也許你認為宇宙無窮的，說實話，確實可能是無窮的，但我們永遠都不能確定這件事是否正確。宇宙大爆炸的存在告訴我們，宇宙有著明確的誕生日期，而我們盡其所能也只能追溯到宇宙大爆炸的時間，又由于光速也是有限的，我們所能看到的宇宙在空間上也是有限的。在今天這個時間點上，所有可以觀測到的宇宙是一個138億歲，以地球為中心，半徑為461光年的球。但宇宙在過去，在138億年前，有多大呢？

“我讀過許多關于宇宙在膨脹之后大小的解釋，其中一個闡述到它大約有0.77厘米，另外一項則描述它是一個足球的大小，還有人說它比可見的宇宙還要大，那么到底哪一種說法是對的呢，還是介于他們中的某一種？”

沒有比在廣義相對論誕辰100周年的時候討論愛因斯坦和時間空間本質來的更合適的日子了，讓我們先來討論一下我們極目可見的宇宙。

當我們極望遠鏡的力量看到那些遙遠的星系，有一些很容易被測量的東西。

·它的紅移，也就是光的波長已經從慣性靜止的參考系中偏移了多少。

·它有多亮，也就是我們從這樣遙遠的距離還能探測到多少的光線。

·它有多大，也就是它在天空中占據了多大的角度。

這些數據至關重要，因為如果我們了解了光速（這是我們僅存的幾件明確知道的事情了），和我們看到的這個物體真實的亮度和尺度（我們自認為可以知道），之后我們可以整合這些信息知道任何物體離我們有多遠。

然而事實不盡遂人意，由于各種各樣的假設，我們只能估計一個物體真實亮度和尺度，如果你看到超新星在遙遠的星系中爆炸，對于超新星亮度的估計是基于你曾經在附近見過的超新星的亮度進行的，但同時你還估計超新星爆炸的環境也是類似的、超新星本身也是類似的、而且你和超新星中間沒有任何物體會改變你接收到的信號，天文學家將這三類效應叫做演化效應（越古老或越遙遠的物體會更加不同），環境效應（環境的不同帶來的影響比我們想象的不同）以及湮滅效應（一些塵埃會阻擋光線），還有那些我們不知道的效應。

但是，如果我們知道了我們所看到物體的真實亮度信息，那么基于簡單的亮度和距離的關系，我們就可以確定這個物體離我們有多遠，另外，通過測量紅移，我們可以了解到光線傳播到地球的過程中宇宙膨脹了多少，且得益于愛伊斯坦的廣義相對論闡述得非常明確的物質-能量以及空間-時間關系，我們可以利用這些信息來探究所有不同的物質-能量組合的呈現形式。

但，遠不止這些。

你現在所在的宇宙的組成是：

·0.01%的射線（光子）

·0.1%的中微子（數量巨大但是質量只有電子的一百萬分之一）

·4.9%的普通物質，像是地球，恒星，星系，氣體，塵埃，等離子體和黑洞

·27%的暗物質，一種存在著引力相互作用的物質，但卻不同于任何標準模型下的粒子。

·68%的暗能量，促使宇宙的膨脹加速的助力

你可以利用這些信息來追溯到宇宙過去的任何一個時間點并且探究過去宇宙的能量密度有何不同以及過去任何一個時間點宇宙的尺度。

所以，我做了這件事情，并把他們以對數坐標作圖，讓圖表更清晰。

你可以看到，暗物質也許在今天很重要，但卻只在近期發展起來，在宇宙開始的90億年里，物質（包括普通物質和暗物質）都是宇宙的主導物質，甚至在宇宙最開始的幾千年里，射線（包括光子和中微子）才超過物質且最重要的存在。

我提起這些是因為這些不同的成分，射線，物質，暗能量，都在不同程度上影響著宇宙的膨脹，盡管我們看到了遠至461億光年外的宇宙，我們依然需要知道過去每個時間點的物質組成，這樣才能計算在每個時間點宇宙的尺度。如圖下面所展示的這樣。

追溯過去的時間，有一些重要的里程碑或許你會感興趣。

·銀河的直徑是100,000光年，而可觀測的宇宙在三歲的時候半徑就有這么大了。

·當宇宙一歲的時候，要比現在熱和稠密得多，平均溫度達到了兩百萬開爾文。

·在宇宙誕生后的一秒鐘，它熱到不能形成穩定的核，質子和中字游離在一片炙熱的等離子體中，整個可見宇宙的半徑也只有太陽到距離太陽第七近的星系那么大。

·宇宙曾經的半徑只有日地距離這么長，這是在宇宙誕生后的10^12分之一秒的時間，那時候宇宙膨脹的速度是現在的1029倍。

如果我們愿意的話，我們還可以追溯到更早以前，比如到膨脹最初結束的時候，也就是大爆炸開始的時間。我們可以回溯宇宙到那個奇點，但膨脹讓我們不必這樣做，取而代之的是，用一段指數擴張的不確定長度的時期來追溯到過去，當來到了一個指數狀態的終結，也就是來到了一個炙熱稠密的膨脹狀態，也就是宇宙剛開始的狀態，就是這樣，我們和這個一秒鐘的膨脹的最后一個小小的片段產生了聯結，也就是在大約10^-30秒到10^-35秒之間的膨脹。不論膨脹結束大爆炸開啟的時間是什么時候，我們只需要知道那時候宇宙的大小就可以，

但是這僅限于我們可見的宇宙，真實宇宙的大小無疑要比我們能看到的大得多，但我們不知道打多少，我們從斯隆數字天空測量和普朗克衛星獲得的最佳極限告訴我們，如果宇宙確實向后彎曲并自行閉合，那么我們所看到的部分與“未彎曲的”是如此難以區分，因此真實宇宙的半徑至少是可觀察部分的250倍。

事實上，它可能是無窮大的，因為宇宙在最早期膨脹的狀態是不為我們所知的，除了最后的一個片段之外，其他的信息均被抹除。但是如果我們只討論可見范圍內的宇宙，我們可能知道宇宙大爆炸發生之前10^30分之一秒到10^35分之一秒之間的宇宙，也就是宇宙在大爆炸初期的范圍在17厘米到168米之間。

17厘米，也就是大約一個足球的大小！所以如果你想知道哪一個答案最接近正確值，基于我們所知道的也就可以了。小于1厘米的估計過小了，宇宙微博背景的約束告訴我們膨脹不可能以如此高的能量密度結束，這意味著1厘米的大小是不可能的。比今天所估計更大的可見大小的版本談論的不是可觀察的宇宙，但也許是正確的，卻并沒有提供任何可預見的進行測量的希望。

宇宙剛開始究竟有多大？如果最佳的膨脹模型是對的，那么在人頭大小和一個滿是摩天大樓街區大小之間的值都有可能，只要給它時間，也就是138億年，你就可以看到整個宇宙。

參考資料

1.維基百科全書

2.天文學名詞

3. Ethan Siegel- forbes

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