天文知識（2）
宇宙
公元2世紀，C.托勒密提出了一個完整的地心說。這一學說認為地球在宇宙的中央安然不動，月亮、太陽和諸行星以及最外層的恒星天都在以不同速度繞著地球旋轉。為了說明行星運動的不均勻性，他還認為行星在本輪上繞其中心轉動，而本輪中心則沿均輪繞地球轉動。地心說曾在歐洲流傳了1000多年。1543年，N.哥白尼提出科學的日心說，認為太陽位于宇宙中心，而地球則是一顆沿圓軌道繞太陽公轉的普通行星。到16世紀哥白尼建立日心說后才普遍認識到：地球是繞太陽公轉的行星之一，而包括地球在內的八大行星則構成了一個圍繞太陽旋轉的行星系—— 太陽系的主要成員。1609年，J.開普勒揭示了地球和諸行星都在橢圓軌道上繞太陽公轉，發(fā)展了哥白尼的日心說，同年，伽利略·伽利雷則率先用望遠鏡觀測天空，用大量觀測事實證實了日心說的正確性。1687年，I.牛頓提出了萬有引力定律，深刻揭示了行星繞太陽運動的力學原因，使日心說有了牢固的力學基礎。在這以后，人們逐漸建立起了科學的太陽系概念。
在哥白尼的宇宙圖像中，恒星只是位于最外層恒星天上的光點。1584年，喬爾丹諾·布魯諾大膽取消了這層恒星天，認為恒星都是遙遠的太陽。18世紀上半葉，由于E.哈雷對恒星自行的發(fā)展和J.布拉得雷對恒星遙遠距離的科學估計，布魯諾的推測得到了越來越多人的贊同。18世紀中葉，T.賴特、I.康德和J.H.朗伯推測說，布滿全天的恒星和銀河構成了一個巨大的天體系統(tǒng)。弗里德里希·威廉·赫歇爾首創(chuàng)用取樣統(tǒng)計的方法，用望遠鏡數(shù)出了天空中大量選定區(qū)域的星數(shù)以及亮星與暗星的比例，1785年首先獲得了一幅扁而平、輪廓參差、太陽居中的銀河系結構圖，從而奠定了銀河系概念的基礎。在此后一個半世紀中，H.沙普利發(fā)現(xiàn)了太陽不在銀河系中心、J.H.奧爾特發(fā)現(xiàn)了銀河系的自轉和旋臂，以及許多人對銀河系直徑、厚度的測定，科學的銀河系概念才最終確立。
18世紀中葉，康德等人還提出，在整個宇宙中，存在著無數(shù)像我們的天體系統(tǒng)(指銀河系)那樣的天體系統(tǒng)。而當時看去呈云霧狀的“星云”很可能正是這樣的天體系統(tǒng)。此后經(jīng)歷了長達170年的曲折的探索歷程，直到1924年，才由E.P.哈勃用造父視差法測仙女座大星云等的距離確認了河外星系的存在。
近半個世紀，人們通過對河外星系的研究，不僅已發(fā)現(xiàn)了星系團、超星系團等更高層次的天體系統(tǒng)，而且已使我們的視野擴展到遠達200億光年的宇宙深處。
宇宙演化觀念的發(fā)展在中國，早在西漢時期，《淮南子·俶真訓》指出：“有始者，有未始有有始者，有未始有夫未始有有始者”，認為世界有它的開辟之時，有它的開辟以前的時期，也有它的開辟以前的以前的時期?！痘茨献?#183;天文訓》中還具體勾畫了世界從無形的物質狀態(tài)到渾沌狀態(tài)再到天地萬物生成演變的過程。在古希臘，也存在著類似的見解。例如留基伯就提出，由于原子在空虛的空間中作旋渦運動，結果輕的物質逃逸到外部的虛空，而其余的物質則構成了球形的天體，從而形成了我們的世界。
太陽系概念確立以后，人們開始從科學的角度來探討太陽系的起源。1644年，R.笛卡爾提出了太陽系起源的旋渦說；1745年，G.L.L.布豐提出了一個因大彗星與太陽掠碰導致形成行星系統(tǒng)的太陽系起源說；1755年和1796年，康德和拉普拉斯則各自提出了太陽系起源的星云說?，F(xiàn)代探討太陽系起源z的新星云說正是在康德-拉普拉斯星云說的基礎上發(fā)展起來。
1911年，E.赫茨普龍建立了第一幅銀河星團的顏色星等圖；1913年，伯特蘭•阿瑟•威廉•羅素則繪出了恒星的光譜-光度圖，即赫羅圖。羅素在獲得此圖后便提出了一個恒星從紅巨星開始，先收縮進入主序，后沿主序下滑，最終成為紅矮星的恒星演化學說。1924年 ，亞瑟·斯坦利·愛丁頓提出了恒星的質光關系；1937～1939年，C.F.魏茨澤克和貝特揭示了恒星的能源來自于氫聚變?yōu)楹さ脑雍朔磻?。這兩個發(fā)現(xiàn)導致了羅素理論被否定，并導致了科學的恒星演化理論的誕生。對于星系起源的研究，起步較遲，目前普遍認為，它是我們的宇宙開始形成的后期由原星系演化而來的。
1917年，A.阿爾伯特·愛因斯坦運用他剛創(chuàng)立的廣義相對論建立了一個“靜態(tài)、有限、無界”的宇宙模型，奠定了現(xiàn)代宇宙學的基礎。1922年，G.D.弗里德曼發(fā)現(xiàn)，根據(jù)阿爾伯特·愛因斯坦的場方程，宇宙不一定是靜態(tài)的，它可以是膨脹的，也可以是振蕩的。前者對應于開放的宇宙，后者對應于閉合的宇宙。1927年，G.勒梅特也提出了一個膨脹宇宙模型.1929年 哈勃發(fā)現(xiàn)了星系紅移與它的距離成正比，建立了著名的哈勃定律。這一發(fā)現(xiàn)是對膨脹宇宙模型的有力支持。20世紀中葉，G.伽莫夫等人提出了熱大爆炸宇宙模型，他們還預言，根據(jù)這一模型，應能觀測到宇宙空間目前殘存著溫度很低的背景輻射。1965年微波背景輻射的發(fā)現(xiàn)證實了伽莫夫等人的預言。從此，許多人把大爆炸宇宙模型看成標準宇宙模型。1980年，美國的古斯在熱大爆炸宇宙模型的 基礎上又進一步提出了暴漲宇宙模型。這一模型可以解釋目前已知的大多數(shù)重要觀測事實。
宇宙圖景 當代天文學的研究成果表明，宇宙是有層次結構的、物質形態(tài)多樣的、不斷運動發(fā)展的天體系統(tǒng)。
層次結構 行星是最基本的天體系統(tǒng)。太陽系中共有八顆行星：水星 金星 地球 火星 木星 土星 天王星 海王星。 （冥王星目前以被從行星里開除，降為矮行星）。除水星和金星外，其他行星都有衛(wèi)星繞其運轉，地球有一個衛(wèi)星 月球，土星的衛(wèi)星最多，已確認的有26顆。行星 小行星 彗星和流星體都圍繞中心天體太陽運轉，構成太陽系。太陽占太陽系總質量的99.86％，其直徑約140萬千米，最大的行星木星的直徑約14萬千米。太陽系的大小約120億千米（以冥王星作邊界）。有證據(jù)表明，太陽系外也存在其他行星系統(tǒng)。2500億顆類似太陽的恒星和星際物質構成更巨大的天體系統(tǒng)——銀河系。銀河系中大部分恒星和星際物質集中在一個扁球狀的空間內，從側面看很像一個“鐵餅”，正面看去則呈旋渦狀。銀河系的直徑約10萬光年，太陽位于銀河系的一個旋臂中，距銀心約3萬光年。銀河系外還有許多類似的天體系統(tǒng)，稱為河外星系，常簡稱星系。現(xiàn)已觀測到大約有10億個。星系也聚集成大大小小的集團，叫星系團。平均而言，每個星系團約有百余個星系，直徑達上千萬光年?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)上萬個星系團。包括銀河系在內約40個星系構成的一個小星系團叫本星系群。若干星系團集聚在一起構成更大、更高一層次的天體系統(tǒng)叫超星系團。超星系團往往具有扁長的外形，其長徑可達數(shù)億光年。通常超星系團內只含有幾個星系團，只有少數(shù)超星系團擁有幾十個星系團。本星系群和其附近的約50個星系團構成的超星系團叫做本超星系團。目前天文觀測范圍已經(jīng)擴展到200億光年的廣闊空間，它稱為總星系。
運動和發(fā)展 宇宙天體處于永恒的運動和發(fā)展之中，天體的運動形式多種多樣，例如自轉、各自的空間運動(本動)、繞系統(tǒng)中心的公轉以及參與整個天體系統(tǒng)的運動等。月球一方面自轉一方面圍繞地球運轉，同時又跟隨地球一起圍繞太陽運轉。太陽一方面自轉，一方面又向著武仙座方向以20千米／秒的速度運動，同時又帶著整個太陽系以250千米／秒的速度繞銀河系中心運轉，運轉一周約需2.2億年。銀河系也在自轉，同時也有相對于鄰近的星系的運動。本超星系團也可能在膨脹和自轉?？傂窍狄苍谂蛎?。
現(xiàn)代天文學已經(jīng)揭示了天體的起源和演化的歷程。當代關于太陽系起源學說認為，太陽系很可能是50億年前銀河系中的一團塵埃氣體云(原始太陽星云)由于引力收縮而逐漸形成的（見太陽系起源）。恒星是由星云產(chǎn)生的，它的一生經(jīng)歷了引力收縮階段、主序階段、紅巨星階段、晚期階段和臨終階段。星系的起源和宇宙起源密切相關，流行的看法是：在宇宙發(fā)生熱大爆炸后40萬年，溫度降到4000K，宇宙從輻射為主時期轉化為物質為主時期，這時或由于密度漲落形成的引力不穩(wěn)定性，或由于宇宙湍流的作用而逐步形成原星系，然后再演化為星系團和星系。熱大爆炸宇宙模型描繪了我們的宇宙的起源和演化史：我們的宇宙起源于200億年前的一次大爆炸，當時溫度極高、密度極大。隨著宇宙的膨脹，它經(jīng)歷了從熱到冷、從密到稀、從輻射為主時期到物質為主時期的演變過程，直至10～20億年前，才進入大規(guī)模形成星系的階段，此后逐漸形成了我們當今看到的宇宙。1980年提出的暴漲宇宙模型則是熱大爆炸宇宙模型的補充。它認為在宇宙極早期，在我們的宇宙誕生后約10-36秒的時候，它曾經(jīng)歷了一個暴漲階段。
哲學分析 宇宙概念 有些宇宙學家認為，我們的宇宙是唯一的宇宙；大爆炸不是在宇宙空間的哪一點爆炸，而是整個宇宙自身的爆炸。但是，新提出的暴漲模型表明，我們的宇宙僅是整個暴漲區(qū)域的非常小的一部分，暴漲后的區(qū)域尺度要大于1026厘米，而那時我們的宇宙只有10厘米。還有可能這個暴漲區(qū)域是一個更大的始于無規(guī)則混沌狀態(tài)的物質體系的一部分。這種情況恰如科學史上人類的認識從太陽系宇宙擴展到星系宇宙，再擴展到大尺度宇宙那樣，今天的科學又正在努力把人類的認識進一步向某種探索中的“暴漲宇宙”、“無規(guī)則的混沌宇宙”推移。我們的宇宙不是唯一的宇宙，而是某種更大的物質體系的一部分，大爆炸不是整個宇宙自身的爆炸，而是那個更大物質體系的一部分的爆炸。因此，有必要區(qū)分哲學和自然科學兩個不同層次的宇宙概念。哲學宇宙概念所反映的是無限多樣、永恒發(fā)展的物質世界；自然科學宇宙概念所涉及的則是人類在一定時代觀測所及的最大天體系統(tǒng)。兩種宇宙概念之間的關系是一般和個別的關系。隨著自然科學宇宙概念的發(fā)展，人們將逐步深化和接近對無限宇宙的認識。弄清兩種宇宙概念的區(qū)別和聯(lián)系，對于堅持馬克思主義的宇宙無限論，反對宇宙有限論、神創(chuàng)論、機械論、不可知論、哲學代替論和取消論，都有積極意義。
【宇宙的創(chuàng)生】
有些宇宙學家認為，暴漲模型最徹底的改革也許是觀測宇宙中所有的物質和能量從無中產(chǎn)生的觀點，這種觀點之所以在以前不能為人們接受，是因為存在著許多守恒定律，特別是重子數(shù)守恒和能量守恒。但隨著大統(tǒng)一理論的發(fā)展，重子數(shù)有可能是不守恒的，而宇宙中的引力能可粗略地說是負的，并精確地抵消非引力能，總能量為零。因此就不存在已知的守恒律阻止觀測宇宙從無中演化出來的問題。這種“無中生有”的觀點在哲學上包括兩個方面：①本體論方面。如果認為“無”是絕對的虛無，則是錯誤的。這不僅違反了人類已知的科學實踐，而且也違反了暴漲模型本身。按照該模型，我們所研究的觀測宇宙僅僅是整個暴漲區(qū)域的很小的一部分，在觀測宇宙之外并不是絕對的“無”?，F(xiàn)在觀測宇宙的物質是從假真空狀態(tài)釋放出來的能量轉化而來的，這種真空能恰恰是一種特殊的物質和能量形式，并不是創(chuàng)生于絕對的“無”。如果進一步說這種真空能起源于“無”，因而整個觀測宇宙歸根到底起源于“無”，那么這個“無”也只能是一種未知的物質和能量形式。②認識論和方法論方面。暴漲模型所涉及的宇宙概念是自然科學的宇宙概念。這個宇宙不論多么巨大，作為一個有限的物質體系 ，也有其產(chǎn)生、發(fā)展和滅亡的歷史。暴漲模型把傳統(tǒng)的大爆炸宇宙學與大統(tǒng)一理論結合起來，認為觀測宇宙中的物質與能量形式不是永恒的，應研究它們的起源。它把“無”作為一種未知的物質和能量形式，把“無”和“有”作為一對邏輯范疇，探討我們的宇宙如何從“無”——未知的物質和能量形式，轉化為“有”——已知的物質和能量形式，這在認識論和方法論上有一定意義。
【時空起源】
有些人認為，時間和空間不是永恒的，而是從沒有時間和沒有空間的狀態(tài)產(chǎn)生的。根據(jù)現(xiàn)有的物理理論，在小于10-43秒和10-33厘米的范圍內，就沒有一個“鐘”和一把“尺子”能加以測量，因此時間和空間概念失效了，是一個沒有時間和空間的物理世界。這種觀點提出已知的時空形式有其適用的界限是完全正確的。正像歷史上的牛頓時空觀發(fā)展到相對論時空觀那樣，今天隨著科學實踐的發(fā)展也必然要求建立新的時空觀。由于在大爆炸后10-43秒以內，廣義相對論失效，必須考慮引力的量子效應，因此有些人試圖通過時空的量子化的途徑來探討已知的時空形式的起源。這些工作都是有益的，但我們決不能因為人類時空觀念的發(fā)展或者在現(xiàn)有的科學技術水平上無法度量新的時空形式，而否定作為物質存在形式的時間、空間的客觀存在。
人和宇宙 從本世紀60年代開始，由于人擇原理的提出和討論，出現(xiàn)了人類存在和宇宙產(chǎn)生的關系問題。人擇原理認為 ，可能存在許多具有不同物理參數(shù)和初始條件的宇宙，但只有物理參數(shù)和初始條件取特定值的宇宙才能演化出人類，因此我們只能看到一種允許人類存在的宇宙。人擇原理用人類的存在去約束過去可能有的初始條件和物理定律，減少它們的任意性，使一些宇宙學現(xiàn)象得到解釋，這在科學方法論上有一定的意義。但有人提出，宇宙的產(chǎn)生依賴于作為觀測者的人類的存在。這種觀點值得商榷?，F(xiàn)在根據(jù)暴漲模型，那些被傳統(tǒng)大爆炸模型作為初始條件的狀態(tài)，有可能從極早期宇宙的演化中產(chǎn)生出來，而且宇宙的演化幾乎變得與初始條件的一些細節(jié)無關。這樣就使上述那種利用初始條件的困難來否定宇宙客觀實在性的觀點失去了基礎。但有些人認為，由于暴漲引起的巨大距離尺度，使得從整體上去觀測宇宙的結構成為不可能。這種擔心有其理由，但如果暴漲模型正確的話，隨著科學實踐的發(fā)展，一定有可能突破人類認識上的困難。
【宇宙物質多樣性】
太陽系天體中，水星、金星表面溫度約達700K，遙遠的冥王星向日面的溫度最高時也只有50K；金星表面籠罩著濃密的二氧化碳大氣和硫酸云霧，氣壓約50個大氣壓，水星、火星表面大氣卻極其稀薄，水星的大氣壓甚至小于2×10-9毫巴；類地行星(水星、金星、火星)都有一個固體表面，類木行星卻是一個流體行星；土星的平均密度為0.70克／厘米3，比水的密度還小，木星、天王星、海王星的平均密 度略大于水的密度，而水星、金星、地球等的密度則達到水的密度的5倍以上；多數(shù)行星都是順向自轉，而金星是逆向自轉；地球表面生機盎然，其他行星則是空寂荒涼的世界。
太陽在恒星世界中是顆普遍而又典型的恒星。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，有些紅巨星的直徑為太陽直徑的幾千倍。中子星直徑只有太陽的幾萬分之一；超巨星的光度高達太陽光度的數(shù)百萬倍，白矮星光度卻不到太陽的幾十萬分之一。紅超巨星的物質密度小到只有水的密度的百萬分之一，而白矮星、中子星的密度分別可高達水的密度的十萬倍和百萬億倍。太陽的表面溫度約為6000K，O型星表面溫度達30000K，而紅外星的表面溫度只有約600K。太陽的普遍磁場強度平均為1×10-4特斯拉，有些磁白矮星的磁場通常為幾千、幾萬高斯（1高斯＝10-4特斯拉），而脈沖星的磁場強度可高達十萬億高斯。有些恒星光度基本不變，有些恒星光度在不斷變化，稱變星。有的變星光度變化是有周期的，周期從1小時到幾百天不等。有些變星的光度變化是突發(fā)性的，其中變化最劇烈的是新星和超新星，在幾天內，其光度可增加幾萬倍甚至上億倍。
恒星在空間常常聚集成雙星或三五成群的聚星，它們可能占恒星總數(shù)的1／3。也有由幾十、幾百乃至幾十萬個恒星聚在一起的星團。宇宙物質除了以密集形式形成恒星、行星等之外，還以彌漫的形式形成星際物質。星際物質包括星際氣體和塵埃，平均每立方厘米只有一個原子，其中高度密集的地方形成形狀各異的各種星云。宇宙中除發(fā)出可見光的恒星、星云等天體外，還存在紫外天體、紅外天體、X射線源、γ射線源以及射電源。
星系按形態(tài)可分為橢圓星系、旋渦星系、棒旋星系、透鏡星系和不規(guī)則星系等類型。60年代又發(fā)現(xiàn)許多正在經(jīng)歷著爆炸過程或正在拋射巨量物質的河外天體，統(tǒng)稱為活動星系，其中包括各種射電星系、塞佛特星系、N型星系、馬卡良星系、蝎虎座BL型天體，以及類星體等等。許多星系核有規(guī)模巨大的活動：速度達幾千千米／秒的氣流，總能量達1055焦耳的能量輸出，規(guī)模巨大的物質和粒子拋射，強烈的光變等等。在宇宙中有種種極端物理狀態(tài)：超高溫、超高壓、超高密、超真空、超強磁場、超高速運動、超高速自轉、超大尺度時間和空間、超流、超導等。為我們認識客觀物質世界提供了理想的實驗環(huán)境。
現(xiàn)代天文學已經(jīng)揭示了天體的起源和演化的歷程。當代關于太陽系起源學說認為，太陽系很可能是50億年前銀河系中的一團塵埃氣體云(原始太陽星云)由于引力收縮而逐漸形成的（見 太陽系起源 ）。恒星是由星云產(chǎn)生的，它的一生經(jīng)歷了引力收縮階段、主序階段、紅巨星階段、晚期階段和臨終階段。星系的起源和宇宙起源密切相關，流行的看法是：在宇宙發(fā)生熱大爆炸后40萬年，溫度降到4000K，宇宙從輻射為主時期轉化為物質為主時期，這時或由于密度漲落形成的引力不穩(wěn)定性，或由于宇宙湍流的作用而逐步形成原星系，然后再演化為星系團和星系。熱大爆炸宇宙模型描繪了我們的宇宙的起源和演化史：我們的宇宙起源于200億年前的一次大爆炸，當時溫度極高、密度極大。隨著宇宙的膨脹，它經(jīng)歷了從熱到冷、從密到稀、從輻射為主時期到物質為主時期的演變過程，直至10～20億年前，才進入大規(guī)模形成星系的階段，此后逐漸形成了我們當今看到的宇宙。1980年提出的暴漲宇宙模型則是熱大爆炸宇宙模型的補充。它認為在宇宙極早期，在我們的宇宙誕生后約10 -36 秒的時候，它曾經(jīng)歷了一個暴漲階段。
時空起源 有些人認為，時間和空間不是永恒的，而是從沒有時間和沒有空間的狀態(tài)產(chǎn)生的。根據(jù)現(xiàn)有的物理理論，在小于10 -43 秒和10 -33 厘米的范圍內，就沒有一個“鐘”和一把“尺子”能加以測量，因此時間和空間概念失效了，是一個沒有時間和空間的物理世界。這種觀點提出已知的時空形式有其適用的界限是完全正確的。正像歷史上的牛頓時空觀發(fā)展到相對論時空觀那樣，今天隨著科學實踐的發(fā)展也必然要求建立新的時空觀。由于在大爆炸后10 -43 秒以內，廣義相對論失效，必須考慮引力的量子效應，因此有些人試圖通過時空的量子化的途徑來探討已知的時空形式的起源。這些工作都是有益的，但我們決不能因為人類時空觀念的發(fā)展或者在現(xiàn)有的科學技術水平上無法度量新的時空形式，而否定作為物質存在形式的時間、空間的客觀存在。
人和宇宙 從本世紀60年代開始，由于人擇原理的提出和討論，出現(xiàn)了人類存在和宇宙產(chǎn)生的關系問題。人擇原理認為，可能存在許多具有不同物理參數(shù)和初始條件的宇宙，但只有物理參數(shù)和初始條件取特定值的宇宙才能演化出人類，因此我們只能看到一種允許人類存在的宇宙。人擇原理用人類的存在去約束過去可能有的初始條件和物理定律，減少它們的任意性，使一些宇宙學現(xiàn)象得到解釋，這在科學方法論上有一定的意義。但有人提出，宇宙的產(chǎn)生依賴于作為觀測者的人類的存在。這種觀點值得商榷。現(xiàn)在根據(jù)暴漲模型，那些被傳統(tǒng)大爆炸模型作為初始條件的狀態(tài)，有可能從極早期宇宙的演化中產(chǎn)生出來，而且宇宙的演化幾乎變得與初始條件的一些細節(jié)無關。這樣就使上述那種利用初始條件的困難來否定宇宙客觀實在性的觀點失去了基礎。但有些人認為，由于暴漲引起的巨大距離尺度，使得從整體上去觀測宇宙的結構成為不可能。這種擔心有其理由，但如果暴漲模型正確的話，隨著科學實踐的發(fā)展，一定有可能突破人類認識上的困難。
未來宇宙科學
宇宙科學大大深化了人們對宇宙結構、起源和演化的認識，為了解物質結構和相互作用提供了新的統(tǒng)一圖景。在地外生命等重大問題的研究中，天文學將更進一步與物理學交叉，并與許多領域緊密地聯(lián)系在一起。
中國的載人飛船和空間站何時能夠遨游太空？在新千年即將來臨之際，67歲的飛船總設計師戚發(fā)軔教授發(fā)表了談話。
試驗飛船發(fā)射入軌并圓滿返回到預定區(qū)域，為我國在21世紀前十年內實現(xiàn)把宇航員送上太空并安全返回打下了堅實的基礎。
21世紀，人類開發(fā)利用豐富的空間資源將成為必然?？臻g資源主要有軌道資源、環(huán)境資源和物質資源。開發(fā)利用空間資源，人必須要較長時間在空間環(huán)境工作，并要往返于地球和空間站之間。載人飛船只是往返天地之間的運輸工具，最終必須依賴長期在空間工作的空間站。建立空間站，一要解決太空人出艙，二要解決飛船與空間站的相互交會對接等技術難題。下個世紀，我國掌握空間站的關鍵技術應該不成問題。
“宇宙”一詞，最早大概出自我國古代著名哲學家墨子（約公元前468-376）。他用“宇”來指東、西、南、北，四面八方的空間，用“宙”來指古往今來的時間，合在一起便是指天地萬物，不管它是大是小，是遠是近；是過去的，現(xiàn)在的，還是將來的；是認識到的，還是未認識到的……總之是一切的一切。
從哲學的觀點看。人們認為宇宙是無始無終，無邊無際的。不過，對這個深奧的概念我們不打算做深入的探討，還是留給哲學家們去研究。我們不妨把眼光縮小一些，講一講利用我們現(xiàn)有的科學技術所能了解和觀測的宇宙，人們把它稱為“我們的宇宙”或“總星系”。
從最新的觀測資料看，人們已觀測到的離我們最遠的星系是130億光年。也就是說，如果有一束光以每秒30萬千米的速度從該星系發(fā)出，那么要經(jīng)過130億年才能到達地球。這130億光年的距離便是我們今天所知道的宇宙的范圍。再說得明確一些，我們今天所知道的宇宙范圍，或者說大小，是一個以地球為中心，以130億光年的距離為半徑的球形空間。當然，地球并不真的是什么宇宙的中心，宇宙也未必是一個球體，只是限于我們目前的觀測能力，我們只能了解到這一程度。
在這個以130億光年為半徑的球形空間里，目前已被人們發(fā)現(xiàn)和觀測到的星系大約有1250億個，而每個星系又擁有像太陽這樣的恒星幾百到幾萬億顆。因此只要做一道簡單的數(shù)學題，你就不難了解到，在我們已經(jīng)觀測到的宇宙中擁在多少星星。地球在如此浩瀚的宇宙中，真如滄海一粟，渺小得微不足道。
一直以來， 天文學家和我們一樣，想知道宇宙究竟有多大。最近，美國的太空網(wǎng)報道，經(jīng)過艱苦的計算工作，天文學家發(fā)現(xiàn)宇宙超乎尋常的大，其長度至少為1560億光年。“這樣一個有關宇宙大小的發(fā)現(xiàn)，顯然是以‘宇宙是球形的，是有限無邊的’為前提條件的。”中國國家天文臺的研究員陳大明在接受記者專訪時說，“長期以來，宇宙學研究領域一直有這樣一個爭論，宇宙究竟是球形的、馬鞍形的、還是平坦的。”北京師范大學副教授張同杰說：“國際主流宇宙學普遍認為宇宙是平坦的，是無限的。”那么，圍繞宇宙的爭論從何而來？理據(jù)何在？一種最為普遍的觀點：在大爆炸之后，宇宙誕生了。“根據(jù)現(xiàn)代宇宙學中最有影響的大爆炸學說，我們的宇宙是大約137億年前由一個非常小的點爆炸產(chǎn)生的，目前宇宙仍在膨脹。”陳大明研究員說，“這一學說得到大量天文觀測的證實。”這一學說認為，宇宙誕生初期，溫度非常高，隨著宇宙的膨脹，溫度開始降低，中子、質子、電子產(chǎn)生了。此后，這些基本粒子就形成了各種元素，這些物質微粒相互吸引、融合，形成越來越大的團塊，這些團塊又逐漸演化成星系，恒星、行星，在個別的天體上還出現(xiàn)了生命現(xiàn)象，能夠認識宇宙的人類最終誕生了。宇宙是球形的、有限無邊的？“認為宇宙是球形的觀點在很長時間內存在著，盡管不是國際宇宙學界的主流。”陳大明介紹說，“它的每一次提出，都會引起人們的關注，就是因為這一觀點很奇特。”一個最為明顯的例子就是不久前，由美國數(shù)學家杰弗里·威克斯構建的宇宙模型：一個大小有限、形狀如同足球的鏡子迷宮。“形如足球”的模型令科學界震驚，因為這一學說宣稱，宇宙之所以令人產(chǎn)生無邊無界的“錯覺”，是因為這個有限空間通過“返轉”效應無限重復映現(xiàn)自身。威克斯認為，人們之所以感覺宇宙是無限的，是因為宇宙就像一個鏡子迷宮，光線傳過來又傳過去，讓人們發(fā)生錯覺，誤以為宇宙在無限伸展。這一驚人推斷后來被《新科學家》雜志收錄，同時作為一種“奇談”在民間廣為流傳著。
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