第2章 拉开宇宙的帷幕——神秘的宇宙

像气球一样爆炸的宇宙

小时候，孩子们总喜欢向大人提问题，差不多每个人都曾好奇，自己是怎样变生出来的呢？有的爸爸说，我们是从树上结出的果实里找到的；有的妈妈说，我们是从石头里蹦出来的。最有意思的是，在一些神话里，孩子是从父亲的脚趾头里生出来的呢！

随着我们慢慢长大，问题越来越多，开始提出各式各样的问题，关于家庭、学校、田野、大海、世界、地球甚至是宇宙。你会发现，所有的疑问，最早、最初其实来源于宇宙。没有宇宙的存在，我们身边的一切都将化为乌有。

那么，我们就从宇宙的产生开始谈起吧！

宇宙，它听起来就让人觉得广大无边，不过，它再庞大，总会有它的开始，它也和人一样，有一个产生的过程。

人类的出现，是近几十万年的事情，比起宇宙老先生的年纪可差得太远了。但人类的好奇心强，智力又发达，总是强烈地好奇，宇宙是怎么来的？总是进行一个个细致入微的研究，看看宇宙是否也是在“妈妈”肚子里孕育？

世界各国的科学家们，花了许许多多心思探索这个问题，找出林林总总的证据，提出了各种各样的想法。但到现在仍然没有完全定论，因为谁也没有像亲眼看过见孩子出生一样看见过宇宙的出生。不过，不少科学家同意其中一种想法，就是宇宙是通过一次大爆炸诞生出来的。

我们想象一下，“嘣”的一声巨响，整个宇宙就在这一次爆炸中产生了！它就像一个气球爆炸一样，只不过这个气球非常非常大。

一切听起来这样简单，但是科学家可是经过呕心沥血才研究出来。这种想法是有根据的，但因为终究不是特别真切，因而叫做假说：

“大约在200亿年以前，我们现在所处的宇宙，是一个密度非常大、温度高达上百亿摄氏度的大火球，大火球所有的各种物质都比亲兄弟还要近地紧紧拥抱在一起。后来，由于一种不明的原因，这个大火球开始不断膨胀，终于有一天到了极限，发生了大爆炸，火球中的各种物质尽情地四射，发散到很远很远的四面八方。后来随着温度慢慢降低，那些散落的物质开始集合起来，形成了许多星系和像我们的地球似的星球，宇宙就这样诞生了。”

虽然赞成“宇宙大爆炸”假说的人很多，但也有人对这个说法提出疑问。有的人又说，宇宙是一种特殊的力量建造出来的，就像人类建造一所房子、一座高楼。但究竟是怎样的一种特殊的力量，谁有这样大的能力建了如此大的房子呢？提出这个说法的人也弄不准。

这样看来，宇宙是如何诞生的，还真难住了伟大的科学家们呢！不过，终究有一天，人类会找到宇宙的起源，同时也为宇宙找到他的母亲。

伟大的力量

如果把“大爆炸” 当做是宇宙的母亲，她生下的宇宙可真了不起，它有着无边无际的空间和无以伦比的力量，就连大力神安泰也比不上的。

安泰是谁呢？原来他是古希腊神话中的一个巨人，他的父亲是大海之神波塞冬，母亲是大地之神盖娅。安泰一生下来就力大无穷，长大后更是力量无边，人世间没有谁能打得过他。为什么他有这么大的力量呢？原来是因为他不断地吸取大地母亲的力量，只要不离开地面，力量就会源源不断永不枯竭。

后来，他的敌人赫拉克勒斯发现了这个秘密，和安泰进行交战时，想办法把他举到空中，终于打败了他。

安泰的力量虽然大，但跟宇宙的力量比起来差得很远。

宇宙的空间里有无数的星云和星系，星云和星系又是无数个像太阳、月亮、地球一样的星球组成，只是距离我们太遥远了，导致那些星球看起来太小，不是变作了星星，就是变作了像银河系一样的空中彩带。能够容纳这么多星球，那得有多大的胸怀和能量啊，又岂是安泰可比呢？

不过，宇宙到底能包含多少重量的东西呢？它究竟有多大力量，又是用哪种力量维持日月星辰那样安静地悬在空中呢？这些问题真是太难回答了。

人类经过大约2000年的积累和研究，发现宇宙怀抱里有几种神秘的驱动力量，使它获得了无与伦比的力量：

第一种力是重力。因为有重力的存在，地球等行星才会围绕着太阳旋转，才有了太阳系；如果重力消失了，空中的星球就会解散。比如地球，会在一瞬间被撕成碎片。

第二种力是电磁力。因为有了这种力，我们才能使用电视、电灯、电话、收录机等，而宇宙的星球间、星系间都会有一些看不见的磁力。

第三种力是弱核力。这种力能造成自然界的火山喷发；医生还能利用它来给病人的大脑照相。

第四种力是强核力。核武器就是由这种力推动的。

如果没有弱核力和强核力，宇宙就要变得黑暗，水就都要冻结成冰，人类也就不能生存。

科学家认为，宇宙在刚刚出生的时候是柔和、均匀而又是对称性的，像一个熟睡的宝宝。那时，这四种基本的力在一种“超力”控制之下乖乖听话；而当宇宙成长中膨胀和冷却的时候，这四种力就逐渐从“超力”中分裂出去，从而造就了今天我们所看到的这样一个千姿百态的宇宙世界。这四种力量维持了宇宙如今的模样，让它拥有格外强大的力量，来包容万象世界。

宇宙先生会死吗

“星星和太阳都不再升起，四周黑暗一片，没有潺潺的流水，没有声音，没有景色，也没有冬天的落叶和春天的嫩芽；没有白天，没有劳动的欢乐，在那永恒的黑夜里，只有没有尽头的梦境。”

如果出现了这样情况，你会觉得可怕吧？传说中的世界末日也不过如此罢了。

这是十九世纪一位叫做斯温朋的英国诗人写下的一首诗，这首诗是对宇宙的未来作的一番描述。

这位诗人并不是随便写几句诗歌，他是根据19世纪德国物理学家克劳修斯的学说写出来的。

克劳修斯是研究热力学的专家，他提出了一个定律：“热量不能自发地从比较冷的物体传到比较热的物体。”这就像我们在冬天里，到外面玩了一圈，回到家里之后将手放在暖暖的火炉前取暖，你会发现手变暖了，但火炉却没有变冷。

这是什么原因呢？原来，热量（能量）虽然是互相传递的，但低温的物体释放的能量远远小于它从高温物体所吸收的能量。在冷和热分布不均的情况下，能量主要从高温向低温传递，在这个能量流动的过程中，冷和热之间的差异将不断缩小，最后会趋于均匀地分布。

我们一定会想，看样子冬天的时候只要有小火炉，一定不会挨冻。可是如果把这个定律拿到解释宇宙能量的运动，你会意识到未来可能会发生非常可怕的事情。

假如宇宙的能量和温度达到绝对均匀后，就会出大事啦！宇宙的不同角落里，都有各式各样高温的天体存在，在天体周围又会有冰冷的空间。假如整个宇宙的温度完全平均，那么所有的能量都会终止运动，它不会再从高温的地方向低温的地方传送，恒星和星系的能量也会燃烧殆尽。到了那个时候，宇宙就会陷入永久的死寂，不温不火，没有动静。

这就是天文学家提出的“热寂说”。

天呐，难道真的会有这样的一天么？宇宙也会死亡么？

1969年，英国天文学家马丁·里斯提出了“宇宙坍缩”说，他说宇宙将来会发生大坍缩，到时候宇宙中的所有星系将会突然收缩到一起，互相碰撞成一滩烂泥。

这些学说和理论都指向了一个事实，宇宙先生也会衰老死亡，或许这需要几十亿年甚至几百亿年，但终有一天，他也会生命终结。谁能来拯救宇宙先生呢？那恐怕需要人类用尽智慧，发明各种各样拯救宇宙的工具。或许有一天，宇宙的生命会因人类的发明而延长呢！

谁敢测量宇宙的腰围

一个学校的学生们，学校和家的距离总是有远有近。如果距离很近，我们会说，从家到学校有xx米；如果距离很远，我们会说，从家到学校有xx千米。如果有人说，从家到学校有xx千万毫米，同学们听了一定哈哈大笑，怎么会有人用毫米来形容学校和家的距离。

我们总觉得，“千米”这个单位已经很大了。实际上，它跟天文学中的测量距离单位比起来，就像毫米和千米的差距那么大。假如有个人说，地球距离北斗七星有多少米远，天文学家一定会抱着肚子哈哈大笑的。

我们都知道，宇宙中各个星球的天体之间距离是非常遥远的，在宇宙中测量距离，如果用米或千米等长度来测量，就好比同学把从家到学校的距离说成是几千万毫米一样，让人笑破肚皮。

于是，天文学家就设计了一个相当于地球到太阳之间距离的测量宇宙长度单位。这个长度单位叫天文单位，一天文单位大约是1.5亿千米。

很早以前，人们就想测一测地球到太阳之间有多远，有的人还找来射箭最远的弓箭手，试试一箭能不能射到太阳上。当然，射程再远的箭，也不可能脱离地球飞到太阳上去。

古代希腊天文学家阿里斯塔克斯估算过，太阳到地球的距离是地球和月亮距离的18到20倍；后来，古希腊的托勒密推算出，地球到太阳的距离大约是地球半径的1210倍。

2012年8月，在国际天文学大会上，天文学家们以投票的方式把天文单位固定为149，597，870，700米，这个数值大约是地球到太阳的平均距离。

如果仅在太阳系中测量天体距离，天文单位作为一个度量是很合适的，但要用它去测量整个宇宙空间中的距离就比较麻烦。例如，用天文单位来表示太阳和离它最近的恒星A星之间的距离，就是270000个天文单位；如果用来表示和远处恒星之间的距离，后面还要加好几个0，甚至更多。

因此，天文学家又设计了一个单位，叫做“光年”。就是说，光在真空中跑一年的距离，用它来度量宇宙中更大范围的恒星间距。

光的奔跑速度是非常惊人的，在真空中大约每秒钟能奔跑30万公里，一年中跑的距离达到9.5万亿公里。据说，目前人造的最快物体是一颗卫星，它的最高速度是每秒钟70.22公里，飞越一光年的距离大约需要4000年时间；我们常见的旅客坐的飞机，飞越1光年需要1220330年。由此可以想象，光年对于人类来说是多么庞大的尺度啊！要是我们坐飞机在宇宙走一光年，估计我们的从从从孙恐怕也等不到那一天呢！更不要说遨游整个宇宙。

有一点要提醒大家，光年听起来像时间单位，但它是一个长度单位。

目前，我们所处的银河系的直径大约有7万光年，而整个天文观测的范围早已远远超出这个距离上万倍。

很老很老的老寿星

假如有人问你一棵树的年纪有多大，你会怎么回答呢？大概有人会说，去看它的年轮！没错，但前提是，它必须是一棵已经被砍伐掉的树。如果我们把宇宙比作一棵大树的话，又该怎么做才能够找出它的“年轮”呢？

我们当然不可能像伐木工人那样，把宇宙砍出一个可供观察的横截面来。但这也并不意味着我们一定会束手无策。让我们来看一看聪明的科学家们是怎么解决这个问题的吧。

地质学家在二十世纪初的时候，发现岩石中具有放射性元素，这种元素的衰退变老的速率是持续并有稳定规律的。于是，就可以通过对岩石衰变的程度进行观察，计算出它的年纪。这就像是在正常温度下放置的一颗苹果，有经验的人能很快根据苹果腐烂的程度，判断出它存放在那的天数。

科学家根据这一个原理，推断出地球的年纪大约是45亿岁，而太阳的年纪大约是50亿岁。

这样看来，只需要找到一块宇宙中最古老的岩石，就可以轻而易举地说出宇宙的年纪了。然而不好办的是，按我们人类现在的科技水平，除了意外收获了一些太空送来的陨石以外，差不多没办法得到太阳系以外的岩石块。在人类原来收集到的太空礼物里，谁又能够肯定哪一块才是最古老的石头呢？

天文学家哈勃先生（1889～1953年）通过另一种方法，巧妙地计算出了宇宙先生的年纪。

他在观察星空的时候，发现了一个奇怪的现象：有些黄色的星星看上去有些发红。而你或许并不知道，因为色光的不同与波长有关，所以星光的颜色可以帮助我们判断一颗星星与地球的大致距离。由于黄光比红光的波长短，这就说明那颗泛着红光的黄色星星正在悄悄地离我们远去。相反，如果一颗黄色的星星看上去有些发蓝，则说明它正在慢慢地向我们靠近，因为蓝光的波长比黄光短。

哈勃根据这一原理，通过分析物体发出的声波或光线的变化，发现了计算遥远物体速度和年纪的方法。经过艰苦的努力，哈勃计算出宇宙的年纪大约是18亿岁。

但是，地球已经45亿岁了，宇宙怎么可能比地球还年轻呢？当然，哈勃的推测是好几十年前的数据。

在哈勃之后，天文学家又发现了一种体积很小的恒星，亮度也很暗，但是小恒星的质量和密度却大得惊人。这种矮个子的小恒星被科学家们送了个好听的名字，叫做白矮星。它很有趣，身体本来是火热的，却会随着时间的推移而逐渐变冷。人们就通过对矮个子星的温度变化规律考察，推测出它开始冷却的最早时间，这就该是它的出生日。这颗矮个子小恒星恐怕已经有近百亿的年龄了。

通过不懈的观察，天文学家用望远进观测到了一颗距地球7000光年以外的白矮星，它是人类至今为止发现的最古老的小星星。科学家通过各种数据分析出，它的年纪在130亿岁到140亿岁之间。看样子，小家伙原来是个老寿星。

由矮个子恒星的年纪我们可以肯定，至少宇宙的年龄应该是不低于130亿年，至于真实年龄，恐怕只能留给未来的人解答了。

患了肥胖症的宇宙

如果人在地上行走，50千米的路就觉得很远，恐怕要走一天；如果乘坐火车，5000千米要走数十个小时，那路途可真遥远，好像是要穿过亚洲，环游地球了呢！这种漫长的旅行，估计任何人都要叫苦连天。

不过，你要知道环游地球，距离其实更远。地球的直径约12800千米，周长约40000千米，坐火车绕地球一圈大约需要670小时，这可是一个月的时间！就算是坐火箭飞船绕地球一圈，也需要80多分钟。

假如让你步行绕地球一周，每天走50千米，要走800天，大概是两年半的时间，你一定会给家里打电话，让家人把你半路接回去，然后抱着爸爸妈妈痛哭，下定决心从此再也不旅行了。哈哈。

不过，你以为这个距离很远么。当然不！假如你走出地球，飞到太阳系的上空看地球时，它可真是小啊。地球的体积只占整个太阳系的几十亿分之一。离地球最近的天体，也就是地球的卫星——可爱的月球，它与地球的平均距离也在38万千米，是地球直径的30倍。

地球与行星冥王星相距约40多亿千米，就算以现在的火箭速度飞行，要到冥王星去做客，路上也需要10多年的时间，一去一回，20多年就过去了，我们生命的四分之一都要浪费在路上。

事实上，冥王星距离地球还算近的呢。在浩瀚的宇宙，有无数的恒星、星云等天体，他们距离地球远着呢。想要去那些星球看一看，简直是天方夜谭。由此可见，宇宙真是大得没边没际。我们如果想知道宇宙的大小，恐怕得派出一颗飞得像光速一样快的卫星，用上百亿年去测量，恐怕都很难得到确切的数据。

这样开来，宇宙先生的肥胖症可真要治一治了。

庞大的家族成员

我们坐在地上仰望夜空，除了时弯时圆的月亮和渺小的星辰，看不到其他东西。整个宇宙看起来空荡荡的，就像一大湖清水里，只见有一条小鱼和它到处洒下的鱼仔们，小鱼有时候还钻进湖底不见影子。

但是，看起来空荡荡的宇宙，可是有许许多多庞大家族的，家族中的个体成员更是多得无限。

宇宙中存在着数以万亿计像太阳一样的恒星，它们的大小和密度都不太一样，有的叫做红巨星，有的叫做超巨星，还有中子星、造父变星、白矮星、超新星等。红巨星和超巨星可不是电影、电视里的明星，那可是特别大的超级星球，大到了是地球的千倍、万倍、几十万倍！

在宇宙空间里，这些恒星常常聚集成双星或者三五成群的聚星，之后再组成星系、星系团。此外，以弥漫漂浮的形态存在的星际物质，比如星际的气体和尘埃等，集合到一起之后会形成各种形状的星云，就如天上的云雾。除这些能发光的天体外，宇宙中还有紫外天体、红外天体、射线源、射电源等，那些更是我们肉眼看到，但却真实存在的。

以上这些大约只占到了宇宙总量的4%。那么，宇宙组成中剩下96%的神秘物质又是什么呢？

天文学家认为，其中的23%是暗物质，剩下的73%是一种能导致宇宙加速膨胀的暗能量。

暗物质是无法通过直接观测所能见到的，但它能干扰星体发出的光波或者引力，因此它的存在是能够被明显地感觉到的。

暗能量被认为是一种见不到的、能推动宇宙运动的能量，宇宙中恒星和行星的运动都是由暗能量和“万有引力”推动的。

现在，科学家们正在对暗物质和暗能量加紧研究，相信在不久的未来，就能弄清楚它们究竟是怎么回事，这样我们也就清楚宇宙家族的成员了呢。