楔子

所有的故事才剛剛開始

所有的等待已經十分漫長

好運總是留有印記

像空間一樣疊加膨脹

讓宇宙開始吧

每當夜晚遙望天空，我們總是會想，璀璨的銀河有多少顆星星，明亮的北斗為何是現在這個樣子？我想，這也是很多人想知道的答案。

宇宙已經138億歲了，但它正是風華正茂的時候，就是哺育我們的太陽也已經47億歲了，但她還正值壯年。這樣的時間，對于人類來說，確實太漫長了，但對于宇宙而言，是再正常不過了。但是，人類的智慧早已跨越時空，將視野延伸到了浩瀚無垠的宇宙，將不可知變成了可知，將不可能變成了可能。

今天，我們就用幾分鐘先了解一下宇宙之最之數字宇宙。

1）最超乎想象的數字：

10-33秒。這是宇宙大爆炸之后，一段極短的暴脹期。這個時間有多短？它完全超出了我們的認知。但我們可以換一種方式來理解：宇宙從大爆炸至今走過的歷史還不足1033秒，但在短短的1秒里，卻包含了1033段“10-33秒”。

1026倍。在宇宙暴脹的瞬間，宇宙在線性維度上增長了1026倍，幾乎相當于一個細菌在如此短的時間內突然膨脹到了銀河系的大小。

2）最“嚇人”的數字：

1500萬光年。前不久，科學家發現留有記錄以來最小，也是迄今為止距離地球最近的黑洞“獨角獸”。它距離地球1500萬光年，只有約三個太陽質量。

400萬個太陽質量。距離地球最近的超大質量的黑洞，是銀河系中心的“怪物”人馬座A*，質量大約是400萬個太陽質量。她會撕裂和吞噬所有靠近它的恒星。

3）最具挑戰性的數字：

10-18米。愛因斯坦的廣義相對論認為，當兩個黑洞相互繞行時，它們在時空中產生微小的擾動----引力波，并以光速向外傳播，也被稱為時空漣漪。但是，當來自深空的引力波最終抵達地球時，其信號已經變得非常微弱。一個強引力波引起的位移只有10-18米，大約是一個質子的千分之一。2015年，在廣義相對論發表整整一個世紀后，人類首次直接觀測到了引力波。

4）最神秘的數字：

95%。物質和能量是構成整個宇宙最基本的兩個成分。然而，目前科學家面臨最大的挑戰之一，卻是宇宙中大部分物質無法觀測，大部分能量的來源并不為人所知。

1933年弗里茨·茲威基研究發現，星系運動速度和預測不符。于是，他假設宇宙中存在著大量看不見的物質，就是今天所說的暗物質。現在，計算表明，暗物質占宇宙總物質的80%。

1998年，科學家觀測表明，宇宙不僅在膨脹，而且在加速膨脹。科學家把宇宙加速膨脹的背后推手稱為暗能量。它在宇宙總物質和能量中占約69%。

換句話說，宇宙中可見物質僅占宇宙總質能的5%，

有95%的部分對我們來說是完全未知的。

5）最具希望的數字：

1.3%。1992年，天文學家首次確認了一顆圍繞脈沖星運行的系外行星。直到今天，已有超過4000顆系外行星被確認。在系外行星探索中，常用的方法之一為凌星法。在凌星法過程中，少量星光會被行星大氣層吸收，從而透漏了行星大氣化學組成信息。根據現有研究估計，在已知系外行星中，表面可能存在液態水的比例大約為1.3%。

6）最富生命力的數字：

24顆。2020年，發表了一項研究結果，對已經發現的超過4000顆系外行星的宜居性進行了相對全面的評估，篩選出了24顆最有可能成為超宜居行星的候選行星。

7）最不可想象的數字：

930億光年。宇宙有多大，一直是個謎。根據現有的技術，可探知的宇宙直徑大約為930億光年。這個數字究竟有多大，如果用數值表達：8798544E23千米。美國探測號探測器以第三宇宙速度在太空飛行了40年還走了不到1光年。

自從人類第一次仰望星空開始，我們就開始思考宇宙，思考宇宙是否是孤獨的，直到今天仍然是我們要找尋的答案。雖然研究結果表明，在一個宇宙中出現生命的可能性只有10229分之一，但是，人類在慶幸自己好運的同時，也就義不容辭地承擔起了探索宇宙的責任。

從現在開始，就讓我們跟著本書的思路去領略我們的宇宙吧！

讓我們一同遙望星空的深處

讓我們一同探秘時間的源頭

讓我們一同暢想奇幻的黑洞

讓我們一同探尋蟲洞的秘境

讓我們一同在廣袤的宇宙中遨游、搜尋

宇宙的起源

白晝將近，暮年仍應該燃燒咆哮

怒斥吧，怒斥光的消逝

雖然在白晝盡頭，智者自知該踏上夜途

因為他們的言語未曾迸發出電光

不要溫和地走進那個良夜

好人，當最后一浪過去，高呼著他們脆弱的善行

本來也許可以在綠灣上快意地舞蹈

所以，他們怒斥，怒斥光的消逝

狂人抓住稍縱即逝的陽光，為之歌唱

并意識到，太遲了，他們過去總為時光傷逝

不要溫和地走進那個良夜

嚴肅的人，在生命盡頭，用模糊的雙眼看

失明的雙眼可以像流星般閃耀，歡欣雀躍

所以，他們怒斥，怒斥光的消逝

而您，我的父親，在生命那悲哀之極

我求您現在用您的熱淚詛咒我，祝福我吧

不要溫和地走進那個良夜

怒斥吧，怒斥光的消逝

這是狄蘭·托馬斯在給電影《星際穿越》寫的一首詩。這首詩以對白的形式出現在電影里，表達人類對宇宙的恐懼，并且非常迷茫地踏上了探索宇宙的征途。

人類居住的宇宙浩翰無垠，奇幻神秘。仰望星空，人們都會發出同一個問題，宇宙是怎么創生的？宇宙創生前是什么樣子？宇宙會不會滅亡？

我小的時候常常為這幾問題苦惱著，問大人，都說這孩子腦袋里整天想著什么呀？不好好學習，想這些無用的東西。上中學后，就想在書籍里找答案，然而，在那個文化荒蕪的年代書籍是非常少的，尤其在偏遠的農村更是一書難求。后來，葉永烈著的《千萬個為什么？》成了搶手貨，大家都搶著看，可是，關于宇宙的內容涉及的非常少，在遺憾之中繼續我的探求之旅……

近幾年，宇宙學、天文學有了突破性進展，宇宙的神秘面紗逐漸被揭開，一個奇幻的宇宙展現在我們的面前……

1.1來自創世的第一縷曙光

一聲天崩地裂的爆炸

時間與空間開始出發

物質和能量從無到有

混沌與黑暗連成一片

三十八萬年的等待

迎來了第一縷曙光

帶著創世的所有信息

穿過浩瀚無垠的宇宙

讓人類看到了遠古的余暉

宇宙微博背景輻射被稱為宇宙大爆炸的“余燼”，然而，它的發現卻純屬一種巧合。

1964年，美國天文學家彭亞斯和威爾遜在位于新澤西州的霍姆德爾市架設儀器接收通訊衛星信號，在儀器調試過程中，發現當儀器的噪音調低到一定程度后，再也降不下去了。他們不甘心，重新對儀器進行了檢查，發現鴿子在裝置的核心部位筑了一個窩。當時，他們覺得找到了噪音的根源，隨即將鴿子窩和糞便清洗干凈。當他們再次對儀器進行調試時，噪音依然存在，基本上沒有減弱。

此時，彭亞斯和威爾遜終于認識到了，這個噪音不是儀器本身造成的，而是宇宙空間固有的、普遍存在的信號，整個天空都在以3.5K的絕對溫度1暗暗發光。于是，二人公布了自己的發現，但沒有對輻射源作出解釋。

當時，正在尋找大爆炸“余熱”的相對論專家迪克敏銳地意識到，他尋找的“余熱”終于出現了。這是一種源自宇宙空間背景上的各向同性的微波輻射，一種充滿整個宇宙的電磁輻射，其特征與絕對溫標2.725K黑體輻射2相同，頻率屬于微波范圍，均勻地分布于整個宇宙空間。

宇宙微波背景輻射的發現，一時轟動了整個天文學界。于是，1965年彭亞斯和威爾遜趁熱打鐵，在地球的南極測量到了7.4厘米波長以下的微波波段的宇宙背景輻射，且具有各向同性、無偏振，大約3K黑體譜，從而證實了“宇宙大爆炸”假設的正確性——宇宙誕生于一次大爆炸，二人獲得了1978年諾貝爾物理獎。

今天，我們每個人都可以觀察到宇宙大爆炸留下的痕跡----你只要把電視機調到接收不到任何信號的頻道，在你所看到的鋸齒形靜電中，大約有1%是由古老的宇宙大爆炸殘留物----微波背景輻射造成的。你能否想到，當你抱怨接收不到電視圖像信號時，你正在觀看宇宙的誕生。這是一個多么奇妙的事情啊！

今天，在我們的宇宙中充滿了T=2.723K的微波背景輻射，且波長在0.1厘米附近。作為創世第一縷曙光的宇宙微波背景輻射，除了證實宇宙大爆炸理論的正確性外，還導出了三大研究成果。

其一，證實了銀河系相對于宇宙背景輻射有一個相對運動。

其二，證實了宇宙背景輻射具有高度各向同性，溫度漲落的幅度只有大約百萬分之五。正是由于溫度的漲落，造成了物質在宇宙中分布的不均勻，最終得以形成星系團等一類大尺度結構。

其三，根據宇宙微波背景輻射在不同方向上漲落的測量結果，證實了宇宙的年齡大約為137+1億年或137-1億年。

1.2宇宙是怎么創生的？

大爆炸的剎那

巨大的能量躁動不安

無法形容的熾熱

強烈地輻射四散

光子四處碰壁

正反粒子成對閃現

又在瞬間湮滅

像一鍋沸騰的“粒子湯”

粒子創生與湮滅

反復發生

釋放能量

幸運啊

不知何因

創生的正粒子發生了逃逸

留存了下來

構成了今天物質的宇宙

關于宇宙的創生，自人類社會誕生以來，每個族群、每個地區、每個國家都有自己的神話故事。中國古代神話《盤古開天地》中就有這樣的描述：“天地混沌如雞子，盤古生其中。萬八千歲，開天辟地，陽清為天，陰濁為地，盤古在其中，一日九變。神于天，圣于地。天日高一丈，地日厚一丈，盤古日長一丈。如此萬八千歲，天數極高，地數極厚，盤古極長。故天去地九萬里。”文中描述了宇宙創生的過程，現在回頭看，真佩服古人的想象力。

同樣，在西方世界里，對宇宙的創生也有類似的一番景象，他們認為，宇宙是神袛創造的。同時，又創造了時間之神、時空之神、天宇之神、秩序之神和混沌之神。在西方神話故事《變形記》中，有這樣的描述；“天地未形，籠罩一切。充塞寰宇者，實為一相，今名之曰混沌。其象未化無形聚集，為自然之種，雜沓不諧，然雜居于一所。”在這里混沌被描寫成天地未開辟前橫貫一切宇宙的存在。可見，東西方古人最初對宇宙的認識幾乎是相同的。

然而，在上世紀六十年代，宇宙微波背景輻射的發現，徹底打破了宇宙創生的神話的、非神話的各種傳說和猜想。宇宙創生于一次大爆炸，而且是由一個奇點爆炸產生的。關于奇點，若用文字表述，就是一個只有質量，沒有體積的點，且質量無窮大。這個表述，在我們有限的宏觀世界內，確實很難理解。而在霍金看來，宇宙大爆炸前，沒有時間，沒有空間，沒有物質，更不會有一個“造物主”。因為大爆炸沒有“之前，就像從南極出發再向南極走一樣。空間與時間、物質與能量一同在大爆炸之中，都是從無到有創生出來的。

關于宇宙的誕生，早在20世紀40年代美國宇宙學家弗雷德·霍伊爾就將其稱為宇宙大爆炸。當時，他自己都認為，是一個異想天開的想法。然而，到了1948年前蘇聯物理學家伽莫夫發表了關于宇宙熱爆炸的文章，并作出了一個驚人的預言：宇宙大爆炸的輻射仍然存在于我們的周圍，但由于宇宙的絕對溫度降到幾開（K），則輻射處于微波波段。到了1969年彭亞斯和威爾遜在地球南極的上空測到了宇宙大爆炸的微波背景輻射后，這個異想天開的想法得了科學實驗的有力證實。

現在已經證實，宇宙起源于138億年的一次大爆炸。開天辟地的宇宙大爆炸只進行了10--43秒，此時宇宙的溫度高達1034度，宇宙中充滿了由夸克3、輕子4和它們的反物質----玻色子5，共同組成的一大鍋"沸湯"。

大爆炸后是一段暴脹，且極其短暫，甚至短到無法估量的瞬間，完全超出了我們的認知。這段時間如果形象地表示，就是將1秒分割為1033段，即10--33秒，而10--43秒比10--33秒還短10個數量級，就在這么短的瞬間內，宇宙在線性維度上增長了1026倍，幾乎相當于一個細菌在如此短時間內，突然膨脹到了銀河系的大小。

暴脹將年輕的宇宙，從無窮小放大到宇宙尺度。這似乎違反了相對論。因為狹義相對論要求，任何物體運動速度都不能比光速更快，但暴脹的速度不適應于空間的膨脹。由于暴脹引起的相變6，使膨脹不完全是均勻的，其各項溫度均有微小變化，但科學家一直未探測到，直到2001年美國發射的WMAP衛星才探測到，從而證實了暴脹確實發生過。

在接下來的10--34秒，宇宙此時的溫度降到1027度，宇宙中充滿了夸克-反夸克；

在10--10秒，宇宙此時溫度下降到1015度，宇宙中夸克禁閉，反夸克消失，質子、中子和介子形成；

在1秒，宇宙溫度下降到1010度，宇宙中質子和中子束縛在一起形成氫、氦、鋰和氘核；

在3分鐘，此時宇宙溫度下降到109度，物質和輻射耦合7在一起，就像《西游記》開篇所說:"混沌未分天地亂，茫茫渺渺無人見。自古盤古破鴻蒙，開辟從茲清濁辨。"

在接下來的40萬年時間里，物質依然呈現均勻分布狀態，沒有出現任何發光體。

在宇宙溫度下降到1萬億開（K）時，黑暗出現了，這之前連黑暗都沒有，只有虛無。黑暗出現后，意味著空間出現了，這段時間為38萬年，被稱為宇宙黑暗時代。很快，黑暗的空間出現了一些擾動8，宇宙這鍋混沌的湯，就創造了一個永久性重粒子家族----強子9。強子又很快形成了質子和中子，它們最終成為了產生星系、恒星、行星的終極物質來源。

在宇宙溫度下降至10億開（K）時，宇宙湯鍋"煮"出了電子和正電子，隨著電子和正電子生出和消失的不斷上演，電子的命運最終和夸克、強子一樣，只有十億分之一幸存下來。

在宇宙溫度降到1億開（K）時，每個質子被對應"凍結"一個電子，這樣宇宙中有90%的原子核是氫，有10%是氦，孵化出了一個嬰兒宇宙，隨之，所謂的時間和空間，也誕生了。此時，在宇宙的這鍋粒子湯里，高能電子自由地在光子之間漫游，它們不斷吸收和發射光子，發生著相互作用。

在宇宙溫度降到低于3000開（K）時，隨著宇宙的膨脹，這鍋湯里自由自在的狀態就戛然而止了，所有自由電子和原子核都開始發生結合，光出現了。剛開始，只是一片沒有形狀的光斑，又經過一段漫長的時間后，整個世界才亮了起來，天空留下了無處不在的可見光，也宣告了原初宇宙粒子和原子的形成過程已經完成。這段時間大約延續了4至5億年時間。

在接下來的第一個10億年里，隨著宇宙繼續膨脹和冷卻，一些區域的物質密度發生了變化，這時宇宙中的最初物質氫和氦，因為萬有引力的作用聚集成團，形成星云10、星系，數量在1000億左右。每個星系中含有千億顆恒星，萬億顆行星，還有許許多多的星云填充于星系的"縫隙″中，如我們人類所處的銀河系，還有室女座星系、半人馬座星系等。而所有恒星內部都發生著熱核聚變反應，也就是我們物理學中氫原子聚合成氦原子的熱核聚變反應，氫彈爆炸也是這個原理。

燃燒的恒星發出耀眼的光芒，穿過茫茫宇宙，傳播到地球，讓我們有幸觀賞到璀璨而壯麗的星辰。

宇宙誕生的大爆炸，不是普通意義上的爆炸，它使宇宙從一種我們無法理解的形式，過渡到一種我們幾乎可以理解的形式。

今天，如果我們在一個睛朗的夜晚，舉目仰望星空，北斗就像一把巨型的"勺子"懸掛于北方天空，它為古人航海指引著方向，為鳥兒遷徙提供了導航；我們再觀賞一回養育我們人類的銀河系，它是由兩條旋轉的旋臂組成的"漩渦"星系，光彩奪目，璀璨迷人。而我們的太陽系就在一只旋臂的邊緣，可見，最美的風景不一定居于事物中心。

在今天的宇宙中，尤其是一些遙遠的星系，它們的形成甚至已有130多億年的歷史了，這些星系勘稱宇宙"核心"取樣處，大約有1000個星系，其中離我們最遙遠、最小的星系，可追溯到宇宙只有8億歲的時候。而在2012年由哈勃太空望遠鏡拍攝的圖像中顯示，最年輕的星系尚處于宇宙的"嬰兒期"，大約是宇宙大爆炸后的4.5億年。這些恒星都非常暗淡，亮度大約只有肉眼可見亮度的十億分之一。

相比起來，我們的太陽系只有47億年，正處于青壯年時期，今天我們才能看到滿天璀璨的星辰。

1.3宇宙大爆炸是怎么驗證的？

有誰參透時間，

穿梭到從前，

尋找永遠。

有誰探測那片星光，

穿越荒蕪，

尋找起點。

有誰告訴我們，

宇宙從何來，

要到哪兒去？

是虛無，

還是夢幻？

是永恒

還是有開始，

就有終點？

在宇宙微波背景輻射發現之前，宇宙誕生于一次大爆炸還只是一種假說，一些間接的證明還沒有得到物理學界的普遍信服，這其中就包括氦豐度和哈勃紅移。今天，氦豐度11、哈勃紅移和宇宙微波背景輻射，已成為驗證宇宙大爆炸最有力的三大證據。

（一）氦豐度

1927年，比利時神父勒梅特用帶宇宙項的愛因斯坦方程，得出了一個膨脹的或者脈動的宇宙模型。他認為，上帝最初創造的宇宙是一個“宇宙蛋”，大概有乒乓球大小，而且是一個“熱蛋”，溫度極高。隨著“熱蛋”不斷膨脹，溫度降低，才變成今天的宇宙。

前蘇聯物理學家伽莫夫在勒梅特宇宙“熱蛋”模型的基礎上，建立了一個“原始火球”模型。他認為，宇宙最初是一個高溫的核火球，進行著劇烈的核反應，后來火球逐漸脹大、降溫，主要的核反應逐漸停止，各種物質相繼形成。通過計算，這時，在宇宙的可見物質中氫元素占71%，氦元素占24%，其它元素只占了不到5%，直到今天宇宙中的氦豐度幾乎沒有改變。當時，就有人譏諷伽莫夫的“原始火球”模型為“大爆炸”模型。伽莫夫反駁說，“哈勃定律”、氦豐度和“大爆炸余熱”足以證明，我們的模型是正確的。

（二）哈勃紅移

1929年，美國天文學家哈勃在觀測河外星系時發現，一些星系發生了紅移，另一些星系發生了藍移。根據多普勒效應，發生紅移，表明星系在遠離我們；發生藍移，表明星系在向我們靠近。哈勃進一步觀察發現，絕大多數河外星系都表現出紅移，只有幾個星系表現為藍移，而且這些星系和我們銀河系屬于同一個本星系群；本星系群之外的星系，離我們越遠，紅移量越大。

哈勃通過反復觀測確認，河外星系的紅移量與它們離我們的距離成正比。如果紅移是多普勒效應造成的，則河外星系遠離我們的速度，與河外星系離我們的距離D成正比。 即v=HD，被稱為哈勃定律，其中，v為河外星系退行速度，H為哈勃常數。

哈勃定律有力地支持了“火球”模型，表明宇宙誕生于大爆炸。

（三）宇宙微波背景輻射

在宇宙大爆炸5分鐘后，溫度接近10億開（K），膨脹率達300萬倍。此時，宇宙就好像處在濃霧中，光線在“水蒸氣”間散射來散射去，無論從那個方向看，景象都差不多，且可視距離極其有限。

在宇宙發生大爆炸40萬年后，宇宙溫度降到3000開（K），氫原子開始形成。此時，光子與之前束縛在原子內的電子退耦12，二者停止相互作用。之后，這些光子便自由地翱翔于宇宙，就好比濃霧散去，阻礙不再，來自遙遠海岸線的光線直抵你的雙眸。此時，恒星、星系尚未形成，物質才剛開始形成，因此，宇宙微波背景輻射又稱為“嬰兒期宇宙圖像”。

今天，我們探測到的微波背景輻射的光子，已經穿越了半個可觀測的宇宙距離，它們給我們帶來了138億年前的宇宙畫面，就像那些遙遠的星系傳來的光線，為我們提供了一幅宇宙“青年期自畫像”。

1.4宇宙空間是何形狀？

仰望星空

天是穹廬

日月星辰

璀璨奪目

宇宙啊

你是什么模樣

星辰啊

你又怎樣分布

讓人迷茫

使人神往

是的，我們生活的宇宙究竟是什么樣子？是否存在邊界？一直是宇宙物理學界一個重要的研究課題。

對于宇宙的輪廓，人類曾有諸多天馬行空的幻想。然而，2020年，一項發表于《天體物理學雜志》的研究中顯示，在宇宙的總質能中，物質質量占了31.5+(-)1.3%，其中80%為暗物質，剩余的70%均為暗能量，這樣平均下來，宇宙密度約為6個質子/每立方米。之前，物理學界普遍認可的宇宙界臨密度為5.7個質子/每立方米。

根據宇宙臨界密度從5.7變為6，這樣人們對宇宙形狀的猜想也發生了改變……

根據廣義相對論，宇宙的空間曲率13取決于宇宙中的物質分布，而宇宙的形狀又決定于空間曲率。如果宇宙空間具有正曲率，即空間曲率大于0，則宇宙就是一個有限無邊的封閉的三維球面，比如，一只螞蟻從北極出發爬向赤道，再沿著赤道爬1/4圓周，然后回到北極，這個三角形的內角和大于180度；如果宇宙空間曲率等于零，則宇宙是一個無邊無際平坦的三維空間，比如，一只螞蟻在該平面上沿著三角形爬行一圈，這個三角形的內角和等于180度；如果宇宙空間曲率小于0，則宇宙是一個沒有邊際的、開放的三維馬鞍曲面，比如，一只螞蟻沿著三角形爬行一圈，這個三角形的內角和小于180度。

假如人類能夠像那只螞蟻在宇宙太空沿著三角形走一圈，測量該三角形的內角和就能確定宇宙的形狀了。可惜，人類目前還做不到。

根據這項研究，宇宙平均密度由每立米5.7個質子變為6個質子，宇宙空間可能是一個封閉的三維球面，徹底顛覆了以前人們認為的、宇宙空間是一個無邊無際平坦的三維空間。

如果把這項研究與數學中著名的龐加萊猜想14聯系起來，以地球為觀測中心，則宇宙就是一個半徑約為465億光年的一個理想球體。

1.5星系是怎么演化形成的？

滿天星光如撥墨，

璀璨無垠真養眼。

是誰巧手把畫做，

常娥仙子布畫展。

正如這首詩里所描述的那樣，在一個沒有燈光干擾的晴朗夜晚，倘若天空足夠的黑，大地足夠的靜，你就能看到明亮的北斗星、璀璨的銀河和閃爍的繁星，那就是我們所說的星系。

在我們的宇宙中擁有數不盡的恒星，而每顆恒星都有自己的行星系統，這些系統共同組成了星系和星系團，如銀河系、仙女座星系等。

那么，宇宙中的星系是如何形成的呢？

目前，有關宇宙中星系的形成和演化，物理學家們從宇宙微波背景輻射的觀測中已經證實：在宇宙大爆炸之后，開始的一段時間，宇宙暴脹非常同質性，即各個方向延伸及物質的密度都是均衡的，其間的起伏低于十萬分之一。但隨著時間的推移，由于受到某種原始的擾動，從而誘發了局部區域的氣體物質密度增加，而且這種趨勢不斷加強，在引力的吸附下，就像暴風雨前天空中的云朵，不斷聚集形成大團大團的氣體星云或星團，一些區域因為密度較高、相互吸積就逐漸形成了星系。

對此，物理學家們曾做過一次非常形象的實驗:他們在一塊非常光滑、平坦的地面中央倒下一袋大小一樣且光滑的不銹鋼鋼珠(鋼球)，剛開始，這些鋼珠均勻地向各個方向滾動，在它們遠離中央區域的過程中，逐漸聚集成一團一團的陣容。開始是三三兩兩，之后越聚越多，形成一團一團的鋼珠，很形象地模擬了宇宙中星系的形成場景。

宇宙中每個星系都包含恒星、行星以及氣體物質、塵埃和暗物質，這些星系從只有數千顆恒星的矮星系到上千萬顆恒星的龐大星系，而且大部分星系都是多星系統，比如，太陽系只是銀河系邊緣很小的一個星系，它們都圍繞著星系質量中心運轉。

現在，天文學界根據星系的形狀把星系分為三類:橢圓星系，它們有著橢圓形明亮的外觀；漩渦星系，它們有著圓盤狀的漩渦，有的還有彎曲的漩渦臂；不規則星系，它們受到鄰近星系的影響或撕扯，形狀呈現出不規則或異常，其命運或是跟鄰近星系合并，或是產生大量的恒星，成為星爆星系。

目前，在可觀測的宇宙中，星系總數可能超過20000億個以上，大部分星系的直徑介于1000至100000角秒15差距。一般而言，星系大小差異很大，橢圓星系的直徑大約在3300光年16到49萬光年之間；漩渦星系的直徑大約在1.6萬光年到16萬光年之間；不規則星系的直徑大約在6500光年到2.9萬光年之間。宇宙中的星系質量一般為太陽質量的100億倍到1萬億倍之間。

根據目前觀測數據，宇宙中最大的星系是距離地球大約10.7億光年的阿貝爾2029星系群中心星系--IC1101，其直徑為560萬光年，此星系相當于銀河系直徑的50倍；最遠的星系是距離地球大約132億光年的EGS8p7星系，它誕生于宇宙大爆炸6億年之后，宇宙黑暗時代，其發現者物理學家查德·埃利斯說:“該星系是一個非常小的星系。”

從現有的觀測結果看，星系在宇宙中呈現出網狀分布，星系內包圍著一個個像氣泡一樣的空白區域，形成類似蜘蛛網或神經網絡的結構。

科學家對銀河系附近大約2.6萬個星系進行觀測，發現大多數星系死亡都有類似的共同點，就是"窒息"死亡，好像是被勒死的。

由于恒星主要由氫氣和氦氣構成，并且通過核聚變產生多種金屬元素，結果發現死亡的星系內擁有大量的金屬元素，與星系被"鉸殺"過程相一致。科學家用計算機對一個新生的恒星被逐漸"鉸殺"過程進行了模擬，發現由于其它星系的引力作用，導致該星系氣體被剝離，使恒星所需的氣體(氫離子)逐漸減少，最終熄滅。模擬發現，一個星系被"鉸殺"大約需要40億年，幾乎適用于95%以上的星系演化。

從哈勃太空望遠鏡的觀測結果分析，宇宙大約有2萬億個星系。但是，根據新視野號冥王星探測器傳回的數據，得出的微波背景亮度顯示，其結果與預想的相差甚遠。對此，美國科學家最新研究認為，宇宙可能只有數千億個星系。

可見，宇宙究竟有多大？有多少個星系？仍然是個未知數，這也給后人留下了探索宇宙的空間。

目前，我們看到的只是130億年前的光線，人類探測器的可視距離也只有930億年。

作者：米家樂

來源: 中國科普作家協會

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