一,、宇宙

　　目前關(guān)于宇宙是否無(wú)限的問(wèn)題還有爭(zhēng)議。如果整個(gè)宇宙的空間部分是有限的,，那么可以用一個(gè)距離來(lái)表示,。對(duì)于均勻各向同性的宇宙來(lái)說(shuō),，這就是三維空間的曲率半徑,。但是,，即使宇宙整體是無(wú)限的,，宇宙的可觀測(cè)部分仍是有限的：由于相對(duì)論限定了光速為宇宙中信息傳播的最高速度,，如果一個(gè)光子從大爆炸開(kāi)始傳播,，到今天傳播的固有距離為137億光年，由于宇宙在膨脹,，相應(yīng)的共動(dòng)距離約為其3倍,，具體數(shù)值與宇宙學(xué)參數(shù)有關(guān)，這一距離稱(chēng)為今天宇宙的粒子視界,。另一個(gè)在物理學(xué)數(shù)量級(jí)估計(jì)中常用來(lái)表示宇宙大小的距離稱(chēng)為哈勃距離,，是哈柏常數(shù)的倒數(shù)乘以光速,，其數(shù)值約為1.29x1028厘米，也恰為137億光年,?？破蘸涂萍紩?shū)籍中所說(shuō)的宇宙的大小常指這個(gè)數(shù)值。哈柏距離可以理解為四維時(shí)空的曲率半徑,。

　　宇宙的形狀是宇宙學(xué)中一個(gè)未解決的問(wèn)題,。用數(shù)學(xué)的語(yǔ)言說(shuō)就是：“哪一個(gè)三維形狀才能最好地代表宇宙的空間結(jié)構(gòu)？”

　　首先,，宇宙到底是不是“平坦空間”,，即大范圍內(nèi)遵守歐氏幾何的空間還未清楚。目前,，大部分宇宙學(xué)家認(rèn)為已知宇宙除了大質(zhì)量天體造成的局部時(shí)空褶皺，是基本平坦的－就像湖面是基本平坦但局部有水波一樣,。最近威爾金森微波各向異性探測(cè)器觀測(cè)宇宙微波背景輻射的結(jié)果也肯定了這一認(rèn)識(shí),。

　　其次，宇宙是否是多重連接的尚未清楚,。根據(jù)大爆炸理論宇宙是沒(méi)有空間邊界的,，然而其空間大小可能是有限的。我們可以通過(guò)二維的概念類(lèi)推：一個(gè)球面沒(méi)有邊界,，但是它的面積是有限的（4πR2）,。它是一個(gè)在三維空間有固定曲率的二維表面。數(shù)學(xué)家黎曼發(fā)現(xiàn)了四維空間中一個(gè)與此類(lèi)似的三維球形“表面”,，其總體積為有限（2π2R3）但三個(gè)方向都朝第四個(gè)維度彎曲,。他還發(fā)現(xiàn)了一個(gè)“橢圓空間”和“圓柱形空間”，后者的圓柱形兩頭互相連接但沒(méi)有彎曲圓柱本身－這一現(xiàn)象在普通的三維空間是不可想象的,。類(lèi)似的數(shù)學(xué)例子還有很多,。

　　如果宇宙真是有限但無(wú)邊界的話，人沿著宇宙中一條任意方向的“直線”走下去,，最終會(huì)回到出發(fā)點(diǎn),，其路線長(zhǎng)度可認(rèn)為是宇宙的“直徑”（這個(gè)直徑是現(xiàn)在人類(lèi)對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)所無(wú)法想象的，因?yàn)樗欢ㄒ任覀兯?jiàn)的宇宙部分大得多,。）,。哈勃望遠(yuǎn)鏡拍攝的高清晰度深場(chǎng)照片，顯示姿態(tài)年齡各異的河外星系,。照片片上最小,，顏色最紅的屬于人類(lèi)看到的最古老的星系，在宇宙年齡約8億年的時(shí)候就已經(jīng)存在,。

　　宇宙有可能具有多重連接的拓?fù)鋵W(xué)結(jié)構(gòu),。如果這些結(jié)構(gòu)足夠小的話,，人類(lèi)，就如同在掛了多面鏡子的房間里,，可能在不同方向看到同一天體的多個(gè)影像,。而實(shí)際的天體數(shù)量就會(huì)比觀測(cè)所見(jiàn)少。從這個(gè)角度講,，星體和星系應(yīng)該稱(chēng)作“所觀的影像”才合適,。這個(gè)可能至今沒(méi)有被徹底否定，但最近的宇宙微波背景輻射研究結(jié)果認(rèn)為是很不可能的,。根據(jù)天文觀測(cè)和宇宙學(xué)理論,，可以對(duì)可觀測(cè)宇宙未來(lái)的演化作出預(yù)言。均勻各向同性的宇宙的膨脹滿足弗里德曼方程,。多年來(lái),，人們認(rèn)為，根據(jù)這一方程,，物質(zhì)的引力會(huì)導(dǎo)致宇宙的膨脹減速,。宇宙的最終命運(yùn)決定于物質(zhì)的多少：如果物質(zhì)密度（1）超過(guò)臨界密度，宇宙的膨脹最后會(huì)停止,，并逆轉(zhuǎn)為收縮,，最終形成與大爆炸相對(duì)的一個(gè)“大坍縮”（bigｃrunｃh）；如果物質(zhì)密度（2）等于或（3）低于臨界密度,，則宇宙會(huì)一直膨脹下去,。另外，宇宙的幾何形狀也與密度有關(guān)：如果（1）密度大于臨界密度,，宇宙的幾何應(yīng)該是封閉的,；如果（2）密度等于臨界密度，宇宙的幾何是平直的,；如果（3）宇宙的密度小于臨界密度,，宇宙的幾何是開(kāi)放的。并且,，宇宙的膨脹總是減速的,。

　　然而，根據(jù)近年來(lái)對(duì)超新星和宇宙微波背景輻射等天文觀測(cè),，雖然物質(zhì)的密度小于臨界密度,，宇宙的幾何卻是平直的，也即宇宙總密度應(yīng)該等于臨界密度,。并且,，膨脹正在加速。這些現(xiàn)象說(shuō)明宇宙中存在著暗能量,。不同于普通所說(shuō)的“物質(zhì)”,，暗能量產(chǎn)生的重力不是引力而是斥力,。在存在暗能量的情況下，宇宙的命運(yùn)取決于暗能量的密度和性質(zhì),，宇宙的最終命運(yùn)可能是無(wú)限膨脹,，漸緩膨脹趨于穩(wěn)定，或者是與大爆炸相對(duì)的一個(gè)“大坍縮”,，或者也可能膨脹不斷加速,，成為“大撕裂”（bigrip）。目前,，由于對(duì)暗能量的性質(zhì)缺乏了解,，還難以對(duì)宇宙的命運(yùn)做出肯定的預(yù)言。

　　二,、多重宇宙

　　對(duì)于多重宇宙有不同的理解,。一種理解是，位于可觀測(cè)宇宙之外的時(shí)空,，構(gòu)成了其它的宇宙,。例如，在宇宙暴漲中形成的其它大量時(shí)空,，或者我們宇宙中黑洞奇點(diǎn)內(nèi)我們所無(wú)法理解的時(shí)空。這些不同的時(shí)空部分總體構(gòu)成了多重宇宙,。另一種理解則強(qiáng)調(diào)這些不同的宇宙不僅僅是時(shí)空區(qū)的獨(dú)立,，而且其中的表現(xiàn)的物理規(guī)律也可能有所不同，例如其中的粒子也許具有不同的電荷或質(zhì)量,，其物理常數(shù)也各不相同,。

　　有時(shí)人們也把平行宇宙與多重宇宙當(dāng)作同義詞。不過(guò),，平行宇宙還有一種理解,，即量子力學(xué)中的多世界解釋。這種解釋認(rèn)為,，在量子力學(xué)中,，存在多個(gè)平行的世界，在每個(gè)世界中,，每次量子力學(xué)測(cè)量的結(jié)果各自不同,，因此不同的歷史發(fā)生在不同的平行世界中。

　　從宇宙的膨脹可以得出一個(gè)結(jié)論,，即宇宙起源于一次時(shí)間,、空間、物質(zhì)和能量的大爆炸,。宇宙膨脹的方式有兩種不同的可能性：一種是一切物質(zhì)從一個(gè)公共的起點(diǎn)出發(fā)向外運(yùn)動(dòng),，即發(fā)生了大爆炸,；另一種則是在空間膨脹過(guò)程中不斷有新物質(zhì)在星系空間產(chǎn)生。后一種即穩(wěn)恒態(tài)理論所持的觀點(diǎn),。

　　假如大爆炸的確發(fā)生過(guò),，那么我們應(yīng)該能夠找到一些與之有關(guān)的證據(jù)。大爆炸宇宙學(xué)認(rèn)為,，隨原始火球的膨脹和冷卻,，其余輝會(huì)充滿整個(gè)宇宙，并以絕對(duì)溫度3K的微小輻射形式表現(xiàn)出來(lái),。在3K的溫度下,，所有分子都將停止運(yùn)動(dòng)。這一微波背景輻射證據(jù)在一九六五年已被找到,。該學(xué)說(shuō)的另一個(gè)預(yù)言是：在質(zhì)子,、中子和電子從原始火球中凝聚出來(lái)時(shí)，每產(chǎn)生三個(gè)氫原子,，就必然同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)氦原子,。近來(lái)對(duì)宇宙中元素相對(duì)豐度的測(cè)量顯示宇宙中氫原子和氦原子的比較確實(shí)是三比一。宇宙大爆炸學(xué)說(shuō)的其他一些觀點(diǎn)在最近也都先后得到了證實(shí),。

　　然而,，問(wèn)題并沒(méi)有得到最終解決。無(wú)論根據(jù)今天的哪一種學(xué)說(shuō),，都要求物質(zhì)從一無(wú)所有之中產(chǎn)生,，這真是太不可想象了。迄今為止這仍然是一個(gè)使天體物理學(xué)家深感困惑的問(wèn)題,。