因為忙於《尋秘自然》系列，好久沒有給大家寫東西了，腦子裡存了好多關於天文學和宇宙學的內容想跟大家分享。終於成稿，希望你喜歡。
天文學是一級學科，它的深度和廣度不亞於數學、物理、化學。
在我的所有著作中，講天文的是最多的，比如《星空的琴絃：天文學史話》、《太陽系簡史》（這本書原名《太陽系新知》，但出版社為了強行蹭當年的“簡史”熱，給改的名字，我很不滿意）、《地球的眼睛：地基和太空天文臺傳奇》、《億萬年的孤獨：地外文明搜尋史話》、《太空探索者》，這幾本都是專門講天文的。另外，我還有好幾本書也都涉及到天文方面的話題。因此，天文方面的知識實在是太龐雜了。
而現在，同事想讓我新開一個“天文”主題的精品專題，還給我下了這麼一個要求：
乾貨，還是乾貨！
嗯，我覺得這個要求非常正當，我必須找出最精華的那部分內容，滿足那麼多對我懷有期待的讀者。具體怎麼佈局這 10 期的內容呢？讓我思考一下……我所掌握的天文學知識，可以分成幾大類：
科學史類。天文學是最古老的自然科學之一，它的歷史之長、分支之多，實在難以盡述。
新知類。就是人類對宇宙的當下最新認識，它們是最近二十年基本得到了科學共同體的認可，並且改寫或者更新了很多教科書上的知識。比如最典型的：宇宙到底有多大，長什麼樣這個問題，最近二十年有大量的新知。
科學猜想類。這部分知識是我們根據已有的觀測證據，對宇宙方方面面的科學猜想。這些猜想雖然尚未得到科學共同體的普遍認可，但他們都有很大的機率是正確的，將來很可能會找到過硬的證據。比如說，人類對暗物質的猜想，對快速射電暴的猜想、對外星生命的猜想等等。
未解之謎類。宇宙中有很多現象，科學家基本上已經證實了這些現象是存在的，但我們對這些現象的成因卻幾乎一無所知，即便有猜想，也屬於非常初級的階段，很可能現在的這些猜想完全是錯誤的。最典型的就是宇宙暗能量。
作為一個忙碌的現代人，你很可能對人類文明方方面面的成果都感興趣，但一個人的時間精力畢竟是有限的，面對幾乎無限多的文明成就，都想要是絕無可能的。假如你的注意力能分配給天文學的就是 10 篇文章的閱讀時間，那我覺得，你最該掌握的是第二類，也就是新知類。
如果還有餘力可以再瞭解第三類和第四類，科學猜想和未解之謎。最後才輪到科學史。因為只有這樣，你才能體現自己是一個現代人不是嗎？假如牛頓、伽利略他們穿越到今天，你的學識竟然不能讓他們感到驚訝和佩服的話，那我們豈不是白白活在二十一世紀了。現代人就應該掌握一些現代最新的知識。
對暗能量的主要解釋認為，
暗能量是時空結構中固有的一種具有負壓強的能量
所以，我這次的新專欄重點是講 2、3 類，也就是新知類和科學猜想類，但我會留一些時間出來，選擇性地講講第一類科學史或者聽第四類未解之謎類，說實話，這兩類知識也都能讓你在吃飯聚餐的時候高談闊論，大放異彩，到底哪一類更吸睛，我也說不好。
前言夠長了，讓我們開始正式的內容。從我們人類對宇宙的當下最新認知開始。
Three Questions about the Universe
01 永不過時的“宇宙三問”
面對宇宙，我們一直就有三個最最基本的問題：宇宙有多大？宇宙包含了多少物質？宇宙存在多久了？
這三個問題是宇宙學中的最基本三問，也可以說是人類對宇宙最好奇的三個問題，也是三個最容易聽懂的問題。說實話，宇宙學中的有些問題，要理解問題本身就需要講上好幾個小時都不一定夠，但這三個問題不一樣，小學生也能立即聽懂是什麼意思。
但你千萬不要以為這三個問題我們人類早就能回答了，或者說，早就已經不算什麼新知了。錯了，這三個問題恰恰是人類一直在求索，一直在更新答案的問題，我們對這三問的探索，還遠遠沒有抵達終點。
How big is the universe?
02 宇宙有多大？你的知識停留在……
讓我先從宇宙有多大這個問題開始講起。這個問題是被小朋友們經常問的一個題，我不知道，如果你的孩子這麼問你，你會怎麼回答。如果現在有一個家長隨口回答說：宇宙是有限大的，並且越年輕的宇宙越小，宇宙正變得越來越大。聽到這個回答，我可以判斷出，這位家長是有一定天文學知識的家長，小時候多半也是一個天文愛好者，對宇宙學有一定的瞭解。
如果有另一位家長也隨口回答到：宇宙是無限大的。對我來講，這就有點麻煩了。這位家長要麼是一個對宇宙學一無所知的家長，要麼是一個對現代宇宙學的發展瞭如指掌的人。
實際上，如果一個人完全沒有學習過現代天文學知識，僅僅憑著自己樸素的經驗和哲學觀，很容易得出“宇宙是無限大”這樣的一個結論。人類歷史上的無數先賢也確實是這麼認為的。這是因為，按照我們常人的邏輯，如果宇宙不是無限大的，那你告訴我：宇宙的外面是什麼呢？在普通人的觀念中，外面是一個不需要條件的概念，不管什麼東西，只要有邊界，我就可以問，這個邊界之外是什麼？但是，當一個人具備了一定的科學素養後，會開始明白，“外面”的存在，並不是天經地義的，誰說一定要有“外面”呢？
如果你穿越回 1988 年的英國倫敦，你有機會去問當時世界上最好的宇宙學家，他剛剛出版了一本叫《時間簡史》的書，在全世界賣瘋了。是的，他就是斯蒂芬·霍金。
那一年，霍金 46 歲，他肯定不能算是當時全世界最好的物理學家，但完全可以擔得起全世界最好的宇宙學家。在《時間簡史》這本書中，霍金就用科普的方式回答了宇宙有多大的問題。他說，我們的宇宙是一個有限無界的四維超球體。
Limited but Unbounded
03 風靡一時的“有限無界”
想要理解有限無界這個概念，你就必須先接受我們所看到的空間可以是彎曲的這個概念。比如說，我夜晚拿起一隻雷射筆，向宇宙中打出一束光，在我們肉眼可見的感覺中，這束雷射是完全平直的一條線。但那只是因為我們肉眼的可見範圍太小了而已。這就好像我們無法感知到地球是一個球體，我們站在地球上，其實是站在一個彎曲的球面上，只有飛到太空中，才能看到地球是一個球體。同樣的道理，我們之所以感受不到雷射是彎曲的，那只是因為我們的眼界不夠。
如果我們的眼界足夠，就會看到雷射是彎的。而彎曲的雷射與我們在一張平坦的紙上畫出一根弧線是完全不一樣的，雷射的彎曲並不是因為雷射的路徑是彎曲的，而是因為整個空間是彎曲的。就像我如果在紙上畫一條直線，把紙條彎曲起來，你會看到這根直線也變成了弧線。雷射在空間中一定是沿著最短路徑傳播，但因為空間本身就是彎曲的，所以光也就成了彎曲的。
彎曲一張平坦的紙這個很好理解，但是彎曲空間這件事情對於絕大多數普通人來說就很難理解。關鍵的原因在於，紙片是二維的，我們是三維的生物，所以從三維看二維，就很容易理解彎曲是怎麼回事。但問題是，空間是三維的，我們身處在三維的空間中，就很難理解彎曲的空間是怎麼回事。這就好像，如果有一隻螞蟻在這張紙上爬，螞蟻也很難感知到這張紙被我彎曲了。但空間真的是可以被彎曲的，關於這一點，我們不僅有完善的物理理論來描述，就是愛因斯坦的廣義相對論，而且，我們還找到了非常有力的證據。最有名的一項證據就是 1919 年，英國物理學家愛丁頓透過日食的時候觀察天上星星的位置，證實了太陽的巨大引力可以彎曲周圍的空間。
好，假如你現在接受了空間是可以彎曲的這個事實。你就不難接受，宇宙可以是一個有限但無界的迴圈空間這樣一個奇怪的觀點了。換句話說，霍金認為，如果你朝著宇宙中的任意一個方向一直飛一直飛，最終你會回到原地，儘管你自己覺得你一直在沿著直線朝一個固定的方向飛，沒有拐彎，但因為宇宙本身是一個超球體，你一定會回到原地。這就好像麥哲倫當年的環球航行一樣，他的船隊朝著東方一直航行，最終回到了原地。
霍金關於宇宙有限無界的這個模型被寫在《時間簡史》這本書中，隨著這本書在全球熱賣幾千萬冊，宇宙是有限大的這個概念也逐漸深入人心，也成了很多科普書講到宇宙大小時的一個必寫的知識點。說實話，宇宙有限無界的概念是反直覺、反經驗的，能接受這個概念，並且隨口告訴自己的孩子，這已經可以充分說明，這位家長是具備很不錯的科學素養的。
但是，這個觀念，最近這 10 多年來，幾乎已經被徹底轉變了。預知詳情，週五更新見！
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