宇宙无边还是有边？如果人类达到宇宙边界，会发生什么恐怖的事？

人类做过最伟大的事什么？不同的人可能有不同的答案，有人认为是火种的掌控，有人认为是语言的发明，有人认为是贸易的诞生，但笔者认为还有另一个答案，就是抬头仰望星空。

以前的人们认为地球就是宇宙的中心，后来随着科技的进步，人类发现，我们只是偏安银河的一隅。一旦知道自己所处的起点，就会想知道自己的终点，即——宇宙有边界吗？如果有边界的话，我们人类能不能到达那里？

宇宙的尽头

目前我们对宇宙学的了解，基于两个知识体系，一个是用天文望远镜看到的可观测宇宙，另一个就是用当前最为先进的科学理论和计算推导得出的。当然也有第三种，就是假设理论，也是有根据的猜测。

我们先来看看可观测宇宙，简单的说，可观测宇宙是我们从地球上可以看到的宇宙的一部分，受到光速和宇宙年龄的限制。可观测宇宙的边缘直径约为 900 亿光年。其实我们可以肯定的是，在超越可观察的范围外，宇宙还是那个宇宙。

那么无限还是有限？有限的话，尽头又在哪里？宇宙学家争论宇宙是无限还是非常大。如果它是无限的，它就没有边缘，没有边界。如果它是有限的呢？曲率理论给我们一种新的理解宇宙形状的方式，就像我们看到的球体表面一样。

想象一下，我们把地球等比例缩小到一个篮球的大小，当我们放一只蚂蚁在地球表面，它向任意方向直走，但当它走了一段路后，最终会回到原点。这就是球体的特点，它没有明确的边界，但是有限的面积。

曲率理论认为，宇宙可能也是这样的。虽然宇宙是有限的，但它没有明确的边界。这意味着，即使我们在宇宙中穿行，最终也会回到起点，就像在球体表面上一样。除了曲率理论，还有一个理论提到了宇宙的边界。

宇宙膨胀理论是现代宇宙学中的一个核心概念，它描述了宇宙从大爆炸开始至今的膨胀过程。这一理论的核心就是空间本身的膨胀，而不仅仅是物质在空间中的运动。

宇宙膨胀理论起源于1920年代，当时的天文学家们发现远处的一个个星系似乎都在与我们远离，且速度快的走的更远。这一发现被称为哈勃定律，成为了宇宙膨胀理论的基石。

而一些天文学家认为，这不是因为星系在移动，而是因为宇宙的空间结构本身在膨胀。就像我们吹气球，当气球膨胀时，表面两个点之间的距离增加，但点本身其实并没有移动。

所以如果宇宙的空间本身在膨胀，那么宇宙的边界就是一个复杂的概念。在这种情况下，宇宙可能是有限的，但没有固定的边界，就是这个边界并不是固定在那，而是可能在不停的移动。

那么这个膨胀会是无限的吗？其实也并不是，宇宙膨胀的未来取决于宇宙的总质量和能量。如果宇宙的密度低于某个临界值，它可能会永远膨胀下去。如果密度高于这个临界值，宇宙可能会停止膨胀并开始收缩，最终导致“大坍缩”。

当然也不是所有科学家都支持有边界的理论，剑桥大学著名理论物理学家斯蒂芬·霍金于1981年就提出过无边界的理论，他认为宇宙的起源并不是大爆炸，而是量子意义上的无中生有。

他认为宇宙从一个不存在的状态中诞生，类似于量子领域中的虚空涌现。这意味着宇宙的起源并不需要一个初始边界或特定的起点。这个过程实现了宇宙的无中生有，或者说宇宙没有明确的起源。

当然他的这种观点挑战了传统的宇宙学模型，同时也激发了更多关于物理定律和宇宙演化的研究。那么如果有边界，人类是否有希望到达那个所谓的边界，并亲眼看看它是什么样子呢？

光速只是沧海一粟

光速，对于地球上的我们来说，简直无法触及，但从宇宙的角度来说，就算有一天人类可以以光速来旅行，可是在三级文明面前，光速也简直是贻笑大方。

太阳到地球的距离约为约1亿5千万公里，通常用天文单位（AU）来表示，大约是1AU。光从太阳到地球大约需要8分钟20秒。发现没有，我们眼中遥不可及的光速，从太阳射到地球，也不能做到直达。

所以我们肉眼看到的太阳，已经是8分钟前的太阳了。而光走完整个太阳系的时间，学界上有不同的认识，这里我们取其一，太阳系的外边缘通常被称之为“柯伊伯带”，它大约位于太阳系的阿尔法星际邻近地区。

那么光线穿过太阳系到达柯伊伯带的时间大约为8小时20分钟。这里我们取一半，如果向单一方向出发，我们不需要走完太阳系的直径，即便如此也得花个4小时左右，更不用谈银河系了。

银河系的尺度更大，同在银河中有的星星，离我们甚至有数万光年。它们在数万年前发出的光，被现在抬头仰望星空的我们所看见，我们正在看着它们古老的过去，看到它们古老的位置。

想要去到他们那里，就算是光速也要数万年，但人类的寿命在宇宙中也只是转瞬即逝。所以可观测的宇宙比我们实际可以互动的宇宙要大得多，但这个可观测宇宙又是整个宇宙中微不足道的一小部分。

很遗憾，如果有哪个所谓的边界，人类目前也无法看到它在哪，更别提知道它是什么样了。那人类有机会去探究吗？之前看到一个很有趣的例子，有人提到了接近光速的星际旅行中，会逐步达成爱因斯坦狭义相对论中的时间膨胀效应也叫“钟慢效应”。

狭义相对论中的钟慢效应是一个相当有趣的现象。它描述的是，当一个物体以非常快的速度运动时（接近光速），在这个物体内部测量的时间会比静止不动的观察者测量的时间流逝得更慢。换句话说，运动的物体经历的时间会比静止的物体少。

想象一下，如果你带着一块非常精准的表上了飞船，然后让这个飞船以接近光速的速度飞行。根据狭义相对论，当飞船回到地球时，你会发现飞船上的时钟走得比地球上的时钟慢。也就是说，飞船上的时钟显示的时间比地球上的时间少，好像飞船上的时间“减慢”了。

假设这个飞船能达到光速的99%，我们用狭义相对论中的时间膨胀公式来计算，这个飞船飞行了100年，地球已经过去了大概700多年。这大概非常符合我国神话里说的，“天上一天，地下一年了。”

当然这个计算只是一个近似值，因为实际情况可能会更复杂，例如飞船的加速和减速过程也会影响时间膨胀效应，这个飞船甚至不能直线飞行，因为其可能要规避沿途的行星、陨石，在转弯、避让的过程中动能的损失是必然的。

不过说到这，似乎人类最终还是无法走得更远，就算只是在可观测宇宙中，接近光速走100年，我们在寿命耗尽前连银河的零头都走不出去，要知道银河的直径大约是10-18万光年。那么我们真的就毫无办法了吗？

科学其实并不是一堆冷冰冰的数据，总有无数的畅想，近百年人类不就实现了那么多前人认为是幻想的东西吗？

科学和科幻

之前我们提到，人类有限的寿命，满打满算100年，对于宇宙来说只是弹指一挥，我们无法在有限的寿命中探索到遥远的星空，但科幻却是给了我们另一条出路。

相信不少人都看过《异形》系列的电影，1979年第一次上映，距今已有45年，电影里有一个概念，宇宙飞船内配备了低温休眠设备，由于星际旅行需要很长时间，船员们会在星际旅途开始后进入休眠状态，在到达目的地后再苏醒。

试想，如果低温休眠技术可以突破，那么时间将会变成人类星际旅行中的最不用担心的东西，而现实中，这项技术也在一点点的进步。

2016年，中科院深圳脑团队就在我们的大脑中发现控制人体温度的——TRPM2神经元，为人类探索体温调控机制提供了新的线索。

2022年，他们还成功的激活了小老鼠脑中的相关神经元，使得小老鼠进入了人工冬眠状态，且在状态下维持了10多个小时。

美国的临床试验则是将人工冬眠技术应用到了医疗实践中。通过迅速降低体温，减缓大脑活动，使医疗人员可以有更多时间进行手术或其他治疗操作。

可以遇见，低温休眠将会在未来大放异彩，在电影中被描绘得如此引人入胜，而现实中的科学家们正在努力将这个概念变为现实。这项技术不单单会改变人类星际探索的方式，还可能在医疗领域发挥重要作用。

除了《异形》系列，《星际迷航》也是科幻中不得不提的代表之作，《星际迷航》中飞船使用了曲速引擎，让飞船在不超过光速的情况，进行超光速移动。这句话是不是听起来很像病句，但我简单说完它的原理相信大家就懂了。

爱因斯坦的相对论为速度设置了一个上限，那就是光速。如何在不超过光速的情况下，获得比光更快到达那个地方呢？这就要说到“曲速泡”概念，这种方法并不是通过增加飞船的速度来超越光速，而是通过压缩飞船周围的时空结构来实现。

这样，飞船可以在不违反相对论的情况下，以超过光速的速度移动。不过这些研究都还处于理论阶段，实际应用还面临着巨大的技术和能源挑战。

比如想要维持飞船周围弯曲时空所需的能量，消耗量极大。再比如这种能量产生的强辐射对人体有害，等等问题。所以目前对于曲速的研究仍然属于科学的前沿领域。

虽然直到今天，我们仍未可知宇宙到底有没有边界，如果有那里是什么样，但这短短几百年，人类已经慢慢步入了太空，各国都在筹备月球基地，甚至马斯克还有火星移民的项目，我相信人类迟早有一天将会深入这浩瀚星空。

结语

科幻虽然是科幻但它也常常为科学研究和技术发展指明了方向。人类之所以渺小，是因为抬头仰望星空。人类之所以伟大，也正是因为抬头仰望星空。

随着科学技术的不断进步，我们对于时间、空间和生命的认知也在不断深化。当科学与科幻相遇，人类的未来将会是怎样的呢？让我们拭目以待。

参考资料：

宇宙膨胀理论；维基百科如今，人体冬眠技术发展如何？知乎，2023宇宙的边缘是什么?三种情况都指向同一个结果；火星科普，2021如何理解钟慢效应和尺缩效应？真的变慢缩短了还是只是观察效应？宇宙探索，2022超光速旅行真的要来了？发现了首个曲率泡，曲速引擎研究出现曙光；时空通讯，2021