一切的一切——宇宙

在人类认识自然的历史长河中，人们对宇宙的本源和构造不断发问，至今都没有终极答案。两千多年前，屈原在《天问》中一连问了170多个问题，其中大约30个问题是关于天文学的，比如“遂古之初，谁传道之？上下未形，何由考之？冥昭瞢暗，谁能极之？冯翼惟象，何以识之？”又如“天何所沓？十二焉分？日月安属？列星安陈？”到了现在，即便是世界上最顶尖的科学家，对宇宙仍然有很多疑问。在《穿越平行宇宙》一书中，物理学家迈克斯·泰格马克（Max Tegmark）列出了他经常思考的16个问题，比如“是什么导致了宇宙大爆炸”“大爆炸之前有什么”“宇宙的最终命运是什么”等，这些都是宇宙学研究的问题。

人类已经有充分的证据表明宇宙诞生于约138亿年前，我们称之为大爆炸（图9-1）。大爆炸后，宇宙中充满了炽热的不透明的等离子体。随着宇宙的膨胀，等离子体扩散开来，冷却到足以形成稳定的原子，此时宇宙变得透明。这种转变留下的光形成了一种充满宇宙的背景辐射。数亿年后宇宙中的第一批恒星诞生，并逐渐形成最早的星系。可观测宇宙包含大约1000亿个星系，它们不是随机分布在天空中的，引力将它们聚集成一个巨大的宇宙网——宇宙的大尺度结构。

图9-1 宇宙的演化

天文学家现在知道，宇宙中未知的东西比已知的东西多。发光的正常物质约占宇宙总能量-质量的5%，这些物质我们可以直接用仪器或者肉眼看到，比如地球上的一切以及恒星等。暗物质不发光，无法被直接观察，约占宇宙的27%。暗物质为构建星系和星系团提供了引力基础，宇宙的大尺度结构是由暗物质产生的。宇宙中暗能量处于主导地位，推动宇宙加速膨胀，约占整个宇宙的68%。暗物质和暗能量只能间接探测，天文学家可以观测到它们对星系和宇宙膨胀的影响，但我们仍然不知道它们究竟是什么。也就是说，宇宙的大部分东西目前是未知的。这看起来令人不安，但对科学家来说，这意味着宇宙中还有更多的奥秘需要探索和解决——发现暗物质和暗能量的本质是现代宇宙学的主要挑战。