宇宙無邊際探索不停息

曾綠茵 黃雁翔

從古至今，人類探索浩瀚宇宙的腳步從未停止，神秘而又深邃的宇宙，到底是什么？何時誕生？如何誕生？……下面我們帶著這些疑問一起揭開宇宙神秘的面紗.

人類宇宙觀念的演變

西漢劉安的《淮南子·齊俗訓(xùn)》記載：“往古來今謂之宙，四方上下謂之宇.”古人認(rèn)為宇宙是時間和空間兩個方面的統(tǒng)一.而在科學(xué)家眼中，宇宙就像一個無限大的容器，容器中的物質(zhì)聚集為星體、星系、星系團(tuán)、超星系團(tuán)等.人類對宇宙的認(rèn)識并非一蹴而就，從遠(yuǎn)古到現(xiàn)代.人類對宇宙的認(rèn)識也一直在變化.人類宇宙觀念的演變主要經(jīng)歷了五個階段，分別是神話傳說、古代的樸素宇宙觀、地心說、日心說和現(xiàn)代宇宙學(xué)說.

遠(yuǎn)古時代的宇宙觀念中.人們認(rèn)為直觀可見的自然景象就是真實(shí)的宇宙結(jié)構(gòu).其中摻雜著離奇的神話色彩.中國神話故事中不乏這樣的例子.如盤古從萬年沉睡中醒來，一斧頭下去開天辟地.他的身體幻化形成了宇宙萬物.

公元前6世紀(jì)，人類的宇宙觀念進(jìn)入第二個階段——樸素宇宙觀，中國古代形成的蓋天說，認(rèn)為“天圓如張蓋，地方如棋局”，拱形的天穹籠罩著方形的平坦大地，古希臘學(xué)者也有類似看法，學(xué)者泰勒斯認(rèn)為，大圓盤般的大地浮在水面上，斗笠般的天穹覆蓋其上.“蓋天說”擺脫了神話的影響，但這種樸素的宇宙觀并沒能透過表象揭示事物本質(zhì).

公元2世紀(jì)，古希臘學(xué)者托勒密總結(jié)了前人的研究，結(jié)合自己的觀測成果，提出了完整的地心說.地心說認(rèn)為宇宙的中心是地球，而行星在各自的軌道上圍繞著靜止不動的中心運(yùn)轉(zhuǎn)，依次分別是月球、水星、金星、太陽、火星、木星、土星，這一學(xué)說成為人類認(rèn)識宇宙歷史上第一個重要的里程碑，為后代建立正確的宇宙觀開辟了道路.

1543年.波蘭天文學(xué)家哥白尼提出了日心說.日心說認(rèn)為靜止不動的宇宙的中心是太陽.而地球與其他行星一起繞太陽運(yùn)行.日心說的提出很好地解釋了地心說所不能解釋的現(xiàn)象.是人類正確認(rèn)識宇宙歷史上的一次飛躍.

20世紀(jì)以來，隨著科技發(fā)展，人類對宇宙的認(rèn)識大踏步前進(jìn).逐漸形成了現(xiàn)代的宇宙學(xué)說.現(xiàn)代宇宙學(xué)說中影響最大的是宇宙大爆炸理論.

宇宙的起源

浩瀚無邊的宇宙，究竟是如何起源的呢？20世紀(jì)以來，科學(xué)家們通過對宇宙的觀測與驗(yàn)證.逐漸建立起被多數(shù)人接受的宇宙起源模型——大爆炸宇宙學(xué)模型.

20世紀(jì)初.人類從旋渦星云發(fā)出的光譜中發(fā)現(xiàn)了紅移現(xiàn)象，紅移現(xiàn)象說明旋渦星云在遠(yuǎn)離我們.1929年，科學(xué)家哈勃對24個河外星系朝向我們視線方向運(yùn)動的速度和距離進(jìn)行分析.發(fā)現(xiàn)兩者成正比關(guān)系.即距離我們越遠(yuǎn)的星系遠(yuǎn)離我們的速度越快.這就是哈勃定律，根據(jù)哈勃定律.整個宇宙就像被不斷充氣的氣球.而星系就像坐落在氣球表面的一個點(diǎn).當(dāng)氣球吹脹變大時，宇宙中任意星系之間的距離也在變大.隨著長時間的膨脹.宇宙中物質(zhì)的密度逐漸稀薄.

如果宇宙處于膨脹狀態(tài)，那么可以推斷，宇宙在開始膨脹之前是不存在的.它始于一個高溫、極密的狀態(tài).1948年，俄裔美國物理學(xué)家伽莫夫等人提出大爆炸宇宙學(xué)模型.萬物之初，沒有宇宙，沒有時間，也沒有空間，在一個相對集中的很小范圍內(nèi).只存在一個神奇的點(diǎn)，這個點(diǎn)溫度極高、密度極大，就像一個待點(diǎn)燃的“爆竹”，距今138億年前.這個“爆竹”終于被引燃，宇宙大爆炸發(fā)生了，從此，時間的指針開始運(yùn)轉(zhuǎn).空間開始飛速膨脹，宇宙的誕生史開始譜寫.

宇宙誕生的初始，并沒有我們今天看到的這些復(fù)雜結(jié)構(gòu).就連構(gòu)成物質(zhì)的原子也不存在.宇宙中到處彌漫著的主要是電子、光子、中微子等輕粒子.以及小部分的中子和質(zhì)子.此時.整個宇宙體系都處于熱平衡狀態(tài).宇宙的快速膨脹，伴隨著溫度與密度的下降.大爆炸后0.1 s.溫度下降到300億攝氏度，中子和質(zhì)子之比下降：1s后，溫度下降到100億攝氏度：大爆炸后13.8 s.溫度降至30億攝氏度，中子開始與質(zhì)子結(jié)合形成原子核，早期化學(xué)元素開始形成：35 min后，溫度下降到3億攝氏度，早期化學(xué)元素不再繼續(xù)形成：當(dāng)溫度降到3 000℃后，宇宙間充斥著大量氣態(tài)物質(zhì)，隨著溫度的進(jìn)一步降低，氣體慢慢凝聚，形成密度較高的氣云，進(jìn)而形成恒星及各種恒星系統(tǒng).經(jīng)歷了漫長而又復(fù)雜的演化.宇宙才如現(xiàn)在我們觀測到的景象，

宇宙微波背景輻射

為了證明宇宙大爆炸理論.科學(xué)家在不斷尋找證據(jù)，根據(jù)研究，隨著宇宙膨脹，宇宙溫度不斷降低，當(dāng)溫度低于3 000 K（0 K=-273.15℃，3 000 K=2 726.85℃）時，中性原子由于不易吸收輻射.將作為138億年前宇宙大爆炸所留下的痕跡而存在.這些中性原子被稱為背景光子.它們所產(chǎn)生的溫度為5K的輻射就是宇宙微波背景輻射.1964年.美國貝爾電話實(shí)驗(yàn)室的兩位科學(xué)家彭齊亞斯和威爾遜利用靈敏的天線系統(tǒng)探測到一種相當(dāng)于3.5 K的輻射.這一發(fā)現(xiàn)直接證實(shí)了宇宙大爆炸理論的預(yù)言，自此該模型被譽(yù)為標(biāo)準(zhǔn)宇宙模型，兩位科學(xué)家也于1978年獲得諾貝爾物理學(xué)獎.

1989年.宇宙背景探測衛(wèi)星測得背景光子的溫度約為2.7 K.且在10-5精度內(nèi)宇宙背景輻射具有微小的各向異性.2013年，歐洲航天局發(fā)布宇宙微波背景輻射圖（圖1）.這些在宇宙中不受阻礙穿行了近138億年的光子，被科學(xué)家們從各個方向捕捉到，繪制成了這樣一幅極為精確的全景圖，看起來，它就是一幅被紅點(diǎn)和藍(lán)點(diǎn)填充的圖像.并沒有什么特別之處，但對于科學(xué)家而言，圖中隱藏了大量信息.

宇宙的奧秘實(shí)在太多.就像宇宙的望無邊際.人類關(guān)于宇宙的猜想也永無止境，正因?yàn)槿祟悷o邊的想象力，才有了無限的創(chuàng)造力，即使宇宙的探索之路遍布荊棘.但人類問鼎蒼穹的步伐永不停息，

責(zé)任編輯 林洋