如果有人問:“世界上最大的東西是什麼?”一定會有人立刻回答:“是宇宙!”那麼,你知道什麼是宇宙嗎?為什麼說宇宙最大呢?這是因為宇宙是一切物質及其存在形式的總體,它包括地球及其他一切天體。宇宙也叫世界。按照我國古人的說法,上下四方無邊無際的空間為“宇”,古往今來無始無終的時間為“宙”,宇宙即無限的太空世界。
人類對宇宙的認識是先從我們居住的地球開始的,然後從地球擴展到太陽係,從太陽係擴展到銀河係,從銀河係擴展到河外星係。眾所周知,我們人類居住的地球,可算得上是十分巨大的了,它的平均半徑有6371.2 千米,但地球隻是太陽係中的一顆普通的行星。太陽係的成員包括恒星太陽(其半徑是地球半徑的109 倍,體積是地球的130 萬倍),包括地球在內的九大行星,50 多顆月亮一樣的衛星,神秘難測的彗星,難以計數的小行星、流星及星際物質。
太陽係的直徑約為170 億千米,而太陽係也隻是銀河係1000 多億顆恒星中的一個。這些恒星中有的比太陽大幾十倍到幾百倍。銀河係直徑隻能按光年計算,達10 萬光年,包含數千億顆恒星。在我們的銀河係之外,還有10 億多個類似銀河係的恒星係統,叫“河外星係”;幾十個這樣的星係聚在一起叫“星係群”;上百個聚集在一起構成“星係團”;它們又都歸於更巨大的太空集團——“星係集團”(又稱超星係集團)。銀河係所在的星係集團稱為本星係集團,它的核心是室女座星係團。無數超星係集團組成更龐大的總星係。我們用現代最大的望遠鏡雖已能觀測到這一離我們100 億光年的天體,但這仍在我們總星係的範圍之內。
宇宙的範圍如此巨大,那麼,宇宙的年齡又怎樣測算呢?是不是隻籠統地說“無始無終”就可以了呢?當然不行。目前測算宇宙的年齡有三種方法:一種是逆推算宇宙膨脹的過程,根據宇宙的膨脹速度(即哈勃係數和減速因子),計算從密度達到極限的宇宙初期到擴展為如今這種程度究竟需要多少時間,即為宇宙年齡。
二是根據恒星演化的情況求恒星的年齡。通過理論推導恒星內部的核聚變反應,就可以知道恒星這個天然的原子反應堆的結構和它的發熱率是怎樣隨時間變化的。將觀測和理論相核對,就可求出恒星和星團的年齡。再由最古老的恒星年齡推算宇宙年齡。
第三種是同位素年代法。這種方法已廣泛運用於測定月岩和隕石的年代。這是利用放射性同位素發生的自然衰變,由衰變減少的情況推測母體同位素的生成年齡。放射性同位素隻有在特別激烈的環境中才能生成,所以一旦被禁閉在岩石中就隻有衰變了。測定母體同位素與子體同位素之間的量比,測定具有兩種以上不同衰變率的同位係的量比,就可以決定年代,由此推算宇宙的年齡。
無邊無際的宇宙對人類來說還有很多未解之謎,許多最基本的問題還沒有搞清楚。如宇宙是怎樣形成的?古今中外先後有蓋天說、渾天說、宣夜說、地心說、日心說、大爆炸說、星雲說(詳見下文)等,但都僅僅是一種推想;再如,宇宙到底有沒有邊緣?
這並非用“無邊無際”一個詞可以說清楚的。近幾年天文學家用最先進的天文望遠鏡觀測到一個距離我們大約200 億光年的天體,它是在我們的總星係之內,還是之外呢?我們的總星係之外是否還有其他的更大的星係呢?即使地球附近的其他星球,我們對它們的了解也不充分,除地球以外的星球到底是不是都沒有人,也並沒有徹底搞清楚。總之,宇宙無限,人類對宇宙的認識有限,還需要我們不斷地觀測和探索。