帶你進行一次宇宙終極探秘：從時間的起點到空間的無限！

宇宙是一個神秘又令人向往的地方，你所看見的每一顆星辰都有著自己的故事，每一片星雲都描繪著宇宙的美麗，它激發著人類無盡的好奇心和探索欲，我們生活在這樣一個令人敬畏的宇宙中，其隱藏著無數的奧秘。

當我們擡頭仰望星空，不禁會思考：宇宙有多大，宇宙的邊界在哪裏？我們又‬在‬宇宙的什麽‬位置‬？而今天，便讓我們踏上一段‬探索宇宙的旅程，從時間的始端到空間的盡頭，去尋找那些關于宇宙的故事，去解開星辰背後的秘密。

在我們的宇宙中擁有無數的星系，恒星以及星系，並且空間又廣闊的讓人無法想象，然而這所有的一切，大約在139億年前還並不存在，根據現有的理論認爲，我們的宇宙大約誕生于138億年前，從一個無限致密高溫的奇點中爆炸誕生，然後才有了時間，空間，物質。那麽我們無法前往到宇宙的誕生之初，又是怎麽知道宇宙是如何誕生的呢？

說到這裏不得不提起一個著名的天文學家，那就是埃德溫哈勃。哈勃‬是‬‬星系‬天文學‬之‬父‬‬，在1929年，他當時‬利用‬坐落于美國威爾遜山天文台的一台100英寸口徑反射式望遠鏡，對大量‬遙遠的星系光譜分析，發現了‬一個‬驚人‬的‬現象‬，那就是大部分‬星系都存在紅移。

所謂紅移現象就是電磁輻射由于其波長變長的現象。我們知道聲音在傳播過程中，如果聲源向觀察者移動，觀察者會感知聲音的頻率變高，相反，如果聲源遠離觀察者，觀察者感知到的聲音頻率則變低。這就是聲音的多普勒效應。其實多普勒效應不僅體現在聲音上，它幾乎適用于所有類型的波，而光其實也是一種波，它具有波粒二象性，因此光也有多普勒效應，不過光的多普勒效應是通過顔色來表現的。

比如‬一個‬天體‬在遠離我們的時候，它的光波會隨著遠離而被拉長，光譜的顔色就會向紅色端移動，靠近我們光波的波長就會縮短，光譜的顔色會向藍色端移動。當時‬哈勃正是‬觀測‬了‬大部分星系都‬向著‬紅‬色‬端‬移動‬，由此‬哈勃‬得到一個‬‬驚人‬的‬結論‬，那就是‬遙遠的天體都在離我們遠去，並且‬還‬發現‬離我們越遠的星系退行速度越快，至此哈勃告訴我們宇宙居然是動態的，一直在膨脹中。

宇宙膨脹的發現讓我們意識到宇宙或許有一個開端，因爲既然宇宙一直在膨脹，說明曾經的宇宙可能很小，假設我們將宇宙膨脹進行反向推導，也就是將時間倒流追溯到過去，那麽宇宙或許就是從一個非常小的點開始，這個點便是奇點。

在2013年歐航局通過普朗克衛星繪制出了一幅精細的宇宙微波背景輻射全景圖，宇宙微波背景輻射是宇宙誕生之後形成的第一縷光，在時間的推移中，如今第一縷光的波長已經被拉成微波，溫度大約在3K左右。

當時普朗克衛星收集了超高細節的早期宇宙密度和溫度細微波動，天文學家通過這些數據計算出，宇宙的膨脹速率大約爲67千米每秒百萬秒差距。

百萬秒差距就是天文學上的一個長度單位，他比光年更大，一秒差距約爲3.26光年，而百萬秒差距則是326萬光年，也就是說宇宙膨脹速率大約是每326萬光年的距離，速度就會增加67千米。由于天文學家利用普朗克衛星測出的膨脹速率推導，我們宇宙的起始最早可以追隨到138億年前，所有的物質都濃縮于一個無限致密高溫的奇點之中。

根據現代宇宙學模型認爲，大約在138億年前，這個無限致密高溫的奇點以一種我們無法理解的形式爆炸，在一個普朗克時間內，也就是10的負43次秒後，宇宙誕開始‬膨脹，此時的四大基本作用力還統一在一起

在10的負35次方秒之後，引力分離，能量開始轉化爲粒子形成誇克。

10的負10次方秒後，質子、中子形成，電弱相互作用分離爲電磁力與弱相互作用。

之後隨著宇宙繼續膨脹和溫度下降，又形成了，光子、電子、中微子爲主的粒子，在大爆炸的10秒後溫度已下降到約30億度，質子和中子也開始結合形成氫、氦核。

在大爆炸的38萬年之後，溫度下降到3000度，電磁力使得電子與原子核結合形成原子，此時宇宙不再是電子濃霧而是變得透明起來，光子終于可以在宇宙中穿行，這個最早的光就是大爆炸的余晖，宇宙微波背景輻射。

隨著大量原子的形成，引力開始發揮作用，並將他們集聚成氣體和星雲，這時宇宙開始了真正意義上的演化！

當氣體星雲出現之後，首先第一批恒星隨之誕生，宇宙到處‬都在被‬點燃‬‬。同時‬在‬引力的‬作用下‬，‬又將‬這些‬恒星‬聚集‬成‬團‬，星系也逐漸形成。

起初‬第一代恒星的質量都巨大無比，因爲元素豐富，大部分恒星的質量甚至能夠達到太陽質量的數百倍，不過它們的壽命卻很短暫，我們知道當一顆恒星的質量越大，其內部核反應程度就越劇烈，這會導致它的燃料消耗極快，一旦燃料耗盡，核心便無法繼續進行核聚變釋放能量，最終打破恒星引力平衡，發生超新星爆發走向死亡，因此第一代恒星的壽命只有短短的百萬年左右。

在超新星爆發過後，恒星外殼剩下未消耗的氫和核心所制造的重元素會隨著劇烈爆炸而抛向太空，並形成了一個長達數光年的星雲，。我們的太陽就是在這種第一代恒星死亡後的遺迹中誕生。

我們的太陽的誕生大約始于46億年前，據天文學家推測，在上一代恒星的遺迹中，由于某天受到了臨近超新星爆發的沖擊擾動，使得遺迹雲內部出現了一個高密度區域，于是大量星雲開始向高密度區域坍縮！並且因爲角動量守恒，星雲在收縮的同時，不斷的旋轉不斷，然後形成了一個盤形結構，這個盤形結構就是原行星盤，而在他的中心，物質也隨著坍縮聚集成了一個高密度球體，這個過程大約持續近上千萬年左右

在上千萬年之後，高密度球體的溫度和壓力依舊在升高，終于有一天達到了1000萬度以上，于是氫元素被點燃，核心發生了熱核反應，太陽就這樣誕生了。在原始太陽誕生之後，外圍剩余的物質繼續圍繞太陽旋轉，並在時間的長河中慢慢聚集，氣體則形成了氣態巨行星，重元素形成了岩石行星。我們的地球也是在此時誕生。

原本地球不過是一個微小的塵埃，但塵埃隨著長時間的聚集，體積越來越大，最終形成了巨大的原始地球。起初我們的地球非常活躍，表面都是熔岩狀態，沒有任何生機，

大約在45億年前，地球溫度開始下降，表面冷卻成固態，而之前隕石所攜帶的水資源和本身的水蒸氣也凝聚成了小水珠，形成了雨，就這樣地球上出現了海洋。海洋的出現可以說爲後來的生命奠定了基礎。

大約在38億年前，地球的海底熱泉口出現了水生命，這些是最早的原始單細胞生命，也是所有生命都祖先，在之後的日子他們不斷演化從最初的單細胞形成了原核生命，大約在25億年前地球發生了大氧化事件，藍藻進化成爲第一個進行光合作用的生物，他們能夠利用光能將二氧化碳和水轉化爲有機物，並釋放出氧氣，可以說是太陽賦予了我們地球生命，如果沒有太陽就沒有後來生機盎然的世界。

我們的太陽是一顆中等質量的黃矮星，體積巨大無比，可以容納下130萬個地球，質量是整個太陽系質量的百分之99.68，相當于地球的33萬倍，當走進他的表面你會發現表面溫度高達5600攝氏度。

而在它的核心隨時都在發生著氫到氦的核聚變反應，每秒約有6億噸的氫經過聚變成5.96億噸的氦。其中400萬噸氫被轉化成能量釋放出來，而這些能量就是我們每天接受的光和熱。

不過太陽所帶來的光和熱並不會一直持續下去，因爲在燃料的消耗中，太陽的氫元素將會越來越少，根據其質量計算，太陽大約還能夠燃燒50億年，科學家推測大約在‬40億年後，太陽會從主序星階段進入到另一個階段，這個階段被稱爲紅巨星階段，在紅巨星階段太陽核心的氫元素幾乎已經耗盡，剩下的只有氦元素。

而氦元素所需的聚變條件更高，到那時太陽無法再繼續聚變能量維持平衡，于是這種平衡就會被打破，引力將占據上風，而內核爲了抵抗自身的引力會向中心收縮。溫度與壓力急劇上升，在達到一億度時，氦元素將觸發新一輪的核聚變反應。也就是氦聚變成碳的過程，並且隨著核心溫度的升高，外圍的氫元素將會向外膨脹，太陽的直徑會增大到200以上倍，

而在此之前，地球便會被太陽的高溫烘烤，液態水徹底蒸發，甚至地表都將融化形成熔岩狀態，地球上的一切都將毀滅，假如此刻你能夠置身地球表面，你會看到一個從未見過的巨大火球從東邊升起，地球也不再是之前充滿生機的的世界

不過紅巨星階段並不會持續太久。在10億年後，隨著氦元素的枯竭將不再發生聚變反應釋放能量。屆時太陽將走向終結，剩下的物質則抛散出去形成美麗的‬行星狀星雲，最終核心只留下一個密度極高的白矮星，這就是太陽的命運。

其實在我們的宇宙中有很多這樣的死亡恒星，並且根據質量的不同其死亡方式也有所差異，如質量在太陽8倍以上-30倍以下的恒星，它的方式會在爆炸中死亡，這類恒星由于質量更大，他能使碳都會聚變下去，直到鐵元素才會停止，然後發生超新星爆發，這類恒星在發生超新星爆發之後，核心的質量一般在1.4倍到3.2倍太陽質量。此時引力會繼續坍縮。並擠壓原子，將電子都壓進原子核中，同質子結合成中子。也就形成了我們常說的中子星。

距離我們650光年外的參宿四就是這樣一顆恒星。它‬位于‬獵戶座‬內‬，是‬‬一顆‬紅超巨星‬，‬質量至少‬是‬‬太陽‬的16倍以上，體積更是能夠裝下7億個太陽。此時‬‬參‬宿‬四‬正在‬走向了生命末期階段，天文學家‬預測‬，或許在100 000 年內便會發生超新星爆發，。那到時‬獵戶座的左肩將會失去一顆散發著‬紅色‬光芒‬的‬‬恒星‬，只留下一個致密的中子星。

中子星其實直徑很小，只有數十公裏，但每立方厘米的質量卻能夠達到1億噸以上，而且他的引力也強大，光進入到他的範圍後，都會以抛物線形式才能掙脫。，不過中子星還不是最可怕的，最可怕的是黑洞。

黑洞也是恒星死亡後形成的産物，當一顆大質量恒星走向終結。如果內核質量在太陽的3.2倍以上，，那麽這個內核會繼續坍縮，在強大的引力下中子都將碾成粉末，並聚集到一點，然後就會形成黑洞。

黑洞可以說是宇宙中引力最強的天體。它的引力強大到任何物質進入到它的引力範圍後都會被吞噬，包括速度最快的光都無法逃脫，其逃逸速度超過了光速，這也是爲何我們無法直接用肉眼看見黑洞的原因，所以我們只能通過一些其他方式發現黑洞的存在。

比如當黑洞在吞噬物質時，會在周圍形成一個高速的吸積盤，此時就能發現它的存在，或者觀察恒星的異常運動，因爲黑洞的引力會影響恒星運動，假如我們看見一顆恒星在圍繞一個看不見的引力源旋轉，就能猜測這個看不見的引力源便是黑洞。

除了黑洞我們無法通過肉眼看外，其實還有一些東西我們無法看見，比如暗物質和暗能量，根據現代宇宙學模型表面，在我們的宇宙中事實上能看到的物質只占宇宙的微小部分，大約只有百分之4.9，剩下的則是百分之26.8的暗物質以及百分之68.3的暗能量

暗物質是一種完全不可見的物質，它不會吸收和反射光，所以我們無法感知暗物質，那麽我們又是如何確定它存在的‬呢。

其實暗物質雖然‬無法看見，但它卻能産生引力。衆所周知，引力是四大基本力中最弱的一種力，他還是一種長程力可以作用于無限遠。其引力的‬大小與質量乘積成正比，與距離的平方成反比，通過萬有引力定律，我們可以知道天體的運動規律。比如一顆行星在圍繞一顆恒星時，如果行星越靠近恒星公轉速度就越快，越遠公轉速度越慢。這就是引力會因爲距離的平方成反比。

而在上個世紀三十年代，天文學家們在研究銀河系內恒星的運動速度時，便驚人發現銀河系外側的恒星運動速度卻比理論預測的要快，也就是說根據現有理論認爲，銀河系中心的引力並不能束縛住外側恒星。因此科學家就猜測銀河系中可能有一種看不見的物質提供額外的引力。這個額外的引力就是暗物質所提供。因此我們也可以通過一些間接的方式發現它。這個方法則是引力透鏡效應。

引力透鏡效應是愛因斯坦在‬廣義相對論中提到的一種現象，就是當一束來自遙遠星系的光在經過大質量物質時會發生彎曲，進而形成一個或多個類似凸透鏡的彙聚效應，這種就是引力透鏡。

天文學家‬通過‬哈勃望遠鏡觀測宇宙時，正是發現了很多星系甚至星系團都出現了扭曲，其環徑能達到上百萬光年，而這巨大的透鏡不可能是可見物質所形成，由此間接證明了暗物質的存在。

除了暗物質無法被看見，還有就是暗能量。其實暗能量比暗物質更神秘，目前我們對它還一無所知，根據目前的觀測證明，我們的宇宙其實正加速膨脹，那麽是什麽能量使得宇宙一直在加速膨脹呢？科學家猜測宇宙膨脹的元凶可能就是暗能量，暗能量是一種負壓強能量，相當于引力的相反力，在宇宙中起到斥力作用。

如果說沒有暗能量的存在，宇宙或許只會在引力的作用下收縮，所有星系將會越來越近，最終物質聚集到一點成爲宇宙最初始的樣子，因此宇宙必須暗能量來維持，否則一切都在不複存在。

不過暗能量使宇宙加速膨脹也並非是一件好事，有科學家提出過一個理論，如果宇宙一直膨脹下去，那麽暗能量密度可能會隨著‬空間而‬增大，也就是說星系將會離我們越來越遠，最終恒星，行星甚至是原子都會在膨脹中被撕碎，這個理論就是宇宙的結局大撕裂。不過以上也僅僅是一種猜想，而宇宙到底有沒有終結的一天，我們永遠也不可能知曉。

其實關于宇宙，還有很多問題我們都無法知曉，最令人好奇的就是宇宙尺度有多大，根據目前人類對宇宙的認知，我們知道了地球是位于太陽系內側的第三顆行星。靠近太陽的是水星和金星，而從地球外側開始，依次是火星，木星，土星，天王星以及海王星，海王星距離地球最遠，達到了45億公裏。這個距離即便是光速飛行一趟也需要4小時15分。繼續向外是天體密集的中空圓盤狀區域，其寬度約有30個天文單位，名爲柯伊伯帶。

離開柯伊伯帶後是一個包圍整個太陽系的球體雲團，名爲奧爾特雲。這裏是太陽系的邊緣，距離太陽至少約一光年左右，然而就這一光年卻是人類一生也無法跨越的鴻溝，目前人類飛行最遠的人造探測器是旅行者一號，他以每秒17千米的速度在太陽系內飛行了長達40多年，也僅到達了230億公裏的位置，相當于20多個光時，而飛出奧爾特雲範圍至少需要上萬年的時間。

此時我們覺得太陽系已經夠大了，但在浩瀚的宇宙面前，太陽系其實也不過是銀河系中的一顆塵埃。銀河系是一個由恒星組成的巨大集團，恒星的數量至少在2000億顆以上，其直徑達到了16萬光年左右，並且所有恒星都在圍繞著銀河系中心旋轉，包括我們的太陽。

在我們看來銀河系是如此的龐大，不過‬銀河系其實‬也僅‬位于一個稍大的集體中，這個集體也就本星系群，本星系群中約有50個星系，直徑達到了1000萬光年左右，而‬在‬本星系群之上‬還有‬更大的結構，這個更大結構名爲室女座超星系團。

室女座超星系團直徑約爲1.1億光年的區域，其中約億100個我們這樣的本星系群。然而這並不是最大的，室女座超星系團上面還有拉尼亞凱亞超星系團以及雙魚-鯨魚座超星系團複合體，然後到可觀測的宇宙直徑，可觀測宇宙直徑是我們所能觀測的範圍，但並不是宇宙的真實大小。由于在光速的限制下那裏的光還至今還沒有抵達地球，因此我們無法窺探930億光年外的地方，這使得我們永遠也無法知道宇宙的尺度有多大。