敬告：本文包含一定非常识的边缘知识，以及部分未经证实的信息，可能会影响观看者三观，请自带良好的分辨能力和接受态度。如感到不适，请当作故事。
今天我们聊点大的，比宇宙还要大一些！2016年，哈勃太空望远镜捕捉到了一束微弱的光，它来自可观测宇宙最深处最遥远的古老星系GN-z11，这束不寻常的光在宇宙大爆炸的之后的4亿年就已形成了，经过了漫长的134亿年岁月到达地球，这个目前人类发现的最古老的星系距离地球320亿光年。
可是我们知道宇宙大爆炸至今只有138亿年，根据爱因斯坦的相对论描述光速又是恒定不变的，那么GN-z11到地球的距离应该是134亿光年才对，这两个数据之间看上去有着巨大的矛盾这是什么原因呢？
GN-z11星系的发现让我们又产生了另外一个有趣的问题，它会是宙的边缘吗？如果不是，那么宇宙的边缘在哪里？宇宙的外面又有什么呢？首先可以肯定的是这个命题的答案并不唯一，这取决于人们对宇宙边缘概念的理解。光在真空中的传播速度大约为299792458公里每秒，这个被认为是物理学极限的速度，在宇宙尺度的旅行中却显得力不心，即便是我们每天早上看到的第一缕阳光，也是从太阳上经过了8分多钟才到达地球的，太阳之外距离地球最近的一颗恒星是射手座的比邻星，距离地球39.9兆公里，乘坐光速飞船也要走上4.2年，所以说人类到底能看到多远，取决于两个关键因素：光速和宇宙的年龄。
什么是宇宙
“宇宙”一词连在一起使用，最早出自《庄子》，“旁日月，挟宇宙，为其吻合。”在这里“宇“代指一切空间，“宙”代指一切时间，这已经非常接近现在物理学对宇宙标准佳时空的定义了。物理学定义的宇宙除了包含空间和时间及其内涵，还包括影响物质和能量的物理定律，如守恒定律、经典力学、相对论等等。换句话说目前的宇宙模型是建立在物理学定律之上的，宇宙中除了我们熟知的可见光外，还充斥着一种电磁辐射叫做宇宙微波背景，这种电磁辐射充满了整个宇宙，它们来源于早期宇宙大爆炸遗留下来的热辐射，它们形成了我们宇宙中最古老的光。任何建立宇宙模型都必须解释这种辐射，英雌宇宙微波背景是精确测量宇宙学的关键，而目前最能很好解释宇宙微波背景的理论，就是宇宙大爆炸的模型。
宇宙大爆炸
138亿年前，体积无限小，密度无限大，温度无限高，时空曲率无限大的奇点，从时间零点到10-43秒，也就是一个普朗克时间之后，宇宙开始膨胀成为现在的形态。在普朗克时期与暴胀时期之后，宇宙在10秒内经历夸克、强子与轻子时期。大爆炸30万年后：化学结合作用使中性原子形成，此时宇宙的主要成分为气态物质，并逐步在自引力作用下凝聚成密度较高的气体云块，经过漫长的岁月逐渐冷却后直至恒星和恒星系统的形成等等，这些恒星、星系、所有的原子以及生命称为原有物质。
原有物质只占宇宙中全部成分的4.9%，按照目前的宇宙尺度计算，原有物质的密度为4.5×10-31公克/厘米3，这是一个非常非常低的密度数值，相当于每4立方米空间内只含有1个质子，除了原有物质宇宙中还有0.005-0.01%的电磁波与反物质，而宇宙绝大部分的组成则是暗物质与暗能量。暗物质是—种目前尚未被侦测的神秘物质形态，占宇宙全部成分的26.8%，暗能量是真空中的能量在全部宇宙成分中占68.3%，科学家认为星系中的天体之所以不会因高速旋转被甩到宇宙空间中散落的到处都是，正是因为被大量暗物质所包围。而宇宙加速膨胀则被认为是暗能量在起作用。
可观测宇宙
我们回到开始的间题。既然古老的GN-z11星系是在134亿年前诞生的，320亿光年的距离又是怎么回事呢？目前宇宙是处在加速的膨胀时期，GN-z11的光子虽然只飞了134亿年，但是这些光子在膨胀的空间中被延展后波长增加频率降低，产生了我们说所的宇宙学红移。
如果宇宙是收缩而不是膨胀，我们将观测到星系以相同比例的蓝移取代红移，科学家发现遥远星系光线的红移与他们的距离成正比，这就是我们说的哈勃定律。科学家们正是根据古老星系GN-z11的光谱红移值，计算出了其320亿光年距离，换句话说GN-z11在发光的时候距离我们134亿光年，但是我们观测到这束光的时候它已经是在320亿光年之外了。同样的，科学家根据测定宇宙微波背景辐射光子的红移量，测出的可观测宇宙半径为大约465亿光年，可观测宇宙并没有真正的中心，我们所观测宇宙是以地球为中心的，同样如果你站在百亿光之外进行观测，看到的宇宙和地球上看到的其实是一样的。
哈勃定律揭示出的宇宙膨胀是一种全空间的均匀膨胀。啥意思呢？就是说从任何一个星系来看，一切星系都以它为中心向四面散开，越远的星系间彼此散开的速度越大。那么，距离地球越远的星系远离我们的速度就越快。根据宇宙学红移计算，宇宙膨胀的速度已经达到2.3倍光速，有人一定会说，光速不是速度的极限吗？这是不是和爱因斯坦的相对论矛盾？
其实爱因斯坦并没有禁止超越光速，这是对相对论的一个误区，狭义相对论说的光速不能超越指的是在同一参考系中。而正是在光速不变的限制下，距离我们465亿光年之外的一切信息再也不能通过光到达我们这里，就像是一道时空屏障，把我们囚禁在人类可观测宇宙这个巨型天球当中，即使人们无法和465亿光年以外的区域互动，但仍然会假定这些区域存在并且是现实的一部分，所以对于可观测宇宙来说宇宙的外面还是宇宙。
由于人类出现的时间太短，沒有机会观测到宇宙的边界，因此对于可观测宇宙之前的宇宙究有多大目前没有定论。那么可观测宇宙外面的宇外面又有些什么呢？
无边界理论
爱因斯坦认为宇宙是没有边界的，也就是无限的。可观测宇宙之外只有无边无际的恒星和行星等个各种天体，其构成形式物理定律与可观测宇宙相同，而霍金则认为宇宙虽然没有边界，但宇宙的大小是有限的，听起来虽然有点矛盾，但是其实也不难理解。想要理解宇宙无边无际却有限这个概念，可以先降维到二维世界去看一下。
我们把宇宙想象成一个不断增大的气球表面，在这个气球表面上无论你向任何方向无止境地走下去永远也不会走到尽头，但是气球的表面积是存在上限的，所以二维气球表面是大小有限却没有边界的。那么三维的宇宙也是一样，表面上看宇宙中从一点到另一点是直线，但大尺度范围来看，其实空间也是弯曲的。如果你拿着一支激光笔直射向远方，光线不会射到宇宙尽头，而最终会绕了一个大圈照到你的后脑勺，当然这个过程需要一个非常庞大的时间尺度。所以说没有“边界”不代表它是无限大的。
宇宙暗流
在2008年，天文学家发现了一些非常奇怪并且让他们意想不到的现象，银河系中的星团以极快的速度向同一方向流动，其速度超过了每小时200万英里。在2010年新的观察结果再次证实了这种现象，并被人们称为宇宙暗流（Dark Flow）。这种运动违背了大爆炸后宇宙中质量分布的所有预测。科学家据此推测一个可能的原因是，在可观测宇宙之外存在着一种巨大的结构，该结构的引力对星团造成了一定的影响从而形成暗流，这就意味着我们视野之外的无限宇宙结构是不均匀的，那这个结构是什么呢？我们可能从没见过更加无法想象，它可能是超大尺度的任何物质或者能量，从其他宇宙漏出，导致了可观测宇宙的奇异扭曲。
高纬宇宙
有科学家认为宇宙其实也有外面，但这个“外面”跟我们平时理解的“外面”不一样，它是指三维空间与更高维度宇宙之间的关系，而连接不同维度宇宙之间的桥梁就是虫洞。在三维空间里，虫洞是一个四维的时空桥，洞口是三维的球，走进去再出来，就去了另一个空间，这就是为什么电影《星际穿越》里男主的飞船冲进虫洞，看着是一个好看的球，就如同进入了隧道，出来后发现来到了另一个星系。
还有另外一种可能就是高维宇宙就存在我们周围，甚至和我们重叠存在。爱因斯坦对此还提出了“四维扁虫”理论，所谓的四维扁虫理论是指人类由于天生存在缺陷，永远无法感知和观测高维空间进而认识字宙全貌。爱因斯坦认为人类看到的宇宙是三维的，但真正的宇宙其实是存在更多维度。所以理论上来说，更高维度的宇宙就是宇宙的“外面”。
平行宇宙
最流行的一种理论认为，宇宙的外面是平行宇宙，平行宇宙的概念并不是因为时间旅行悖论提出来的，而是来自量子力学。在20世纪50年代，有物理学家在观察量子的时候发现每次观察的量子状态都不相同，而由于宇宙空间的所有物质都是由量子组成，所以这些科学家推测“既然每个量子都有不同的状态，那么宇宙也有可能并不只是一个，而是由多个类似的宇宙组成”。
这些宇宙是由其他的宇宙不断分裂产生的，从理论上来讲你和另外个宇宙中的你可能相隔只有百亿分之一毫米的距离，但是你想进入到另一个宇宙是不可能的，平行宇宙和我们所在的宇宙是几乎没有任何联系的，那是因为宇宙之间的交叉点并不是兼容的，我们没有办法感知平行宇宙中的人和事物，没有办法去追踪平行宙中的事件，只有在某个极其特殊的点上，会瞬间出现一种罕见的兼容交叉的现象，比如研究人员认为既视感现象可能就是平行宇宙中的情景映射到我们现在所处的宇宙空间里面所留下的痕迹。
其实单纯从我们三维空间的角度，并没有所谓的宇宙之外，换句话说讨论宇宙外面是什么对于我们三维空间的生物来说是没有意义的，这就相当于我们也不会讨论“时间0点之前是什么？”，因为在目前的物理学框架中这些问题既不能被证实，也不能证伪。那么对于宇宙外面到底是什么这个有趣的问题，大家有什么看法欢迎留言分享你的观点。如果你喜欢草叶君的奇思妙想，请记得关注点赞评论转发，小伙伴们下期见。
