借助宇宙微波背景回溯時(shí)間和空間的起點(diǎn)

宇宙有沒有邊界，它的未來是什么？

目前，宇宙學(xué)已發(fā)展成為一門較為成熟的學(xué)科，通過一些探測手段，對宇宙的認(rèn)識精確度可以達(dá)到百分比的水平，即精確至小數(shù)點(diǎn)后兩位。這也意味著我們可以在最大尺度上了解整個(gè)宇宙。

值得一提的是，最大尺度上的宇宙和最早期的宇宙其實(shí)相當(dāng)簡單，憑借幾個(gè)特殊參數(shù)就可以輕松描繪出其主要特征。

當(dāng)前人類對宇宙的了解本質(zhì)上囊括于所謂的標(biāo)準(zhǔn)宇宙模型之中，其和我們對宇宙的觀測結(jié)果十分吻合。此外，該宇宙模型不僅具有可驗(yàn)證性，也可以利用其對宇宙的未來做出預(yù)測。當(dāng)然，若有必要，我們也可以對它進(jìn)行刪改或增添內(nèi)容。

同時(shí)，該模型很關(guān)鍵地指出了宇宙的構(gòu)成：約5%的原子物質(zhì)（常規(guī)物質(zhì)，比如人類自身）、約25%的暗物質(zhì)，其余70%為暗能量。

觀測宇宙學(xué)專家、普林斯頓大學(xué)物理系主任、《宇宙小史》作者萊曼·佩奇說，我們一般以宇宙微波背景，即宇宙誕生時(shí)遺留下來的一種微弱熱輻射為線索來理解宇宙。

比如，暗物質(zhì)就是通過宇宙微波背景，進(jìn)而根據(jù)它的引力效應(yīng)推斷出的。盡管目前人類還沒有直接探測到它，也不確定其是否可以被探測，但我們知道暗物質(zhì)一定就在那里。

“就好像有一天你發(fā)現(xiàn)你的書包很重，你把所有的書都拿出來，卻仍然無法拿動(dòng)書包。那么里面肯定還有別的東西，你只需要不斷‘ 深挖 ， 直到找到它， ” 佩奇補(bǔ)充說，“而且，我們有充分的證據(jù)證明通過宇宙微波背景來理解宇宙方式的合理性。”

佩奇已經(jīng)從事宇宙微波背景的研究很多年。其曾因“在解開宇宙年齡方面取得的重大成果”，獲得被譽(yù)為“東方諾貝爾獎(jiǎng)”的邵逸夫天文學(xué)獎(jiǎng);也作為威爾金森微波各向異性探測器實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)的一員，而獲得2018年“基礎(chǔ)物理學(xué)突破獎(jiǎng)”。該團(tuán)隊(duì)獲獎(jiǎng)理由為“繪制了早期宇宙的詳細(xì)地圖，升級了人類對宇宙演化的認(rèn)知”。異性探測器主要用于對宇宙年齡進(jìn)行精準(zhǔn)測量。

在介紹通過宇宙微波背景能獲得什么樣的宇宙學(xué)新知識時(shí)，他解釋說，可以將其看作是圍繞著我們的一個(gè)“光的外殼”，該外殼位于可觀測宇宙的邊緣。

據(jù)了解，宇宙微波背景和太陽或者電爐的熱輻射類似， 但它的溫度極低， 只有2.725K，僅比絕對零度（0K，熱力學(xué)最低溫度）高2.725攝氏度，故其又被稱為“3K背景輻射”。這從側(cè)面也反映出其古老的起源，對它的理解可以說是標(biāo)準(zhǔn)宇宙模型的根基。

宇宙微波背景正在持續(xù)不斷地為人類提供各種對宇宙新的洞察。另外，從其中得到的大部分信息都來自于宇宙中不同位置的溫度變化。

若有一個(gè)觀測者在遠(yuǎn)處觀測銀河系，那么其眼中的銀河系就是上圖中顯示的樣子，整體形狀類似于一個(gè)中間有凸起的圓盤。

在深入研究宇宙微波背景的各種特性、人類能從中獲得哪些信息之前，首先得了解一些基本概念。在基礎(chǔ)知識部分，有兩項(xiàng)主要線索，即光速恒定有限和宇宙正在膨脹。

值得一提的是，要想通過書籍把最新的科研成果呈現(xiàn)給讀者，一個(gè)大的難點(diǎn)就是如何讓書籍保持一個(gè)恰當(dāng)?shù)拈喿x難度。

佩奇為了讓他著作的《宇宙小史》閱讀起來更淺顯直接，對書中很多術(shù)語和科學(xué)概念都作出了清晰解釋。同時(shí)，閱讀該書所需的數(shù)學(xué)知識并不復(fù)雜，“也就是‘距離=速度×?xí)r間這種水平。”他說道。

雖然該書篇幅不長，只有15萬字，但卻為讀者呈現(xiàn)了整個(gè)宇宙的相關(guān)知識。關(guān)于宇宙的大小、成分、幾何結(jié)構(gòu)、演化過程、用來描述宇宙的物理定律和宇宙學(xué)的前沿領(lǐng)域等在書中都有介紹，此外，還包括這些知識的具體發(fā)現(xiàn)過程。這本書的核心是關(guān)于對宇宙的觀察和解釋，并指出了可能的解釋是如何被證偽或擴(kuò)充的。

此書還通過相關(guān)物理表述，將目前對宇宙研究的觀測結(jié)果編織成一幅統(tǒng)一的宇宙圖像。

當(dāng)然，書中展示的宇宙圖像只是宇宙眾多可能性中的一種，但這幅圖像能夠以最少的假設(shè)來闡釋人類所掌握的科學(xué)觀測數(shù)據(jù)，并會在之后的各種觀測中向世人揭露這幅圖像到底正確與否。

同時(shí)，書籍末尾也列舉了一些當(dāng)前宇宙學(xué)未解決的問題，供讀者分析探討。

宇宙學(xué)是令人著迷的一片科研“ 圣地”。在實(shí)驗(yàn)和理論領(lǐng)域，科學(xué)家們正在不斷進(jìn)行更加深入的探索。也正是通過科學(xué)家的不懈努力， 才使人類能夠突破肉體的局限，將目光拓展到目所能及之外的世界，直至宇宙邊緣。