第一篇 宇宙誕生之謎

宇宙的誕生

21世紀(jì)到了，世紀(jì)更替，千年狂歡，但人們并沒有忘記那些長期困擾人類的疑問。人們渴望通過找尋這些問題的答案，并以此來更多地了解大自然。

宇宙是永恒不變的嗎？宇宙有多大？宇宙是什么時(shí)候誕生的？宇宙中的物質(zhì)是怎么來的？關(guān)于宇宙的疑問太多了，人們從遠(yuǎn)古時(shí)代就提出了許多諸如此類的問題。

當(dāng)人類第一次仰望蒼穹，看到了廣闊無垠的天空和閃閃發(fā)光的星星，不禁想知道這一切究竟是怎樣產(chǎn)生的。各個(gè)民族、各個(gè)時(shí)代都有種種關(guān)于宇宙形成的傳說。不過那都是建立在想象和幻想基礎(chǔ)上的優(yōu)美的神話故事。在今天，科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展，使人類有了強(qiáng)大的認(rèn)識(shí)自然的工具，但關(guān)于宇宙的成因卻一直沒有定論，都還處在假說階段。人們總結(jié)了一下，大致有以下幾種假說。

第一種假說是“宇宙永恒論”。這種假說認(rèn)為，宇宙并不是動(dòng)蕩不定的，宇宙中的星體、星體的數(shù)目和分布以及它們的空間運(yùn)動(dòng)從開天辟地時(shí)開始，就一直處于一種穩(wěn)定狀態(tài)，宇宙是永恒的。持這種假說的天文學(xué)者把宇宙中的物質(zhì)分成了恒星、小行星、隕石、宇宙塵埃、星云、射電源、脈沖星、類星體、星際介質(zhì)等幾大類，認(rèn)為在大尺度范圍內(nèi)，這些物質(zhì)處于一種力和物質(zhì)的平衡狀態(tài)。也就是說，一些星體在某處消逝了，另一些新的星體一定會(huì)在另一處產(chǎn)生。宇宙在整體范圍內(nèi)是穩(wěn)定的，即使發(fā)生了變化，也只是局部的變化。

第二種假說是“宇宙分層論”，這一觀點(diǎn)認(rèn)為宇宙的結(jié)構(gòu)是分層次的，恒星是一個(gè)層次，恒星集合組成星系是一個(gè)層次，若干個(gè)星系結(jié)合在一起組成的星系團(tuán)是一個(gè)層次，一些星系團(tuán)再組成超星系，成為一個(gè)更高的層次。

第三種假說就是到目前為止許多科學(xué)家都比較贊同的“宇宙大爆炸”理論。這一觀點(diǎn)是由美國著名天體物理學(xué)家加莫夫和弗里德曼提出來的。他們認(rèn)為，大約在200億年以前，我們今天所看到的天體物質(zhì)都集中在一起，構(gòu)成一個(gè)密度極大、溫度高達(dá)100億℃的原始火球。這個(gè)時(shí)期的天空中，到處充滿了輻射，恒星和星系并不存在。后來因?yàn)槟撤N未知的原因，這個(gè)原始火球發(fā)生了大爆炸，組成火球的物質(zhì)被噴發(fā)到四面八方，并逐漸冷卻下來，密度也開始降低。爆炸發(fā)生2秒鐘之后，質(zhì)子和中子在100億℃的高溫下產(chǎn)生了，隨后的11分鐘之內(nèi)，自由中子衰變，進(jìn)而形成了重元素的原子核。大約1萬年以后，氫原子和氦原子產(chǎn)生。在這1萬年的時(shí)間里，散落在空間中的物質(zhì)開始在局部聯(lián)合，這些物質(zhì)凝聚成了星云、星系的恒星。大部分氣體在星云的發(fā)展中變成了星體，因受星體引力的作用，其中一部分物質(zhì)變成了星際介質(zhì)。

此后，科學(xué)家建造了太空望遠(yuǎn)鏡，并以“哈勃”命名，希望能夠借它來確定哈勃常數(shù)。哈勃常數(shù)是以“哈勃”命名的宇宙膨脹率，多年以來成為宇宙中最為重要的數(shù)字。哈勃常數(shù)的物理意義就是星體互相拋離的速度和距離之比。常數(shù)數(shù)值越大，表示宇宙擴(kuò)張到今天的大小所需的時(shí)間就越短，宇宙就越年輕。哈勃常數(shù)與宇宙現(xiàn)在的年齡有關(guān)，涉及宇宙的過去，還將決定宇宙的未來。宇宙有一個(gè)開始，是否一定會(huì)有一個(gè)結(jié)束？宇宙產(chǎn)生于“無”，是否最后的歸宿也是“無”呢？

從一開始，人們就圍繞哈勃常數(shù)展開了激烈的爭論。按照哈勃本人測得的數(shù)值可以推算出，宇宙的年齡約為20億歲，但是地球就有40億歲，這顯然是不可能的。很顯然，宇宙應(yīng)該比在它其中的星球誕生得更早。科學(xué)家們自20世紀(jì)70年代開始，不斷地采用各種手段測算哈勃常數(shù)，并得出了不同的結(jié)果。但是人們從這些數(shù)值出發(fā)，推算出的宇宙年齡卻是大相徑庭的。

科學(xué)家們一方面圍繞著哈勃常數(shù)展開喋喋不休的爭論，而另一方面，科學(xué)家們對(duì)某些星體年齡的測定卻更為準(zhǔn)確。現(xiàn)階段，天文學(xué)家們已經(jīng)測知，銀河系中一些最古老的星系的年齡約為160億歲。如果是這樣的話，大爆炸只能在160億年以前發(fā)生，而根據(jù)科學(xué)家們最近用哈勃望遠(yuǎn)鏡得到的一些觀測結(jié)果分析，宇宙的年齡約為120億歲。這個(gè)結(jié)論證明：宇宙確實(shí)比存在于它其中的古老星系更年輕。

如果測算結(jié)果是正確的，那么只能說明原先的假設(shè)出現(xiàn)了錯(cuò)誤，宇宙可能不是從爆炸中誕生的。

宇宙的年紀(jì)這么“小”，再度讓自己的身世在人們眼中變得神秘起來。

1999年9月，印度著名天文學(xué)家納爾利卡爾等人對(duì)大爆炸理論發(fā)起挑戰(zhàn)，并提出了一種新的宇宙起源理論。他們把自己的研究成果命名為“亞穩(wěn)狀態(tài)宇宙論”，這是納爾利卡爾和另外3名科學(xué)家共同提出的新概念中最重要的觀點(diǎn)。

他們認(rèn)為，宇宙不是由一次大爆炸形成的，而是由若干次小規(guī)模爆炸共同形成的。這種新理論認(rèn)為，宇宙在最初的時(shí)候是一個(gè)巨大的能量庫，被稱為“創(chuàng)物場”，而大爆炸理論所描述的是沒有時(shí)間和空間的起點(diǎn)。在這個(gè)能量場中，接二連三的爆炸逐漸形成了宇宙的雛形。此后小規(guī)模的爆炸還在不斷地發(fā)生，導(dǎo)致局部空間的膨脹。局部膨脹時(shí)快時(shí)慢，綜合在一起便形成了整個(gè)宇宙范圍的膨脹。

以前，人們認(rèn)為宇宙在時(shí)間上是無始無終的，在空間上是無窮無盡的，是無限的。但是在觀測中人們發(fā)現(xiàn)，宇宙一直在膨脹，只不過是速度慢了下來，這就形成了一個(gè)全新的宇宙有限觀，這一觀點(diǎn)幾乎將宇宙無限的舊觀念完全代替了。宇宙學(xué)家根據(jù)觀測，推算宇宙在超空期中的一個(gè)小點(diǎn)上爆炸，先膨脹再收縮，到最后死亡消散，大約要經(jīng)過800億年。現(xiàn)在大約只過了160億年，宇宙間的一切在以后的600億年中將逐漸向中心一點(diǎn)集攏，當(dāng)時(shí)空都到了盡頭，宇宙也就不復(fù)存在了。就像超巨星在熱核燃燒凈盡，引力崩潰，所有物質(zhì)瞬間向中心收縮，形成我們至今仍不可見的黑洞一樣，成為存在而不可見的超物質(zhì)，這也許就是宇宙死亡的模型。

宇宙為什么在不斷地膨脹

中國古代有盤古開天的神話故事，古代西方國家有上帝創(chuàng)造世界的傳說，這些都是人們關(guān)于宇宙誕生的想象。在科學(xué)界，科學(xué)家們把觀測所及的宇宙稱為“我們的宇宙”。科學(xué)家們通過觀測發(fā)現(xiàn)了一個(gè)驚人的情況：我們的宇宙正在不斷地膨脹。

美國天文學(xué)家斯萊弗早在1912～1917年期間用口徑60厘米的望遠(yuǎn)鏡在洛韋爾天文臺(tái)觀測天體時(shí)，出乎意料地發(fā)現(xiàn)，除了仙女座大星云和另一個(gè)星系正奔向我們之外，在他研究的15個(gè)星系中有13個(gè)星系都在離開我們，因?yàn)檫@13個(gè)星系的光譜中都發(fā)現(xiàn)了紅移。這些星系退行的速度平均每秒達(dá)600多千米。

哈勃在幾年后用2.5米口徑的望遠(yuǎn)鏡觀測天體，證明了許多星云屬于銀河系以外的天體系統(tǒng)。在這之后，哈勃在1929年又發(fā)現(xiàn)了“哈勃定律”，這一定律的提出震驚了世界，并迅速為世人所熟知。

作為驗(yàn)證宇宙膨脹工作的開始階段，“哈勃定律”所涉及的星系的數(shù)目、視向速度和距離都很有限，還必須做更多的觀測工作來進(jìn)一步核實(shí)“哈勃定律”。哈勃與他的同事哈馬遜密切合作，開始了研究觀測工作。哈勃和哈馬遜于1931年聯(lián)名發(fā)表了一篇文章，這篇文章擴(kuò)充了觀測資料，并進(jìn)一步肯定了“哈勃定律”。

對(duì)于“哈勃定律”的含義以及星系都在退行的問題，人們一直都迷惑不解。星系愈遠(yuǎn)退行速度愈快這一奇怪現(xiàn)象也讓科學(xué)家們難以理解。宇宙學(xué)家們回顧了歷史，并對(duì)自愛因斯坦相對(duì)論問世以來的這段時(shí)期進(jìn)行了認(rèn)真分析，終于找到了問題的答案。

人們注意到，荷蘭天文學(xué)家德西特早在1917年就證明了一項(xiàng)由愛因斯坦在1915年發(fā)表的廣義相對(duì)論得出的推論，即宇宙的某種基本結(jié)構(gòu)可能正在膨脹，其膨脹速率恒定。

在弗里德曼宇宙模型的基礎(chǔ)上，比利時(shí)天體物理學(xué)家勒梅特對(duì)哈勃觀測到的河外星系紅移作了解釋，認(rèn)為紅移是宇宙爆炸的結(jié)果，因而得出了宇宙膨脹的結(jié)論。勒梅特對(duì)宇宙膨脹進(jìn)行了詳細(xì)的研究，認(rèn)為膨脹總是從一個(gè)特殊的端點(diǎn)開始的。于是，他進(jìn)一步提出宇宙起源的設(shè)想，認(rèn)為宇宙起源于一個(gè)“原初原子”。后來人們常常稱其為“宇宙蛋”。由于這個(gè)宇宙蛋很不穩(wěn)定，結(jié)果在一場大爆炸中，宇宙蛋碎裂成無數(shù)碎片，逐漸演變成為千千萬萬個(gè)星系；最初這場宇宙大爆炸在100多億年后，就留下了現(xiàn)在的星系退行現(xiàn)象。

那時(shí)，勒梅特的這種宇宙膨脹理論還沒有經(jīng)觀測證實(shí)，科學(xué)家們都非常吃驚和懷疑，并對(duì)他的理論不屑一顧。后來，英國著名的天文學(xué)家愛丁頓提請(qǐng)科學(xué)家們注意勒梅特的宇宙膨脹理論，并為此專門寫了一篇文章。直到這時(shí)，人們才開始關(guān)注勒梅特的理論。

1930年，根據(jù)勒梅特的“宇宙蛋”理論，愛丁頓開始對(duì)河外星系普遍退行進(jìn)行解釋。他認(rèn)為星系的退行是由于宇宙的膨脹效應(yīng)，而“哈勃定律”的發(fā)現(xiàn)恰好揭示了宇宙正在膨脹，為人們理解宇宙膨脹效應(yīng)提供了理論基礎(chǔ)。

宇宙膨脹現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)可以幫助我們弄清許多問題，比如“夜晚天空為什么是黑的”。我們的宇宙和它所具有的恒星星系等都是有限的，由于這些有限的天體距離地球十分遙遠(yuǎn)，它們發(fā)出的光線十分微弱，所以夜晚的天空是黑的。簡單地說，夜黑是宇宙膨脹造成的結(jié)果。

宇宙到底有沒有盡頭

宇宙究竟有沒有盡頭呢？每當(dāng)人們翹首仰望茫茫夜空，看著一望無際的宇宙，總要提出這樣的疑問。

在太陽周圍，有地球、金星、火星、木星等大小不同的8個(gè)行星在不停地運(yùn)轉(zhuǎn)，這些行星組成了太陽系。那么，在太陽系以外，又是一個(gè)怎樣的世界呢？那個(gè)聚集著約二億顆像太陽一樣的恒星，又形成了一個(gè)宇宙，這就是銀河系。銀河系的形狀像面凸鏡，鏡頭的直徑為10萬光年，中心部分厚度為1.5萬光年。一光年就是每秒鐘速度為30萬千米的光，用一年時(shí)間到達(dá)的極其漫長的距離。因此，光若從銀河系宇宙的一端出發(fā)，需不斷地飛馳10萬年才能到達(dá)它的另一端。這是人類無法想象的一個(gè)距離。

那么，如果飛出銀河系又會(huì)到達(dá)什么地方呢？在那里，有無數(shù)像銀河系一樣的宇宙，叫做星云。與銀河系鄰近的一個(gè)宇宙稱為仙女座流星群，這是個(gè)和銀河系大小、形態(tài)大致相同的宇宙體系，約聚集著2000億顆恒星。如果能畫出一個(gè)20億光年的大球，那么其中就容納了約30億個(gè)星云，這些無數(shù)的星云聚集在一起，形成一個(gè)大宇宙系。那么，這個(gè)大宇宙系有沒有邊緣呢？我們能不能看到這個(gè)大宇宙之外的東西呢？

1929年，美國的科學(xué)家哈佛爾根據(jù)常年觀察發(fā)現(xiàn)了一個(gè)奇異的現(xiàn)象：所有星云正離我們?cè)絹碓竭h(yuǎn)。離我們約2.5億光年的發(fā)座星云正以每秒6700千米的速度離我們而去，5.7億光年外的獅子座星云正以每秒19500千米的速度前進(jìn)，此外還有12.4億光年的牽牛座星云以每秒39400千米的驚人速度漸漸遠(yuǎn)離我們。

通過上述情況可以預(yù)見，如果這種情況持續(xù)下去，星云到達(dá)100億光年的彼方，它們的速度將達(dá)每秒30萬千米，這和光的速度相等。這種情況產(chǎn)生的結(jié)果是：所有星云的光永遠(yuǎn)照射不到我們的地球上來了。因此，100億光年的彼方將是我們所能見到的大宇宙的盡頭。前面還有星云，但是，由于光無法到達(dá)，我們也就無法觀測了。

當(dāng)然這只是一種關(guān)于大宇宙的推測，畢竟誰也沒有見過大宇宙。關(guān)于大宇宙還有其他不同的解釋。有人認(rèn)為，大宇宙呈氣球形，它像氣球一樣不斷膨脹，其中有些星云隨之離我們遠(yuǎn)去。但到一定的時(shí)候，氣球又會(huì)縮小，星云也會(huì)隨之接近我們。有的人認(rèn)為大宇宙是馬鞍形，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)不斷地朝著鞍的4個(gè)邊緣方向擴(kuò)展。按照這一解釋，在遙遠(yuǎn)的將來，星星將逐漸遠(yuǎn)離，夜空變得黑暗一片，再也看不到星星了。還有的人認(rèn)為大宇宙是永恒的，雖然它會(huì)無限地?cái)U(kuò)展，但在擴(kuò)展了的空間還會(huì)產(chǎn)生新的星球，大宇宙再怎樣膨脹，還會(huì)增加新的星家族，這樣大宇宙空間不會(huì)荒寂了。

宇宙到底有沒有盡頭呢？按照目前的天文測量水平，科學(xué)家還無法給出確鑿的答案。宇宙的盡頭，或許是人類永遠(yuǎn)也接觸不到的空間。

宇宙末日會(huì)不會(huì)來臨

根據(jù)宇宙的大爆炸學(xué)說可知，宇宙產(chǎn)生于200億年前，而且在不斷膨脹。這使得人們不禁要問，宇宙要膨脹到何時(shí)，宇宙的歸宿是什么樣呢？

宇宙間的萬物生生死死，變化無窮。但宇宙永恒、無始無終。然而，宇宙壽命究竟是多少歲？科學(xué)家試圖破解這個(gè)謎團(tuán)。

宇宙物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)是循環(huán)衍生的（生命只是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的一種形式）。據(jù)計(jì)算，任何恒星經(jīng)過100萬億年都會(huì)與另一顆恒星接近一次。這樣恒星周圍的行星就會(huì)被撞出而流離失所。這時(shí)，90%的恒星逃離星系，剩余者則形成一個(gè)大黑洞。

說到宇宙的年齡，人類不能再用通常的尺度，不是用百萬年，而是用億年為單位。但對(duì)宇宙的年齡，科學(xué)家們只是在推測和估算，還沒有找到一種絕對(duì)準(zhǔn)確的方法。所以科學(xué)家們采用各種方法來取得能夠接近真實(shí)的結(jié)果。用同位素年代法測量地球、月球和太陽年齡是一種好方法。經(jīng)測定，地球年齡為40億～50億年，月球年齡為46億年，太陽年齡為50億～60億年。運(yùn)用這種方法測定宇宙年齡，天文學(xué)家布查測定的結(jié)果為120億年。球狀星團(tuán)測定法是根據(jù)恒星演化理論來測算恒星年齡的一種方法，利用該法求得的宇宙年齡為80億～180億年。但是，人們對(duì)恒星進(jìn)行觀測發(fā)現(xiàn)，最老的恒星年齡約200億年，因此，180億年的年齡是不夠的。那么，宇宙的年齡到底是多少呢？

哈勃常數(shù)測定法是基于宇宙膨脹的觀測事實(shí)確立的。在一個(gè)不斷膨脹的宇宙中，測定膨脹速度可通過紅移量的測量來獲得。測出鄰近星系與地球的距離，再由此標(biāo)定紅移與距離的關(guān)系，就可求得宇宙的年齡。由此可知，關(guān)鍵是測出鄰近星系與地球之間的距離。測量地球與鄰近星系之間距離的方法有兩種，但兩種方法最終求得的宇宙年齡都在100億～200億年之間，這就是宇宙存在的年限。

不少科學(xué)家對(duì)宇宙壽命為100億～200億年之間的理論提出了異議。英國著名物理學(xué)家斯蒂芬·霍金認(rèn)為，宇宙將無限膨脹下去。按霍金的說法，宇宙始于懸浮在一片沒有時(shí)間的真空的豌豆大小的極密物體。簡而言之，宇宙有始無終。

宇宙到底有幾個(gè)

一次大爆炸已經(jīng)使我們很迷糊了，有一些科學(xué)家還要給我們宇宙的誕生“增加”一次大震蕩，并且給我們的宇宙找到了一位孿生兄弟，使它免于孤獨(dú)。

英國劍橋大學(xué)和美國太空望遠(yuǎn)鏡協(xié)會(huì)的科學(xué)家有了一種宇宙形成的新理論，他們正在努力完善這種理論。這一理論認(rèn)為，大爆炸是發(fā)生在另外一次大震蕩之后，這就是說，可能還有一個(gè)看不見的宇宙與現(xiàn)有的宇宙共存。

由美國普林斯頓大學(xué)的保爾·斯坦哈特教授提出的這一理論被稱為“M論”，它主要研究宇宙大爆炸發(fā)生前的事件和時(shí)間。在該理論所提供的模型中，宇宙共有十一維空間，其中六維因繞成微小絲狀而可忽略不計(jì)。宇宙在大爆炸之前的“和平年代”里是由兩個(gè)四維平面構(gòu)成的，其中一個(gè)平面是我們今天的宇宙，另外一個(gè)是“隱藏”的宇宙。這一“隱藏”宇宙隨機(jī)波動(dòng)，漸漸發(fā)生形變并接近我們的宇宙。它“濺”入我們的宇宙時(shí)，撞擊引起了大爆炸，那些能量在大爆炸中轉(zhuǎn)化為現(xiàn)在宇宙的物質(zhì)和能量。我們的宇宙和一個(gè)“隱藏”的宇宙共同“鑲嵌”在“五維空間”中。我們的宇宙早期發(fā)生的大爆炸，是源自這兩個(gè)宇宙發(fā)生的一次相撞事故，我們宇宙中的物質(zhì)和能量就來自相撞產(chǎn)生的能量。

中國科學(xué)院北京天文臺(tái)原臺(tái)長李啟斌教授的看法是，這一學(xué)說將開創(chuàng)一個(gè)宇宙起源研究的新局面。在物質(zhì)世界各種規(guī)律中，宇宙的起源起著決定性的和綱領(lǐng)性的作用。在越來越多的實(shí)際天文觀察證據(jù)的支持下，“宇宙大爆炸”這一種關(guān)于宇宙起源的理論如今已被科學(xué)界普遍接受。

李教授說，新理論開創(chuàng)性地運(yùn)用了物理學(xué)的新理論“超弦”。此前“宇宙大爆炸”理論運(yùn)用的是愛因斯坦的廣義相對(duì)論。李教授說，在他給中小學(xué)生作報(bào)告的時(shí)候，對(duì)宇宙的起源問題的提問，僅次于“外星人”。這一難題的最終破解不僅是科學(xué)界的一件大事，也是一個(gè)很大的哲學(xué)新發(fā)現(xiàn)。

人們相信這一理論能解釋宇宙為什么膨脹及如何膨脹等有關(guān)宇宙的重要細(xì)節(jié)，其研究結(jié)果將可能告訴人們150億年前大爆炸發(fā)生前宇宙是個(gè)什么樣子。目前，這一仍處于研究階段的理論已引起了天文學(xué)家的廣泛關(guān)注。

尋找宇宙的中心

從古至今，人們每天都能看見太陽東升西落，好像太陽在圍繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)，這自然會(huì)讓人們產(chǎn)生地球位于宇宙中心的想法。后來，這種觀點(diǎn)被日心說推翻，它認(rèn)為太陽才是宇宙的中心。那么宇宙的中心到底是什么？地球、太陽、銀河系還是河外星系，更或者宇宙根本就沒有中心？其實(shí)很久以前就有人思考過這個(gè)問題，人們通過大量的觀測工作記錄了許多測量數(shù)據(jù)，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)形成了一些觀點(diǎn)和看法，但到目前為止還未形成一個(gè)系統(tǒng)的具有說服力的學(xué)說。

早在公元90～168年，古希臘學(xué)者托勒密就建立起了世界上第一個(gè)完整的地心宇宙體系。他在總結(jié)前人的觀點(diǎn)和測量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，特別是針對(duì)那時(shí)關(guān)于行星的觀測結(jié)果，提出地球處在宇宙的中心靜止不動(dòng)這一說法。恒星均位于被稱做“恒星天”的固體球殼上，其他的天體如太陽、月亮、五大行星等都沿各自的軌道繞行在地球周圍，每顆行星都在一個(gè)小圓軌道上做勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，人們將這些小圓軌道稱為“本輪”。“本輪”的中心又在一個(gè)被稱為“均輪”的大圓軌道上圍繞地球勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣，在以地球?yàn)橹行牡能壍郎希昂阈翘臁焙吞枴⒃铝痢⑽宕笮行堑雀髯宰鰟蛩龠\(yùn)動(dòng)。

就當(dāng)時(shí)的科學(xué)狀況而言，托勒密的地心說中許多內(nèi)容是比較科學(xué)的。例如，托勒密在研究天體運(yùn)動(dòng)時(shí)，建立了新的幾何學(xué)模型和坐標(biāo)參考系。另外，他把恒星固定在被他稱為“恒星天”的固體球殼上，俗稱“水晶球”，至今人們還將這種假想的“天球”概念保留在天文觀測上。但是，托勒密的理論是錯(cuò)誤的。

中世紀(jì)期間，歐洲教會(huì)就是利用這個(gè)錯(cuò)誤來維持統(tǒng)治的，使西方認(rèn)為地球是宇宙中心的錯(cuò)誤歷史延續(xù)了1400多年。在這段時(shí)期，教會(huì)總是宣傳上帝居住的極樂天堂是最高天堂，“上帝選定的宇宙中心是地球”。教會(huì)把地心宇宙觀奉為神圣不可侵犯的真理。

但是，教會(huì)的統(tǒng)治并不能阻止人們探尋真理的腳步。

從14世紀(jì)中期開始，隨著人類不斷擴(kuò)大生產(chǎn)活動(dòng)、發(fā)展經(jīng)濟(jì)，社會(huì)需求提高了，一種新的文化潮流在歐洲興起。15世紀(jì)，航海事業(yè)的發(fā)展促進(jìn)了天文學(xué)的進(jìn)步，為了正確導(dǎo)航，天文學(xué)家需要精確地觀測和預(yù)報(bào)天體的位置。這時(shí)人們發(fā)現(xiàn)，采用托勒密理論計(jì)算出來的行星位置與實(shí)際偏差很大，因此他的理論顯得非常不實(shí)用。

即使是這樣，仍有一些人堅(jiān)決地維護(hù)地心說理論，他們采取在“本輪”上再加“本輪”的方法來處理出現(xiàn)的偏差，若計(jì)算出來的行星位置仍與實(shí)際位置存在偏差，就再加上一個(gè)本輪，以此類推進(jìn)行下去，直到不再有偏差存在為止。有時(shí)幾顆行星的“本輪”數(shù)多達(dá)八十幾個(gè)，而且某顆行星究竟應(yīng)該被加上多少個(gè)“本輪”才合理，誰也無法確認(rèn)。天文學(xué)由此陷入了尷尬的局面。

1543年，波蘭天文學(xué)家哥白尼在《天體運(yùn)行論》一書中向傳統(tǒng)的地心說提出了挑戰(zhàn)，認(rèn)為地球是一顆不斷轉(zhuǎn)動(dòng)的普通行星，太陽才是宇宙的中心，其他的天體都圍繞太陽運(yùn)轉(zhuǎn)。那么哥白尼是一個(gè)什么樣的人，他的宇宙觀又是如何形成的呢？

偉大的哥白尼于1473年2月19日誕生在波蘭西部維斯杜拉河畔的托倫城。21歲時(shí)，哥白尼求學(xué)于歐洲最文明的國家，也就是當(dāng)時(shí)文藝復(fù)興的中心——意大利。

在意大利生活的10年當(dāng)中，哥白尼深受當(dāng)時(shí)文藝復(fù)興思想的影響，例如他曾拜訪過達(dá)·芬奇這位文藝復(fù)興的代表人物。年長他20歲的畫家兼科學(xué)家十分蔑視宗教神學(xué)，認(rèn)為教會(huì)利用天堂來做買賣，而天堂全是虛構(gòu)出來的。達(dá)·芬奇試圖恢復(fù)一些古典哲學(xué)家的天文學(xué)說，主張宇宙的中心不是地球。和達(dá)·芬奇一樣，意大利天文和數(shù)學(xué)家諾瓦拉也反對(duì)地心說，哥白尼經(jīng)常和他在一起觀測天象，探討怎樣改進(jìn)“地心說”。當(dāng)時(shí)，哥倫布發(fā)現(xiàn)新大陸的消息也將哥白尼創(chuàng)立新的天文學(xué)說的熱情和勇氣激發(fā)出來了。

哥白尼仔細(xì)閱讀了各種古羅馬和古希臘的哲學(xué)著作后，初步提出了“地動(dòng)”的思想。這個(gè)在今天看來十分古老的科學(xué)見解在當(dāng)時(shí)卻顯得很新鮮。

回到波蘭后，哥白尼將全部的精力投入到天文學(xué)研究工作上。經(jīng)過數(shù)十年的辛勤工作，他終于創(chuàng)立了新的宇宙結(jié)構(gòu)理論。哥白尼認(rèn)為，巨大的天球并沒有動(dòng)，人們看到的天球的運(yùn)動(dòng)只是一種表面現(xiàn)象。只是因?yàn)榈厍蛟谧赞D(zhuǎn)，所以人們產(chǎn)生了錯(cuò)覺，認(rèn)為天球在動(dòng)。他大膽指出，地球不是宇宙的中心，地球只是繞著太陽在轉(zhuǎn)，太陽才是宇宙的真正中心。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，有人又提出一種新的觀點(diǎn)，認(rèn)為太陽僅是太陽系的中心，銀河系也有中心，它周圍所有的恒星也都繞著銀河系的中心旋轉(zhuǎn)，但是宇宙是沒有中心的，即不存在一個(gè)中心，讓所有的星系圍著它轉(zhuǎn)。這種觀點(diǎn)可用宇宙不斷膨脹的理論加以解釋。因?yàn)樵谌S空間內(nèi)，宇宙的膨脹一般不發(fā)生，只有在四維空間內(nèi)宇宙才有可能膨脹。四維空間不僅包括普通三維空間的長度、寬度和高度，還包括時(shí)間。盡管描述四維空間的膨脹困難重重，但也許我們可以通過氣球的膨脹來解釋它。

假設(shè)宇宙是一個(gè)不斷膨脹的氣球，而星系遍布在氣球表面的各個(gè)點(diǎn)上，我們?nèi)祟惥妥≡谀硞€(gè)點(diǎn)上。此外還需要假設(shè)星系只能沿著表面移動(dòng)而不能進(jìn)入氣球內(nèi)部，或向外運(yùn)動(dòng)而不會(huì)離開氣球的表面，在某種意義上我們被描述為一個(gè)存在于二維空間的人。假如宇宙不斷膨脹，即氣球的表面不斷地變大，那么表面上的每個(gè)點(diǎn)的距離就會(huì)越來越大。其中，若以某個(gè)人所在的某一點(diǎn)為定點(diǎn)，這個(gè)人將會(huì)看到其他所有的點(diǎn)都在后退，而且距離他越遠(yuǎn)的點(diǎn)，其退行速度越快。

現(xiàn)在，倘若我們要尋找氣球表面上的點(diǎn)的退行起點(diǎn)，那么我們就會(huì)發(fā)現(xiàn)它其實(shí)已經(jīng)不在氣球表面上的二維空間內(nèi)了。由于氣球的膨脹實(shí)際上是在三維空間內(nèi)從內(nèi)部的中心開始的，而我們所處的位置在二維空間上，所以我們無法將三維空間內(nèi)的事物探測清楚。

同樣的道理，三維空間內(nèi)部不是宇宙膨脹的起點(diǎn)，而我們卻只能在宇宙的三維空間內(nèi)運(yùn)動(dòng)。在過去的某個(gè)時(shí)間，即宇宙開始膨脹的時(shí)候，或許是億萬年以前，雖然我們可以看到，可以從中獲得有關(guān)的信息，而回到那個(gè)時(shí)候卻是不可能的。所以說宇宙沒有中心。

但這種觀點(diǎn)同樣無法解釋所有的現(xiàn)象，宇宙到底有沒有中心仍有待證明。

宇宙中究竟有多少個(gè)星系

宇宙中無數(shù)的恒星不是均勻分布在宇宙中，而總是聚集成星系——就像是人們總是聚集在城鎮(zhèn)，而且星系之間空曠遼遠(yuǎn)。

我們所在的星系叫做銀河系，它是一個(gè)由氣體、塵埃和約2000億顆恒星組成的巨大的旋轉(zhuǎn)中的“轉(zhuǎn)輪”。每顆恒星之間的距離大約有幾十萬億千米，我們熟悉的太陽位于銀河系的邊緣。

當(dāng)我們觀察宇宙時(shí)，其實(shí)是透過銀河系里的恒星往外看，就像是雨天里透過雨幕看風(fēng)景。我們?cè)谝箍罩锌吹降膯晤w星星都是銀河系里的恒星。銀河系是一個(gè)旋轉(zhuǎn)星系，俯看就像是一個(gè)由恒星組成的巨大旋風(fēng)。太陽和它的八大行星就位于從“旋風(fēng)”中心伸出的一條旋臂上。太陽在旋臂里的運(yùn)動(dòng)速度是94萬千米/小時(shí)，按照這樣的速度，太陽需要大約2億年的時(shí)間才能繞星系一周。

從側(cè)面看去，銀河系是中間厚邊緣薄的碟子形狀。如果天氣晴好，我們可以看見夜空里有亮帶延伸，那其實(shí)就是銀河系的一部分。

如果能夠走出銀河系，我們就可以看到它的真面目：漆黑的背景上面布滿了星系，就像漆黑的海面上，小島都被點(diǎn)亮了。銀河系再大，也只不過是宇宙中約1000億個(gè)星系之一。雖然每個(gè)星系都由至少上百萬顆恒星組成，但它們距離地球太遙遠(yuǎn)，以至于我們看到它們的光都很微弱。

一個(gè)普通的望遠(yuǎn)鏡就可以讓我們看到數(shù)十個(gè)星系；一架更好的天文望遠(yuǎn)鏡能夠讓我們看到更多星系，甚至可以看到幾個(gè)遙遠(yuǎn)星系中的恒星。

仙女座星系是距離銀河系最近的星系，天氣晴好時(shí)，我們甚至不需要望遠(yuǎn)鏡就能看到它。仙女座星系跟銀河系一樣，也是螺旋星系。所有的星系中，有一半都是螺旋星系，像一個(gè)自旋的轉(zhuǎn)輪。這些星系里有數(shù)不清的恒星，包括年輕的、年老的和中年的。

還有橢球形的星系——數(shù)十億顆恒星組成的大球。有些星系是正球形的，有些是扁球形。橢球形星系中所有的恒星都圍繞著中心旋轉(zhuǎn)，像一群飛舞的蜜蜂。這些星系中的恒星年紀(jì)都比較大，許多是紅巨星，所以橢球形星系往往都發(fā)出橙色的光。

還有其他形狀的星系，有些像沒有旋臂的漩渦（或者像照相機(jī)鏡頭），還有些沒有特定的形狀，所以叫做不規(guī)則星系。

星系看似平靜，實(shí)際上充滿了劇烈的自燃事件，強(qiáng)度絕不次于地球上的火山爆發(fā)和地震。例如，一次仍在持續(xù)的能量大釋放中，從M87星系中心噴出的藍(lán)白色高溫氣體噴流足有5000光年長。天文學(xué)家們認(rèn)為，位于星系中心的黑洞能夠吞噬氣體、塵埃甚至整個(gè)恒星，它很可能就是星系上劇烈事件的根源。

星系之間也會(huì)發(fā)生碰撞，但因?yàn)槊款w恒星之間的距離實(shí)在是太遠(yuǎn)了，所以當(dāng)星系相遇時(shí)，恒星之間并不會(huì)相撞，它們通常會(huì)從彼此身旁飛馳而過。由于星系的體積太龐大，這種“碰撞”需要持續(xù)幾百萬年，而不是幾分鐘。但是專家們可以在電腦上模擬出星系相遇的情景，模擬的過程是可以迅速完成的，這樣天文學(xué)家們就可以預(yù)言當(dāng)兩個(gè)星系相遇的時(shí)候是怎么樣的，相遇之后又會(huì)發(fā)生什么事情。由于星系中恒星的運(yùn)動(dòng)就像夜晚天空中的航船，萬有引力使它們彼此吸引。有些恒星離開原來的位置，從而使交織的星系的形狀都發(fā)生扭曲。比如，當(dāng)一個(gè)橢球形星系接近一個(gè)螺旋星系的時(shí)候，后者充滿恒星的旋臂就有可能受到前者的影響而偏離原來的位置。

目前，有些天文學(xué)家猜想，今天的大型星系很可能是由很多小星系融合而成的。例如，兩個(gè)螺旋星系合并起來就可能形成一個(gè)橢球形星系。因?yàn)樵谟钪嫔钐?0億光年附近（也就是那里20億年前），天文學(xué)家們發(fā)現(xiàn)越來越多的小型星系和越來越多的大型星系。而且這些小星系大都沒有規(guī)則的形狀，既不是螺旋形也不是橢球形。天文學(xué)家們認(rèn)為，10～100個(gè)這樣的小星系融合在一起才能演變成像銀河系這樣的螺旋星系。

脈沖星是如何形成的

脈沖星是一種體積小、密度大、高速旋轉(zhuǎn)的恒星，它在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)發(fā)出窄束無線電波，就像旋轉(zhuǎn)的燈塔，只有它朝向我們的時(shí)候才能夠檢測到這些無線電波。所以從地球上看，這種奇怪的恒星發(fā)出的好像是脈沖信號(hào)。

脈沖星是一種中子星。有時(shí)，巨大的恒星會(huì)在激變爆炸中結(jié)束生命，而中子星就是這種爆炸的產(chǎn)物。

一個(gè)中等大小的恒星（如太陽）有上百萬個(gè)地球那么大。而一個(gè)巨星或超巨星的直徑是太陽的10～1000倍，中子星就是一個(gè)如此巨大的恒星塌陷為一個(gè)城市的大小之后形成的。這就是中子星的不同之處，它具有普通恒星的質(zhì)量，但體積卻小到難以想象的程度——一湯匙大小的中子星物質(zhì)足有10億噸重。

恒星爆炸后的殘留物質(zhì)會(huì)發(fā)生塌陷，塌陷時(shí)，它的重力越來越強(qiáng)，原子則被擠得越來越靠近。在一般情況下，原子之間會(huì)保持一定距離，因?yàn)樵又欣@原子核運(yùn)動(dòng)的電子使原子間相互排斥。但在中子星中，電子受到強(qiáng)大的擠壓離開原來的軌道，進(jìn)入原子中心。原子的中心是原子核，由質(zhì)子和中子組成，進(jìn)入原子核的電子與質(zhì)子發(fā)生反應(yīng)，形成更多中子。最終，該恒星充滿了中子，于是中子星就形成了。

科學(xué)家認(rèn)為，中子星在人類發(fā)現(xiàn)它之前已經(jīng)存在很長時(shí)間了。1967年11月，人類第一次發(fā)現(xiàn)它存在的跡象：英國的一個(gè)射電望遠(yuǎn)鏡陣列發(fā)現(xiàn)了宇宙中一個(gè)新的無線電波源。

宇宙中有許多種無線電波源，比如說，在恒星間漂移的水分子和氨分子就會(huì)發(fā)出無線電波，這些無線電波可以被射電望遠(yuǎn)鏡的碟形天線接收。

脈沖星發(fā)出的無線電波與其他無線電波都不相同。喬瑟琳·貝爾是一位研究生，當(dāng)她偶然發(fā)現(xiàn)這些奇怪的信號(hào)時(shí)，她仔細(xì)研究了這些電波的特點(diǎn)，她驚奇地發(fā)現(xiàn)，這個(gè)無線電波源規(guī)律地發(fā)出無線電波——每次間隔時(shí)間是1.337秒。

貝爾的發(fā)現(xiàn)公之于眾后，很多人以為她發(fā)現(xiàn)了地外文明建造的無線電信標(biāo)機(jī)，但是幾個(gè)月之后，另一個(gè)脈沖射電源被發(fā)現(xiàn)了。于是，科學(xué)家不再認(rèn)為貝爾發(fā)現(xiàn)的是人造物體發(fā)出的無線電波。天文學(xué)家最終認(rèn)定，這些無線電波源是恒星塌陷的產(chǎn)物，并將其命名為脈沖星。事實(shí)證明，脈沖星是中子星的一種。從此之后，成百上千的脈沖星陸續(xù)揭開了它們神秘的面紗。

不過脈沖星為什么會(huì)產(chǎn)生脈沖呢？科學(xué)家認(rèn)為是因?yàn)槠涓咚僮赞D(zhuǎn)的緣故。所有的恒星都會(huì)自轉(zhuǎn)，太陽自轉(zhuǎn)一周需要近1個(gè)月。所有旋轉(zhuǎn)的物體，當(dāng)其縮小時(shí)旋轉(zhuǎn)速度都會(huì)加快。想一想花樣滑冰運(yùn)動(dòng)員，當(dāng)他們做旋轉(zhuǎn)動(dòng)作時(shí)，慢慢地把手臂縮向胸前會(huì)讓他們轉(zhuǎn)得越來越快。對(duì)于塌陷的恒星也是同樣的道理。一個(gè)城市大小的脈沖星可以每秒自轉(zhuǎn)一周，還有轉(zhuǎn)得更快的。

再來看看脈沖是如何形成的。脈沖星有強(qiáng)磁場，南北極附近的自由質(zhì)子和電子沿著磁場線被掃射出來，當(dāng)這些粒子加速時(shí)，就會(huì)放出能量光子——從X射線到無線電波。因此，脈沖星旋轉(zhuǎn)時(shí)，窄束輻射閃出，就好像旋轉(zhuǎn)的燈塔發(fā)出的光忽明忽暗。

宇宙中相互“殘殺”的星星

前不久，美國天文學(xué)家就發(fā)現(xiàn)了這種互相吞食的現(xiàn)象。主角是兩顆恒星，并且是一對(duì)雙星，都已進(jìn)入衰亡期，均屬白矮星。這兩個(gè)星球體積很小，可質(zhì)量要比太陽大得多。經(jīng)觀測發(fā)現(xiàn)，這兩顆星體靠得很近，彼此圍繞著對(duì)方旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。其中一顆大的恒星，在不停地吞吃比它小的那一顆。大恒星把小恒星的外層物質(zhì)剝下來吸到自己身上來，自己變得越來越胖，質(zhì)量和體積不斷增大。而那顆被吞食的恒星，變得越來越小，最后只剩下一個(gè)光禿禿的星核了。

不止是星球之間存在著彼此吞食的現(xiàn)象，星系之間也在互相吞食和殘殺。現(xiàn)在有一種理論認(rèn)為，宇宙中的橢圓星系就是兩個(gè)旋渦扁平星系互相碰撞、混合、吞食而形成的。有人曾經(jīng)用計(jì)算機(jī)做過模擬實(shí)驗(yàn)：用兩組質(zhì)點(diǎn)代表星系內(nèi)的恒星，分布在兩個(gè)平面里，由于引力作用，星系內(nèi)的恒星在一定的規(guī)律作用下相向而行，逐漸融合成一個(gè)整體。

加拿大天文學(xué)家科門迪通過觀測還發(fā)現(xiàn)，某些巨大的橢圓形星系，其亮度分布異常，仿佛中心部位還有一個(gè)小核。他認(rèn)為，這是一個(gè)質(zhì)量較小的橢圓星系被巨橢圓星系吞食的結(jié)果。

但由于星系之間、天體之間距離都極為遙遠(yuǎn)，碰撞和吞食的機(jī)會(huì)很少，所以，要想證實(shí)以上說法是不是成立，還需要一段時(shí)間。