開(kāi)欄的話
哲學(xué)家說(shuō)：“世界上有兩件東西能夠深深地震撼人們的心靈，一件是我們心中崇高的道德準(zhǔn)則，另一件是我們頭頂上燦爛的星空。” 仰望星空，科學(xué)家們從宇宙和天體的運(yùn)行演化中發(fā)現(xiàn)自然規(guī)律，又利用這些自然規(guī)律加深對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)，形成了現(xiàn)代天文學(xué)和宇宙學(xué)體系。
從今天起，本版開(kāi)設(shè)“科學(xué)家聊宇宙”專(zhuān)欄，約請(qǐng)空間物理學(xué)博士李會(huì)超，為廣大讀者講解宇宙的神奇與奧秘。敬請(qǐng)關(guān)注！
“天地方圓為宇，古往今來(lái)為宙。”宇宙，乃一切空間和時(shí)間的集合。行星、恒星、星系等我們所有已知的天體，以及各種物質(zhì)與能量的存在形式，都包含在宇宙之中。
在古代，充滿(mǎn)好奇的人們想象出了關(guān)于宇宙的種種傳說(shuō)。隨著天文學(xué)和物理學(xué)的發(fā)展，人們逐步建立起對(duì)宇宙的科學(xué)認(rèn)知。
丈量宇宙的大小，首先需要一個(gè)合適的長(zhǎng)度單位，作為“量天尺”刻度。在描述星系、宇宙尺度的長(zhǎng)度或距離時(shí)，天文學(xué)家最常用的單位是光年，也就是光以每秒約30萬(wàn)公里的速度傳播一年所走過(guò)的距離。1光年大致等于9.46萬(wàn)億公里，相當(dāng)于地球赤道長(zhǎng)度的2.365億倍。
對(duì)于我們?nèi)粘Ｉ钏芙佑|到的長(zhǎng)度和距離，光的傳播幾乎是瞬時(shí)完成的。但在宇宙的尺度上，光在恒星與星系間的傳播時(shí)間已長(zhǎng)到不可忽略的地步。因此，我們?cè)诘厍蛏峡吹降男强眨瑢?shí)際上是時(shí)間和空間的混合。
例如，距離地球4.25光年的比鄰星是離我們最近的恒星，光從比鄰星傳播到地球需要4.22年的時(shí)間，我們從地球上看到的比鄰星也是它4.22年前的模樣。至于此時(shí)比鄰星處于怎樣狀態(tài)，以目前的技術(shù)手段還無(wú)從知曉。
在2009到2013年間，普朗克衛(wèi)星對(duì)遙遠(yuǎn)而古老的宇宙微波背景輻射信號(hào)進(jìn)行了探測(cè)。這些信號(hào)記錄了宇宙誕生初期的信息，花了足足138億年才傳播到地球附近。如果認(rèn)為發(fā)射這些信號(hào)的源頭靜止不動(dòng)，那么我們目前似乎可以觀察到138億光年范圍內(nèi)的宇宙。
然而，天文學(xué)家通過(guò)天體的多普勒現(xiàn)象，確認(rèn)了我們的宇宙從誕生之日起，就處在不斷膨脹過(guò)程中，這些信號(hào)源也會(huì)與地球漸行漸遠(yuǎn)。根據(jù)計(jì)算，目前這些信號(hào)源與地球之間的距離已達(dá)到約465億光年。如果將宇宙的形狀假定為球形，目前我們可觀測(cè)宇宙的半徑約為465億光年。
我們可以觀察到的宇宙范圍，被稱(chēng)為可視宇宙。可視宇宙僅僅是整個(gè)宇宙的一小部分。根據(jù)現(xiàn)在的宇宙學(xué)理論和最保守的理論估計(jì)，可視宇宙的大小僅相當(dāng)于全部宇宙大小的1/250。
還有理論認(rèn)為，宇宙大小是無(wú)限的。隨著時(shí)間推移，更遙遠(yuǎn)的信號(hào)可能有機(jī)會(huì)傳播到地球，以擴(kuò)展可視宇宙的范圍。然而，由于宇宙處于加速膨脹的過(guò)程中，在可視宇宙之外，宇宙膨脹的速度可能會(huì)超越光速。除非物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)了革命性的新理論，否則絕大部分宇宙可能永遠(yuǎn)無(wú)法在地球上觀察到。
相對(duì)于浩瀚宇宙，人類(lèi)通過(guò)有人或無(wú)人航天器所能到達(dá)的范圍是非常有限的。目前，航天員最遠(yuǎn)只到達(dá)過(guò)距離地球約38萬(wàn)公里的月球。而飛行距離最遠(yuǎn)的無(wú)人航天器，是1977年發(fā)射的“旅行者1號(hào)”探測(cè)器，目前距離地球約227億公里，即為0.0024光年。可以說(shuō)，探索宇宙，人類(lèi)還有很長(zhǎng)的路要走。