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宇宙是无限的吗（第1页）

宇宙是无限的吗

现在，我们又回到前面的话题，宇宙到底有限还是无限？有边还是无边？对此，我们从广义相对论、大爆炸宇宙模型和天文观测的角度来探讨这一问题。

满足宇宙学原理（三维空间均匀各向同性）的宇宙，肯定是无边的。但是否有限，要分三种情况来讨论。

如果三维空间的曲率是正的，那么宇宙将是有限无边的。不过，它随着时间的变化而不断地脉动，不可能保持静止状态。这个宇宙从空间体积无限小的奇点开始爆炸、膨胀，体积膨胀到一个最大值后，反过来开始收缩。在收缩过程中，温度重新升高、物质密度、空间曲率和时空曲率逐渐增大，最后到达一个新奇点。许多人认为，这个宇宙在到达新奇点之后将重新开始膨胀。显然，这个宇宙的体积是有限的，这是一个脉动的、有限无边的宇宙。

如果三维空间的曲率为零，也就是说，三维空间是平直的（宇宙中有物质存在，四维时空是弯曲的），那么这个宇宙一开始就具有无限大的三维体积，这个初始的、无限大的三维体积是奇异的（即“无穷大”的奇点）。大爆炸就从这个“无穷大”奇点开始。爆炸发生后，宇宙开始膨胀，成为正常的非奇异时空，温度、密度和时空曲率都逐渐降低。这个过程将永远地进行下去。这是一种不大容易理解的图像：一个无穷大的体积在不断地膨胀。显然，这种宇宙是无限的，它是一个无限无边的宇宙。

三维空间曲率为负的情况与三维空间曲率为零的情况比较相似。宇宙一开始就有无穷大的三维体积，大爆炸发生在整个“奇点”上，爆炸后，无限木的三维体积将永远膨胀下去，温度、密度和曲率都将逐渐降下来。这也是一个无限的宇宙，确切地说是无限无边的宇宙。

那么，宇宙到底属于上述三种情况的哪一种呢？宇宙的空间曲率到底为正，为负，还是为零呢？这个问题要经过进一步的观测才能确定。

广义相对论的研究表明，宇宙中的物质存在一个临界密度PC，大约是每立方米3个核子（质子或中子）。如果宇宙中物质的密度p大于PC，则三维空间曲率为正，宇宙是有限无边的；如果P小于PC，则三维空间曲率为负，宇宙是无限无边的。因此，观测宇宙中物质的平均密度，可以判定我们的宇宙究竟属于哪一种，究竟是有限还是无限。

此外，减速因子也可以帮助我们判断宇宙的有限或无限状态。从减速的快慢，就可以判断宇宙的类型。如果减速因子q大于1／2，三维空间曲率是正的，宇宙膨胀到一定程度将收缩；如果q等于1／2，三维空间曲率为零，宇宙将永远膨胀下去；如果q小于1／2，三维空间曲率是负的，宇宙也将永远地膨胀下去。

有了这两个数据，我们就可以确定宇宙究竟属于哪一种了。观测结果表明，p1／2，这表明我们宇宙的空间曲率为正，宇宙是有限无边的、脉动的，它膨胀到一定程度会收缩回来。那么哪一种结论正确呢？要统一大家的认识，还需要进一步的实验观测和理论推敲。今天，我们仍然肯定不了宇宙究竟是有限还是无限，只能肯定宇宙无边，而且现在正在膨胀!此外，还知道膨胀大约开始于100~200亿年以前，这就是说，我们的宇宙大约起源于100~200亿年之前。