大约100年前，当美国天文学家哈勃观测宇宙的时候，取得了里程碑式的发现。他证明了银河系并非宇宙的全部，但也带来一个问题：这个宇宙到底有多大？

一开始，天文学家“天真”地认为，光速就是衡量宇宙尺度的标准。

（哈勃证明了银河系不是整个宇宙）

根据爱因斯坦的相对论，宇宙中没有任何物质能够超过光速。所以，按照宇宙138亿年的历史来计算，第一道光的飞行距离就是138亿光年。有一段时间，天文学家以为宇宙的半径就是138亿光年。

但后来天文学家发现不对劲，因为宇宙中似乎存在着超光速现象。尤其是宇宙边缘的类星体，似乎在以超光速远离我们。

最后天文学家发现：以前想偏了。宇宙的尺寸，并非大家想象中那样在无限的空间中扩张，而是空间本身也属于宇宙的一部分。也就是说，宇宙的膨胀并非靠天体触达的距离计算，而是空间本身在膨胀。而空间并非物质，所以并不需要受到光速限制。

如果你还没理解，我们可以简单地思考一个问题：10秒钟能移动多远？

（宇宙中有“超光速”现象）

按照目前的世界纪录来算，100米的最快速度是博尔特的9.58秒。粗略换算一下，10秒钟假设能跑110米左右。但别忘了，你所在的地球还在绕太阳公转，每秒约30公里。所以实际上，你10秒钟移动的距离大约是300公里。按照人类的生理极限，确实不可能跑这么远。但由于人处在地球上，就可以跟随地球移动得更快。

宇宙也是同样的原理。天体的运行速度有极限，但“附着”在宇宙空间，就可以在空间的“搭载”下一起超光速移动了。

这下问题简单了，也复杂了。简单的意思，是知道宇宙半径比138亿光年更大；复杂的意思，是计算宇宙半径更难了。

（宇宙处于膨胀之中）

宇宙膨胀速度和位置有关。距离我们越远的位置，膨胀速度越快，二者成正比，这就是哈勃提出的哈勃定律。简单说，就是“退行速度=哈勃常数*距离”。所以，只需要知道哈勃常数，就能确定宇宙膨胀速度了。

哈勃常数看起来很难测，但天文学家还是通过科学方法，建立了一套精妙绝伦的“宇宙距离阶梯”。

对于距离地球较近的天体，科学家使用几何视差法，通过地球在公转轨道两侧时观察同一恒星的微小位置位移来直接测算距离。说得简单点，就是三角函数的原理。

（几何视差法可以探测较近天体的距离）

而对于更遥远的星系，则需要借助被称为“标准烛光”的天体，例如造父变星和Ia型超新星。这两种天体的理论亮度都是可以计算出来的，随后通过其理论亮度和实际观测到的亮度，就能计算它们及其所在星系的距离。

造父变星的内在光度与其光变周期之间存在着精确的物理关联，通过观测其周期就能推算出其绝对亮度，再结合视亮度就能计算出距离。离银河系稍微近一些的星系，可以利用这个方法观测；

Ia型超新星的道理也差不多，因为其爆发时的峰值光度几乎恒定，可以判断所处位置。而且它的光芒传播距离更远，所以成为了跨越数亿光年甚至数十亿光年的标准路标。

（Ia型超新星可以辅助测量星系距离）

这样，我们就可以知道某个星系和地球的距离。同时利用天体红移的原理，就能测量星系所在的位置的宇宙膨胀速度。当天文学家按照这个方法计算出不同距离的宇宙膨胀速度，就能得到哈勃常数，进而推算出最远处的宇宙膨胀速度了。

但需要说明的是，宇宙在138亿年的历史中，膨胀速度是在不断变化的（经历了减速与加速）。科学家必须结合包含暗物质和暗能量的宇宙学模型，将光子在漫长岁月里穿越膨胀空间的过程进行累加积分，最终才推算出宇宙的尺寸。

除了上面这个“宇宙距离阶梯”的方式之外，天文学家还可以从早期宇宙出发，一方面直接测量宇宙微波背景辐射的温度涨落，另一方面利用早期声波留下的重子声学振荡作为‘标准尺’结合大尺度星系巡天，反推今天的膨胀速率。

根据目前的研究，哈勃常数约为67.4千米每秒每百万秒差距。天文学家最终计算出可观测宇宙半径，大约就是465亿光年。要是计算体积的话，这个数据就是3.6*10^80立方米。

这就是宇宙的全部吗？

不。

看名字就知道，这只是可观测宇宙。在它之外，还有不可观测宇宙。

这一点不难理解，正如我们上面所说，只要距离足够远，宇宙的膨胀速度就会超过光速。从这再往外的宇宙，即便有光线发出，但光线的速度也远远没有宇宙膨胀速度快，这意味着这里的光永远都无法传播到地球，人类也就永远无法观测到这里以外的宇宙。

（宇宙大概率是平坦的）

根据爱因斯坦的广义相对论，宇宙的整体几何形状可能是平坦、闭合或开放的。而目前的观测结果暗示，前两种的可能性更大。

如果宇宙真的是无限且平坦的，那么体积将无穷大。也有可能，整个宇宙的形状可以类比为三维球面，其半径约为可观测部分的250倍，算下来就是超过11万亿光年！

当然了，很多科学爱好者还听说过，宇宙之外可能有多元宇宙。但关于多元宇宙是否存在，目前天文学家还没有明确发现。其可能存在的形式也有很多，过于复杂，咱们今天就不作讨论了。毕竟仅仅这么一个宇宙，就够难研究的了。