“中国天眼”这口“大锅”，真的煮得下整个宇宙？

馒头老妖，南京大学化学博士、西华大学生物工程学院讲师。《视觉之旅：化学世界的分子奥秘（彩色典藏版）》《地球简史》等图书译者、吴大猷科学普及著作奖获得者（译著类），撰写过大量科普文章，热衷于写侦探小说。

今年4月，位于我国贵州平塘的500米口径射电望远镜（FAST），向全球科研人员开放使用。届时，这只世界上最大的单口径射电望远镜“中国天眼”，便可充分发挥它的巨大潜力。它因为外形，也被人们戏称为“大锅”，更有甚者将它“PS”成火锅。各种戏称代表着大众的关注，但从科学角度来说，它对于人类探索宇宙的意义非比寻常。

遥望过去

从物理角度来说，时间是一个矢量，一去便永不回头。也就是说，无论我们有多想参与时间旅行或穿越到过去，以人类目前的科学技术而言，都是不可能实现的。

一般认为，宇宙的诞生，发生在距今138亿年前。那么，在那个时间和空间的起点，究竟发生了什么事情，又经过了怎样的过程，才演化成了今天的宇宙、地球和我们？这个问题，困扰了古往今来无数的智者：屈原以浪漫的想象，写下了“上下未形，何由考之”的诗句;牛顿则在提出三大定律之后，花费毕生时间，苦苦思索“第一推动力”的难题。

然而，时间是无法逆转的，我们不可能回到宇宙诞生的时刻，亲眼看看当时的情形。因此，想要理解宇宙的过往，就像是考古学，只能通过宇宙诞生时留下的“文物”去了解它们。这些“文物”中，就包括了宇宙诞生时产生的各种辐射。

比如，目前较为主流的“宇宙大爆炸”理论认为，在大爆炸之后，宇宙经过了一个“光子时期”，时长大约38万年。其间，宇宙的温度保持在1万开尔文左右。该理论的一个重要证据，就是通过对宇宙微波背景辐射（CMB）的观测得到的数据，与此大致符合。而人类首次发现微波背景辐射，以及随后对它的观测，都是通过射电望远镜实现的。

类似的，在上述理论中，在宇宙大爆炸的10亿年之后，宇宙经过了一个“再电离”的阶段，在此期间，中性氢（可以理解为一个质子加一个电子的结构）开始重新被电离，成为带电荷的质子，而星系也从此开始形成，因而又被称为“恒星的摇篮时期”。这种中性氢很稳定，难以被可见光、红外线观测到，但物理学家们预测，它会产生一种能量很低却又很独特的谱线，被称为“21厘米谱线”。果然，1951年，人类第一次实际观测到了这种谱线的存在，为这一假说奠定了坚实的基础——而所使用的仪器，依然是一台射电望远镜。

射电望远镜，就像一段老电影、一张老唱片，帮助我们去感受那早已消逝的宇宙的过去，那些宏伟而又精妙的、用语言难以描绘的场景。

探索无极

对于“宇宙有没有边界”这个问题，至今没有统一的意见。但有一点是显而易见的：宇宙非常庞大。相对而言，人类目前能够到达的范围，和宇宙相比，用“沧海一粟”都无法形容。或许，说成是“落在地球某地的一枚1元硬币”，还更贴近真实情况一些。

然而，“好奇”是人类的天性，对于未知的世界，人类总是渴望了解更多——正是这种好奇心，带领人类克服艰难险阻，征服了浩瀚的大洋，深寒的兩极，广袤的天空，乃至于月球。而下一个目标，自然就是揭开宇宙深空的奥秘。

航天器是人类探索宇宙的重要工具之一。宇宙飞船、空间站、小行星探测器，乃至于月球车、火星车，都极大地丰富了人类对宇宙的了解。但相对于宇宙的尺度来说，航天器的速度实在是太慢——想想“天文单位”和“光年”的定义，就不难明白，要等到这些航天器到达银河系的边缘，再把采集到的信息传回地球，恐怕人类文明都已经不存在了。

幸好，我们还有望远镜这类工具。从伽利略制造出了第一台天文望远镜开始，人类的目光就被极大地延伸了：我们看到了环形山，看到了土星的光环，甚至预测了行星运行的轨道，发现了天王星、冥王星，以及许许多多的小星体……

不过，光学望远镜终究还是有它的极限：镜头越大，就能看得更远，但这也意味着，玻璃透镜的制造难度和成本都陡然上升。更重要的是，正如我们从课本上所学的那样，可见光，不过是电磁波的庞大谱系中的很小一部分：紫外线、伽马射线、X射线，等等，都是光学望远镜无能为力的。而射电望远镜的发明，恰好就弥补了光学望远镜的短板。

实际上，凭借这些可见光范围外的电磁波，人类已经观察到了许多有意思的天文学现象，不断刷新我们对宇宙的理解。比如，快速射电暴（FRB）持续的时间仅有几毫秒，但释放出来的能量，却和太阳在一天内放出的全部能量相当。又比如，脉冲星这种天体，质量甚至可以和太阳相比，自转一周却仅仅只需要几秒甚至几微秒。这些现象，都尚未被人类的科学理论所阐释;这就意味着，一旦对它们的研究取得突破，人类文明就极可能获得如同发明电力、核能、互联网那样巨大的飞跃，甚至还要超出更多。

未来可期

明白了射电望远镜能为科学探索带来什么，就更清楚作为世界上最大的单口径射电望远镜的“天眼”之于人类的意义。

汉语中，对“宇宙”一词的解释很有意思：“上下四方曰宇，往古来今曰宙”，即“无限的空间，与无限的时间”的总合。尽管我们还不能肯定，时间和空间是否有起点和终点，但“天眼”的出现，已经为我们探索时间与空间，提供了一个非常强大的工具。

事实上，“天眼”在前期短暂的试运行期间，就已经发现了240多颗脉冲星，展露出了它的巨大威力。而上文所述的几个领域，也正是天眼在未来一段时间里的工作重点，包括对宇宙里的中性氢巡天、发现和探测脉冲星和快速射电暴、探索宇宙中的星际分子等目标。

“天眼”甚至还被赋予了一个有趣的任务——去聆听宇宙中可能的“打招呼”：探索在这无边无际的宇宙中，除了人类之外，是否还有其他文明的存在。

有坊间传闻，“天眼”可能会导致人类文明被外星人发现，给人类带来灾难。但这并没有科学依据。从原理上说，“天眼”只接受从宇宙中发出的信号，却不主动发射信号，所以，你该明白哪怕宇宙真的存在科幻小说《三体》中的“三体人”，地球也不会暴露出具体位置。

你看，“天眼”承载着人类对未知宇宙的渴望，在它的“大锅”里，煮的还真是整个宇宙呢！