那些困扰萌新但又老生常谈的宇宙问题

老观众们可能还记得，刚开始做杂谈系列的时候曾做过几期答疑视频。后来有代表性的问题渐渐少了，于是就慢慢做成现在的专题形式了。今后打算重新把答疑视频做起来，并且从杂谈系列独立出来，单独做一个“宇宙问答”系列。每期不会太长，更新时间也不固定，应该会和“新鲜事”系列一起穿插更新。

因为一直是一个人在做视频，查资料、写稿、录音、找素材、剪辑，之前周更的工作量几乎已经饱和，所以不是不想把视频做长，也不是不想提高更新频率，实在是心有余力不足。所以呢，今后的视频打算不再限定在周五，不管哪个系列，什么时候做完什么时候发。但是放心，整体的更新频率只会比之前高，不会低。

好了，作为问答系列第一期，先整理些老生常谈的问题。

1、宇宙大爆炸的奇点在哪？

先说结论：奇点就是宇宙本身！

很多人会把宇宙大爆炸理解成“宇宙是从一个点炸出来的”，这个理解有个很大的问题：宇宙并不是先有空间，再在空间中爆炸，而是空间是随着大爆炸产生的。这也是宇宙大爆炸和日常生活中的爆炸不同的地方。个人觉得，宇宙大爆炸的“爆炸”更多是一个形容词，用来形容“空间快速膨胀”。对整个宇宙来说，它就是从当初那个奇点膨胀来的，所以压根不存在所谓的“奇点在哪”这个问题。

2、奇点的“奇”到底是读 qí，还是读 jī？

先说结论：我的观点是读 qí。

从“奇点”英文（singularity）的本意来看，它有“奇怪”、“奇特”、“异常”的意思。黑洞的奇点在物理上它是个引力异常处，是个“异常”的点；在数学上，它是函数不连续或导数不存在的一个点，也就是具有“奇异性”的点。所以无论从哪方面来看，读“qí”都非常合适，即贴合实际意义也很好理解。不过不少人习惯性地读 jī，其实问题也不大，大家没必要在这个问题上纠结。

3、宇宙的中心在哪？

先说结论：宇宙没有绝对的中心。

基于宇宙是无界且各向同性的角度来说，你可以把一个三维球体的二维表面想象成我们的宇宙（只不过降了一维）。对于一个二维的球体表面来说，它不存在绝对意义上的中心，任何一个点都可以作为中心。所以，对宇宙中的每个观测者来说，他就是宇宙的中心。

4、我们最远能看到哪？是可观测宇宙的边界吗？

先说结论：从光子的角度来说在最后散射面，也就是宇宙微波背景辐射。

由于早期的宇宙尚处于光子耦合时期，光子被禁锢着，那时的宇宙并不透明。大约到了大爆炸后 38 万年，光子们终于摆脱了禁锢跑了出来，这些自由了的光子就是我们能看到的最早的光子，同时也是最远的光子。所以，光子的最后散射面（或者说背景辐射）就是我们能够看到的最远的地方。经历了 138 亿年的膨胀，如今这个地方距离我们已有 465 亿光年远。

所以对于“可观测宇宙”通俗的理解就是：以我们为中心，465 亿光年为半径的整个球形区域。至于这个“465 亿光年”的数值怎么来的，它是基于哈勃常数（H0）、红移（z）、物质密度（Ωm）、空间曲率（Ωk）以及宇宙常数（Ω∧）等参数算出来的。

5、宇宙究竟是有限的还是无限的？如果是无限大的话，在有限的时间里从小到大的膨胀过程又该怎么解释？

先说结论：并无定论。

只能说目前的观测结果对于这两种情况都是支持的。有限的观点很好理解，这里重点解释下无限的观点如何理解。

在宇宙学里，当我们说宇宙从小变到大时，其实指的不是宇宙的总大小，而是尺度因子。尺度因子可以理解为一个描述宇宙膨胀的参数。在大爆炸初期，宇宙的尺度因子非常小，也就是宇宙中的各点挨得非常近。随着时间流逝，这些点开始彼此远离，对应的就是尺度因子增大了。也就是说，说它变大只是内部各点之间的间距变大了，对于整个宇宙来说它可能本来就是无限大的。总之，宇宙膨胀并不要求宇宙是有限还是无限，一个无限的宇宙仍然可以从非常致密的状态开始膨胀。

6、宇宙膨胀速度为什么可以超光速？一些星系超光速远离我们不违背相对论吗？

先说结论：因为它是空间本身的变化，而非物体的真实运动。

宇宙膨胀速度和光速其实并不是同一种物理量，不能直接比较。宇宙膨胀速度指的是空间的尺度因子随时间的变化率，而光速指的是光在某个参考系中的传播速度。宇宙膨胀并不是物体相对于空间的运动，而是空间本身的变化，所以并不违背相对论。

你也可以想象一只正在充气的气球，气球表面原本相距 1cm 的两个点，随着气球的变大，它们之间的距离变成了 10cm。从球体表面来看，你不能说这个点的运动速度是 10cm/s。这里的点实际上没有动也并不会动，只是它们之间的空间增加了。

由于空间增加了，所以我们发现许多星系在远离我们，它们远离我们的速度被称为“退行速度”。退行速度并不是固定值，它与具体星系到我们的距离有关。距离我们越远的星系，它远离我们的速度就越快。当距离我们足够远时，星系的退行速度就会超过光速，之后它发出的光就再也无法到达我们，这个距离大约在 145 亿光年左右。

7、既然宇宙在膨胀，为什么未来银河系和仙女座星系还会相撞

先说结论：因为它俩的距离太近了，引力效应更明显。

宇宙的空间膨胀并没有你想的那么夸张，它通常在星系团以上这个尺度才会凸显，不然我们的生活早就乱套了好吗。

刚才说了，星系的退行速度和它与我们的距离有关。就银河系和仙女座星系之间的距离来说，此时引力效应更显著，它俩相互靠近的速度远远大于空间膨胀导致的退行速度，因此，未来它们并不会因为宇宙膨胀而疏远。

8、都说太阳是第三代恒星，之前的恒星残骸去哪了？

先说结论：1、太阳可能没有明确的某一个“上代恒星”；2、时间太久，找不到了。

首先，恒星的诞生不像生孩子，它们可能没有所谓的“直系亲属”。构成恒星的原材料除了来源于某一颗上代恒星以外，往往也包含了其他恒星抛洒出来的物质，甚至包括大爆炸之初的原始星际物质。

其次，我们的太阳从当初某个疏散星团中诞生，到后来随着解体后的星协运动，再到慢慢掉队开始独自在星际间游荡。截止目前它已经绕着银河系中心转了十几、二十圈了，加上这中间银河系还经历了吞并矮星系等各种杂七杂八的事，在这 46 亿年的漫长岁月里，我们的银河系早已是沧海桑田。

最后再解释下这个“真・老生常谈”的问题，这个问题我发现不管解释多少遍，无论到什么时候，总还是会有人不理解。

9、为什么要把地球上的知识套用到整个宇宙？

先说结论：你有更好的吗？

说实话，如今的天文学、宇宙学确实都建立在一个假设前提之上，它被称为“宇宙学原理”：在大尺度上宇宙是均匀且各向同性的，这也被视为天文学的“第一性原理”。既然是假设出来的，说明它不一定正确，那为什么要遵循这么个前提呢？

首先，这个假设给了我们一个基准线：先默认宇宙处处都一样，如果发现哪不一样再一点点修正。你说它可能不正确，当然可能，但那又怎样？迈出第一步是最重要的，你能一下子提出更好、更准确的模型吗？“哪哪都一样”是所有假设中最简单、最朴素的一种假设，不管对不对先用出去再说，遇到情况再调整。

其实天文观测已经发现了很多宇宙学原理不能绝对成立的例子，比如宇宙微波背景辐射为什么存在细微的各向异性，为什么宇宙中存在星系长城、宇宙空洞这类大尺度结构等等。

天文学家们其实对那些违反现有理论的现象更为期待，这意味着，要么我们的观测出问题了，需要改进；要么我们的理论出问题了，需要修正。不管是哪种，只有这样我们的天文学才能避免固步自封，不断向前发展。

本文来自微信公众号：Linvo 说宇宙 （ID：linvo001），作者：Linvo

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