《天問》新篇：科學(xué)家正竭力破解的三個宇宙奧秘

王瑞良

一位智者曾指出，未曾仰望星空的人不可能有深刻的思想，而探索宇宙的激情能為人們鑄就寬廣的胸懷和純潔的心靈。當我們建立起清晰的宇宙觀念并徹悟自身的確切位置時，科學(xué)就會成為信仰的一部分。不斷開拓知識的疆界，走向宏大和遼闊，是我們每一代人不懈的追求和無上的榮光。正是在這一杰出思想的激勵下，一代又一代天文學(xué)家在探索宇宙奧秘的征程中不畏艱險、勇于攀登，獲得了一個又一個的新發(fā)現(xiàn)、新成就。

宇宙何處是“盡頭”

人們通常習(xí)慣于用浩瀚無垠來形容宇宙之大。那么，宇宙究竟有多大？它的“盡頭”在何處？在科學(xué)技術(shù)發(fā)展的不同階段，人們對此的認識和回答是大不相同的。

在20世紀以前的許多個世紀里，人們認為太陽系幾乎就是一切，不相信太陽系以外還可能存在其他星球。到1900年，人們又認為太陽系所屬的銀河系就相當于整個宇宙。至于宇宙的大小，當時最大膽的估計是寬約2萬光年，其中像太陽一樣的恒星，有20億-30億顆。

1920年，根據(jù)當時掌握的測量恒星距離的新方法，天文學(xué)家哈洛-沙普利等人算出了銀河的寬度是10萬光年，其中包含的恒星總數(shù)達2 000億-3 000億顆。同20年前相比，銀河“擴大”了很多，而且這極度擴大了的銀河，并不是宇宙的全部。

差不多與此同時，天文學(xué)家認識到宇宙是由許多個像銀河系一樣的星系集成的，每個星系由幾十億到幾萬億顆星體組成。而且，宇宙不是靜態(tài)的，成群存在的星系彼此相互分離，它們之間的距離越來越大，好像宇宙在不斷“膨脹”。

1929年，美國天文學(xué)家愛德溫-哈勃等人設(shè)計出了確定星系距離的多種方法，證明即使是離我們比較近的星系（例如仙女座星系），離我們也有230萬光年。

20世紀60年代，人們發(fā)現(xiàn)某些曾被認為是我們星系中暗淡的恒星，實際上離我們的星系非常遙遠，它們被稱為“類星體”。這些類星體，最近的離我們也有10億光年，遠的則有120億光年以上。

如果把目前人們對宇宙的認識同1900年相比，那么，現(xiàn)在了解的宇宙要比當年設(shè)想的大100萬信。這個范圍已遠遠超出當時“獨一無二”的銀河系，而包括數(shù)以干億計的類似銀河系的其他星系。

按照“宇宙大爆炸”的模型，可以計算出宇宙的年齡為160億年。這就是說，宇宙“盡頭”的距離理論上應(yīng)是160億光年。但是，據(jù)2019年5月NBC新聞報道，一項最新研究表明，“宇宙大爆炸”發(fā)生在125億-130億年前，據(jù)此可推算出宇宙的“盡頭”不會超過130億光年。

宇宙究竟有多大？它的“盡頭”究竟在何處？也許將永遠是個謎。不過，人們總還是希望找到答案。隨著觀測設(shè)備的改進和觀測技術(shù)的提高，人類對宇宙的認識將不斷深化，也許有朝一日，能夠更準確地推算出宇宙的年齡，從而找到真正的宇宙“盡頭”吧。

天上星星知多少

每個人在孩提時代大概都有過這樣的夢幻經(jīng)歷：在繁星滿天的夜晚，仰望天空數(shù)星星，一顆、兩顆、三顆……總也數(shù)不清。這或許是人類探求未知的本能使然。這種本能延續(xù)下來，使得一些天文學(xué)家多年來一直在孜孜不倦地從事著“數(shù)星星”這種異常艱難的工作。

我們?nèi)庋劭梢姷男求w，其實大部分都是恒星。在浩瀚無垠的宇宙中，究竟有多少顆星星？迄今為止，沒有任何一位科學(xué)家能夠說清楚這個問題。但是，相對準確的答案已經(jīng)有了。

答案之一：7×1022顆。這是澳大利亞國立大學(xué)天文學(xué)和天體物理學(xué)研究院的西蒙-德賴弗教授公布的一項計算結(jié)果。這個數(shù)字是什么樣的概念呢？打一個通俗的比方，把地球上所有海灘和沙漠里的沙粒加起來，也沒有這么多。德賴弗教授是怎樣計算出這一結(jié)果的呢？他們使用射電望遠鏡進行觀測，首先計算出離地球較近的一片空間里有多少個星系;然后通過測量星系的亮度，估計出每個星系里有多少顆星星;接下來，再根據(jù)這個數(shù)字來推斷在可見的宇宙空間里有多少顆星星。

答案之二：1000億的1萬億倍顆。另一種對宇宙各星系恒星數(shù)量的估計是1000億的1萬億信顆，這曾經(jīng)是以美國著名天文學(xué)家卡爾-薩根為代表的不少天文學(xué)家的普遍看法。他們認為，宇宙空間共有1000億個星系，每個星系（包括銀河系）有1000億到1萬億顆恒星。在估計恒星總數(shù)時，薩根的假設(shè)是所有星系中矮星（這是宇宙中最常見的恒星）的比例都與螺旋形的銀河系一樣。他說， “我們對宇宙的很多了解，大都基于我們在自身所處的銀河系內(nèi)部所做的、然后推廣到其他星系的觀測和結(jié)論”。

答案之三：3×1023顆。薩根教授的結(jié)論公布不久，即招來一些天文學(xué)家的質(zhì)疑。他們認為，宇宙中大約有1/3的星系是橢圓形的，并非如薩根所說是螺旋形的，而且這些星系的構(gòu)成方式也與銀河系不同。他們觀測研究的結(jié)果是，宇宙中恒星的數(shù)量應(yīng)當是3×1023顆。

以上都是一些難以想象的巨大數(shù)字，即使對習(xí)慣于與光年、萬億打交道的天文學(xué)家來說也是如此。國際天文學(xué)界在肯定這些研究成果的同時也指出，以上這些數(shù)字并不代表就是整個宇宙中星星的終極數(shù)量，而是在現(xiàn)代科技手段力所能及的范圍內(nèi)，計算出的相對準確的結(jié)果。真正的數(shù)字可能會比這個大得多，甚至是無窮大。

宇宙終結(jié)啥模樣

達爾文的《進化論》告訴我們：世上的任何事物，都會經(jīng)歷一個由發(fā)生到發(fā)展，再到終結(jié)的過程，宇宙也不例外。這不免令人產(chǎn)生一種莫名的恐懼。其實大可不必“杞人憂天”，因為這種情形即使發(fā)生，也是在極其遙遠的未來（有一種理論認為宇宙的壽命至少還有1400億年），對今天的人類生活不會產(chǎn)生影響。而且據(jù)最新的觀測結(jié)果，宇宙的終結(jié)不會突然發(fā)生，不會突然出現(xiàn)另一次“大爆炸”形成熊熊燃燒的大火將一切燒毀，而是會隨著時間的推移，逐漸衰變成一種永恒的、冰冷的黑暗狀態(tài)。這情形就像是一位老人重重地坐在沙發(fā)上，蓋上毯子，等待安息。

至于宇宙終結(jié)的具體形態(tài)，或者說它將來究竟會呈現(xiàn)一種什么樣子，由于這件事情距離我們實在太過遙遠，目前科學(xué)家尚難給出一個明晰的答案。但是，幾種最為大眾所接受的理論已有了。

“大撕裂”假說。這種假說認為，由“大爆炸”而誕生的宇宙，就好比一個貼有不同圖片（星系）的氣球。由于一種神秘莫測的暗能量的作用，這些圖片（星系）會以過山車的速度快速持續(xù)膨脹，從而促使星系相互分離，最終把原子核從原子中撕扯出來，并撕裂宇宙中存在的一切，使宇宙分崩離析。

“大凍結(jié)”假說。這種假說認為，當宇宙“步入老年”時，恒星形成所需的氣體逐漸被消耗殆盡，從而停止發(fā)光。同時.宇宙溫度也漸漸趨近絕對零度，任何宏觀物理過程和生命都將不復(fù)存在，整個宇宙將逐漸陷入一片黑暗混沌的“大凍結(jié)”（也稱“熱寂”）狀態(tài)。由于人們對暗能量的本質(zhì)屬性知之不多，因此宇宙未來的命運可能是“大撕裂”，也可能是“大凍結(jié)”，或者是先發(fā)生“大凍結(jié)”，再進入“大撕裂”。

“大擠壓”假說。這種假說或許最能激發(fā)公眾的想象力：在宇宙各種“力”和“能”的長期博弈中，萬有引力最終獲勝，從而使宇宙回到“大爆炸”之前的狀態(tài)，正如一根彈簧在拉伸后會收縮一樣。這個過程也被稱為“大擠壓”，它與宇宙“原路返回”不同。換句話說，不像電影倒帶那樣。也有科學(xué)家認為，在這種“大擠壓”之后， “大爆炸”會反復(fù)出現(xiàn)，這種循環(huán)往復(fù)的情形也被稱為“大反彈”。

除此以外，關(guān)于宇宙終結(jié)的假說，還有“大坍縮”“大吞噬”和“偽真空”等。

（責(zé)任編輯：白玉磊）