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第2章 宇宙到底有没有尽头

人类对宇宙的认识可以追溯到远古时代。在中国有夸父追日的传说。在传说中,天地开始是一片混沌,后来夸父累死之后,才混沌初开。在西方,有上帝造人的传说,在上帝造人的七日之后,天地初开。一直到现在,人类对宇宙的探索还在进行当中。面对浩渺无垠的宇宙,几乎没有人知道它来自哪里又将去向何方,而其中究竟隐藏着多么巨大的秘密?这正是人类千百年,甚至数万年来急于解开之谜。

对于宇宙是什么概念这个问题,让我们先有一个清晰的认识。古人云,上下四方为之宇,古往今来为之宙(详见《淮南子·原道训》)。按照物理学的观点,上下四方是空间,也就是一个三维的概念,而古往今来的时间,是一个一维的概念,所以,宇宙两个字联系起来,是一个四维空间,可见古人对于宇宙的定义,是带有朴素的唯物辩证法的观点的。而按照现代的观点,宇宙是指广漠空间和其中存在的各种天体以及弥漫物质的总称,并且宇宙是处于不断的运动和发展之中的。也就是说人类目所能及的地方以及人类还没有看到但是仍然存在的物质都是宇宙。

人类对宇宙认识进程,先从地球开始,再从地球伸展到太阳系,直到18世纪,在人们心目中,宇宙还只是太阳系,以为地球是太阳系的中心。随着科学技术的不断发展,人们认识到太阳才是太阳系的中心,而太阳也仅只是天空中数以万计的恒星的一颗。于是人们心目中的“宇宙”扩展到银河系,认为太阳只不过是银河系中密密麻麻恒星中的一颗。

如今,人们已经意识到,在银河系以外,还有许许多多的河外星系的存在。十几个或几十个星系组成星系群。成百上千个星系群组成星系团。众多的星系团共同组成了总星系。

地球,在茫茫宇宙太空,它不过是太阳系大家庭一个普普通通的成员。地球与其他8位行星“兄弟”一起日夜绕着它们的“母亲”——太阳旋转,连同66颗“月球”般的卫士、神秘莫测的彗星、数以千计的小行星和无数的流星,组成太阳系。尽管太阳系有这么多成员,但它所占的宇宙空间直径仅120亿千米。比太阳系范围更大的是银河系。银河系包括有2000多亿颗“太阳”——恒星,所占宇宙空间直径已达10万光年。

银河系并不是宇宙空间的尽头。在银河系之外,还有许许多多星系,人们管它们叫“河外星系”。天文学家已发现10亿多个河外星系,每个河外星系都包含有几亿、几百亿甚至几千亿颗恒星和大量的星云及星际物质。所有河外星系又构成更庞大的总星系。目前,通过人类对宇宙认识进程,先从地球开始,再从地球伸展亿光年的一种似星非星的天体,取名“类星体”。这种天体的发现,把今天人类视线拓展到200亿光年的宇宙深空。

“宇宙到底是什么样子?”目前谁也说不清。值得一提的是史蒂芬·霍金的观点为大多数人所认同。他认为宇宙有限而无界,仅仅是比地球多了几维。比如,我们的地球就是有限而无界的。在地球上,不管从南极走到北极,还是从北极走到南极,你根本不可能找到地球的边界,但你不能由此推断地球是无限的。

从天文学家角度来讲,宇宙是有限的,宇宙的范围实际可以认为是总星系的范围,是一个以一定长度为半径的有限的时间和空间范围,总星系是至今为止天文学家所能探测到的最遥远的世界。目前,我们对宇宙的认识只能到达总星系。

但是,总星系到底有多大?它的边缘在哪里?它的中心又在哪里?宇宙是圆的还是扁平的?这些问题至今仍然是天文学中的不解之谜。爱因斯坦1915年发表广义相对论,1917年就提出一个建立在广义相对论基础上的宇宙模型。这是一个完全出乎人们意料的模型。在这个模型中,宇宙的三维空间是有限无边的,而不受时间变化的影响。最初人们认为,限和边是一个概念,好像桌面边缘。所以桌面是有限有边的二维空间。如果桌面向四面八方无限延伸,那么,这个平面就是无限无边的二维空间。

我们再看一个篮球的表面,倘若篮球的半径为γ,那么球面的面积是4πγ2,大小是有限的。然而,这个球面是无边的。如果有一个小甲虫在它上面爬,永远也走不到尽头。因此,篮球面是一个有限无边的空间。

爱因斯坦为我们提供了一个静态的、有限无边的宇宙模型。大家为此兴奋不已,我们从此得出一个科学的结论,宇宙是不随时间变化的,是有限无边的。于是,关于宇宙有限还是无限的争论终于可以画上一个句号了。

但是随着时代的发展,人们对于宇宙的认识也在发生着变化,从亚里士多德、托勒密、哥白尼、牛顿到爱因斯坦,人们对宇宙的探索在一点点地进步,我们谁也不能预测哪一天会不会有更新的理论取代爱因斯坦的理论。

毕竟,宇宙是不怕研究的。

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