敬告：本文包含一定非常識的邊緣知識，以及部分未經證實的資訊，可能會影響觀看者三觀，請自帶良好的分辨能力和接受態度。如感到不適，請當作故事。
今天我們聊點大的，比宇宙還要大一些！2016年，哈勃太空望遠鏡捕捉到了一束微弱的光，它來自可觀測宇宙最深處最遙遠的古老星系GN-z11，這束不尋常的光在宇宙大爆炸的之後的4億年就已形成了，經過了漫長的134億年歲月到達地球，這個目前人類發現的最古老的星系距離地球320億光年。
可是我們知道宇宙大爆炸至今只有138億年，根據愛因斯坦的相對論描述光速又是恆定不變的，那麼GN-z11到地球的距離應該是134億光年才對，這兩個資料之間看上去有著巨大的矛盾這是什麼原因呢？
GN-z11星系的發現讓我們又產生了另外一個有趣的問題，它會是宙的邊緣嗎？如果不是，那麼宇宙的邊緣在哪裡？宇宙的外面又有什麼呢？首先可以肯定的是這個命題的答案並不唯一，這取決於人們對宇宙邊緣概念的理解。光在真空中的傳播速度大約為299792458公里每秒，這個被認為是物理學極限的速度，在宇宙尺度的旅行中卻顯得力不心，即便是我們每天早上看到的第一縷陽光，也是從太陽上經過了8分多鐘才到達地 球的，太陽之外距離地球最近的一顆恆星是射手座的比鄰星，距離地球39.9兆公里，乘坐光速飛船也要走上4.2年，所以說人類到底能看到多遠，取決於兩個關鍵因素：光速和宇宙的年齡。
什麼是宇宙
“宇宙”一詞連在一起使用，最早出自《莊子》，“旁日月，挾宇宙，為其吻合。”在這裡“宇“代指一切空間，“宙”代指一切時間，這已經非常接近現在物理學對宇宙標準佳時空的定義了。物理學定義的宇宙除了包含空間和時間及其內涵，還包括影響物質和能量的物理定律，如守恆定律、經典力學、相對論等等。換句話說目前的宇宙模型是建立在物理學定律之上的，宇宙中除了我們熟知的可見光外，還充斥著一種電磁輻射叫做宇宙微波背景，這種電磁輻射充滿了整個宇宙，它們來源於早期宇宙大爆炸遺留下來的熱輻射，它們形成了我們宇宙中最古老的光。任何建立宇宙模型都必須解釋這種輻射，英雌宇宙微波背景是精確測量宇宙學的關鍵，而目前最能很好解釋宇宙微波背景的理論，就是宇宙大爆炸的模型。
宇宙大爆炸
138億年前，體積無限小，密度無限大，溫度無限高，時空曲率無限大的奇點，從時間零點到10-43秒，也就是一個普朗克時間之後，宇宙開始膨脹成為現在的型態。在普朗克時期與暴脹時期之後，宇宙在10秒內經歷夸克、強子與輕子時期。大爆炸30萬年後：化學結合作用使中性原子形成，此時宇宙的主要成分為氣態物質，並逐步在自引力作用下凝聚成密度較高的氣體雲塊，經過漫長的歲月逐漸冷卻後直至恆星和恆星系統的形成等等，這些恆星、星系、所有的原子以及生命稱為原有物質。
原有物質只佔宇宙中全部成分的4.9%，按照目前的宇宙尺度計算，原有物質的密度為4.5×10-31公克/釐米3，這是一個非常非常低的密度數值，相當於每4立方米空間內只含有1個質子，除了原有物質宇宙中還有0.005-0.01%的電磁波與反物質，而宇宙絕大部分的組成則是暗物質與暗能量。暗物質是—種目前尚未被偵測的神秘物質形態，佔宇宙全部成分的26.8%，暗能量是真空中的能量在全部宇宙成分中佔68.3%，科學家認為星系中的天體之所以不會因高速旋轉被甩到宇宙空間中散落的到處都是，正是因為被大量暗物質所包圍。而宇宙加速膨脹則被認為是暗能量在起作用。
可觀測宇宙
我們回到開始的間題。既然古老的GN-z11星系是在134億年前誕生的，320億光年的距離又是怎麼回事呢？目前宇宙是處在加速的膨脹時期，GN-z11的光子雖然只飛了134億年，但是這些光子在膨脹的空間中被延展後波長增加頻率降低，產生了我們說所的宇宙學紅移。
如果宇宙是收縮而不是膨脹，我們將觀測到星系以相同比例的藍移取代紅移，科學家發現遙遠星系光線的紅移與他們的距離成正比，這就是我們說的哈勃定律。科學家們正是根據古老星系GN-z11的光譜紅移值，計算出了其320億光年距離，換句話說GN-z11在發光的時候距離我們134億光年，但是我們觀測到這束光的時候它已經是在320億光年之外了。同樣的，科學家根據測定宇宙微波背景輻射光子的紅移量，測出的可觀測宇宙半徑為大約465億光年，可觀測宇宙並沒有真正的中心，我們所觀測宇宙是以地球為中心的，同樣如果你站在百億光之外進行觀測，看到的宇宙和地球上看到的其實是一樣的。
哈勃定律揭示出的宇宙膨脹是一種全空間的均勻膨脹。啥意思呢？就是說從任何一個星系來看，一切星系都以它為中心向四面散開，越遠的星系間彼此散開的速度越大。那麼，距離地球越遠的星系遠離我們的速度就越快。根據宇宙學紅移計算，宇宙膨脹的速度已經達到2.3倍光速，有人一定會說，光速不是速度的極限嗎？這是不是和愛因斯坦的相對論矛盾？
其實愛因斯坦並沒有禁止超越光速，這是對相對論的一個誤區，狹義相對論說的光速不能超越指的是在同一參考系中。而正是在光速不變的限制下，距離我們465億光年之外的一切資訊再也不能透過光到達我們這裡，就像是一道時空屏障，把我們囚禁在人類可觀測宇宙這個巨型天球當中，即使人們無法和465億光年以外的區域互動，但仍然會假定這些區域存在並且是現實的一部分，所以對於可觀測宇宙來說宇宙的外面還是宇宙。
由於人類出現的時間太短，沒有機會觀測到宇宙的邊界，因此對於可觀測宇宙之前的宇宙究有多大目前沒有定論。那麼可觀測宇宙外面的宇外面又有些什麼呢？
無邊界理論
愛因斯坦認為宇宙是沒有邊界的，也就是無限的。可觀測宇宙之外只有無邊無際的恆星和行星等個各種天體，其構成形式物理定律與可觀測宇宙相同，而霍金則認為宇宙雖然沒有邊界，但宇宙的大小是有限的，聽起來雖然有點矛盾，但是其實也不難理解。想要理解宇宙無邊無際卻有限這個概念，可以先降維到二維世界去看一下。
我們把宇宙想象成一個不斷增大的氣球表面，在這個氣球表面上無論你向任何方向無止境地走下去永遠也不會走到盡頭，但是氣球的表面積是存在上限的，所以二維氣球表面是大小有限卻沒有邊界的。那麼三維的宇宙也是一樣，表面上看宇宙中從一點到另一點是直線，但大尺度範圍來看，其實空間也是彎曲的。如果你拿著一支鐳射筆直射向遠方，光線不會射到宇宙盡頭，而最終會繞了一個大圈照到你的後腦勺，當然這個過程需要一個非常龐大的時間尺度。所以說沒有“邊界”不代表它是無限大的。
宇宙暗流
在2008年，天文學家發現了一些非常奇怪並且讓他們意想不到的現象，銀河系中的星團以極快的速度向同一方向流動，其速度超過了每小時200萬英里。在2010年新的觀察結果再次證實了這種現象，並被人們稱為宇宙暗流（Dark Flow）。這種運動違背了大爆炸後宇宙中質量分佈的所有預測。科學家據此推測一個可能的原因是，在可觀測宇宙之外存在著一種巨大的結構，該結構的引力對星團造成了一定的影響從而形成暗流，這就意味著我們視野之外的無限宇宙結構是不均勻的，那這個結構是什麼呢？我們可能從沒見過更加無法想象，它可能是超大尺度的任何物質或者能量，從其他宇宙漏出，導致了可觀測宇宙的奇異扭曲。
高緯宇宙
有科學家認為宇宙其實也有外面，但這個“外面”跟我們平時理解的“外面”不一樣，它是指三維空間與更高維度宇宙之間的關係，而連線不同維度宇宙之間的橋樑就是蟲洞。在三維空間裡，蟲洞是一個四維的時空橋，洞口是三維的球，走進去再出來，就去了另一個空間，這就是為什麼電影《星際穿越》裡男主的飛船衝進蟲洞，看著是一個好看的球，就如同進入了隧道，出來後發現來到了另一個星系。
還有另外一種可能就是高維宇宙就存在我們周圍，甚至和我們重疊存在。愛因斯坦對此還提出了“四維扁蟲”理論，所謂的四維扁蟲理論是指人類由於天生存在缺陷，永遠無法感知和觀測高維空間進而認識字宙全貌。愛因斯坦認為人類看到的宇宙是三維的，但真正的宇宙其實是存在更多維度。所以理論上來說，更高維度的宇宙就是宇宙的“外面”。
平行宇宙
最流行的一種理論認為，宇宙的外面是平行宇宙，平行宇宙的概念並不是因為時間旅行悖論提出來的，而是來自量子力學。在20世紀50年代，有物理學家在觀察量子的時候發現每次觀察的量子狀態都不相同，而由於宇宙空間的所有物質都是由量子組成，所以這些科學家推測“既然每個量子都有不同的狀態，那麼宇宙也有可能並不只是一個，而是由多個類似的宇宙組成”。
這些宇宙是由其他的宇宙不斷分裂產生的，從理論上來講你和另外個宇宙中的你可能相隔只有百億分之一毫米的距離，但是你想進入到另一個宇宙是不可能的，平行宇宙和我們所在的宇宙是幾乎沒有任何聯絡的，那是因為宇宙之間的交叉點並不是相容的，我們沒有辦法感知平行宇宙中的人和事物，沒有辦法去追蹤平行宙中的事件，只有在某個極其特殊地點上，會瞬間出現一種罕見的相容交叉的現象，比如研究人員認為既視感現象可能就是平行宇宙中的情景對映到我們現在所處的宇宙空間裡面所留下的痕跡。
其實單純從我們三維空間的角度，並沒有所謂的宇宙之外，換句話說討論宇宙外面是什麼對於我們三維空間的生物來說是沒有意義的，這就相當於我們也不會討論“時間0點之前是什麼？”，因為在目前的物理學框架中這些問題既不能被證實，也不能證偽。那麼對於宇宙外面到底是什麼這個有趣的問題，大家有什麼看法歡迎留言分享你的觀點。如果你喜歡草葉君的奇思妙想，請記得關注點贊評論轉發，小夥伴們下期見。