劉慈欣發(fā)表獲獎致辭時談到科幻小說時：“未來像盛夏的大雨，在我們還不及撐開傘時就撲面而來。同時我也沮喪地發(fā)現(xiàn)，當(dāng)科幻變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)時，沒人會感到神奇?！彼f，作為科幻作家的工作是“在事情變得平淡之前把它們寫出來”。

我們知道，宇宙正在膨脹中，但宇宙膨脹的減速度如果足夠大，過了一個臨界點(diǎn)，就會逐漸停止膨脹，然后開始收縮，劉慈欣的科幻小說《塌縮》里有段描述，就是寫宇宙從膨脹到塌縮的那個瞬間會發(fā)生什么。

可以說，宇宙大爆炸從奇點(diǎn)開始，加速膨脹，星系在彼此遠(yuǎn)離，真是一曲悲傷的孤獨(dú)行歌。然而到某一臨界點(diǎn)，又開始收縮反向運(yùn)動，最后回到奇點(diǎn)。

我最近在地鐵上看了汪潔寫的《星空的琴弦》，做了一些讀書筆記，一并記錄下來：

1、中國古人在對天象的觀測和歷法的制定上起步很早，早在戰(zhàn)國時期的魏國，就出現(xiàn)了一位名叫石申的天文學(xué)家，他與楚人甘德測定并精密記錄下的黃道附近恒星位置及其與北極的距離，是世界上最古老的恒星表。他還系統(tǒng)地觀察和記錄了五大行星的出沒規(guī)律。到了元朝，天文學(xué)家郭守敬制定出了當(dāng)時世界上最先進(jìn)的一種歷法，叫做《授時歷》。因他們作出的卓越貢獻(xiàn)，他們的名字連同另外三位中國古代科學(xué)家（祖沖之、張衡、萬戶）的名字一起，被用來命名月球背面的五座環(huán)形山。

2、金星的盈虧變化就成了日心說最好的佐證。伽利略用他的望遠(yuǎn)鏡無可爭議地證實(shí)了托勒密的地心說是錯誤的，而哥白尼的日心說是對的。

3、牛頓以萬有引力公式為基礎(chǔ)，推導(dǎo)出了行星的公轉(zhuǎn)軌道是一個橢圓，引力中心（也就是太陽）位于橢圓的一個焦點(diǎn)上；同樣，開普勒三定律也可以用純數(shù)學(xué)的方式推導(dǎo)出來。萬有引力還能解釋地球上歲差和潮汐的成因，因為月球?qū)Φ厍虻臓恳?，?dǎo)致地軸的擺動和海水的隆起。

4、第一個發(fā)現(xiàn)恒星相對位置變化的人是哈雷（Halley，1656年～1742年），這個名字我相信很多讀者都耳熟能詳，他與牛頓是同時代的科學(xué)家，也是牛頓的好友。哈雷的一生做了許多值得紀(jì)念的事情，例如他發(fā)明了第一臺潛水鐘；通過對死亡率的數(shù)學(xué)統(tǒng)計研究，第一個提出了人壽保險的數(shù)學(xué)模型；出錢替牛頓出版了《原理》一書，這是哈雷最引以為傲的事情。然而他唯獨(dú)沒有做那件后人都以為是他做的事：發(fā)現(xiàn)哈雷彗星。實(shí)際的情況是，牛頓有一次給了哈雷24顆彗星的資料，讓哈雷分析一下規(guī)律。結(jié)果哈雷用牛頓的萬有引力定律一算，發(fā)現(xiàn)這24顆彗星中有三顆是同一顆彗星的三次記錄，這顆彗星每76年回歸一次，下一次回歸是1758年，哈雷得活到96歲才能等到，可惜他只活到了86歲。哈雷在他的《彗星天文學(xué)概論》中寫道：如果孩子們在1758年又看到這顆彗星，別忘了是我計算出來并預(yù)言的。于是，在哈雷死后的第16年，這顆早就被發(fā)現(xiàn)、觀測、記錄過的彗星被命名為“哈雷彗星”。

1717年，61歲的哈雷發(fā)表了一篇論文，他指出：經(jīng)過對托勒密時期的星表與現(xiàn)代最新的星表的細(xì)細(xì)比較發(fā)現(xiàn)，1700多年來，天狼星、大角星、南河三這三顆恒星的位置肯定發(fā)生了變化，并且絕不是由于觀測誤差引起的。這三顆恒星都是全天中最亮的幾顆星星之一，也是離地球相對最近的幾顆恒星之一。這篇論文一出，猶如一顆炸雷，在天文學(xué)界激起極大反響。幾千年來，恒星恒定不動是如此根深蒂固的認(rèn)知，它代表的是宇宙的完美、上帝的偉大，大批的天文學(xué)家都開始研究對比不同時期的星表，結(jié)果，事實(shí)毫不留情地粉碎了上帝創(chuàng)造的永恒：恒星確實(shí)在動，這被天文學(xué)家稱為“自行”。

5、開普勒、伽利略、牛頓這些猛將的出現(xiàn)，使得針對哥白尼日心說的一個個質(zhì)疑都被成功地解決掉了。但是有一個最基本的質(zhì)疑卻始終懸而未決，那就是為什么觀測不到恒星的周年視差？布拉德雷發(fā)現(xiàn)了天文測量上的一個極為重要的概念：光行差。

為了讓你更好地理解光行差的原理，我還要再舉一個例子幫助你理解：設(shè)想一下你在雨中奔跑，會感覺雨滴是傾斜著打到你的臉上的，你跑得越快，傾斜的角度越大，而你停下來時，則發(fā)現(xiàn)雨滴其實(shí)是垂直下落的。這個例子說明，觀測者與被觀測對象做相對運(yùn)動時，觀測到的方向會產(chǎn)生變化，方向變化的幅度與兩個對象各自運(yùn)動速度之比相關(guān)。地球繞日公轉(zhuǎn)的速度只是光速的萬分之一，所以，光行差效應(yīng)引起的光線偏轉(zhuǎn)角只有20角秒。這么小的偏轉(zhuǎn)，在螺旋測微器發(fā)明之前，是不可能被發(fā)現(xiàn)的。

自從發(fā)現(xiàn)了光行差之后，布拉德雷信心備增，他認(rèn)為恒星視差的幅度一定是因為小于光行差所造成的振幅，所以恒星的周年視差“淹沒”在了光行差里面。現(xiàn)在，他只要把光行差造成的擺動影響作為一項數(shù)據(jù)的基本修正值，就一定能讓真正的周年視差現(xiàn)象浮出水面。

6、這次國際大行動的成果是：1AU(astronomical unit)=1.33億千米。隨著天文學(xué)第一問題的解決，太陽系的空間尺度終于初步搞清楚了。讓我們來感受一下十八世紀(jì)的人類所知道的太陽系有多大：從地球到太陽是1.33億千米，這是多遠(yuǎn)呢？當(dāng)時的人類最快的交通工具是馬，最快的馬的時速大約是70千米，從地球跑到太陽大約需要224年，顯然這是一個相當(dāng)遙遠(yuǎn)的距離。

7、它的距離被計算出來：19.2AU，整個歐洲的天文學(xué)界都轟動了，因為太陽系的疆界一下子大了一倍多。這就是天王星，太陽系的第六顆行星，其實(shí)它是一顆肉眼可見的行星，雖然很暗，但是以第谷的眼力，是絕對能看見的。伽利略也看見過它（后人在伽利略的手稿中發(fā)現(xiàn)他曾經(jīng)把天王星誤當(dāng)作是木星的衛(wèi)星），只是由于天王星的公轉(zhuǎn)周期長達(dá)84年，因此肉眼很容易把它當(dāng)作一顆恒星來對待。

8、海王星距離地球約30AU，公轉(zhuǎn)周期165年，從發(fā)現(xiàn)到現(xiàn)在（2016年）剛剛轉(zhuǎn)了一圈多一點(diǎn)點(diǎn)。太陽系的疆域又?jǐn)U大了一倍。

9、第一個看到銀河（Milky Way）真相的人又是我們的老熟人伽利略先生，當(dāng)他用望遠(yuǎn)鏡對準(zhǔn)銀河后，發(fā)現(xiàn)銀河那看上去像牛奶一樣的白霧，實(shí)際上是由無數(shù)極為暗弱的恒星構(gòu)成的，多得讓人簡直難以置信。后來一代又一代的天文學(xué)家用望遠(yuǎn)鏡仔細(xì)地觀測銀河，證實(shí)了銀河確實(shí)是由難以計數(shù)的恒星組合在一起形成的。我們今天知道銀河系的直徑是10到12萬光年，也可能是15到18萬光年，核球的厚度是1.5萬光年，邊緣厚3000～6000光年，太陽到銀心的距離是2.7萬光年。

10、仙女座星云（M31）和三角座星云（M33）的觀測中。這兩片星云是在北半球肉眼可見的僅有的兩片星云，也應(yīng)當(dāng)是離地球最近的兩片星云。

11、聲源離觀測者而去時，聲波的波長增加，音調(diào)變得低沉；而當(dāng)聲源接近觀測者時，聲波的波長減小，音調(diào)就變高。音調(diào)的變化同聲源與觀測者間的相對速度和聲速的比值有關(guān)，這一比值越大，改變就越顯著。后人把這個發(fā)現(xiàn)稱為“多普勒效應(yīng)”。

多普勒效應(yīng)對所有的波都是成立的，而我們知道光是一種電磁波，自然也就會存在多普勒效應(yīng)。當(dāng)一個光源遠(yuǎn)離我們而去的時候，光波就會被拉長，從光譜上來看，就是向著紅端移動，這就被稱為紅移現(xiàn)象。與之相對的，如果光源是朝向我們運(yùn)動的話，就會產(chǎn)生藍(lán)移現(xiàn)象。

哈勃發(fā)現(xiàn)不但幾乎所有的星系都存在紅移現(xiàn)象，而且越是遙遠(yuǎn)，紅移得越厲害。

12、哈勃當(dāng)然也立即由此圖提出了天文學(xué)上大名鼎鼎的哈勃定律：V=HD。這里的V表示星系遠(yuǎn)離我們的退行速度，D表示星系的距離，H則是哈勃常數(shù)。該定律也可以變形為H=V/D，也就是星系的退行速度與距離之比是一個定值。

13、哈勃定律看上去僅僅是一個簡單的數(shù)學(xué)公式而已，但你能看出它背后蘊(yùn)含的驚天秘密嗎？連偉大的愛因斯坦也被哈勃的這個發(fā)現(xiàn)搞得激動得睡不著覺?，F(xiàn)在讓我來幫你解讀一下：

哈勃定律適用于宇宙中任何一個觀測點(diǎn)，我們的銀河系并沒有任何特殊性。也就是說，你站在宇宙中任何一個位置觀看，都會發(fā)現(xiàn)所有的星系都在遠(yuǎn)離你而去，這是一個什么概念呢？只有在一種情形下，才會出現(xiàn)這樣的景觀，那就是宇宙整體正在膨脹中。我們想象一個氣球（我承認(rèn)這個例子太大眾化了，似乎每一篇談及這個問題的科普文章或書本都在用這個例子，但確實(shí)沒有比這個例子更好的比喻了），在氣球上面用筆隨便畫一些點(diǎn)，然后吹大這個氣球，此時，不論你以氣球上的哪個點(diǎn)為參照，你都會發(fā)現(xiàn)所有的點(diǎn)都在遠(yuǎn)離這個參照點(diǎn)。這個氣球就是哈勃觀測到的宇宙，所有星系都在互相遠(yuǎn)離，表明了我們的宇宙正在膨脹中。

遠(yuǎn)在歐洲的愛因斯坦讀到了哈勃的論文，驚訝得好幾天睡不著覺，因為哈勃的這個發(fā)現(xiàn)與他提出的廣義相對論竟然能夠互為印證。但真正讓愛因斯坦吃驚的，是他自己居然因為不相信宇宙會膨脹而生生地在他的廣義相對論方程中添加了一個不必要的常數(shù)，以維持宇宙的穩(wěn)定，據(jù)說這是愛因斯坦自認(rèn)為一生中最大的錯誤。

我們所處的宇宙就是在膨脹中的，并且在宇宙最初的時候，只是質(zhì)量和密度接近無限大的一個點(diǎn)而已。

14、哈勃的發(fā)現(xiàn)讓勒梅特大受鼓舞，他開始深入思考一個似乎是上帝才有資格思考的問題，那就是宇宙起源。1931年，勒梅特寫了一篇論文發(fā)表在《自然》雜志上，用富有文學(xué)性的語言寫道：在幾十億年前，整個宇宙就是一個無限致密、無限熾熱的原子，然后，空間在這個原始火球中誕生?？臻g誕生后，時間也隨之誕生，火球迅速膨脹，物質(zhì)開始出現(xiàn)。

當(dāng)時有一個出名的美國天文學(xué)家叫霍伊爾，他看到勒梅特的理論后，相當(dāng)不以為然，有一次接受采訪時，他調(diào)侃勒梅特的理論說：“不就是‘Big Bang’嘛，‘嘭’地一下，宇宙誕生了，多滑稽啊！”誰想到吊詭的是，本來是帶有點(diǎn)侮辱意味的這個詞Big Bang，也就是大爆炸，竟然不脛而走，成了宣傳勒梅特理論最便捷形象的比喻，這是霍伊爾萬萬沒想到的。因為這樣一個通俗而又形象的理論標(biāo)簽，使宇宙大爆炸學(xué)說在普通公眾中的知曉率迅速提升。

15、拉格朗日點(diǎn)是地球與太陽的一個引力平衡點(diǎn)，它可以保證這顆探測器永遠(yuǎn)躲在地球的影子中，從而避免太陽輻射的干擾。

16、根據(jù)2015年歐空局普朗克衛(wèi)星所得到的最佳觀測結(jié)果，結(jié)合之前的數(shù)據(jù)積累，我們現(xiàn)在得出的宇宙年齡是137.98±0.37億年。

17、天文學(xué)家們發(fā)現(xiàn)星際間其實(shí)存在著各種各樣的分子。首先是1963年，他們在仙后座的一片星際空間中發(fā)現(xiàn)了羥基（OH），也就是氫氧基。然后是1968年，在銀河系的中心附近，人馬座B2區(qū)域探測到了一片巨大的分子云，在里面發(fā)現(xiàn)了氨分子（NH3）和水分子（H2O）。這時，天文學(xué)家們已經(jīng)很激動了，因為按照這個趨勢，很有可能發(fā)現(xiàn)有機(jī)分子。大家知道，自然界中的分子分成無機(jī)分子和有機(jī)分子兩種，有機(jī)分子是構(gòu)成已知生命形式的最為基礎(chǔ)的要素，如果在太空中找到了有機(jī)分子，就為生命的起源找到了一個新的方向，同時也大大增加了生命可以在宇宙中自然發(fā)生的可能性。

18、因為萬有引力的存在，所有天體都是互相吸引的，當(dāng)然會把膨脹的速度一點(diǎn)點(diǎn)地拖慢。但是，請大家注意，減速度不代表膨脹一定會停止。經(jīng)過計算會發(fā)現(xiàn)：宇宙膨脹的減速度如果足夠大，過了一個臨界點(diǎn)，就會逐漸停止膨脹，然后開始收縮，進(jìn)入大塌縮狀態(tài)，相當(dāng)于是大爆炸的反過程。劉慈欣的科幻小說《塌縮》里有段描述，就是寫宇宙從膨脹到塌縮的那個瞬間會發(fā)生什么。

19、在地球上，看似兩根互相平行的經(jīng)線，最終會相交于南北兩個極點(diǎn)，在一個球面上畫一個三角形，則三角形的內(nèi)角和是大于180度的。正是這些幾何屬性上的差異，讓我們能夠理解什么是一張完全平坦的紙面和一張彎曲的紙面?，F(xiàn)在我們把這個理解再往前走一步，如果在宇宙空間中的兩根平行線也會最終相交，如果在宇宙中的一個三角形的內(nèi)角和不是180度，那么我們就會發(fā)現(xiàn)空間也是有形狀的。用專業(yè)一點(diǎn)的術(shù)語來講，就是空間的曲率。如果空間的曲率為正，那么空間就好像一個籃球的形狀，三角形的內(nèi)角和大于180度；如果空間的曲率為負(fù)，那么空間就好像是一個馬鞍的形狀，三角形的內(nèi)角和小于180度；如果空間的曲率為零，那么空間就是完全平坦的。因此，空間的曲率決定了宇宙的形狀。

20、如果質(zhì)能密度超過一個臨界值，那么引力就會導(dǎo)致空間朝自己彎曲，形成閉合的球形，空間曲率為正；如果質(zhì)能密度沒有超過這個臨界值，那么空間就彎曲自如，形成馬鞍面這樣的形狀，空間曲率為負(fù)；而如果質(zhì)能密度不多不少，剛剛好等于臨界值的話，那么空間就是絕對平坦的，曲率為零。

21、根據(jù)宇宙膨脹的速度，我們可以計算出朝一個方向看最遠(yuǎn)可達(dá)的距離是465億光年，這就是可觀宇宙的半徑，那么整個可觀宇宙的直徑大小就是930億光年。

我還可以用另外一個更加專業(yè)一點(diǎn)的方式來講解什么是可觀宇宙：假設(shè)有一個光子從大爆炸的奇點(diǎn)出發(fā)，在膨脹的宇宙中一直飛行了138億年，就好像一個人在機(jī)場的自動人行步道上走了138億年，那么經(jīng)過的距離總共是多少呢？根據(jù)已知的各種宇宙學(xué)參數(shù)可以計算出，這個距離就是930億光年。在宇宙學(xué)中，這個距離也被稱之為今天宇宙的“粒子視界”，這個視界會隨著宇宙年齡的增長而增長。

結(jié)語：對于宇宙而言，人類渺小如螻蟻，但是這樣渺小的人類居然能把宇宙了解到今天這樣的程度，身為人類的一分子，我深感自豪。