《天问》新篇：科学家正竭力破解的三个宇宙奥秘

王瑞良

一位智者曾指出，未曾仰望星空的人不可能有深刻的思想，而探索宇宙的激情能为人们铸就宽广的胸怀和纯洁的心灵。当我们建立起清晰的宇宙观念并彻悟自身的确切位置时，科学就会成为信仰的一部分。不断开拓知识的疆界，走向宏大和辽阔，是我们每一代人不懈的追求和无上的荣光。正是在这一杰出思想的激励下，一代又一代天文学家在探索宇宙奥秘的征程中不畏艰险、勇于攀登，获得了一个又一个的新发现、新成就。

宇宙何处是“尽头”

人们通常习惯于用浩瀚无垠来形容宇宙之大。那么，宇宙究竟有多大？它的“尽头”在何处？在科学技术发展的不同阶段，人们对此的认识和回答是大不相同的。

在20世纪以前的许多个世纪里，人们认为太阳系几乎就是一切，不相信太阳系以外还可能存在其他星球。到1900年，人们又认为太阳系所属的银河系就相当于整个宇宙。至于宇宙的大小，当时最大胆的估计是宽约2万光年，其中像太阳一样的恒星，有20亿-30亿颗。

1920年，根据当时掌握的测量恒星距离的新方法，天文学家哈洛-沙普利等人算出了银河的宽度是10万光年，其中包含的恒星总数达2 000亿-3 000亿颗。同20年前相比，银河“扩大”了很多，而且这极度扩大了的银河，并不是宇宙的全部。

差不多与此同时，天文学家认识到宇宙是由许多个像银河系一样的星系集成的，每个星系由几十亿到几万亿颗星体组成。而且，宇宙不是静态的，成群存在的星系彼此相互分离，它们之间的距离越来越大，好像宇宙在不断“膨胀”。

1929年，美国天文学家爱德温-哈勃等人设计出了确定星系距离的多种方法，证明即使是离我们比较近的星系（例如仙女座星系），离我们也有230万光年。

20世纪60年代，人们发现某些曾被认为是我们星系中暗淡的恒星，实际上离我们的星系非常遥远，它们被称为“类星体”。这些类星体，最近的离我们也有10亿光年，远的则有120亿光年以上。

如果把目前人们对宇宙的认识同1900年相比，那么，现在了解的宇宙要比当年设想的大100万信。这个范围已远远超出当时“独一无二”的银河系，而包括数以干亿计的类似银河系的其他星系。

按照“宇宙大爆炸”的模型，可以计算出宇宙的年龄为160亿年。这就是说，宇宙“尽头”的距离理论上应是160亿光年。但是，据2019年5月NBC新闻报道，一项最新研究表明，“宇宙大爆炸”发生在125亿-130亿年前，据此可推算出宇宙的“尽头”不会超过130亿光年。

宇宙究竟有多大？它的“尽头”究竟在何处？也许将永远是个谜。不过，人们总还是希望找到答案。随着观测设备的改进和观测技术的提高，人类对宇宙的认识将不断深化，也许有朝一日，能够更准确地推算出宇宙的年龄，从而找到真正的宇宙“尽头”吧。

天上星星知多少

每个人在孩提时代大概都有过这样的梦幻经历：在繁星满天的夜晚，仰望天空数星星，一颗、两颗、三颗……总也数不清。这或许是人类探求未知的本能使然。这种本能延续下来，使得一些天文学家多年来一直在孜孜不倦地从事着“数星星”这种异常艰难的工作。

我们肉眼可见的星体，其实大部分都是恒星。在浩瀚无垠的宇宙中，究竟有多少颗星星？迄今为止，没有任何一位科学家能够说清楚这个问题。但是，相对准确的答案已经有了。

答案之一：7×1022颗。这是澳大利亚国立大学天文学和天体物理学研究院的西蒙-德赖弗教授公布的一项计算结果。这个数字是什么样的概念呢？打一个通俗的比方，把地球上所有海滩和沙漠里的沙粒加起来，也没有这么多。德赖弗教授是怎样计算出这一结果的呢？他们使用射电望远镜进行观测，首先计算出离地球较近的一片空间里有多少个星系;然后通过测量星系的亮度，估计出每个星系里有多少颗星星;接下来，再根据这个数字来推断在可见的宇宙空间里有多少颗星星。

答案之二：1000亿的1万亿倍颗。另一种对宇宙各星系恒星数量的估计是1000亿的1万亿信颗，这曾经是以美国著名天文学家卡尔-萨根为代表的不少天文学家的普遍看法。他们认为，宇宙空间共有1000亿个星系，每个星系（包括银河系）有1000亿到1万亿颗恒星。在估计恒星总数时，萨根的假设是所有星系中矮星（这是宇宙中最常见的恒星）的比例都与螺旋形的银河系一样。他说， “我们对宇宙的很多了解，大都基于我们在自身所处的银河系内部所做的、然后推广到其他星系的观测和结论”。

答案之三：3×1023颗。萨根教授的结论公布不久，即招来一些天文学家的质疑。他们认为，宇宙中大约有1/3的星系是椭圆形的，并非如萨根所说是螺旋形的，而且这些星系的构成方式也与银河系不同。他们观测研究的结果是，宇宙中恒星的数量应当是3×1023顆。

以上都是一些难以想象的巨大数字，即使对习惯于与光年、万亿打交道的天文学家来说也是如此。国际天文学界在肯定这些研究成果的同时也指出，以上这些数字并不代表就是整个宇宙中星星的终极数量，而是在现代科技手段力所能及的范围内，计算出的相对准确的结果。真正的数字可能会比这个大得多，甚至是无穷大。

宇宙终结啥模样

达尔文的《进化论》告诉我们：世上的任何事物，都会经历一个由发生到发展，再到终结的过程，宇宙也不例外。这不免令人产生一种莫名的恐惧。其实大可不必“杞人忧天”，因为这种情形即使发生，也是在极其遥远的未来（有一种理论认为宇宙的寿命至少还有1400亿年），对今天的人类生活不会产生影响。而且据最新的观测结果，宇宙的终结不会突然发生，不会突然出现另一次“大爆炸”形成熊熊燃烧的大火将一切烧毁，而是会随着时间的推移，逐渐衰变成一种永恒的、冰冷的黑暗状态。这情形就像是一位老人重重地坐在沙发上，盖上毯子，等待安息。

至于宇宙终结的具体形态，或者说它将来究竟会呈现一种什么样子，由于这件事情距离我们实在太过遥远，目前科学家尚难给出一个明晰的答案。但是，几种最为大众所接受的理论已有了。

“大撕裂”假说。这种假说认为，由“大爆炸”而诞生的宇宙，就好比一个贴有不同图片（星系）的气球。由于一种神秘莫测的暗能量的作用，这些图片（星系）会以过山车的速度快速持续膨胀，从而促使星系相互分离，最终把原子核从原子中撕扯出来，并撕裂宇宙中存在的一切，使宇宙分崩离析。

“大冻结”假说。这种假说认为，当宇宙“步入老年”时，恒星形成所需的气体逐渐被消耗殆尽，从而停止发光。同时.宇宙温度也渐渐趋近绝对零度，任何宏观物理过程和生命都将不复存在，整个宇宙将逐渐陷入一片黑暗混沌的“大冻结”（也称“热寂”）状态。由于人们对暗能量的本质属性知之不多，因此宇宙未来的命运可能是“大撕裂”，也可能是“大冻结”，或者是先发生“大冻结”，再进入“大撕裂”。

“大挤压”假说。这种假说或许最能激发公众的想象力：在宇宙各种“力”和“能”的长期博弈中，万有引力最终获胜，从而使宇宙回到“大爆炸”之前的状态，正如一根弹簧在拉伸后会收缩一样。这个过程也被称为“大挤压”，它与宇宙“原路返回”不同。换句话说，不像电影倒带那样。也有科学家认为，在这种“大挤压”之后， “大爆炸”会反复出现，这种循环往复的情形也被称为“大反弹”。

除此以外，关于宇宙终结的假说，还有“大坍缩”“大吞噬”和“伪真空”等。

（责任编辑：白玉磊）