正文 第2章 浩渺無際話蒼穹——宇宙(1)(1 / 2)

1.宇宙是什麼

每當夜幕降臨,當我們仰頭觀望夜空,看著那浩瀚無際的星河,我們不禁浮想聯翩。遙想那星光閃閃的遙遠宇宙,它裏麵究竟隱藏著怎樣的奧秘,宇宙到底是由哪些物質組成的呢?

我們知道,宇宙是由空間、時間、物質和能量所構成的統一體。

宇宙是萬物的總稱,是時間和空間的統一。宇宙是物質世界,它不依賴於人的意誌而客觀存在,並處於不斷運動和發展中。宇宙是既多樣又統一的。多樣,體現在物質表現狀態的多樣性;統一,表現在其物質性上。

人們一般認為,宇宙是無始無終,無邊無際的。不過,對這個深奧的概念,我們不打算作深入的探討。我們不妨把眼光縮小一些,講一講利用我們現有的科學技術所能了解和觀測到的宇宙,人們習慣上把它稱為“我們的宇宙”或“總星係”。

從最新的觀測資料看,人們已觀測到的離我們最遠的星係,是130億光年。也就是說,如果有一束光,以每秒30萬千米的速度從該星係發出,那麼要經過130億年才能到達地球。這130億光年的距離,便是我們今天所知道的宇宙的範圍。可以這樣說,我們今天所知道的宇宙範圍或者說大小,是一個以地球為中心、以130億光年的距離為半徑的球形空間。當然,地球並不真的是宇宙的中心,宇宙也未必是一個球體,隻是限於我們目前的觀測能力,我們隻能了解到這個程度。

2.宇宙是如何發展的

遠古時代,人們對宇宙結構的認識,處於十分幼稚的狀態。他們通常根據自己的生活環境,對宇宙的構造進行想象並作出幼稚的推測。

最早認識到大地是球形的,是古希臘人。但直到葡萄牙的麥哲倫率領探險隊完成了第一次環球航行(1519~1522年)後,地球是球形的觀念才最終被證實。公元2世紀,托勒密提出了一個完整的地心說。1687年,牛頓提出了萬有引力定律,深刻揭示了行星繞太陽運動的力學原理,它使哥白尼的日心說有了牢固的力學基礎。從此以後,人們逐漸建立起了科學的太陽係概念。20世紀初,沙普利發現了太陽不在銀河係中心,奧爾特發現了銀河係的自轉和旋臂,加上其他許多人對銀河係直徑、厚度的測定,科學的銀河係概念最終得以確立。近半個世紀以來,人們通過對河外星係的研究,不但發現了星係團、超星係團等更高層次的天體係統,而且使我們的視野擴展到遠達200億光年的宇宙深處。

早在中國西漢時期,人們就認為世界有著萬物開辟的階段,也有著開辟以前的多個階段。人們還具體勾畫了世界從無形的物質狀態到混沌狀態再到天地萬物生成演變的過程。在古希臘,也存在著類似的見解。例如留基伯就提出,由於原子在空虛的空間中做旋渦運動,結果輕的物質逃逸到外部的虛空,而其餘的物質則構成了球形的天體,從而形成了我們的世界。

3.宇宙物質的多樣性

當代天文學的研究成果表明,宇宙是有層次結構的、物質形態多樣的、不斷運動發展的天體係統。

行星是最基本的天體係統。太陽係中共有八顆行星:水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星(冥王星目前已被從行星裏開除,降為矮行星)。除水星和金星外,其他行星都有衛星圍繞其運轉。地球有一個衛星——月球,土星的衛星最多,已確認的有26顆。行星、小行星、彗星和流星體,都圍繞中心天體太陽運轉,構成太陽係。太陽占太陽係總質量的99.86%,其直徑約140萬千米。太陽係中最大的行星是木星,它的直徑約14萬千米。太陽係的大小約120億千米(以冥王星作邊界)。有證據表明,太陽係外,也存在其他行星係統。2500億顆類似太陽的恒星和星際物質,構成了更巨大的天體係統——銀河係。銀河係中,大部分恒星和星際物質,集中在一個扁球狀的空間內,從側麵看很像一個“鐵餅”,正麵看去,它則是一個巨大的旋渦。銀河係的直徑約為10萬光年,太陽位於銀河係的一個旋臂中,距銀河係的中心約3萬光年。銀河係外,還有許多類似的天體係統,稱為河外星係,常簡稱星係。星係也聚集成大大小小的集團,叫星係團。平均而言,每個星係團約有百餘個星係,直徑達上千萬光年。現在,科學家已發現上萬個星係團。包括銀河係在內約40個星係構成的一個小星係團,叫本星係群。若幹星係團集聚在一起,構成更大、更高一層次的天體係統,叫超星係團。超星係團往往具有扁長的外形,其長徑可達數億光年。通常情況下,超星係團內隻含有幾個星係團。隻有少數超星係團,擁有幾十個星係團,本星係群和其附近的約50個星係團構成的超星係團,叫做本超星係團。目前天文觀測的範圍,已經擴展到200億光年的廣闊空間,它稱為總星係。