甚麼叫可見的宇宙？甚麼叫視界？

你有否想過，在夜空中我們所看到的星星、遙遠的星系，其實只是宇宙很小的一部分？不是因為更遠的地方沒有東西存在，而是我們根本沒法看到那裡。這種「看不到」不是因為望遠鏡不夠勁，而是宇宙有一條「極限線」：我們叫它「視界」(cosmic horizon)，更常用的正確術語是「可觀測宇宙邊界」(observable universe)。到底這是什麼？它又如何影響我們理解整個宇宙？這是一個關於光速、空間時間和宇宙開展的有趣故事。

我們如何「看」到宇宙？

要明白視界，首先要知道我們看到的遠方天體（如恆星、星系），其實並非它們「現時」的樣子。因為光速（speed of light）雖然已經很快，每秒能跑28萬6千公里，但宇宙實在太大了，光由遠方星體傳到地球，需要極長時間。例如，最接近我們的恆星——太陽，光要8分鐘才到達我們眼前；而距離最近的其他恆星——比鄰星（Proxima Centauri），則要4年多。因此，在我們望向宇宙深處時，其實就是在向過去「回望」。越遙遠的天體，我們見到的就越是「古老」的模樣。

甚麼是「視界」？

那可觀測宇宙有多大？又為什麼有個「邊界」？這就要由光速和宇宙年齡說起。

根據現時最準確的量度，宇宙約有138億年歷史。愈遠的物件，其光需要愈久才到我們這裡。根據現有的物理定律，光速是宇宙的「速度上限」，沒有任何資訊、能量、物質能比光更快穿越空間。這代表，自從宇宙誕生至今，「最遠」能發出光讓我們在今天收到的位置，就是「我們的可觀測宇宙」的邊界，我們稱它為「粒子視界」（particle horizon）。今時今日，任何在這個視界以外的事物，並無可能以光或其它訊息影響到地球上的我們——起碼在宇宙到目前為止這段時間內是這樣。

很多人會自然地以為這個「邊界」就是138億光年遠——因光以每年一光年、經過138億年到我們。但事實上，這個想法並不正確。原因是宇宙本身一直在膨脹！空間不是一個靜止的背景，而是會隨著時間擴張。

膨脹中的宇宙與「可觀測半徑」

古時的人想像宇宙就像一張鋪開了的地圖，可以用一把直尺量度。然而現代宇宙學告訴我們，實際上的空間好像一個會膨脹的氣球。我們坐在這個氣球表面的一點，當「光」開始從某個地方走近我們時，整個表面同時也在伸展。因此，「實際距離」有兩種：

• 「發射時」光與我們的距離；
• 「今日」它們與我們的距離（我們叫「共動距離」comoving distance）。

根據目前各種精密天文觀測（例如普朗克衛星），可觀測宇宙的半徑大約是465億光年！換言之，一些最古老的遙遠星系，它們發送出「信號」時其實比現在要近我們得多，但由於宇宙不斷膨脹，今日它們本來發光的位置，與我們之間的「距離」已經變得極端遙遠。這個現象可以理解為：「當光一直在宇宙旅途上時，兩端離開彼此的距離也在增加」。

簡單來說：我們能觀測的宇宙，其半徑不是138億，而是465億光年。這個區域就叫做「可觀測宇宙」，其邊界便是「粒子視界」。

用生活例子比喻「視界」

說得這麼深奧，其實「視界」也有很生活化的比喻。例如，在山上起霧時，你頂多只看得到附近幾十米的能見度。之後的東西並不是不存在，只是你的視線達不到。

類近地，如果你企在尖沙咀望向對岸，萬一天氣很差（又起霧又下雨），你根本看不到維多利亞港的一邊，但那邊的高樓大廈仍然存在，只是你的「視界」有限。

同樣，宇宙視界是一個光的能量、時空和宇宙歷史共同決定的「可見範圍」，我們看到的並不是全部宇宙，而只是我們可以觀測的「一球」範圍。而其他「球外」的世界，不等於不存在，只是在我們的科技和物理規律下，不可能與我們有接觸。

還有另一種「視界」：事件視界（Event Horizon）

既然說到視界，順帶一提天文學還有另一個緊密相關的術語：事件視界（event horizon），這個詞在黑洞（black hole）研究中特別有名。

在黑洞裡面，質量極度集中，造成時空極端扭曲。任何進入黑洞事件視界的光、物質，都會永遠無法再逃脫出來。從外部觀察者角度看，事件視界是一個「最後屏障」：一旦穿越，就與我們完全斷絕聯繫。

雖然宇宙的粒子視界和黑洞的事件視界概念不同，但都是「一個物理條件所決定的資訊極限」——即你無法獲得跨越這個界線以外的資訊。宇宙的「粒子視界」由光速和宇宙年齡決定，黑洞的「事件視界」則由質量與廣義相對論決定。

現時宇宙由於加速膨脹，還有一個特別有趣的「宇宙事件視界」：隨著時間推進，越來越多的星系會遠離我們甚至超過光速（這並非違反物理定律，而是時空本身伸展），最終變得不可見。就好像每個宇宙觀測者都會見到自己的「可見宇宙」逐漸收縮。

我們怎樣量度與探索「視界」？

現代天文學家主要通過幾個方法測量可觀測宇宙的大小，例如：

• 測量「宇宙微波背景輻射」(Cosmic Microwave Background, CMB)：這是宇宙大爆炸（Big Bang）後，最早能被我們接收到的訊息，大約是宇宙誕生38萬年時的光子。
• 觀測遙遠的星系與其紅移（redshift）：當星系越遠，光的波長會因宇宙膨脹而拉長，出現「紅移」現象。根據紅移大小，我們可以估算它們的距離和所屬時代。
• 用超新星（supernova）等標準光源作為距離標尺。

天文學家根據這些數據加上物理模型，計算出可觀測宇宙的半徑，得出465億光年這個數字。

視界外的宇宙存在嗎？

這是一個十分吸引人的問題。根據現時的主流宇宙學理解，可觀測宇宙以外，很可能還有極為遼闊、甚至無窮無盡的宇宙部分。視界外的星系、星雲、甚至星球，完全可能和我們這邊的一樣，只是我們永遠看不見它們。

有些理論，如「暴漲宇宙論」(inflation theory)，暗示宇宙在剛誕生時經過極短促的爆炸性擴張，把不同的區塊「狠狠」拉開。這樣的話，我們所見只是漫長暴漲後的一個小小角落。這就好像宇宙是一個無限延伸的地氈，而我們的「視界」只是一個有限圓圈。

正因如此，天文學家通常只會說「宇宙的視界」或「可觀測宇宙」是有限，「真實的宇宙」大小則不確定，甚至可能無限大。

視界與人類宇宙觀

認知到「視界」這個概念，會令人重新思考自己的宇宙觀。昔日人類總以為能夠窮盡天地，現時我們才明白，無窮的宇宙裡我們永遠只能理解其中一小片段。

但這並非「限制」我們的好奇，反而啟發我們用更高的角度思考——既然我們只見一部分，剩下的部分還有什麼物理現象？有沒有另一個和地球類似的「可見宇宙」，正有另一群生物仰望屬於他們的夜空？

結語：仰望星空的「極限」

總括而言，視界是宇宙一套非常基本而又重要的規則。它不單是我們能否看見遠方星系的極限，更代表著物理世界的一種「消息屏障」。雖然我們短時間內未必能揭曉宇宙全貌，但透過認識視界，我們還是能摸索到宇宙歷史的蛛絲馬跡。

每當你在香港的夜空下望向星星，不妨想像——我們的眼睛正在跨越數以十億光年和數十億年的時空極限，窺看著宇宙可見範圍的一絲光影。雖然自己和宇宙廣闊度相比渺小至極，但正正因為我們有好奇心，有探索精神，視界對我們來說，既是界線，也是開展想像和科學冒險的起點。