刘慈欣发表获奖致辞时谈到科幻小说时：“未来像盛夏的大雨，在我们还不及撑开伞时就扑面而来。同时我也沮丧地发现，当科幻变为现实时，没人会感到神奇。”他说，作为科幻作家的工作是“在事情变得平淡之前把它们写出来”。

我们知道，宇宙正在膨胀中，但宇宙膨胀的减速度如果足够大，过了一个临界点，就会逐渐停止膨胀，然后开始收缩，刘慈欣的科幻小说《塌缩》里有段描述，就是写宇宙从膨胀到塌缩的那个瞬间会发生什么。

可以说，宇宙大爆炸从奇点开始，加速膨胀，星系在彼此远离，真是一曲悲伤的孤独行歌。然而到某一临界点，又开始收缩反向运动，最后回到奇点。

我最近在地铁上看了汪洁写的《星空的琴弦》，做了一些读书笔记，一并记录下来：

1、中国古人在对天象的观测和历法的制定上起步很早，早在战国时期的魏国，就出现了一位名叫石申的天文学家，他与楚人甘德测定并精密记录下的黄道附近恒星位置及其与北极的距离，是世界上最古老的恒星表。他还系统地观察和记录了五大行星的出没规律。到了元朝，天文学家郭守敬制定出了当时世界上最先进的一种历法，叫做《授时历》。因他们作出的卓越贡献，他们的名字连同另外三位中国古代科学家（祖冲之、张衡、万户）的名字一起，被用来命名月球背面的五座环形山。

2、金星的盈亏变化就成了日心说最好的佐证。伽利略用他的望远镜无可争议地证实了托勒密的地心说是错误的，而哥白尼的日心说是对的。

3、牛顿以万有引力公式为基础，推导出了行星的公转轨道是一个椭圆，引力中心（也就是太阳）位于椭圆的一个焦点上；同样，开普勒三定律也可以用纯数学的方式推导出来。万有引力还能解释地球上岁差和潮汐的成因，因为月球对地球的牵引力，导致地轴的摆动和海水的隆起。

4、第一个发现恒星相对位置变化的人是哈雷（Halley，1656年～1742年），这个名字我相信很多读者都耳熟能详，他与牛顿是同时代的科学家，也是牛顿的好友。哈雷的一生做了许多值得纪念的事情，例如他发明了第一台潜水钟；通过对死亡率的数学统计研究，第一个提出了人寿保险的数学模型；出钱替牛顿出版了《原理》一书，这是哈雷最引以为傲的事情。然而他唯独没有做那件后人都以为是他做的事：发现哈雷彗星。实际的情况是，牛顿有一次给了哈雷24颗彗星的资料，让哈雷分析一下规律。结果哈雷用牛顿的万有引力定律一算，发现这24颗彗星中有三颗是同一颗彗星的三次记录，这颗彗星每76年回归一次，下一次回归是1758年，哈雷得活到96岁才能等到，可惜他只活到了86岁。哈雷在他的《彗星天文学概论》中写道：如果孩子们在1758年又看到这颗彗星，别忘了是我计算出来并预言的。于是，在哈雷死后的第16年，这颗早就被发现、观测、记录过的彗星被命名为“哈雷彗星”。

1717年，61岁的哈雷发表了一篇论文，他指出：经过对托勒密时期的星表与现代最新的星表的细细比较发现，1700多年来，天狼星、大角星、南河三这三颗恒星的位置肯定发生了变化，并且绝不是由于观测误差引起的。这三颗恒星都是全天中最亮的几颗星星之一，也是离地球相对最近的几颗恒星之一。这篇论文一出，犹如一颗炸雷，在天文学界激起极大反响。几千年来，恒星恒定不动是如此根深蒂固的认知，它代表的是宇宙的完美、上帝的伟大，大批的天文学家都开始研究对比不同时期的星表，结果，事实毫不留情地粉碎了上帝创造的永恒：恒星确实在动，这被天文学家称为“自行”。

5、开普勒、伽利略、牛顿这些猛将的出现，使得针对哥白尼日心说的一个个质疑都被成功地解决掉了。但是有一个最基本的质疑却始终悬而未决，那就是为什么观测不到恒星的周年视差？布拉德雷发现了天文测量上的一个极为重要的概念：光行差。

为了让你更好地理解光行差的原理，我还要再举一个例子帮助你理解：设想一下你在雨中奔跑，会感觉雨滴是倾斜着打到你的脸上的，你跑得越快，倾斜的角度越大，而你停下来时，则发现雨滴其实是垂直下落的。这个例子说明，观测者与被观测对象做相对运动时，观测到的方向会产生变化，方向变化的幅度与两个对象各自运动速度之比相关。地球绕日公转的速度只是光速的万分之一，所以，光行差效应引起的光线偏转角只有20角秒。这么小的偏转，在螺旋测微器发明之前，是不可能被发现的。

自从发现了光行差之后，布拉德雷信心备增，他认为恒星视差的幅度一定是因为小于光行差所造成的振幅，所以恒星的周年视差“淹没”在了光行差里面。现在，他只要把光行差造成的摆动影响作为一项数据的基本修正值，就一定能让真正的周年视差现象浮出水面。

6、这次国际大行动的成果是：1AU(astronomical unit)=1.33亿千米。随着天文学第一问题的解决，太阳系的空间尺度终于初步搞清楚了。让我们来感受一下十八世纪的人类所知道的太阳系有多大：从地球到太阳是1.33亿千米，这是多远呢？当时的人类最快的交通工具是马，最快的马的时速大约是70千米，从地球跑到太阳大约需要224年，显然这是一个相当遥远的距离。

7、它的距离被计算出来：19.2AU，整个欧洲的天文学界都轰动了，因为太阳系的疆界一下子大了一倍多。这就是天王星，太阳系的第六颗行星，其实它是一颗肉眼可见的行星，虽然很暗，但是以第谷的眼力，是绝对能看见的。伽利略也看见过它（后人在伽利略的手稿中发现他曾经把天王星误当作是木星的卫星），只是由于天王星的公转周期长达84年，因此肉眼很容易把它当作一颗恒星来对待。

8、海王星距离地球约30AU，公转周期165年，从发现到现在（2016年）刚刚转了一圈多一点点。太阳系的疆域又扩大了一倍。

9、第一个看到银河（Milky Way）真相的人又是我们的老熟人伽利略先生，当他用望远镜对准银河后，发现银河那看上去像牛奶一样的白雾，实际上是由无数极为暗弱的恒星构成的，多得让人简直难以置信。后来一代又一代的天文学家用望远镜仔细地观测银河，证实了银河确实是由难以计数的恒星组合在一起形成的。我们今天知道银河系的直径是10到12万光年，也可能是15到18万光年，核球的厚度是1.5万光年，边缘厚3000～6000光年，太阳到银心的距离是2.7万光年。

10、仙女座星云（M31）和三角座星云（M33）的观测中。这两片星云是在北半球肉眼可见的仅有的两片星云，也应当是离地球最近的两片星云。

11、声源离观测者而去时，声波的波长增加，音调变得低沉；而当声源接近观测者时，声波的波长减小，音调就变高。音调的变化同声源与观测者间的相对速度和声速的比值有关，这一比值越大，改变就越显著。后人把这个发现称为“多普勒效应”。

多普勒效应对所有的波都是成立的，而我们知道光是一种电磁波，自然也就会存在多普勒效应。当一个光源远离我们而去的时候，光波就会被拉长，从光谱上来看，就是向着红端移动，这就被称为红移现象。与之相对的，如果光源是朝向我们运动的话，就会产生蓝移现象。

哈勃发现不但几乎所有的星系都存在红移现象，而且越是遥远，红移得越厉害。

12、哈勃当然也立即由此图提出了天文学上大名鼎鼎的哈勃定律：V=HD。这里的V表示星系远离我们的退行速度，D表示星系的距离，H则是哈勃常数。该定律也可以变形为H=V/D，也就是星系的退行速度与距离之比是一个定值。

13、哈勃定律看上去仅仅是一个简单的数学公式而已，但你能看出它背后蕴含的惊天秘密吗？连伟大的爱因斯坦也被哈勃的这个发现搞得激动得睡不着觉。现在让我来帮你解读一下：

哈勃定律适用于宇宙中任何一个观测点，我们的银河系并没有任何特殊性。也就是说，你站在宇宙中任何一个位置观看，都会发现所有的星系都在远离你而去，这是一个什么概念呢？只有在一种情形下，才会出现这样的景观，那就是宇宙整体正在膨胀中。我们想象一个气球（我承认这个例子太大众化了，似乎每一篇谈及这个问题的科普文章或书本都在用这个例子，但确实没有比这个例子更好的比喻了），在气球上面用笔随便画一些点，然后吹大这个气球，此时，不论你以气球上的哪个点为参照，你都会发现所有的点都在远离这个参照点。这个气球就是哈勃观测到的宇宙，所有星系都在互相远离，表明了我们的宇宙正在膨胀中。

远在欧洲的爱因斯坦读到了哈勃的论文，惊讶得好几天睡不着觉，因为哈勃的这个发现与他提出的广义相对论竟然能够互为印证。但真正让爱因斯坦吃惊的，是他自己居然因为不相信宇宙会膨胀而生生地在他的广义相对论方程中添加了一个不必要的常数，以维持宇宙的稳定，据说这是爱因斯坦自认为一生中最大的错误。

我们所处的宇宙就是在膨胀中的，并且在宇宙最初的时候，只是质量和密度接近无限大的一个点而已。

14、哈勃的发现让勒梅特大受鼓舞，他开始深入思考一个似乎是上帝才有资格思考的问题，那就是宇宙起源。1931年，勒梅特写了一篇论文发表在《自然》杂志上，用富有文学性的语言写道：在几十亿年前，整个宇宙就是一个无限致密、无限炽热的原子，然后，空间在这个原始火球中诞生。空间诞生后，时间也随之诞生，火球迅速膨胀，物质开始出现。

当时有一个出名的美国天文学家叫霍伊尔，他看到勒梅特的理论后，相当不以为然，有一次接受采访时，他调侃勒梅特的理论说：“不就是‘Big Bang’嘛，‘嘭’地一下，宇宙诞生了，多滑稽啊！”谁想到吊诡的是，本来是带有点侮辱意味的这个词Big Bang，也就是大爆炸，竟然不胫而走，成了宣传勒梅特理论最便捷形象的比喻，这是霍伊尔万万没想到的。因为这样一个通俗而又形象的理论标签，使宇宙大爆炸学说在普通公众中的知晓率迅速提升。

15、拉格朗日点是地球与太阳的一个引力平衡点，它可以保证这颗探测器永远躲在地球的影子中，从而避免太阳辐射的干扰。

16、根据2015年欧空局普朗克卫星所得到的最佳观测结果，结合之前的数据积累，我们现在得出的宇宙年龄是137.98±0.37亿年。

17、天文学家们发现星际间其实存在着各种各样的分子。首先是1963年，他们在仙后座的一片星际空间中发现了羟基（OH），也就是氢氧基。然后是1968年，在银河系的中心附近，人马座B2区域探测到了一片巨大的分子云，在里面发现了氨分子（NH3）和水分子（H2O）。这时，天文学家们已经很激动了，因为按照这个趋势，很有可能发现有机分子。大家知道，自然界中的分子分成无机分子和有机分子两种，有机分子是构成已知生命形式的最为基础的要素，如果在太空中找到了有机分子，就为生命的起源找到了一个新的方向，同时也大大增加了生命可以在宇宙中自然发生的可能性。

18、因为万有引力的存在，所有天体都是互相吸引的，当然会把膨胀的速度一点点地拖慢。但是，请大家注意，减速度不代表膨胀一定会停止。经过计算会发现：宇宙膨胀的减速度如果足够大，过了一个临界点，就会逐渐停止膨胀，然后开始收缩，进入大塌缩状态，相当于是大爆炸的反过程。刘慈欣的科幻小说《塌缩》里有段描述，就是写宇宙从膨胀到塌缩的那个瞬间会发生什么。

19、在地球上，看似两根互相平行的经线，最终会相交于南北两个极点，在一个球面上画一个三角形，则三角形的内角和是大于180度的。正是这些几何属性上的差异，让我们能够理解什么是一张完全平坦的纸面和一张弯曲的纸面。现在我们把这个理解再往前走一步，如果在宇宙空间中的两根平行线也会最终相交，如果在宇宙中的一个三角形的内角和不是180度，那么我们就会发现空间也是有形状的。用专业一点的术语来讲，就是空间的曲率。如果空间的曲率为正，那么空间就好像一个篮球的形状，三角形的内角和大于180度；如果空间的曲率为负，那么空间就好像是一个马鞍的形状，三角形的内角和小于180度；如果空间的曲率为零，那么空间就是完全平坦的。因此，空间的曲率决定了宇宙的形状。

20、如果质能密度超过一个临界值，那么引力就会导致空间朝自己弯曲，形成闭合的球形，空间曲率为正；如果质能密度没有超过这个临界值，那么空间就弯曲自如，形成马鞍面这样的形状，空间曲率为负；而如果质能密度不多不少，刚刚好等于临界值的话，那么空间就是绝对平坦的，曲率为零。

21、根据宇宙膨胀的速度，我们可以计算出朝一个方向看最远可达的距离是465亿光年，这就是可观宇宙的半径，那么整个可观宇宙的直径大小就是930亿光年。

我还可以用另外一个更加专业一点的方式来讲解什么是可观宇宙：假设有一个光子从大爆炸的奇点出发，在膨胀的宇宙中一直飞行了138亿年，就好像一个人在机场的自动人行步道上走了138亿年，那么经过的距离总共是多少呢？根据已知的各种宇宙学参数可以计算出，这个距离就是930亿光年。在宇宙学中，这个距离也被称之为今天宇宙的“粒子视界”，这个视界会随着宇宙年龄的增长而增长。

结语：对于宇宙而言，人类渺小如蝼蚁，但是这样渺小的人类居然能把宇宙了解到今天这样的程度，身为人类的一分子，我深感自豪。