宇宙到底怎么個(gè)“大”法？

董亮

人們說(shuō)，宇宙很大。但要真正了解宇宙有多大，我們可能無(wú)能為力。一方面，我們?nèi)粘５恼Z(yǔ)言和概念很難形容宇宙的廣闊;另一方面，我們觀察到的宇宙范圍有限;再一方面，我們可能甚至遭到無(wú)法克服的束縛，從而使我們永遠(yuǎn)沒(méi)有觀察宇宙真相的工具。

天文數(shù)字

大部分人連對(duì)地球的大小都沒(méi)有概念，更別說(shuō)銀河系和星際空間了。我們常常使用光年—光一年能走過(guò)的距離—作為度量單位，因?yàn)橛霉馑傩稳?，似乎比一個(gè)幾萬(wàn)億公里之類的數(shù)值更加直觀。當(dāng)光成為參照物時(shí)，我們就可以說(shuō)光從地球到達(dá)月亮需要1.3秒，來(lái)描述地月距離。

然而，我們?nèi)粘Ｋ兄墓馐且环N瞬間到來(lái)、瞬間消失的物質(zhì)。這種無(wú)法捕捉到距離概念的物質(zhì)，又怎樣幫助我們真正感受距離呢？用光來(lái)描述距離，就好像用原子的數(shù)量來(lái)描述高樓大廈的高度。

再有創(chuàng)意一點(diǎn)，我們可以將生活經(jīng)驗(yàn)代入。月亮離地球有3200萬(wàn)臺(tái)校車連起來(lái)那么長(zhǎng)！如果你以60英里時(shí)速開(kāi)校車去月球，要走166天！看上去很形象，但這能有多大幫助呢？不好說(shuō)。

數(shù)字大到一定程度、遠(yuǎn)離我們生活的范疇，我們就對(duì)它失去概念了。有時(shí)，為了讓大數(shù)字看上去不要那么夸張，我們會(huì)“作弊”一下。例如把描述天文距離的計(jì)量單位弄得數(shù)值很大，從公里到光年，到秒差距，到千秒差距、兆秒差距、千兆秒差距……這樣寫(xiě)起來(lái)比較舒服。

在太陽(yáng)系之內(nèi)，我們?nèi)サ侥骋粋€(gè)點(diǎn)（例如太陽(yáng)系邊緣）要花多長(zhǎng)時(shí)間、走多遠(yuǎn)路，多少都可以用人們能理解的方式描述一番。但理解整個(gè)宇宙不能用這種方法。

理解宇宙距離的困難，不僅僅在于數(shù)字大得沒(méi)邊，而且和宇宙的性質(zhì)有關(guān)。從“大爆炸”開(kāi)始，宇宙就在擴(kuò)張，而且沒(méi)有停下來(lái)的跡象。當(dāng)仰望天上星河的時(shí)候，你不但要明白那些星星的年齡已經(jīng)十分古老，你還要知道它們?cè)缇筒辉倭粼谀闼吹降奈恢昧恕?/p>

就拿超新星爆發(fā)來(lái)說(shuō)吧。10億光年外的超新星爆發(fā)，意味著爆發(fā)發(fā)生在10億年前，因?yàn)楣庾吡?0億年才被我們看到。但是隨著宇宙擴(kuò)張，現(xiàn)在它卻離我們不止10億光年了。

所以討論宇宙距離的時(shí)候，絕大多數(shù)人會(huì)犯迷糊：討論天體離我們有多遠(yuǎn)，究竟是討論它們過(guò)去離我們有多遠(yuǎn)、還是現(xiàn)在離我們有多遠(yuǎn)呢？比較A天體離我們有多遠(yuǎn)和B天體離我們有多遠(yuǎn)，A天體、B天體和地球三者之間的距離關(guān)系又怎樣理解呢？

無(wú)限有界

雖然宇宙距離概念令人頭暈?zāi)X漲，但科學(xué)家依然努力嘗試了解宇宙的大小和邊界。無(wú)數(shù)的星系被觀察，無(wú)數(shù)的星系圖被繪制。人們?cè)噲D從中尋找線索，了解宇宙的邊緣或者中心在哪里。

然而，一無(wú)所獲。

人們似乎只能相信，宇宙是無(wú)限的。無(wú)論從哪個(gè)方向觀察，它的形式不會(huì)有太明顯的變化。地球所在的銀河就像沙漠中的一粒沙，一旦把鏡頭拉遠(yuǎn)，沙漠中的所有東西，多多少少都是同一個(gè)樣子。

宇宙可能是無(wú)限的，但人類觀察到的宇宙是有邊界的。無(wú)論望遠(yuǎn)鏡有多強(qiáng)大、無(wú)論觀察多長(zhǎng)的時(shí)間，人類的觀察，無(wú)法突破一個(gè)叫作“可觀測(cè)宇宙”的范圍的束縛。可觀測(cè)宇宙是一個(gè)想象中的球狀物，人類處于球的中心。球的大小由光速和宇宙的年齡來(lái)界定：當(dāng)一束光用宇宙誕生的所有時(shí)間來(lái)到我們眼前時(shí)，這束光走過(guò)的距離，就是可觀測(cè)宇宙的球半徑。

宇宙誕生的第一束光，用了138億年才讓人類看到。人們看到這束光時(shí)，就看到宇宙的過(guò)去，看到宇宙最初的樣子。這束光被稱為“宇宙地平線”。而宇宙地平線以外的東西實(shí)在太遠(yuǎn)，即使從宇宙誕生起就開(kāi)始出發(fā)，現(xiàn)在依然不能走到人類面前。

人們相信，宇宙地平線以外肯定還有星系。正如當(dāng)人站在陸地上望向海洋，海洋看似一望無(wú)際;但人坐上船后，地平線會(huì)發(fā)生變化，最終在某一個(gè)位置，人會(huì)看到另一片陸地。假如乘著星際飛船飛到宇宙另一個(gè)角落，人類也會(huì)看到新的宇宙地平線?？上芪锢矶珊涂萍及l(fā)展的限制，人類目前無(wú)法去另一個(gè)能對(duì)宇宙展開(kāi)全新觀察的地方，但依然可以通過(guò)觀察宇宙地平線本身，來(lái)猜想地平線以外的世界。

可觀測(cè)宇宙的邊緣是一幅令人震撼的圖景。越遙遠(yuǎn)的光越古老，最早的宇宙像烘爐一樣，熱氣和火焰稠密地混合在一起。隨著宇宙擴(kuò)張，烘爐狀態(tài)在38萬(wàn)年后開(kāi)始緩和，宇宙的溫度逐漸冷卻，光以及其他粒子開(kāi)始可以自由運(yùn)動(dòng)。

燃燒的宇宙構(gòu)成了可觀測(cè)宇宙的邊界。但正如前面超新星例子所說(shuō)明那樣，宇宙地平線離我們遠(yuǎn)遠(yuǎn)不只138億光年。通過(guò)收集各類數(shù)據(jù)，人們可以測(cè)算宇宙擴(kuò)張的速度，從而得知可觀測(cè)宇宙的邊界目前離地球約有450億光年之遙。

無(wú)論探索宇宙之大有多困難，人類從不停止努力。古人又何嘗想到，我們現(xiàn)在已經(jīng)有能力看到宇宙原始的樣子呢？或許隨著時(shí)間流逝，人類將繼續(xù)前進(jìn)，揭開(kāi)宇宙故事的完整真相。

（夏可可薦自《看世界》）