宇宙到底有多大？它有没有边界，有没有中心，人类倾尽所有速度是否真能触及它的尽头？

要回答这些问题，不妨先把目光收回来，看看人类是如何从仰望星空的原始好奇，一步步推演出今天关于宇宙的认知。现今，人们总会被各种各样的科学结论直接投喂。

打开各种视频网站，可以看到很多颜值不俗的理论，再配上一些星球和星系的画面，仿佛我们已经站在上帝视角看穿了宇宙的一切。但实际上，那些画面绝大多数都是计算机模拟的，人类没有也不可能有那样的设备在俯视角看到宇宙的全貌，再把画面传回地球。

与这些内容相反，作者更感兴趣的是发掘这样一个过程：渺小的人类凭借双脚站在这个像沙粒一般的小星球上，仰望星空，凭借自己进化了几十亿年的思维，去逐层探究宇宙留给我们一个又一个的谜题。那些伟大又精妙的思考过程，才是人类闪耀出的智慧之光。

今天，就让我们从一个已经知道答案的谜题开始，讲述人类是怎样通过思辨和计算得出结论的。在中世纪，世界就像一个迷你而静态的剧场。

地球是这个场地中央的小平台，而所有的天体则在周围神秘地围绕着它旋转，就好像遵循着某种完美的轨道一样。而彗星的出现往往被视为不祥之兆，预示着国王的终结。

1066年，当一颗大彗星划过英国的天空，当时的国王吓坏了。这颗彗星并未就此罢休，1682年它再次出现，又一次吓坏了整个欧洲的人民。

有一位业余的天文学家名叫哈雷，对这颗彗星特别着迷。于是他就去请教当时最伟大的科学家之一——艾萨克·牛顿。

哈雷问牛顿，是什么力量在操控这颗彗星的运动。牛顿不慌不忙地回答说，这颗彗星是在椭圆轨道上运动的，而这个运动是由一种与距离平方成反比的力所控制的。

牛顿不仅用自己发明的望远镜——也就是今天全世界天文学家使用的反射望远镜——来跟踪这颗彗星，而且这颗彗星的轨道完全符合他在20年前提出的引力定律。

哈雷可能做梦也没有想到，自从人类开始仰望星空以来一直令人困惑的天体之谜，竟然可以用牛顿的引力定律来解答。哈雷意识到这一突破的巨大意义，于是就慷慨地提供经费出版了这个理论。

1687年，在哈雷的鼓励和资助下，牛顿发表了他的巨著《自然哲学的数学原理》。一瞬间，不知道太阳系规律的科学家们，突然能够极其精确地预计天体的运动了。

哈雷认识到，如果这颗彗星的轨道是一个椭圆，人们也许能够计算出什么时候它会再次掠过英国的上空。查阅历史记录，他发现1531年、1607年和1682年的彗星是同一颗彗星。

哈雷预计这颗彗星将在1758年再次回来。当1758年真的到来时，牛顿和哈雷都早已去世。

当这颗彗星精确地按照日程表，在这一年的圣诞节返回的时候，人们把这颗彗星命名为哈雷彗星。《原理》这本书也包含了牛顿写下的力学定律，也就是确定地面物体和天体抛物线轨道的运动定律。

这些定律奠定了设计机械、利用蒸汽能、制造机车的基础，这些进步为后来的工业革命和现代文明铺平了道路。今天，每一座摩天大楼、每一座桥梁和每一枚火箭，都是按照牛顿的运动定律建造的。

牛顿不仅给了我们永恒的运动定律，也改变了我们的世界观，给了我们全新的宇宙描绘。在这个宇宙中，控制天体的神秘定律，是与控制地面物体的定律相同的。

不过，牛顿的理论在宇宙构造的问题上引起了一个非常重要的矛盾：如果整个宇宙是一个舞台，它有多大呢？它是无限的，还是有限的呢？

现在，让我们假装不是一个现代人，也不知道科学家已经告诉我们的直接答案，也没有那些现代的仪器，那么该如何思考这个问题呢。有记载的最早的回答，来自古罗马哲学家卢克莱修。

他写道：宇宙在任何地方都一定是没有边界的，原因如下：如果它有边界的话，那在某个地方一定有一堵墙，或者是一个界限。但是显然，除非在一件东西的外面有其他东西包围，否则这个东西不可能有界限。

而如果宇宙以外还有其他的东西，那么那个其他的东西也应该在宇宙定义的范围内。所以，从逻辑上讲，整个宇宙在所有的尺度，在这一侧和那一侧，向上或向下，都应该没有端点。

但是，问题没有那么简单。即便是牛顿自己的理论，也催生了有限宇宙和无限宇宙的矛盾，这一点让牛顿本人也烦恼不已。

1692年，一个名叫本特利的牧师给牛顿写了一封信。信中是这样说的：因为引力总是吸引的、绝不是排斥的，这就意味着任何恒星的集合将会自然地聚集到一起。

如果宇宙是有限的，那么夜晚的天空不会是我们看到的样子。当恒星彼此相撞、聚合成一个燃烧的超级恒星的时候，我们看到的将是一个难以置信的超大恒星悬在头顶，当然，人类不可能活着看到那幅场景。

而因为引力可以积累，如果宇宙是无限的，作用在任何物体上的力，向左和向右的也是无限的，所以恒星将被撕成碎片，恒星将出现火灾并且被撕裂开来。本特利似乎一招把牛顿给将死了。

宇宙要么是有限的，它将聚集成一个火球；要么就是无限的，所有的恒星将爆炸而撕开。不管哪种可能性，对牛顿提出的理论来说都是一场灾难。

这个问题在历史上第一次揭示出：将引力理论应用到整个宇宙时所产生的矛盾。在仔细思考之后，牛顿给本特利回了一封信。

他倾向于宇宙是无限的，但它是完全均匀的。所以，如果一颗恒星被无限数量的星星拉向右，它就会被另一方向的另一个无限系列的星星拉向左，从而抵消了前者的作用。

在每一个方向，所有的力都是平衡的，于是就产生了一个静态的宇宙。由此得到一个新的结论：如果引力总是吸引的，对本特利佯谬唯一的解答是，宇宙必须是均匀的、是无限的。

但是牛顿聪明地认识到，自己的回答其实是软弱无力的。他在另一封信中承认，尽管他的回答在技术上是正确的，但其实内在是不稳定的。

一个均匀的无限的宇宙就像是一座用纸牌搭成的房屋，稍微风吹草动就会使它坍塌。人们可以计算得出，只要有一颗恒星稍微晃动一点，马上就会引起连锁反应，星团就会立刻开始崩溃。

人们只能祈求神的力量，防止这个纸牌建造的房屋不至于倒塌。牛顿写道：需要一个持续不断的奇迹，来防止太阳和恒星在引力作用下跑到一块去。

除了本特利佯谬之外，在无限的宇宙中还有一个更深层次的内在矛盾，叫做奥尔贝斯佯谬。这个佯谬是从"夜晚天空的背景为什么是黑色"产生的。

如果宇宙是均匀和无限的，那么不管向哪看，都会看到从无数个恒星发出的光。当我们凝视夜晚天空的任意一点，我们的视线将穿过不计其数的星星，接受到无限数量的星光，因此夜晚的天空应该是一片火海。

但事实是夜晚的天空是黑的，这就证明宇宙不可能是无限的。这个佯谬像本特利佯谬一样，看上去简单，却让很多代的哲学家和天文学家苦恼。

在一个无限的宇宙中，引力和光线可以产生无限多个没有意义的结果。几个世纪以来，人们提出了很多不正确的回答。

天文学家开普勒被这个佯谬困惑得走投无路，只好推测宇宙是有限的，被一个外壳所包围，所以只有有限数量的星光才能够到达我们的眼球。还有无数科学家给出无数的答案，都非常的混乱。

起初，人们说星光是被宇宙中的尘埃云给吸收了。奥尔贝斯说，地球是多么幸运啊，不是天穹中每一点的星光都能到达地球，要不然亮度和热度将不可想象，比我们经受的要高九万倍。

因此，尘埃云必须吸收大量的热，地球上的生命才能生存。只有这样，当我们遥望人马座的方向时，我们看到的不是闪烁的火球，而是一片黑暗。

但是，尘埃云不能真正解释奥尔贝斯的佯谬。经过一个无限长的时间周期，尘埃云吸收来自无数恒星的阳光，最终将和恒星表面一样地发光，因此尘埃云在夜晚的天空也应该发光。

这就好比我们把一杯冰水放在室温中足够久，最终的温度一定和这间屋子是一样的。后来人们假设，恒星离得越远就越暗淡，这是对的，但不能回答这个佯谬。

如果我们观察夜晚天空的一部分，非常遥远的恒星的确很暗，但是看得越远，看到的星星就越多。在均匀而无限的宇宙中，星光的强度在这一方面减小，而恒星的数量随距离的平方增加，两者抵消，夜晚的天空仍然应该是白的。

当我们没有仪器，也没有现成的科学结论的时候，该怎么去思考这件事呢。非常奇怪的是，历史上第一个解决这个佯谬的人，是一位美国的神秘作家爱伦·坡。

他的作品可以说跟科学没有一点关系，但同时他也是个业余的天文爱好者。在临死之前，爱伦·坡在一篇叫做《我发现了》的散文诗中写下了一段非常精彩的话。

他说：如果恒星的系列是没有止境的，展现在我们面前的天空背景是均匀而明亮的，因为在整个背景中，绝不可能找到一个地方没有星星。那么为什么我们的望远镜在数不清的方向上什么也看不见呢？

原因是不可见的背景距离是如此遥远，以至于根本没有光线能到达我们这里。这就是正确回答问题的关键：宇宙不是无限古老，有一个起源。

到达我们眼球的光线有一个有限的截止点，从最遥远的恒星来的光线还来不及到达我们。宇宙学家爱德华·哈里森首先发现爱伦·坡这首诗中埋藏着解决奥尔贝斯佯谬的关键。

他说，当他第一次读到爱伦·坡的诗的时候，他惊呆了。一个诗人，最多是一位业余天文爱好者，怎么能在140年前就认识到正确的答案，而今天的学院里却一直讲解着错误的结论呢？

后来，苏格兰的物理学家开尔文男爵也发现了正确的答案。他认识到，当你遥望夜晚的天空的时候，你看到的是它过去的样子，而不是现在的情况。

因为光的速度是有限的，光从遥远的恒星到达地球需要时间。随后他计算得出，要想夜晚天空是白的，宇宙的范围必须扩大到几百万亿光年，但因为宇宙的年龄没有万亿年，所以天空一定是黑的。

如今，我们利用哈勃空间望远镜就能验证这个问题的答案。最远的星星在哪里？在最远的星星之外有什么？

为了回答这些问题，天文学家为哈勃空间望远镜编制了程序，用来拍摄宇宙最远之处的快照。为了捕捉深层空间角落极其微弱的辐射，哈勃望远镜必须在总共几百小时的时间内，精确地瞄准天炉座附近天空中的一个微小的点。

这要求这个望远镜在围绕地球转四百圈的时间内，要完全对准。2004年，全世界的报纸以头版头条新闻发布了一张照片，照片展现了从大爆炸之初的混沌中凝缩出来的一万个幼年的星系。

我们可能已经看到了时间的起点。这张照片显示了离开地球130亿光年的一团暗淡的星系，也就是说，光要花131亿年的时间才能够到达地球。

因为宇宙本身的年龄只有137亿年，这意味着这些星系是在创世之后大约五亿年的时间形成的。这时候，第一批恒星和星系正从大爆炸留下的气体汤中冷凝出来。

哈勃空间望远镜把我们带到离开大爆炸只有一亿年之遥的地方。当你凝视这张照片的时候，很明显，这些星系之间只有黑色。

它是一个来自遥远恒星光线的最终的截止点。然而严格说来，这些黑色实际上又是微波背景辐射。

因此，对夜晚天空为什么是黑色的最终回答是：夜晚的天空实际上根本不是黑的。今天我们知道，宇宙是膨胀的，并且膨胀的速度是如此之快，以至于宇宙的大部分都逃到了我们可见的130多亿光年之外。

也只有这样的宇宙模型，才能解决200多年前本特利提出的那个佯谬。爱因斯坦的理论包括一系列极其困难的方程。

不过俄罗斯的物理学家弗里德曼用了两个假设，就降低了方程的求解难度。这个本来在数学上偷懒的操作，却不小心得到了爱因斯坦方程最真实的解。

他提出的两个被称为宇宙学原则的简化假设是这样的：第一，宇宙是各向同性的，也就是从给定点无论向哪个方向看，都是相同的；第二，宇宙是均匀的，也就是在宇宙中无论走到哪，看起来和遥远的地方都是差不多的。

在这两个简化的假定之下，这些方程被解出来了。最后还有一种可能：宇宙在收缩变成一片火海之后，又重新出现新的大爆炸，这个理论叫做震荡宇宙理论。

弗里德曼指出，每一种情境又确定了空间时间的曲率。如果ΩΩ值小于1，宇宙将永远膨胀，宇宙不仅时间是无限的，空间也是无限的。

弗里德曼不仅提供了了解爱因斯坦宇宙方程的一个综合处理的方法，他还给出了关于世界末日、也就是宇宙最终命运的推测。宇宙要么死于大冻结，要么在一片火海中火葬，要么永远地震荡下去。

具体是哪个答案，取决于关键的参数：宇宙的密度和真空的能量。也正是以弗里德曼的研究为起点，科学界开始了关于宇宙大爆炸的研究，那就是我们熟悉的故事了。

大爆炸理论不是根据思索，而是根据几百个从不同来源得出的数据。这些数据汇聚到一起，全都支持这个单一的自圆其说的理论。

它后来又塑造了无数的衍生理论，那些理论又衍生出了很多的科普快餐，供普通人享用。当然，这也没有什么不好，但是偶尔像今天一样向上回溯，看一看前人们思索的过程，看他们那些纯智力的成果此后又诞生出了哪些伟大的理论，这样的过程不也是很有意思吗。

沿着这条思辨的脉络走到现在，我们对"宇宙有多大"这个问题终于有了较为清晰的轮廓。谈宇宙之前先要分清两个概念：一个是"可观测宇宙"，即从地球出发能观测到的那片空间；另一个是"整个宇宙"，指所有存在过、正存在以及将来会存在的一切。

你、我、每一个人都是自己那一片可观测宇宙的中心；但整个宇宙几乎肯定没有中心，因为大爆炸并不是从某个具体的点炸开，而是每一个点都在同时膨胀。

至于宇宙是否在变大，答案是肯定的：一方面空间本身在膨胀，另一方面时间越走越长，来自更远处的古老光线陆续抵达，我们能看到的范围也随之扩大。所以就算人类真能一秒飞一光年，也别指望飞到宇宙的边缘。

460亿光年外的边界仍然要跑460亿秒，更何况在你跑的这段时间里，那个边界还在被膨胀继续推远。物理上，这不是难，是根本追不上。

而这一切结论的背后，正是从牛顿、爱因斯坦到弗里德曼，一代又一代人仰望星空、执笔演算所留下的智慧回响。