我們知道宇宙在膨脹，卻弄不懂金字塔

哈勃的觀測：星星正在飛離我們——宇宙在膨脹

我們現在所處的宇宙，是什么狀態？

目前，科學界普遍認可的宇宙模型是大爆炸模型，也就是說宇宙正在膨脹。此外，他們還認為從大爆炸開始后，宇宙大約已經膨脹了130多億年。這一重大問題的發現，得益于哈勃的觀測。

愛德溫·鮑威爾·哈勃，1889年11月出生于美國密蘇里州。1906年，17歲的哈勃高中畢業后獲得芝加哥大學獎學金，前往芝加哥大學學習。大學期間，他深受天文學家海爾啟發，開始對天文學產生濃厚興趣，在該校時即獲數學和天文學的校內學位。1910年，21歲的哈勃從芝加哥大學畢業后，前往英國牛津大學學習法律，并于23歲獲文學學士學位。1913年，哈勃在美國肯塔基州開業當律師，但由于對天文學的熱愛，不久后他就放棄律師職業，于1914年返回芝加哥大學葉凱士天文臺攻讀研究生，并于1918年獲得博士學位。隨后，在獲得天文學哲學博士學位和從軍兩年后，1919年哈勃接受海爾的邀請，趕赴威爾遜天文臺（現屬海爾天文臺）工作。此后，除第二次世界大戰期間曾到美國軍隊服役外，哈勃一直在威爾遜天文臺工作。

當時的天文學界，雖然牛頓已經提出了引力理論，表明恒星之間因引力相互吸引，但沒有人正式提出宇宙有可能在膨脹。甚至那些相信宇宙不可能靜止的人，非但沒有想到這一層，反而試圖修正牛頓的理論，使引力在非常大的距離之下變成排斥的。這種做法，能夠使無限分布的恒星保持一個平衡狀態，即臨近恒星之間的吸引力會被遠距離外的恒星帶來的斥力所平衡。但顯而易見，這種平衡態是非常脆弱的，一旦某一區域內的恒星稍微相互靠近一些，它們之間的引力就會增強，當超過斥力的作用便會使這些恒星繼續吸引到一塊去。

簡言之，由于長時間以來人們都習慣了相信永恒的真理，或者認為雖然人類會生老病死，但宇宙必須是不朽的不變的。所以，即便牛頓引力論表明宇宙不可能靜止，且實際情況又表明宇宙中的恒星沒有落到一處去，人們依然不愿意考慮宇宙正在膨脹。正是在這樣的背景下，哈勃作出了一個里程碑式的觀測。

20世紀初，哈勃與其助手赫馬森合作，在他本人所測定的星系距離以及斯萊弗的觀測結果基礎上，最終發現了遙遠星系的現狀，即無論你往哪個方向上看，遠處的星系都在快速地飛離我們而去。這個結論直接表明了，宇宙正在膨脹。隨后，哈勃又提出了星系的退行速度與距離成正比的哈勃定律。

哈勃的觀測及哈勃定律的提出，為現代宇宙學中占據主導地位的宇宙膨脹模型提供了有利證據，有力地推動了現代宇宙學的發展。此外，哈勃還發現了河外星系的存在，是河外天文學的奠基人，并被天文學界尊稱為“星系天文學之父”。為紀念哈勃，小行星2069、月球上的哈勃環形山及哈勃太空望遠鏡都以他的名字來命名。

望遠鏡中的宇宙：我們看到的，是過去的宇宙

我們現在從望遠鏡中看到的宇宙，就是這一時刻的宇宙景象嗎？

答案是否定的。此時此刻，你從望遠鏡中觀測到的宇宙，其實只是它過去的樣子，至于它此刻到底發生了什么，我們無從知道。望遠鏡，其實就像是一臺時間機器，將我們帶入了宇宙的過去，我們觀測得距離越遙遠，看到的宇宙景象就越古老。

試著想一下吧！宇宙中的長度單位是光年，在真空中光一年傳播的距離可以達到9.5萬億千米。按照這個速度來看，從太陽到地球，光只需要走不到8分鐘的時間。也就是說，如果此刻我們看到了太陽光，那么這束光其實是太陽8分鐘之前就發出的。同樣的道理，地球距離半人馬座α星的距離是大約4.22光年，因此我們此刻看到的比鄰星也是它4年多前的影像。如此一來，我們看到的，不就是過去的宇宙嗎？

當然了，幾年的時間，跟那么多恒星幾百億年的生命歷程相比是微不足道的，宇宙中多得是距離我們幾百萬光年、幾千萬光年甚至是幾億光年的天體。當我們從望遠鏡中看到它們的時候，事實上從它們發出的光線已經在宇宙中傳播了幾百萬年、幾千萬年甚至幾億年。也就是說，我們現在從望遠鏡中看到的天體的景象，其實已經過去了很長很長的時間，甚至我們看到的一些恒星，很可能早就在茫茫宇宙中消亡了，但從它傳出的光線還在浩瀚的宇宙中不斷傳播，遠遠沒有到達地球。因此完全可以說，天體離我們的距離越遠，我們看到的它們的影像就越古老。

對天文學家來說，找出協調所有科學理論的大統一理論，由此來推斷宇宙的過去和未來，弄清楚生命起源和宇宙起源的奧秘，是一切科學理論的終極目標。而人的壽命不過區區數十年，人類文明史也不過區區幾千年，跟已經存在了130多億年的宇宙相比，甚至跟已經存在了幾百萬年、幾千萬年的恒星相比，簡直不值一提。對地球上的人類來說，我們無法像觀看春華秋實一樣目睹、觀察一顆恒星的完整生滅過程，更無法由此來得出更多有用的關于宇宙的信息。所以，觀察這些離我們超級遠的星星，甚至是已經消亡的星星，等同于在研究宇宙的過去，它可以幫助人類更好地探尋天體是如何進化的，并由此得出宇宙誕生之初的某些信息。

所以說，要了解宇宙的過去，只要觀測更遠的天體就可以了。當然，這一目標的實現要依賴于人類不斷發展的科技水平，依賴于更加先進的望遠鏡。

金字塔之謎：外星文明的產物或上個世代的地球遺產

作為世界七大奇跡之一，埃及人建造的金字塔顯示出了當時的人類令人驚異的天文知識，成為至今仍難以解開的謎團。

古埃及是世界上歷史上最悠久的文明古國之一，而埃及人建造的金字塔，更以其精湛的建筑技術、精確的定位技術，成為讓建筑技術發達的現代人都驚嘆不已的大工程。作為古埃及法老的陵寢，金字塔建造于沙漠之中，大體分布在尼羅河兩岸，結構精巧，外形宏偉，是埃及的象征。

在諸多埃及金字塔中，首都開羅郊外的胡夫金字塔，是最著名的。這不光是因為它是所有金字塔中最大的，還因為它包含了諸多豐富的天文知識和數學知識。例如，用胡夫金字塔的底部周長除以其高度的兩倍，得到的商值是3.14159，也就是圓周率π，這個精確度超過了希臘人算出的圓周率3.1428；塔內部的直角三角形廳室，各邊之比為3∶4∶5，體現了勾股定理的數值；塔總重約為6000萬噸，若乘以10的15次方，剛好是地球的重量；塔高度的10億倍，恰好是地球到太陽的距離；塔底邊長230.36米，是361.31庫比特（埃及度量單位），這大約是1年的天數；塔底面正方形的縱平分線延伸至無窮遠處，剛好是地球的子午線，而且這條縱平分線不但把地球上的陸地和海洋恰好分成了兩半，也把尼羅河口三角洲平分成了兩半；塔的中心剛好位于各大陸引力的中心。

對于胡夫金字塔內如此多面而又精確的數據，人們不僅奇怪：難道埃及人在遠古時代就已經能夠進行如此精確的天文與地理測量，擁有如此發達的天文學知識了嗎？這樣看來，金字塔是否可能是外星人遺留在地球上的建筑物，或者干脆就是上一個世代地球高度文明遺留的遺產？

當然，這些大膽浪漫的猜測并無確鑿的根據，卻給埃及金字塔蒙上了更多神秘的面紗，也更加劇了人們研究金字塔的熱情。1862年，美國天文學家艾爾文·卡拉克用當時最大的望遠鏡發現了天狼星是甲、乙雙星組成的，甲星是全天第一亮星，乙星一般被稱為天狼星的伴星，是體積較小、無法被肉眼看到的白矮星。但人們在金字塔的經文中，竟然發現了對天狼星雙星系統的記錄。此外，1974年還有學者提出，美洲阿茲特克冥街上的金字塔和神廟等物剛好構成了一副迷你版的太陽系模型，在這副模型中，人們甚至可以看到直到1930年才發現的冥王星的軌道數據。

當然，關于埃及神秘的金字塔，一直眾說紛紜。實際上，關于為什么建造金字塔、什么時候建造的、具體是如何建造的，以及其中為何包含那么多今天人們才觀測到的宇宙數據，這些問題時至今日仍然是未解之謎。金字塔到底是外星人留在地球上的建筑物，還是上個世代地球文明的遺產，目前我們還不得而知。不過，相信終有一天，當我們的科技水平足夠發達，天文知識越來越豐富，對宇宙的認知越來越清晰時，那些隱藏在金字塔數據中的“天文巧合”或許就能得到清晰的解答，金字塔也能最終揭開神秘的面紗。

宇宙未解之謎：虛空中的巨大空洞和宇宙長城

跟地球上的金字塔相比，宇宙中的未解之謎更加令人難以想象。隨著人類不斷探索宇宙的奧妙，人類的視野從地球擴展到太陽系、銀河系、星團、超星系團，但我們依然無法了解宇宙的萬分之一，未來的宇宙，將有更多的謎題等待我們解答。

1981年，一個天文小組在牧夫座和大熊座之間，距離銀河系大約3億光年的地方，發現了一處直徑大約1.5億光年的空間，其中沒有任何天體、星系，甚至也沒有發現暗物質。這樣的宇宙空間就被稱為“空洞”。牧夫座空洞是迄今為止發現的最大的空洞之一，有時候它也被稱為超級空洞。之后，科學家又在其他地方觀測到了空洞的存在。這些幾乎沒有任何星系存在的區域使得宇宙看起來就像一個巨大的蜂巢。2007年，美國天文學家在獵戶座西南方向的波江星座中發現了一個巨大的空洞，其直徑竟達10億光年，這樣的體積遠遠超過了以前發現的任何一個空洞，也大大超出了天文學家們的想象。對此，美國夏威夷大學天文學家布倫特·圖里曾驚訝地說：“那里就像是被人取走了東西，我們想也沒想到會發現這么大的‘空洞’。”

如今，在天文學上，空洞指的是纖維狀結構之間的空間，它與纖維狀結構一起是宇宙組成中最大尺度的結構。通常，空洞中只包含很少或者完全不包含任何星系，一些特別的、空間等同超星系團的大型空洞，也時常被稱為超級空洞或超空洞。不過，宇宙間這些“空洞”到底是如何形成的、形成于何時，至今我們仍不得而知。

除了巨大的“空洞”，宇宙中還存在著許多不可思議的結構，令人類嘆為觀止又無法解釋。1989年，天文學家格勒和赫伽瑞領導的一個小組，在從星系地圖上標注恒星系的分布時，赫然發現星系、星系團的分布即使在大尺度下也不是均勻的，反而連接成了條帶狀結構。這個結構長約7.6億光年，寬度達2億光年，厚度約1500萬光年，就像一條宇宙版的萬里長城。后來，人們就把這個條狀結構稱為“格勒-赫伽瑞長城”。此后，在2003年10月，以普林斯頓大學的天體物理學家J.理查德·格特為首的一組天文學家啟動了一個名為斯隆數字天空觀測計劃的項目，對1/4片天空中的100萬個星系相對地球的方位和距離進行了測繪，并把它們描繪在了一張宇宙地圖上面。結果，運用最新的天文觀測數據，人們從中繪出了一條長達13.7億光年的、由星系組成的宇宙長城，這個后來被命名為“斯隆”的巨大無比的“長城”再一次讓地球人目瞪口呆。

現在人們知道，宇宙版的長城，實際上是由眾多恒星構成的條帶狀結構。通過觀測發現，宇宙中的大量星系都集中在這樣一些特定的區域上，在這種極大的尺度結構上看去就像是長長的鏈條，因此叫宇宙長城。不過，宇宙長城究竟是如何形成的，是否有規律可循，是人類探索宇宙過程中的又一個謎題。

當然，除了宇宙空洞和宇宙長城，宇宙中還有很多謎題等待人類去解答。無論怎樣，隨著人類科技的迅猛發展，相信我們對宇宙的認知會越來越多，越來越清晰。

邁向明天的宇宙學：乘著技術革新之風，向宇宙盡頭進發

宇宙究竟如何產生、發展，又將如何結束？宇宙的構造到底是怎樣的？行星和星系系統究竟是如何演化的？在太陽系之外像人類所在的這種行星系統普遍存在嗎？人類之外，是否還有智慧生命存在？這些問題，是人類一直困擾并迫切想知道的。而自古以來，正是人類對宇宙的這種強烈好奇心，促使天文技術不斷進步，從而推動了宇宙學的發展，讓人們對宇宙的觀測和探索不斷加深。

幾千年以來，人類一直都用肉眼觀察天象，這無疑限制了人類對星空的探索。19世紀40年代，紐約的德雷柏成功完成了一張月亮的銀版照相，首次將攝影技術應用到天文學研究中去，使人類擺脫了幾千年肉眼的限制，看到了更美麗的“星星”世界。雖然，德雷柏當時得到的照片無法與現在的天體攝影照片相媲美，但他的做法是意義深遠的。此后，攝影技術就開始被應用到天文學研究中去。天體攝影最大的優點在于，長時間的曝光，能夠采集到更多的光，這樣就能拍攝到從遠處星系傳來的微弱的光線。例如，很多時候一些星云即使從望遠鏡中人眼也觀測不到，但在照片中能辨認出來。不過，要拍攝一個極其暗淡的天體，常需要若干小時的曝光才能得到較清晰的圖像。此外，照相技術還能很好地保存觀測結果，以便在下次需要的時候可以繼續使用。

攝影技術應用到天文學上的同時，也推動了天文學的革命。以前，天文學家要想觀測到更遠的星系，只能增大望遠鏡的口徑，如1908年美國制造的望遠鏡口徑是1.5米，到1918年就增大到了2.5米，而到1946年又增大到了5米。這之后，除了直到1996年才制造出的口徑為10米的大望遠鏡后，人們一直沒有再制造出其他的大望遠鏡。這無疑是因為大望遠鏡非常重，要想支撐望遠鏡長時間正確地指向天體的方向，在技術上很難辦到。所幸，到20世紀80年代，光電耦合器件CCD的應用讓照相底片也成為歷史。應用CCD照相機，天文學家可以拍攝到望遠鏡采集的光線的90%，這進一步推動了天文學的研究。

隨著科技水平的不斷發展，到20世紀后半葉，新的發現和新的成果不斷涌現。伽馬暴的發現，暗物質的進一步研究，大型計算機的應用，新的高能衛星的觀測應用，大樣本巡天觀測，宇宙空洞以及宇宙長城的發現，類太陽系的發現等，都為天體物理的發展起到了巨大的推動作用。而進入21世紀，人類更將目光投向了外太空，各種新技術的研制、使用，先進的天文觀測衛星的發射升空，以及各國在天文學研究上投入的大量人力、物力、財力，無疑讓我們看到了人類全力探索宇宙、尋找宇宙奧秘的決心。明天的宇宙學，人類將乘著這股技術改革之風，向宇宙的盡頭不斷進發。