宇宙有限无边。就像地球的表面,有一定的大小(即有限),但没有边。而宇宙也是一样,是有限的,但是宇宙自身的引力太大了,以至于把宇宙中的空间弯折回自己自身(就像一个圆,只不过是四维的)。
现代天文学认为,宇宙是所有时间、空间、物质的总和,是我们这个物质世界的整体,是物理学和天文学的最大研究对象。解释宇宙的科学方法和理论构成了具有现代意义的宇宙学。时至今日,宇宙学已经成为了一门精确科学。古代对宇宙的定义,有西汉的《淮南子》:“往古来今谓之宙,四方上下谓之宇”。
关于宇宙的理论非常多,很多都很复杂,目前普遍接受的是有限无界。该理论认为,宇宙的拓扑结构是一个超球面,超球面不同于球面,属于一个四维的概念,而我们属于三维空间生物。
无法直接观察到四维的超球面,意思就是宇宙到底长什么样是无法描述的。正如以前的人们只能看到地面而无法直接观察到地球是一个球体的,原因就是人只能在前后左右两个维度上移动,是无法直接观察到地球这个三维物体的。
通过宇宙微波背景辐射的观测发现我们的宇宙已经膨胀了138.2亿年,但宇宙的直径显然要大于这个数值,的研究认为宇宙的直径可达到920亿光年,甚至更大。
人类所观察到的部分宇宙的物件大约是由4.9%的普通物质(构成恒星、行星、气体和尘埃的物质)或“重子”,26.8%的暗物质和68.3%的暗能量构成。重子物质构成星系际的“蛛网”。
而我们现在乘坐宇宙飞船沿着三维的直线前进,但对于宇宙这个四维物体而言你走的并不是一条直线,而是在四维宇宙的三维超曲面上进行的移动。
正如要离开地球这个三维球体必须进行三维空间上的移动,要离开宇宙这个四维物体必须进行四维的移动,但对于人类这种三维生物而言,进行四维的移动是无法想象且不可能的。
因此将宇宙想象成一个球体是在我们只能在球面上移动的前提下进行的,这可以帮助我们理解宇宙为何有限无边,正如我们在地面上走是找不到边界的但地球明显是有限的。
但宇宙是一个四维超球体,理论上我们的飞船沿着三维空间直线前进最终会到达原点,这时我们就可以来估计宇宙的四维尺度了,显然对人类而言这是个不可能完成的任务。