本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點
我們已經學會了穿透太空的深度，看到數千、數百萬、甚至數十億光年之外的恆星和星系。
但我們的視野終究是有限的：我們實際上是生活在一個氣泡中。在最遙遠的星系之外，視線無論朝哪個方向都會碰到一個背景。一道冷漠而無法逾越的火牆阻擋了視線，就像一道熾熱發光的幕布——一道光線無法穿透的牆壁。
當然，天空在我們看來是黑色的——星星在黑色的背景下閃耀——哈勃望遠鏡看到的也是黑色的。但這僅僅是因為我們的眼睛和哈勃望遠鏡只能看到光譜中更廣泛的光波中狹窄的波長範圍。如果我們能夠看到遠超紅外線的波長，一直到微波頻譜，火牆的奇觀就會立即顯現出來。
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我們知道它的存在（而且我們知道它的存在還不到半個世紀），因為我們透過一種叫做宇宙微波背景的輻射探測到它的光芒。探測微波的“相機”可以看到它，就像普通相機可以看到星星一樣。
一旦顯現出來，這個邊界在我們看來就好像我們從氣泡的中心向內看氣泡內部一樣。我們望遠鏡能看到的一切都位於氣泡內部（儘管未來我們也許能夠透過全新的觀測站，例如使用中微子而不是光線的觀測站，收集更早時期的資訊）。
想象一下那些裝滿水和白色斑點的“水晶球”，想象一下把它握在你的手掌中。我們自己的星系，銀河系——包括地球、太陽、所有行星以及肉眼可見的所有恆星——只不過是它中心的一粒白色塵埃。所有其他可見的星系也都是塵埃，漂浮在周圍的水中。
然後，微波天空就是我們從內部觀看的球體。我們中的許多人都在由太空微波天文臺製作的地圖中看到過那個球體——通常是從外部向內描繪的。這些地圖將微波光的不同“顏色”表示為普通顏色。
要理解微波天空的本質，我們必須思考幾乎難以想象的空間和時間尺度。我們宇宙的水晶球是如此之大，以至於我們瞥見的其外表面的影像——太空探測器探測到的微波光——花費了超過130億年的時間才從外表面到達其中心。
球體的邊界，火牆，不是真正的物理屏障。相反，在某種意義上，它是我們視角上的一個技巧。它是我們對一個叫做複合的古老宇宙時代的扭曲的、片面的看法。
在大爆炸後的數十萬年裡，在任何恆星或行星存在之前，宇宙充滿了亞原子粒子的熱湯。隨著宇宙膨脹，這種叫做等離子體的熱湯慢慢冷卻下來。當它足夠冷卻時，粒子開始結合成氫原子和氦原子。在一個相對短暫的事件中，發生在大爆炸後大約30萬年，所有的等離子體都變成了一種氫氣和氦氣。
等離子體可以熱到發光，但它不是透明的。因此，如果在當時有人在場，他們會目睹空間從發光變成透明。在複合之前，假設一個宇航員在太空行走時可能無法看到母艦。但在複合期間，隨著空間變得透明，飛船會從發光霧霾中顯現出來。
但即使假設複合在各處同時瞬間發生——事實並非如此——從宇航員的角度來看，並非所有空間都會突然從明亮不透明變成黑暗透明。相反，宇航員會看到一個透明空間的氣泡在他周圍膨脹。包圍著這個氣泡的是一道等離子體牆，它以光速向四面八方退去。
為了理解原因，將等離子體到氣體的轉變與更熟悉的轉變進行比較是有幫助的：冰到水的轉變。所以想象一下，在一個陽光明媚的日子裡，你站在一個巨大的冰凍湖泊中央，並且不知何故，冰有可能在中午12點整瞬間融化，無處不在。
另外，假設光速非常慢——每秒一米，而不是通常的每秒約30萬公里。由於光速如此之慢，你實際上不會看到整個湖泊一下子融化。
相反，影像會以明顯的延遲到達你的眼睛。因此，在中午過後幾秒鐘，即使你周圍的環境已經變成液體，離你幾米以外的湖泊部分看起來仍然是冰凍的。湖泊的其餘部分已經是液體了——你只是還看不到而已。中午過了一分鐘，湖面看起來仍然只有在60米半徑內是液體的——這是光在60秒內傳播的距離。十分鐘，600米，依此類推。
換句話說，你看到的不是整個表面同時融化，而是一個液態表面盤狀物像油汙一樣向四面八方擴散。根據湖泊的大小，這個擴散的圓圈需要很多分鐘才能覆蓋整個湖泊，從而使湖泊看起來完全融化。
現在想象一下，你不是站在冰上的一個人，而是一條被困在冰凍水深處的魚。
中午過後瞬間，你從冰中解脫出來。幾秒鐘後，你看到你周圍有一個球形的液態水體。這個體積看起來像一個從內部看的氣泡，在冰內膨脹。隨著液態氣泡的增長，一個將水與冰分離的球形表面以每秒一米的速度遠離你——光速。因此，在任何給定的時間，你朝每個方向看，都會看到一道白色的冰牆。
請注意，這道牆不是真實的。這純粹是資訊傳播延遲的影響——光以有限的速度傳播的事實。如果你願意，這就是魚的無知的邊界。
現在回到我們假設的宇航員。正如魚看到冰在周圍，包圍著他的水泡一樣，宇航員看到一道熾熱的等離子體牆包圍著他的稀薄氫氣泡。或者更確切地說，是一道橙紅色的牆：宇宙學家估計，在複合時期，等離子體的溫度約為 2,700 開爾文，這個溫度會使物質發出橙黃色的光芒。無論如何，等離子體就像冰一樣不透明，所以宇航員看不到牆壁之外的任何東西。
隨著時間的流逝，宇航員見證了他所在宇宙角落的演變。氫和氦聚結成恆星，在這些恆星內部，較重的元素透過核聚變鍛造而成。恆星後來爆炸，並將新型物質灑入星際空間，在那裡它再次聚結成恆星，現在也聚結成岩石行星。在複合之後大約八十億年，宇航員可能會發現我們太陽系和我們自己的地球的形成。
複合後一百三十億零七百萬年。現在的宇宙看起來與早期大不相同。但是那道等離子體牆仍然包圍著我們，並且仍在退去。它是我們無知的邊界。
因此，由於光速的有限性，我們似乎生活在一個被不透明等離子體包圍的透明氣泡中。那麼為什麼夜空不發出橙色的光芒呢？
在某種意義上，它確實發光。宇宙微波背景而不是宇宙橙色背景的唯一原因是紅移。紅移現象是光波的類比，類似於我們聽到警車從我們身邊呼嘯而過時警笛音調的熟悉變化：當汽車接近時，警笛的聲音聽起來音調較高，一旦它開始退去，聲音就會變低。音調較低的聲音具有較長的波長。
自從大爆炸以來，宇宙一直在膨脹。由於這種膨脹，構成橙色光的電磁波在傳播到我們這裡時不斷被拉伸，最終波長增加了大約 1,000 倍。如果你將 2,700 度等離子體的橙色光拉伸 1,000 倍，你就會得到天文學家今天接收到的微波波長。
所以天空——人們很想說是夜空，但因為當時沒有地球，也沒有太陽，所以沒有白天或夜晚——天空曾經是亮橙色的。然後宇宙膨脹了，光的顏色發生了變化，就像一塊熾熱的鐵冷卻時顏色發生變化一樣，直到它停止發光。
在變黑之前，天空曾經是鮮紅色的。
根據我自己的粗略計算，天空變暗的時間大約是在複合後 2600 萬年——這基本上與大爆炸後 2600 萬年相同。那時仍然沒有恆星，當然也沒有行星和人類。但對於一個假設的觀察者來說，可見的宇宙只會延伸幾千萬光年——而不是數十億光年。
與浩瀚的宇宙相比，這確實是一個很小的鄰域。如果當前的星系已經存在，從我們目前的位置來看，可見的宇宙除了我們自己的銀河系之外，只會包括仙女座和幾十個其他主要星系——而不是我們今天可以看到的 1000 億個或更多。
奇怪的是，一種性質截然不同的黑色幕布可能會在遙遠的未來再次出現：因為宇宙現在正在加速膨脹，遙遠的星系總有一天會以如此快的速度遠離我們，以至於它們發出的光永遠無法追上我們。
延伸閱讀
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在準備這篇文章時，我受益於與 Scott Dodelson 和 George Musser 的對話。然而，任何不正確的陳述的責任完全由我承擔。
魚圖示由 Bartosz Michalik/Open Clip Art 提供；星空由 Krystof Jetmar/Open Clip Art 提供；CMB 球體由 NASA 提供