科普一下:宇宙的大小之谜

宇宙中有数以亿计的天体,这些天体都是十分巧妙而有规律地相互组合的,大多数的星体构成星系,比如我们的太阳系就是。星系再构成银河系,宇宙中至少有10万个大大小小的银河系。

宇宙空间是十分广阔的,光在一秒钟内可走30万千米,单是我们地球所在的银河系,跨幅的阔度就有10万光年。宇宙中有10万个银河系,那么,宇宙究竟又有多大呢?宇宙是有限的,还是无限的?它到底有没有尽头呢?

中国古代很早就有一些天文学家认为宇宙是无限的。尸佼在《尸子》一书中说:“天地四方曰宇,往古来今曰宙。”他把空间和时间联系起来思考,从而模糊地表示了宇宙在空间上和时间上无限的思想。《列子》一书的作者认为,大地仅仅是宇宙间一种很小的东西,而不是宇宙的中心;“上下八方”都是“无限无尽”的而不是“有极有尽”的。唐代著名的哲学家柳宗元曾在《天对》中说过,宇宙“无中无旁”,即没有中心也没有边界。

大约在公元140年,古希腊著名天文学家托勒密在总结前人天文学说的基础上,提出了“地心说”,认为地球是宇宙的中心,太阳、月球、行星和恒星都围绕地球转动。在后来的1 000多年中,托勒密的地球中心说一直在欧洲占统治地位。到16世纪,波兰天文学家哥白尼经过40多年的辛勤研究,于1543年提出了“日心说”,认为太阳是宇宙的中心,地球和其他行星都围绕太阳转动。他把宇宙的中心从地球搬到了太阳,把人类居住的地球降低到了普通的行星地位,从而开始把自然科学从神学中解放出来,并且动摇了神权对于人类的统治。但是,由于受当时生产力水平和实践条件的限制,哥白尼和托勒密一样,都把宇宙局限在很小的范围内,错误地认为太阳系就是全部宇宙,把宇宙看成是有限的,即有边界的。

1584年,意大利哲学家布鲁诺在伦敦出版了《论无限宇宙和世界》一书,十分明确地提出了宇宙无限的理论。他指出:“宇宙是无限大的,其中的各个世界是无数的。”他认为,在任何一个方向上,都展开着无穷无尽的空间,任何一种形状的天空都是不存在的,任何的宇宙中心都是不存在的。所有的恒星都是巨大的球体,就像太阳一样。他把太阳从宇宙的中心天体降为一个普通的恒星。

20世纪后,爱因斯坦提出了广义相对论。他所提出的宇宙模型是一个“有限无边”的体系。所谓有限,指的是空间、体积有限;所谓无边,指的是这个三维空间并不是一个更大的三维空间中的一部分,它已经包括了全部空间。

我们可以这样来理解爱因斯坦的理论:假如有一只小蚂蚁在一个大球上爬行,这个球本身是有限的,但球面根本没有边界,所以对于蚂蚁来说又是无限的。而我们人类就和这只蚂蚁一样,生活在这样一个有限而无边的宇宙中。

在爱因斯坦之后,天文学家又提出了新的宇宙模型学说,认为宇宙的空间尺度随着时间一直在不断增大,也就是说,宇宙从诞生至今,每时每刻都在膨胀,一直没有停止过。

既然宇宙处在不断膨胀的运动中,那么它的边界每时每刻都应该有具体的位置,从这个意义上说,宇宙应该是有限的。然而,宇宙的边界又在不断地向外扩展,科学家们还无法推算出它最终将膨胀到什么程度,会不会永远膨胀下去。从这个意义上讲,宇宙又是无限的。

总之,目前人们对宇宙大小的种种说法,多数是一种猜测,还没有完全被天文实践所证明。宇宙到底有多大,是有限的还是无限的,至今还是一个谜,还有待于航天技术的发展和天文学家的进一步研究探索来加以证明。

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