我们如何知道宇宙的大小和形状？

宇宙有多大？这是一个既简单又复杂的问题。简单来说，根据目前科学界的共识，可观测宇宙的半径约为465亿光年，年龄约为138.2亿岁。然而，这仅仅是人类能够观测到的宇宙部分，真正的宇宙可能远比这要广阔得多。

可观测宇宙与全域宇宙

可观测宇宙是指从地球上能够观测到的宇宙范围。由于光速的限制，我们只能看到那些光能够到达我们的地方。因此，可观测宇宙的半径实际上是宇宙年龄（约138亿年）乘以光速（约30万公里/秒）的结果。然而，这并不意味着宇宙的实际大小就是如此。

宇宙学家将可观测宇宙与全域宇宙区分开来。全域宇宙可能包含了我们永远无法观测到的部分。例如，根据宇宙膨胀理论，距离我们足够远的星系正在以超过光速的速度远离我们，这意味着它们发出的光永远无法到达地球。这部分宇宙被称为“未来视界”。

宇宙形状的三种可能性

宇宙的形状也是一个令人着迷的问题。根据弗里德曼-勒梅特-罗伯逊-沃尔克（FLRW）模型，宇宙的局部几何结构可以分为三种类型：

1. 零曲率（平坦）：如果宇宙中的三角形角度加起来恰好是180度，那么宇宙就是平坦的，可以用欧几里得空间来描述。

2. 正曲率：如果三角形角度加起来大于180度，那么宇宙就是闭合的，可以用三维球面来描述。

3. 负曲率：如果三角形角度加起来小于180度，那么宇宙就是开放的，可以用双曲空间来描述。

宇宙大小的测量方法

科学家们通过多种方法来尝试测量宇宙的大小。其中一种方法是观测宇宙微波背景辐射（CMB）。CMB是宇宙大爆炸后约38万年时释放的辐射，它为我们提供了宇宙早期状态的信息。通过对CMB的精确测量，科学家们发现宇宙在大尺度上是均匀和各向同性的，这支持了宇宙平坦的理论。

此外，科学家们还通过观测遥远星系的红移来研究宇宙的膨胀。红移现象表明，距离我们越远的星系，其远离我们的速度越快。这种现象支持了宇宙膨胀理论，也为我们提供了估算宇宙年龄和大小的依据。

人类认知的局限性

尽管我们已经取得了许多关于宇宙的惊人发现，但人类对宇宙的认知仍然存在局限性。例如，我们无法直接观测到宇宙大爆炸初期（约38万年内）的情况，因为那时的宇宙对电磁波是不透明的。这部分被称为“过去视界”。

此外，由于光速的限制，我们永远无法观测到那些正在以超过光速的速度远离我们的星系。这部分被称为“未来视界”。这意味着，无论科学技术如何发展，我们都无法完全了解整个宇宙的全貌。

宇宙的大小和形状仍然是天文学和宇宙学中未解的谜题。虽然我们已经取得了一些进展，但宇宙的奥秘仍然深不可测。随着科技的发展和理论的进步，我们或许能够更深入地理解这个浩瀚无垠的宇宙。