现如今随着科学技术的发展，人类逐渐地把自己的目光从地球，太阳系，银河系放到了宇宙中。人类对宇宙充满了好奇与探索，可随着我们探索的深入之后，都会思考一个问题，宇宙到底有多大？

　　宇宙是不是无限的，这似乎是个不解之谜。但我们是可以根据目前对于宇宙的发现来分析一下宇宙有多大。

　　追求本源是科学探索的真谛——宇宙起源

　　关于宇宙起源的问题，宇宙大爆炸理论是目前用来解释宇宙起源和演化的最佳理论。在1946年，美国物理学家伽莫夫正式提出大爆炸理论，该理论认为在最最开始的时候整个宇宙只是密度无限低的一个奇点。

　　但在某种原因或作用下，这个奇点发生了大爆炸，从此宇宙瞬间产生，而且之后宇宙一直都在不断膨胀。虽然宇宙大爆炸理论是一个疯狂的理论，但也不乏证据支持：

　　证据一：哈勃红移在地球上观察遥远的星系的时候，会发现几乎所有星系的光谱都存在红移现象，并且距离越远的星系，其红移量越大，呈正比关系，这说明几乎所有星系都在远离我们，而针对这个现象唯一的解释，就是宇宙在发生膨胀。

　　证据二：宇宙微波背景辐射。

　　根据大爆炸理论，宇宙大爆炸至今应该还残留着辐射，而在138亿年前，宇宙还处于高温下，后来又经过了138亿年的膨胀冷却，温度已经变低了，科学家也观测到了这个背景辐射，大约是2.7K，与理论吻合。

　　证据三：宇宙元素丰度。在宇宙大爆炸发生后，大爆炸的部分能量转化为质量，主要是氢、氦元素，然后这些元素从轻元素逐渐聚变为重元素，是不可逆的一个过程，而宇宙元素丰度和宇宙大爆炸理论又完美吻合。

　　其实除了这些理论，还有宇宙的年龄，各向同性、原初引力波等等，都可以用来支持宇宙大爆炸理论。138亿年前发生“奇点”大爆炸使空间扩张，宇宙空间不断膨胀，温度也相应下降，后来形成了我们现在的宇宙。

　　我们都知道宇宙中有小行星、卫星、行星、恒星、星系这五种天体结构，但星系并不是我们宇宙中最大的天体结构，仅仅只能算得上是宇宙中的一个中等结构。

　　其实宇宙中完整的结构应该是：陨石/小行星/彗星——卫星——行星——恒星——星系——星系团——超星系团——超星系团复合体——宇宙长城——全宇宙，从这个完整的宇宙结构来看，至少还存在着四个天体结构比星系还要大。

　　在我们眼里银河系已经够大了，但比银河系高一级的本星系团的直径为1000万光年，而银河系的直径仅仅只有10万光年，相对于银河系来说本星系团很庞大，不过要再与其上一级进行比较，那就又是小巫见大巫了，这样一直比较下来，宇宙可能大的没有边际。

　　根据人类现在的科技实力，科学家们对宇宙的观测发现，目前可观测宇宙的直径大约是930亿光年。

　　顾名思义，人类所能够观测到的宇宙被称为可观测宇宙，而可观测宇宙与真实的宇宙不是一个概念，宇宙分为可观测宇宙和不可观测宇宙。还有一个误区，可观测宇宙也并不是说是已经看到的宇宙，这是从理论上说应该可以看到的宇宙。

　　真正的宇宙有多大？

　　我们谈到宇宙大小的时候，大已经不能用来形容宇宙了，而这个时候光年就有用处了。光年，看起来有点像时间单位，其实是一个长度单位，一般用来衡量天体间的距离。

　　光年是表示宇宙在真空的情况下，光沿直线传播，在一年内所走过的距离，众所周知光速大约为每秒30万千米，那么1光年的距离就是0800米，即9.4607×10km。

　　首先需要明白的是，从宇宙诞生到目前为止，或者一直到未来，宇宙都一直在发生膨胀，从来没有停过，并且宇宙的膨胀速度也远远超过了光速。

　　在上世纪二十年代，科学家们对星系距离的测量和红移现象发现了宇宙正在膨胀。到了九十年代之后，我们知道了宇宙不仅仅是在膨胀，而且是在进行超光速膨胀。

　　从科学的角度来说，“直径930亿光年的可观测直径”其实主要就是由宇宙空间超光速膨胀而引起的，这种宇宙空间本身的膨胀会带来空间内天体距离的不断增加，宇宙也会不断扩大。

　　目前宇宙的膨胀速度大约为67.8(km/s)/Mpc，也就是在每相距百万秒差距（约326万光年）的距离上，因为宇宙膨胀所导致的相互退行速度为67.8km/s，即在每增加300万光年的距离上（或每过300万年），星系们远离地球的速度会增大67.8千米每秒。

　　总而言之，按照宇宙大爆炸的理论，宇宙还会一直持续不断地扩大，我们可观测到的地方也并不是永恒不变的。遥远的未来，未来我们也将会观测到更大的宇宙。

　　宇宙中还有一些不可见的部分，目前我们也无法掌握，但终有一天会揭开神秘的面纱。

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宇宙到底有多大？多少岁？

这是仰望星空的人常爱问的两大问题。

但刚开始接触宇宙学的人，很可能遭遇一种困惑：一方面得知宇宙年龄有138亿年，另一方面却被告知宇宙最大直径高达930亿光年，这不是自相矛盾吗？

因为按照这些人的理解，从宇宙大爆炸一直到现在138亿年，科学家们一定是找到了确切证据——大爆炸产生的光子，经过漫长的138亿年飞行，终于被我们发现了。（这就像考古学家发现了霸王龙化石，进而确定它们曾生活在6700万～6500万年前一样。）

但，与此同时，科学家又在斩钉截铁地告诉我们：宇宙最大直径竟有930亿光年，也就是说，以地球为中心的可观测宇宙半径有465亿光年。

这么看来，宇宙创世之初——大爆炸最早诞生的光子，飞到现在不是才138亿年吗？为什么科学家竟然会发现465亿光年之外的星体呢？就是说为什么能够发现飞行了465亿年的星光呢？

这不是再明显不过的自相矛盾嘛？！到底科学家集体发昏？还是另有真相？

这的确是个有趣又有料的好问题。科学家告诉我们这两个数据其实没毛病，有毛病的是我们理解有误，以及读书太少。

没耐心刷屏的，一句话告诉你答案，这是宇宙膨胀搞的鬼。

没看懂？那就看一个简单的比喻吧——

想象有一只蚂蚁，爬在一个不断膨胀的气球表面，相对于气球表面的爬行速度是匀速的1cm/s。10秒后，蚂蚁认为自己已经爬了10cm，但旁边的你，作为观测者用尺子测量发现，它爬过的这段距离已经超过了10cm，因为气球在膨胀！同样道理，代表宇宙年龄的光子，尽管飞行时间是138亿年，却能够跨过465亿光年。都是因为宇宙膨胀造成的！懂了吧。

但问题来了，这不是大大超过了光速吗？传说中的超光速真实存在吗？宇宙年龄和大小到底是怎样测量出来的？宇宙膨胀又是怎么测量的？

有耐心想知道「知其所以然」的，请看——

事实上，测定宇宙年龄，并不是像有人想当然的那样，跟发现霸王龙化石一样，科学家找到了宇宙大爆炸的最初影像资料。

按照大爆炸理论，这是不可能的。因为从宇宙大爆炸开始，大概30万年后，宇宙最早一批原子才开始诞生；大概35万年（也有称38万年的），光子才开始在宇宙中向四面八方传播，此时整个宇宙直径只有1亿光年。

这些最初的光子，一路飞越到现在，就是我们今天探测到的宇宙微波背景辐射，简称CMBR。可以说是宇宙大爆炸的余波，也可以说是「宇宙的第一束光」或者「婴儿宇宙快照」。

这样的话，只要测得CMBR越精确，确定的宇宙年龄也就越接近。

从最早美国两位工程师通过射电望远镜——意外发现，到1992年NASA发射宇宙背景探测者（COBE）——主动探测，再到2003年NASA发射第二代宇宙微波背景探测器（WMAP）和2009年欧空局ESA发射普朗克卫星——深度探测，再加上哈勃太空望远镜和一大波地面天文台的数据共享／互补对照……经过半个世纪的不断努力，最新测定的宇宙年龄——137.98±0.37亿年，一般简化成138亿年。

通常说的930亿光年，是指可观测宇宙的直径。

什么又是可观测宇宙？简单来说，就是以观测者为中心所能观测到的宇宙范围。言外之意，可观测宇宙只是整个大宇宙的一部分。从宇宙大尺度来说，不同观测者的可观测宇宙范围也不同。

以我们为例，人类目前的可观测宇宙其实是个球体——一个以465亿光年为半径的巨巨巨型球体。

球体外面是什么？可观测宇宙之外是什么？其实还是大宇宙的一部分，只不过是我们还没能力观测到。

目前已知的这个半径又是怎么来的？

其实，并不是我们观测到了距离地球465亿光年之外的星体。

▲目前为止人类观测最远的星系——GN-z11，根据哈勃望远镜的测定，它的年龄高达134亿年，距离我们大约320亿光年。此处——又一个年龄与距离高度不符，到底咋回事？等下你就懂了。

测量可观测宇宙半径465亿光年，其实，我们还是根据测定CMBR——宇宙微波背景辐射——粒子的红移量，得到了共动距离，大约是465亿光年，这就是可观测宇宙半径。

等等，红移量、共动距离又是什么？

先说距离，宇宙学中经常使用的有三种距离：光行距离、固有距离、共动距离。

光行距离最为我们大众所理解，就是用光飞行的时间来衡量距离。光行距离有一个前提就是不考虑宇宙膨胀。为了使用方便，光行距离派生出「光行时间」——光行这段距离所需的时间，有时也被称为「回溯时间」。事实上，宇宙年龄138亿年，也可以说是光行时，或者说回溯时间是138亿年。

再比如，我们说牛郎织女星相距16光年，也就是指它们之间的距离需要光飞行16年，光行距离16光年，光行时／回溯时间16年。

但如果考虑宇宙膨胀，前面说过的观测到最远星系——距离我们320亿光年，事实上就没那么简单了。因为在光行320亿年的这段时间里，整个宇宙是在不停地膨胀。所以，要想测定星体的真实距离，还需要考虑宇宙在这么长的时间里到底膨胀了多少？

再简单说下，宇宙膨胀——这是从大爆炸开始就从未消停地「宇宙大动作」。最早被大名鼎鼎的哈勃发现，建立了宇宙膨胀理论，形成了哈勃定律、哈勃常数、退行速率、红移量等等。如今已成为宇宙学最热门的研究领域之一，因为它决定了很多重要命题。在这里，你只要能理解这个比喻就好——

宇宙膨胀的道理，就像葡萄干面包一样，放进烤箱里烘烤时，面包会从小变大的膨胀，不管是面包表面还是里面的葡萄干，在这个膨胀过程里，都会相互远离。

现在，科学家对宇宙的观测结果正好与此吻合，所有星系都在远离我们！葡萄干都在相互远离！科学家把这种远离我们的宇宙膨胀速度，也叫退行速度，相对我们来说这些星系都在退行。

又因为这个速度是根据光谱红移现象测量的，所以引入一个「红移」概念。这个我们后面再说。

我们有了宇宙膨胀的概念后，你就能理解「共动距离」了。共动距离的「共动」，到底是谁跟谁共动？

其实是测量宇宙距离的量天尺，跟宇宙膨胀一起共动——共同膨胀。这种想象出来的量天尺，测量出的距离就是共动距离，也有叫同移距离的。这就意味着，测出来的仍是膨胀前的数值，所以，共动距离是一个固定值。

可观测宇宙半径为465亿光年，就属于共动距离。为什么此处要采用共动距离呢？

其实，这正是科学的严谨说法。你想想，宇宙时时刻刻都在加速膨胀，而且膨胀速度很惊人，越来越多的星系在远离我们，最终变成不可观测。所以，对于这种动态的宇宙来说，最妥当的说法就是采用共动距离——这个固定值，描述可观测宇宙的尺度，和宇宙一起膨胀，不随时间变化，更适合描述这个加速膨胀的宇宙大小——半径465亿光年的巨型球体。

跟共动距离概念——正好相反的是「固有距离」，一种随宇宙膨胀而变化的距离，相当于使用一把固定不变的量天尺，去测量膨胀中的宇宙距离。也就是说，这是一个随时间变化而变化的数值，当然这是一个理想值。

尽管固有距离实际上无法测量，但在科学家眼里却是一种最接近真实距离的概念。于是，科学家找到一种替代方案，这就是红移量。

所谓红移，就是光子辐射的波长，随着宇宙膨胀会被拉长，从光谱蓝色的短波移动到红色的长波，因而形成了红移现象。

红移是一个很直接的量，因为直接观测，就能得出数值。

一束光的红移，就是遥远星光的观测波长—真实波长，再与真实波长的比值。

▲图右是遥远的星系在可见光波段的光谱，与图左太阳的光谱比较，可以看见谱线)朝红色的方向移动，即波长增加（频率降低）。

请记住，红移量是我们谈论宇宙尺度、星体距离时，唯一能够明确的测量值，而其它比如光行距离、共动距离、回溯时间，都是派生出来的量。至于这些量之间是如何换算的，要涉及到一堆数学公式，还是就此略过。

对我们来说，最简单最有用的就是一张对照表——回溯时间、光行距离、共动距离、红移量、膨胀速度之间关系的对照表，足够用了。

我们可以很清晰查到：当宇宙年龄是138亿年（回溯时间）时，所对应的共动距离是465亿光年，红移量是100。

再比如，最远星系GN-z11的回溯时间，即星系年龄134亿年，对应的共动距离就是320亿光年。而这些数值也都是通过测量——从这个星系发出光子的红移量换算出来的。

我们懂得了回溯时间、共动距离、红移量之间的关系，是不是一下子豁然开朗了不少？

最关键的问题来了：宇宙回溯时间／光行时间是138亿年，共动距离却是465亿光年，这不是大大超过了光速吗？不是正好说明因宇宙膨胀造成的超光速现象吗？

可以肯定的是，我们还没有发现任何「超光速的光」。光的最高限速还是30万公里／小时，无法自我突破或者借助外力超越。

至于说，宇宙第一束光——宇宙微波背景辐射，在138亿年里跨越了465亿光年，大大超过了137亿年的光行距离。读懂上面我所说的，其实就该弄懂了——绝不是宇宙第一束光超越了光速，而是宇宙加速膨胀使得第一束光看起来好像超光速，这不过是我们作为观测者，看到的一种观察效应。

细心的人从上面那张表也会发现，第二栏v/c退行速度与光速比值最大就是1，不管现在还是未来，都没有大于1，并不存在超光速的现象。

这就像我上面列举「蚂蚁爬气球」的栗子，蚂蚁还是以自己的速度爬行，但在气球膨胀作用下，观测者却测出了大大超过蚂蚁的爬行速度和爬行距离。但是，我们并不能就此得出结论：这只蚂蚁变成了超级蚂蚁，竟然超越了蚂蚁界的最高速度。

总之，我们大可不必担心／期望可观测宇宙存在超光速的光，作为本宇宙的最快信使——光信使已经是最高限了，这是由宇宙法则决定的。