為什麼可觀測宇宙之外永遠不可觀測？

我們之所以能夠看到某個物體，是因為我們的眼睛感受到了來自於這個物體的可見光，同樣的道理，我們觀測宇宙的行為，本質上依然是在接收來自宇宙中的各種資訊，只有當宇宙中的某個天體發出的某種資訊抵達地球，並被我們觀測到，我們才可以“看”到這個天體。

在我們所處的宇宙中，資訊傳遞的速度是有限的，它們能達到的最快速度就是光速，在無比巨大的宇宙空間中，這樣的速度可以說是慢得可憐，比如說太陽發出的光抵達地球需要花8分鐘時間，而距離我們最近的恆星——比鄰星，其發出的光要花4.22年才可以被我們看到，也就是說我們現在看到的太陽，其實是8分鐘之前的太陽，而我們現在觀測到的比鄰星，則是4.22年之前的樣子。

按這個道理來講，隨著時間的推移，我們就能夠看到宇宙中更遠的星系，但事實上，無論我們向哪個方向張望，所能看到的星系就只有那麼多，並沒有任何新的星系會隨著時間的推移出現在我們的面前。

那麼為什麼我們不能看到更遠的星系呢？這是因為宇宙正在莫名其妙地膨脹，具體表現在宇宙中任意兩個點之間的空間都在不斷地擴張，並且距離越遠，這個擴張的幅度就越大（如下圖所示）。

關於宇宙為什麼會這樣膨脹，現在的我們幾乎一無所知，科學家推測這是因為宇宙中有一種未知的機制在促使宇宙不停地膨脹，並將其命名為“暗能量”。目前科學家已經基本確定了宇宙膨脹的速率，即天體間的距離每增加大約326萬光年，它們因為空間膨脹而互相遠離的速度就會增加67.80±0.77公里/秒（注：根據不同的觀測方法，這個數字是有一定的出入的，本文的資料是2013年普朗克衛星的測量結果）。

注意這個退行的速度是疊加的，比如說距離地球326萬光年的天體，它遠離地球的速度為67.8±0.77公里/秒，而距離地球652萬光年的天體，這個速度就成了135.6±1.54公里/秒了。

因此我們可以得出，當某個天體和地球的距離達到了一定的程度，它相對於地球的退行速度就可以超過光速，並且隨著距離的增加，這個速度還會進一步地加快。也就是說在這種情況下，從這個天體發出的所有資訊永遠都將無法抵達地球，從而在我們人類的視線中消失。

為了說明這個問題，我們不妨將地球與這個天體之間的空間想象成一條向兩頭不斷拉伸的傳送帶，而將這個天體發出的光線想象成一個踩在這條傳送帶上向地球跑來的人，可以看到，在這個人向地球跑來的同時，這條不斷拉伸的傳送帶會使這個人有一個遠離地球的速度，當這個速度大於或等於這個人向地球奔跑的速度時，這個人就只會離地球越來越遠，從而永遠到不了地球。

正是因為這個原因，我們在宇宙中就只能看到一個有限的範圍，這是一個以地球為中心，半徑約為465億光年的球體空間，我們將其稱為“可觀測宇宙”，由於光速的限制，在可觀測宇宙之外永遠不可觀測，所有事物都徹底地與我們人類斷絕了聯絡。

（上圖可觀測宇宙想象圖，黃圈內即我們能看到的範圍）

令人不寒而慄的是，科學家發現暗能量在宇宙中是均勻分佈的，也就是說，現在距離我們較近的天體其實也正在慢慢地加速遠離，如果這樣的情況沒有改變，那麼隨著時間的流逝，它們最終都會消失在可觀測宇宙之外，億萬年之後，在地球上的人類就只能看到一片漆黑的夜空。

正是透過這樣的方式，宇宙正在慢慢地將地球孤立，而我們人類卻毫無辦法，想要擺脫這個困境，就只有依靠遙不可及的超空間科技，如曲率引擎、蟲洞技術等等。又或者宇宙真如某些科學家所言，在膨脹到極限的時候，整個宇宙又開始收縮，但假如真的這樣的話，屆時的人類又需要面對另一個問題……

原創思想，這可能宇宙的物質性就是這樣的，有觀測性而就沒有盡頭性的觀測性了，有可視性的而就有著不可視性的了。而存在出來一切的物質性東西，總是有著適可而止的漸漸的出現了，而又是適可而止的漸漸消失了。總是有著這樣的遠近距離引數性似的，這樣的現象性可能就是時空性的一種場變性的反應性或扭曲性了，而既有著時空性的物質性運動性，而又有著時空性的間隔性的空虛性了，這就是所謂的時間性了。而時間性其實就是時空性的若隱若現性的反應性了。而宇宙任何的物質性東西，其實就是時空性的作用性而反應出來的了。所以我們所觀察到的物質性東西，由於是時空性的二面性的，而就永遠都是隻能觀測到時空性的一面性了，而時空性的另一面性就是永遠也不可能觀測得出來的了。但不知是不是這樣的認為，而下面就交給磚家們繼續的討論吧！

不是觀測不到，是不能產生任何資訊上的互動，對我們來說就等於不存在，所以對可觀測宇宙之外的一切猜想，都沒有任何意義，有這功夫還不如猜測一下明天自己會不會中一千萬，最起碼在理論上這是有機率實現的，也就有去猜測的價值

首先要先定義什麼是可觀測宇宙，根據字面意思，就是宇宙中現在能被人類透過各種手段認知到的地方。

好了，目前人類用來認知宇宙的各種手段，說來讓人類自己都慚愧。

為什麼這樣說呢？只因為人類目前認知宇宙的手段，只是被動接受而已，既那個天體或者星系的輻射強大，它才能被人類截獲根本不算什麼的一點輻射波。

所以就是人類目前聲稱可觀測的宇宙，也只不過是這部分宇宙中的物質的極少部分，比如我們生存的銀河系，人類就觀測到的極不完整，且不說被銀心遮擋的部分，就是太陽系周圍的鄰居，人類也只是認知了幾個特別亮的恆星。

再比如就是在太陽系，人類觀測的也不完整，還在心心念唸的找第九大行星。

其實離人類最近的地球周圍，人類都沒有搞清楚，除了人類老祖宗就認知的月亮，到現在都沒有多大進展。

所以可觀測宇宙之外的宇宙，範圍很大，近到每個人的人身神秘部分，遠到總星系之外的其它總星系。

不過開篇說過，造成無法觀測到的原因是人類是被動的觀測，所以才有那麼多無法觀測到的。

可見可觀測的宇宙還有擴大觀測的可能，關鍵能否有效的擴大觀測，難題不在宇宙本身，因為宇宙不會因為人類觀測而刁難，也不會因為人類觀測而配合。

所以人類想擴大觀測範圍，關鍵是人類自己。

“為什麼可觀測宇宙之外永遠不可觀測？”這其實和光速與空間膨脹有關，但是可觀測宇宙之外並非永遠不可觀測。

可觀測宇宙

如果我們不考慮整個宇宙的形狀，可觀測宇宙就是以觀測者為中心的球形空間，這個空間的半徑約為465億光年，宇宙學家認為，我們的宇宙呈現出各向同性，因此在當下時刻每一個以觀測者為中心的可觀測宇宙範圍都是相同的大小。可觀測宇宙又被稱為哈勃體積，由於光速的限制，可觀測宇宙邊界處的物體是理論上當下時刻能被觀測者看到的最遙遠的物體。

可觀測宇宙範圍為什麼是930億光年

由哈勃定律可知，與我們距離越遠的天體，其退離我們的速度越快。現在的哈勃引數值為67.80±0.77 km s Mpc，它表示遠處的天體與我們的距離每增加300萬光年，其遠離我們的速度將增加67.80±0.77千米每秒，按此推算，如果一個天體與我們的距離有140億光年遠，其退離我們的速度就會達到光速，值得注意的是，天體的退行變化是由空間膨脹引起，並不違反相對論。同樣，造成可觀測宇宙範圍比宇宙年齡還要大的原因也是空間膨脹，我們無論是透過肉眼觀看星空，還是用望遠鏡遙望宇宙，本質上都是接收電磁波的過程，我們知道電磁波的傳播速度等於光速，伴隨著宇宙的膨脹，遙遠天體發出的電磁波在傳向地球的同時，該天體也在逐漸遠離我們，現代科學認為宇宙的年齡為138億年，透過計算可知，當訊號源距離我們465億光年遠時，其發出的訊號理論上剛好可以被我們接收到，因此可觀測宇宙的範圍是930億觀念。

可觀測宇宙之外並非永遠不可觀測

我們知道造成可觀測宇宙範圍的原因在於光速與空間大小的關係，而空間大小由宇宙膨脹決定，同樣，隨著時間的流逝，我們的可觀測宇宙也會逐漸變大，因為更遠處的訊號在消耗更久的時間後依然會抵達地球，雖然可觀測宇宙隨著時間的流逝會逐漸變大，但其有一個極限值，而這個極限值依然和哈勃引數有關。雖然我們經常聽到“哈勃常數”這個詞，但其實“哈勃引數”是更為科學的叫法，因為這個表示宇宙膨脹速度的值並非一成不變，在遙遠的過去，哈勃引數比現在值是要大許多倍的，這也表明宇宙曾經經歷過暴漲階段。

人類依靠電磁波來觀測世界，由於宇宙的膨脹效應，在可觀測宇宙之外其實還存在“未來可見極限”，處於“未來可見極限”之外的訊號源，即使消耗再多的時間，其發出的訊號也不可能到達地球，因為訊號源的資訊傳遞速度已經被空間膨脹速度所抵消，計算表明，在今天“未來可見極限”的邊界距離我們約為620億光年。所以在遙遠的未來，我們的可觀測宇宙範圍也會比今天大，我們的後代可以看到的天體數量大約是今天的2.36倍。

總結

可觀測宇宙又被稱為哈勃體積，它是理論上今天我們能夠觀測到的最大的宇宙範圍，伴隨著時間的流逝，在可觀測宇宙範圍之外一定範圍內的訊號也會逐漸抵達地球，因此可觀測宇宙之外並非永遠不可觀測，但可觀測部分也僅限於“未來可見極限”之內。

可觀測宇宙並不是因為天文學家的觀測裝置落後而出現的，而是因為真空光速限制而出現的

很早之前天文學家在觀察木星衛星運動的時候就意識到了光速是並不是無限大，而是一個定值，再後來麥克斯韋透過數學方法推匯出了光是電磁波的一種，且電磁波傳遞速度等於真空光速，再再後來邁克爾遜-莫雷實驗揭示了“光速不變”這一事實。

上世紀初埃德溫.哈勃發現的宇宙膨脹宣佈“動態宇宙學”時代的來臨，而在一個不斷膨脹的宇宙中，遙遠星系發出的光是需要一定時間才能到達地球的。

由於此前愛因斯坦在狹義相對論中證明了“光速是宇宙資訊傳遞的極限速度”，所以目前天文學家們最遠只能看到465億光年外的星系（已經考慮到空間膨脹了），而465億光年以外的星系發出的光目前還在來地球的路上，我們只能被動等待那些光。

對於任何一個智慧文明來說可觀測宇宙都是存在的，如果現在有一個和人類文明技術水平相近的文明位於500億光年之外，那麼它們的可觀測宇宙和人類的可觀測宇宙是存在一定交集的，畢竟宇宙規律全宇宙普適。

可觀測宇宙之外的宇宙永遠不可被“主動觀測”，因為資訊傳遞速度等於光速而光速又是宇宙極限速度，想看到可觀測宇宙之外天體的唯一辦法就是等，只要時間足夠長，遙遠星系發出的光就能飛到地球。

目前而言唯一有可能突破“光速限制”的辦法就是蟲洞技術，但這種技術在未來相當長一段時間內都只能存在於科幻小說中

之所以會有“可觀測宇宙”的概念，很大程度上，是因為以地球為參考系，宇宙的膨脹速度可以超越光速，而宇宙是有一個起點的，宇宙至今是138億歲，因此我們能看到的範圍就要遠小於宇宙本身的大小。

那具體是咋回事呢？今天，我們就來聊一聊這個話題。

宇宙大爆炸

在20世紀之前，當時的科學家對於宇宙的主要觀點就是：在大尺度上，宇宙不會隨著時間流逝而發生改變。也就是說，宇宙自始至終就是一個樣子，也就是我們常說的永恆。到了1915年，愛因斯坦推發表了著名的廣義相對論。

在廣義相對論中，愛因斯坦推匯出了一個著名的廣義相對論引力場方程。但是，他就發現，這個方程預言了宇宙隨著時間的流逝而膨脹，但是愛因斯坦的觀念並允許宇宙是這樣的，於是，他在廣義相對論的引力場方程中加了一個宇宙學常數，這樣就可以抵消掉這部分膨脹效應。

結果呢？才沒過多久，愛因斯坦被天文學家哈勃用觀測進行實力打臉。哈勃長年觀測銀河系外的星系，他就發現一個有趣的現象，那就是大多數的星系都在發生紅移。這代表了什麼呢？

實際上，紅移說明這些星系都在遠離我們，而且進一步分析發現，它們的遠離是因為宇宙在膨脹，而不是星系自身在動。

哈勃的觀測結果直接指向了一個“膨脹”的宇宙。而也有很多科學家提出了和愛因斯坦完全不同的宇宙學觀念，這其實也就是宇宙大爆炸的前身。他們認為宇宙有個炙熱的奇點，誕生於一次大爆炸。

大爆炸之後，宇宙就開始劇烈的膨脹，宇宙空間在短時間內膨脹到了一個特別大的尺寸，而之後，由於引力佔據了主導，開始減速膨脹。

這裡要說明一下，宇宙的膨脹是一個整體性的膨脹，而不僅僅是邊緣在向外擴充套件。於是，科學家透過理論計算，就可以得到宇宙的年齡，根據最新的普朗克衛星的觀測結果，宇宙的年齡大概在138億歲左右。那和可觀測宇宙有什麼關係呢？

可觀測宇宙是咋來的？

實際上，我們要思考一個問題，那就是我們是如何觀測。這麼說吧，人類大多數時候都是利用電磁相互作用來觀測。啥意思呢？

比如，你能看到東西，主要原因就是物體要麼自己發光，要麼反光，光線進入到你的眼睛裡，你才會看到它。

而我們要知道的是，光速是固定的，也就是3*10^8m/s。這就意味著，即使你能夠看到的，也只是看到物體過去的影響，因為光從物體表面發出或者反射，到最終進入你的眼睛是需要時間的。因此，我們看到的其實都是過去。

而宇宙大爆炸是發生在138億年前的，因此，我們理論上最多能看到半徑138億年的宇宙空間，但我們要知道是可觀測宇宙的半徑卻是465億光年。那為什麼會如此大的差異？

其實之前的“138億光年”沒有考慮宇宙在膨脹，如果我們把宇宙膨脹也考慮進去，就可以得出這個結論。

但我們要知道的是，宇宙大爆炸後38萬年，宇宙溫度下降到3000度左右，宇宙的原子結構逐漸形成，光才開始在宇宙中傳播的，之前宇宙是一鍋滾燙的粒子粥。因此，我們理論上看到的歷史最遙遠的影響其實是宇宙大爆炸之後38萬年後發出來的光，這也被我們稱為宇宙微波背景輻射。

如果把宇宙膨脹的因素考慮進去，就可以得到461億光年的範圍。那你可能要問了，不是說好的465億光年嗎？這咋還相差了4億光年？

這裡其實還有一個非常重要的問題需要考慮進去，之前說到的其實是利用電磁相互作用來觀測，可現在的我們不僅僅可以利用電磁相互作用了，我們還可以依靠引力波。實際上引力波不僅僅是出現在兩個大質量天體的合併，宇宙誕生時也會產生引力波，被我們稱為原初引力波。

引力波從宇宙誕生時就產生了，因此，利用引力波理論上可以觀測宇宙誕生時的情況，所以，那段利用電磁相互作用無法觀測的38萬年，可以利用引力波進行觀測。但我們同樣需要考慮到宇宙膨脹的情況，加上宇宙膨脹效應，我們就得到4億光年，加上之前的461億光年，也就是465億光年。這其實也就是可觀測宇宙半徑的由來。

可觀測宇宙之外為何無法觀測？

而可觀測宇宙之外的宇宙，按照目前的物理學理論，我們沒有任何辦法利用任何的辦法對其進行觀測。這個限定首先來自於宇宙的年齡，其次就來自於觀測手段。當然，你可能會說難道不能利用蟲洞嗎？

實際上，蟲洞確實可以實現超光速的行為。但問題是，蟲洞至今還只是一個理論，並沒有實際觀測到任何一個“蟲洞”的存在。因此，蟲洞的存在都受到質疑，我們又如何利用蟲洞呢？

所以，在現有的理論框架下，我們無法觀測可觀測宇宙之外的宇宙。

可觀測宇宙顧名思義就是可以觀測的宇宙，那麼在此之外，就是不可觀測的宇宙了。可觀測宇宙的範圍在930億光年左右，也就是說我們所有的認知範圍都再次以內，我們對宇宙的觀察和了解，獲取的資訊，都不會超過這個範圍。

那麼為什麼我們觀測不到這個範圍之外的宇宙呢？主要有兩條基本規律限制了這個範圍，一個是光速，另一個是空間的膨脹。

我們知道光速是宇宙中物質運動和資訊傳遞的上限速度，那麼這是一個約束條件。

另外一個是宇宙空間在不斷的膨脹，這是我們根據遙遠天體的紅移現象得出來的結論，也是大爆炸理論衍生出來的結論。根據觀測資料，我們可以計算出空間膨脹的速度，也就是每增加326萬光年的距離，膨脹速度就會增加約67千米/秒。

因為空間是整體膨脹，才會有這麼一個特點，距離越遠的空間，視速度就會越快。所以我們只有觀察遠處的天體才會發現空間在膨脹，而近處的天體由於空間膨脹很微小，所以難以觀測的到。

既然距離越遠的天體受空間膨脹的影響越大，那麼其視速度就越快，注意是視速度，而不是天體自身的速度。那麼當天體的距離超過465億光年的時候，其視速度就會超過光速。既然速度超過了光速，那麼天體發出的光自然沒有它退行的速度快，那麼對於465億光年之外的觀測者來說，天體發出的光永遠也到不了那裡，也就無法被觀測到了。

可觀測宇宙是宇宙中的一個壁壘，所以宇宙究竟有多大，我們無法得知，甚至有可能永遠也無法獲得確切的資訊。

在天文學中，有個“可觀測宇宙”的概念，這個概念的意思是說理想狀態下，人類所能夠觀測到的最大範圍是465億光年，也就是一個直徑930億光年的球狀體。

在這個範圍之外，我們永遠無法觀測到了。不過，這個“可觀測宇宙”的觀念是在目前理論框架下的結果。也就是說，按照目前的科學理論，我們確實就只能看到這麼大的範圍。那為什麼會這樣呢？

今天，我們就來聊聊這個話題。

可觀測宇宙是咋來的？這裡其實涉及到兩個核心的原因，第一個原因就是宇宙是有年齡的，第二個原因就是人類的觀測手段。我們一個個來說說具體是咋回事？

宇宙是有年齡的

在20世紀以前，當時的人們普遍認同一個觀念，那就是宇宙是永恆的。具體來說就是，宇宙在大尺度上不會隨著時間的流逝而變化，一直都保持著一個狀態，宇宙沒有起點，也沒有終點。甚至包括物理學界的大神們，比如：牛頓和愛因斯坦都有類似的想法。

到了1915年，愛因斯坦提出了大名鼎鼎的廣義相對論，在這個廣義相對論當中有個著名的引力場方程。但是愛因斯坦就發現這個引力場方程所描述的是一個隨著時間膨脹的宇宙。

愛因斯坦看到這個方程覺得這個和自己一直以來的宇宙觀是不相符的。於是，為了符合自己的預期，愛因斯坦在這個方程當中加了一個宇宙學常數來抵消這個膨脹效應。

不過，事與願違。真實的宇宙就是隨著時間的流逝而膨脹的。著名的天文學家哈勃在那個時候一直在觀測銀河系外的星系。結果，他就發現一個問題，銀河系外大多數的星系都在發生紅移。

所謂紅移就是說這些星系正在遠離我們。但是遠離我們也有兩種情況，一種是星系自己在動，還有一種是空間在膨脹。如果是前者，那照理說應該是一部分星系距離我們越來越近，一些越來越遠，而不應該是大部分都在遠離我們。所以，只有一種可能性，那就是這些空間在等比例地膨脹。

這樣就會和哈勃觀測到的結果一致，這也就說明了宇宙其實是在膨脹的。我們還可以根據星系紅移的情況來估算宇宙的膨脹速度。

既然宇宙是隨著時間膨脹的，如果往回倒推，那宇宙勢必是有個起點的，那宇宙其實就是有年齡的。如今我們也透過探測器發回來的資料可以估算出，宇宙的年齡是138億年左右。

那這和可觀測宇宙有什麼關係呢？這就需要我們結合著第二點來看。

人類的觀測手段

在宇宙中存在著四種基本作用力，分別是強力，弱力，電磁力和引力。強力和弱力都是在原子核的層面的作用力。而引力是物質之間的吸引力。因此，在日常生活，我們所接觸到的一切除了引力都是電磁力。摩擦力、彈力、支援力的本質其實都是電磁力。具體原因，在這裡就不展開了。

我們在觀測天文學現象時其實利用的也是電磁力。具體來說，就是我們是依靠捕捉天體發出的光子。這其實類似於人看到東西，實際上是東西反射或者自身發光，光進入到眼睛當中，我們才看到東西。

我們知道，根據相對論，資訊傳遞有個速度上限就是光速。所以，我們所能夠看到的範圍其實就是光速乘以時間。而宇宙誕生於138億年前，也就是說，人類最遠可以看到光速乘以138億年的距離，這其實就是138億光年。可能你要納悶了這不是比上文說的465億光年小了很多很多嗎？

可我們不能忘了，宇宙是在膨脹的，所以還需要把膨脹效應考慮進去。這時候，我們就得到461億光年的結果。

這還是比465億光年笑了4光年，那這4光年咋來呢？

實際上，在宇宙誕生之初，宇宙更像是一種混沌狀態，其中是包括質子、中子、電子、光子等微觀粒子混合在一起。一直到了宇宙大爆炸38萬年後，溫度下降到2700度，原子結構形成，光子才開始在宇宙中傳播的。所以，我們能看到的最久遠的光來自於這個時候，其中還有38萬年的空檔期。如果換做是過去，其實可觀測宇宙的半徑就是461億光年。

可如今人類不僅可以依靠電磁力，實際上可以透過引力波來觀測，而早期的宇宙的引力可以自由地在宇宙中傳播，因此，我們可以透過觀測引力波來了解那段時間，同時也要加上膨脹效應，這樣得到的結果就是4億光年。和電磁波所能觀測到的尺度加和，我們就可以得到465億光年了。

所以，我們按照目前的理論可以觀測到的宇宙的極限就是半徑465億光年。但是並不是說宇宙只有那麼大，事實上可觀測只是宇宙的一部分而已。

那人類能觀測到可觀測宇宙之外的宇宙嗎？

新的理論？

其實上文也說到了，這是基於目前的科學理論。也就是相對論和量子力學的結果。但是這並不是說，永遠就會是這樣的。畢竟人類的科學理論是會發展的，相對論和量子力學如今來看並非是終極理論，甚至說是否存在終極理論都很難說，但人類是在一步步去逼近“終極理論”。

所以，在未來，如果理論得到了發展，那這個範圍是不是可以被突破都很難說。只能說目前暫時我們是不可能觀測到可觀測宇宙之外的宇宙，但未來還未可知。

宇宙時空暴漲沒有中心，從任何一點望向宇宙都是以超光速在膨脹，而且很均質，資訊傳遞受光速限制，追不到宇宙邊緣，也有一說是宇宙中心可能在更高維，不在我們四維時空中