而我們是生活在這個表面上的三維生物。

就像你在地球表面一直向東走，你永遠不會撞到 “邊緣”，也不會掉進 “外面”，你只會繞地球一圈后回到原點。同樣，如果宇宙是閉合的四維超球面，你坐著光速飛船一直向前飛，最終也會回到出發點，永遠找不到邊界。

歐洲空間局普朗克探測器的觀測數據顯示，宇宙的曲率非常接近零，這意味著宇宙可能是平坦的，也可能是閉合的，但閉合的曲率半徑非常大，至少是可觀測宇宙的 10 倍以上。如果是這樣，就算你以光速飛行，也要花上萬億年才能繞宇宙一圈，而宇宙的年齡只有 138 億年，這在時間尺度上根本不可能實現。

前面說的都是假設我們能達到光速，但根據愛因斯坦的狹義相對論，這本身就是不可能的！

相對論告訴我們，任何有質量的物體，速度都無法達到光速，更別說超過光速了。物體的質量會隨著速度的增加而增大，當速度接近光速時，質量會趨近于無窮大，需要無窮大的能量才能繼續加速，這在現實中是無法實現的。

目前人類最快的探測器是帕克太陽探測器，它的最高速度約為 200 公里 / 秒，還不到光速的萬分之一！就算我們未來能制造出接近光速的飛船，要飛到可觀測宇宙的邊緣（465 億光年），也需要 465 億年以上的時間，這遠超人類文明的壽命，甚至遠超太陽的壽命（太陽還有約 50 億年的主序星階段）。

更絕望的是，就算我們能以光速飛行，也只能看到宇宙的過去，而不是現在。因為光需要時間才能傳播，我們看到的 100 億光年外的星系，其實是它 100 億年前的樣子。當我們到達那里時，那個星系可能已經不存在了，或者移動到了其他地方。

前面提到的暗能量，不僅在加速宇宙膨脹，還在決定著宇宙的最終命運。

目前宇宙正處于加速膨脹階段，暗能量的斥力超過了引力的吸引力，導致星系之間的距離越來越遠。如果這種趨勢持續下去，未來的宇宙將會變得非常 “孤獨”：約 1 萬億年后，本星系群之外的所有星系，都會因為退行速度超過光速，而永遠消失在我們的視野中，我們將再也看不到它們發出的光。

約 100 萬億年后，恒星將不再形成，宇宙中只剩下死亡的恒星，約 10^100 年后，黑洞也會通過霍金輻射蒸發殆盡，宇宙將變成一片死寂的黑暗，只剩下能量極低的光子和中微子，在這樣的宇宙未來中，別說到達宇宙邊緣了，我們連離開本星系群都做不到，人類文明將被永遠困在一個 “孤島” 上。

可觀測宇宙之外，還是宇宙，那里有無數的星系、恒星和行星，和我們這里的宇宙遵循同樣的物理規律，只是因為那些區域的光還沒有足夠的時間到達地球，或者因為宇宙膨脹速度超過光速，那些光永遠也到不了地球，所以我們永遠無法直接觀測到它們。

根據宇宙學原理，宇宙在大尺度上是均勻且各向同性的，這意味著可觀測宇宙之外的區域，和我們這里沒有本質區別，只是我們看不到而已。