玩出一个宇宙大爆炸
科学家已经推算出我们生存的宇宙是由137亿年前的一次大爆炸而产生的。大爆炸，这个听起来如此令人心惊胆战的可怕理论目前已经家喻户晓。可是，这是谁玩出来的呢？
在前文中说过，赫歇尔在试图寻找恒星周年视差的时候一不小心发现了太阳系里一颗新行星——天王星。天王星被发现以后，玩家们根据牛顿的万有引力定律又在笔尖上算出了海王星，这是18世纪至19世纪上半叶天文学史上最值得骄傲的两件大事。
但恒星的周年视差还是没有被发现。没有发现周年视差的原因只有两种：一是哥白尼错了。可那时候已经有大量的观测事实证明地球确实在围着太阳转，大家对哥白尼的理论已经深信不疑，所以只能是第二种可能，那就是恒星距离非常远，比以前想象的要远得多。于是不死心的玩家们继续顽强地玩下去。
赫歇尔没有发现恒星的周年视差不是因为他笨，而是受当时条件的限制。那时赫歇尔虽然已经制造出一台很大的望远镜，但精度还不够，那时候用最优秀的望远镜观察周年视差，精度只能达到2角秒。1角秒是1度的1/360，1角秒的位移，就如同站在北京看天津两只并排站在电线上的麻雀，能看见黑点就不错了，根本别想看出是一只还是两只。后来发现，距离我们太阳系最近的一颗恒星——比邻星距离我们也有遥远的4.2光年，它的周年视差相比是最大的，可也只有区区0.76角秒，所以在赫歇尔的时代是根本不可能发现的。
到了19世纪上半叶，玩家们继续顽强地寻找着周年视差，在玩家们不懈的努力下恒星周年视差终于被发现了。这个发现是由德国和英国的几位天文学家几乎同时做出的，计算和观测最准确的应该属于德国天文学家贝塞尔（Friedrich Wilhelm Bessel，公元1784年—公元1846年）。周年视差的发现一方面证明了哥白尼的日心说是正确的，在玩家们经过300年艰难的探索后，哥白尼终于可以瞑目了。另一方面也让玩家们明白了，宇宙原来是如此之大。
发现恒星周年视差全都要仰仗望远镜的进步，1845年英国伟大的罗斯伯爵威廉·帕森思（William Parsons，公元1800年—公元1867年）制造出口径1.84米的大型望远镜“城堡”，天文学家用这样大型的望远镜首次看到了夜空中更加绚丽多彩的世界；彗星已经不再是根大笤帚，简直就是一个长发飘飘的仙女；木星周围飘着几颗小星星，忠实地围绕着巨大的木星转动；土星周围原来还有一圈如此美妙的光环；本来只有一个小亮点的地方，现在人们却看见了如同飞舞的彩蝶一样五彩缤纷的星云和星系。这些新的发现让所有的人都惊呆了：宇宙到底是什么？那些奇妙的图像意味着什么？那里到底有些啥？那里面又正在发生着什么事情？天文学家们已经不再满足于成天对着夜空数星星了，他们要玩新的事情！那就是天体物理学。
玩家们想知道，组成那些神奇图像的到底是些啥玩意儿，它们是怎么来的，那些东西和我们的地球、太阳一样吗？有什么关系呢？一个个巨大的问号让玩家们兴奋起来。想了解那么遥远的地方都有些啥玩意儿可不是件容易的事，但绝不是不可能的。
那时候还没有光年的概念，不过已经大致知道太阳和地球的距离，毕竟古希腊亚历山大缪塞昂的埃拉托色尼在2500年前就做出过判断。所以，那时对比邻星距离的描述是地球与太阳距离（1.4亿千米）的27.2万倍。这么老远，谁也不可能带着把锤子，跑那么远去敲一块石头下来，带回地球做研究啊。
法国著名的哲学家孔德（Auguste Comte，公元1798年—公元1857年）说过：“恒星的化学组成是人类永远也不可能知道的。”孔德是法国伟大的哲学家，是实证主义哲学的创始人，他认为19世纪是人类从神学解脱出来，走向科学的时代。他同时认为这个阶段人也会认识到知识的局限性和有限性。也许正是由于这个想法他说了上面那句话，他说的话在当时也没错。然而，孔德的话说了还不到50年，玩家们就找到办法了！
难道真的有谁本事这么大，跑了几光年，去了一趟外星球？
玩的心态就是不受任何束缚，放开想象力，把不可能的事情变成可能。玩家不是不承认知识的局限性和有限性，但他们更崇拜创造的无限性。就像我们小时候，会玩的小朋友肯定不会因为玩过家家时没有真的炒菜锅而烦恼，他会用形状差不多的小东西当成一个炒菜锅，然后做饭给大家吃。虽然那个小东西并非啥炒菜锅，但小朋友完全可以像模像样地炒菜，去体验这个间接的、虚拟的但幸福的过程。而且，从这个儿时虚拟的实验中得到的印象也许会跟随他一辈子，说不定几十年以后他就是哪家著名餐馆里最棒的特技厨师。找到了解外星球由什么物质组成的办法也是这样，并不是谁真的拿着锤子去了一趟外星球，而是运用了一些间接的办法。
间接的办法要感谢前辈科学家们留下的遗产。首先是牛顿。牛顿已经发现，太阳发出的光线是可以被分开的，他利用一块棱镜把太阳光分成了很多条不同颜色的光谱，就像我们看到的彩虹一样，这就是光谱学。更奇妙的是19世纪德国一位叫夫琅禾费（Joseph von Fraunhofer，公元1787年—公元1826年）的物理学家在观察太阳光谱的时候发现其中有许多暗色的线条，这些暗线今天就被叫做夫琅禾费谱线。
夫琅禾费是个大玩家，玩了一辈子，玩得连老婆都忘了娶。他是德国一个玻璃匠的儿子，继承老爹的衣钵，成年以后自己也成了一个光学玻璃厂的经理。他就喜欢琢磨玻璃，一辈子玩出很多非常好玩又实用的东西，夫琅禾费谱线就是其中之一。牛顿是第一个用三棱镜把阳光分成光谱的人，但夫琅禾费觉得牛顿玩得不够过瘾，于是，他发明了一种能把光谱分得更细的多棱镜。这一下他发现，太阳的光谱被很多黑色的暗线给隔开了，为什么会有这么多黑线呢？夫琅禾费不知道，可他没就此罢休，他很仔细地把这些线给记录下来，并且测出这些暗线的波长。夫琅禾费把576条暗线编成一张表，这就是夫琅禾费谱线。
夫琅禾费没搞清这些暗线到底是什么，几十年后一个叫基尔霍夫（Gustav Robert Kirchhoff，公元1824年—公元1887年）的德国物理学家才终于搞明白了。基尔霍夫除了玩电还玩火，他用火焰去烧食盐的时候发现了基尔霍夫定律，其实就是物质在燃烧时发射或者吸收光谱的规律。譬如，我们在造烟火的时候，烟火里放点钠，就会放出漂亮的橙色烟花，放钡就是绿的，放钾就是紫色，等等。不同的颜色其实就是不同波长的光。
根据基尔霍夫定律，对燃烧不同物质产生的光谱和夫琅禾费谱线进行比较以后人们发现，夫琅禾费谱线和许多物质光谱是吻合的，只不过是它们的吸收线，所以是暗线。这下大家突然明白了，原来太阳光谱的这些暗线正是某种物质燃烧时留下的痕迹。按照这些暗线的位置，就可以知道太阳里头有啥在燃烧了。于是玩家们在太阳里找到了钠、镁、铜、锌等正在燃烧的各种成分。太阳是这样，其他恒星怎样呢？把太阳光和其他恒星光谱中的夫琅禾费谱线进行比较以后，其他恒星里藏着的东西也都被玩家们发现了。太阳和恒星光谱中的暗线就像指纹一样，是星球上含有什么物质的铁证。于是星星上有什么物质就这样让玩家们给玩出来了，光谱成了认识星星的“葵花宝典”，孔德的预言从此靠边站。
在18世纪40年代以前，由于没有其他好办法，天文学家看到的所有天文现象只能画在纸上，就像赫歇尔画的那张著名的银河系模型图。1839年，又有一件事大大地帮助了天文学家，那就是照相术的发明。法国人涅普斯（Joseph Nicéphore Nièpce，公元1765年—公元1833年）首先发明了照相术，他拍了人类有史以来第一张照片。不过涅普斯的照相术不实用，是另一个叫达盖尔（Louis Jacques Mand Daguerre，公元1787年—公元1851年）的玩家让照相术变成大家都可以玩的玩意儿——银版摄影术。(https://www.daowen.com)
达盖尔原来是画家，最擅长画舞台背景，画得非常出色。他还办过个人画展，估计把法国舞台背景的活儿都给揽走了。后来他对涅普斯的摄影术发生了兴趣，涅普斯玩不成以后，达盖尔继续玩，结果让他玩出了大名堂，并且最后还让法国政府收购了他的专利。从此，摄影术被公之于众，成为大家伙都能玩的玩意儿了。据说1846年外国人首先把摄影术带到了中国的广东，后来传到清朝的皇宫里，但慈禧太后不喜欢摄影，觉得那是一种妖术，会把灵魂给摄走。这时候已经是20世纪初，离我们伟大的中华人民共和国成立只有不到50年的时间。
摄影术发明后没有多久就被欧洲的天文学家看上了，他们兴奋地把望远镜和照相机连在一起，一张张太阳和星星的照片便呈现在了照相纸上，以前天文学家左眼盯着望远镜，右眼看着画画的时代一去不复返了。
大口径且高精度的望远镜、恒星的光谱分析、照相术的结合让玩家们对恒星有了更丰富的了解，他们已经可以对恒星的表面温度、物质构成等物理和化学特征进行探索和研究。根据光谱的特征天文学家还可以像生物学家给植物分类一样给星星分类了。玩家们很快又发现问题了：既然星星可以被分类，那它们是不是也和生物一样有一个演化的过程呢？于是，宇宙演化的过程让玩家们又有得玩了，而且一直玩到了今天。
对宇宙了解得越多，玩家们发现的问题也越来越多。但是玩家们知道，不能再去问那是为什么，就像几千年前的古人，问“为什么”的结果就是请来了伟大的神灵。现在的玩家已经明白伽利略的办法是对的，要问“怎么了”。问“怎么了”你才会用观察和实验的方法客观地去分析和研究。当你用实验和逻辑的方法知道怎么了，那么是什么、为什么的答案也就越来越近了。要想观察和实验，就必须找到更多、更可行的方法。
这时，一个关于声音的发现又让玩家们和天文联系了起来，那就是奥地利物理学家多普勒（Christian Doppler，公元1803年—公元1853年）发现的多普勒效应。多普勒发现，一个正在发出声响的物体，譬如正在疯狂叫着的上课铃——也就是所谓的声源——向聆听者迅速靠近时，声调会逐渐变高，而声源离聆听者远去的时候，声调会降低，这是声波受到压缩和拉伸而引起的。最明显的例子是拉着汽笛的火车，当火车迅速向你开过来的时候，汽笛声会变得越来越尖利，而火车从身边呼啸而过，开往远处以后，声音就会逐渐低沉下来。现在警察在马路上测超速的探头，就是运用多普勒效应制作的，想骗警察已经没有可能。这么一说，多普勒真是太伟大了，他的发现不但给玩家带来了惊喜，还给警察提供了查超速的绝招。
多普勒到底是怎样一个玩家呢？他1803年出生在奥地利美丽的城市萨尔斯堡一个比较富裕的石匠之家，可由于小时候身体不好，没能继承祖业。萨尔斯堡坐落在阿尔卑斯山以北，是一座美丽的城市，古老的巴洛克式建筑和精美的雕塑随处可见。萨尔斯堡是音乐之都，是莫扎特的故乡，也是《音乐之声》的拍摄地。作为一个音乐之都的石匠之家，多普勒小时候必然受到浪漫音乐和严谨石刻的熏陶，虽然身体不好，玩的细胞肯定布满全身。后来多普勒成为一个数学教授，可以说，他既是一个严谨的老师，也是一个贪玩的玩家。他曾经因为考试过于严格被学生投诉，他还用自己灵巧的双手制造过许多精巧的科学仪器。多普勒一生刻苦、勤奋、富于创造性、点子特多，除了发现多普勒效应，他在光学、电磁学和天文学等方面均有贡献，设计制造过很多实验仪器和设备。因为自幼身体不好，加上勤奋的工作和繁重的教学压力，多普勒不到50岁就与世长辞了，这可谓是世界的一大损失。
不过有人会说，火车汽笛声随着距离而变化这事儿我早就知道，可这和天上那些星星有啥关系呢？
多普勒同时还发现，这个效应不但在声音上有效，光也如此。当发光体靠近时，光谱会向蓝色那边移动，相反就会向红色移动。蓝色意味着频率更高的光，就像声音越来越尖利，这个现象叫蓝移。红色光则相反，意味着频率低，所以叫做红移。只要把恒星的光谱和太阳的光谱进行比较，就可以看出这颗恒星是在蓝移还是红移。这样天文学家通过光的多普勒效应，就可以了解恒星与我们之间到底是靠近还是离开。通过比较，玩家们发现了原来恒星并不是老老实实地待在原地不动，夜空中那些看起来亘古不变的星星是在到处乱跑！
18世纪至19世纪玩家们在看星星的时候用上了更长、口径更粗的望远镜，还有光谱学、照相术和多普勒效应的帮助。此外，1850年两个法国玩家傅科（Jean-Bernard-Léon Foucault，公元1819年—公元1868年）和菲索（Louis Fizeau，公元1819年—公元1896年）合作，用旋转镜的方法第一次比较准确地测定了光速。这些全新的创造发明和理论，使那段时间简直成了天文学的“玩具总动员”，开心的玩家们用这些新的玩法对夜空中各种天体进行了更仔细的观察，继而又有了许多前所未有的新发现。
有了光速，拿光年做量天尺可就太爽啦，再也不用拿“串串烧”一样的“0”来描述星星和我们之间的距离了。玩家们算出比邻星离我们有4.2光年远，后来又发现了超过500光年，甚至10万光年的星星，宇宙在玩家们的手里越玩越大，就好像是谁吹出来的肥皂泡，一个个亮晶晶的小星星布满了整个天空。哥白尼时代的玩家们还没有脱离太阳系，可现在的玩家们玩得广阔多了，开始关心银河系了。横亘在夏夜星空上的那条光带，在西方叫乳路（Milky Way），我们叫银河。这个赫歇尔用铅笔画出来的银河系，原来是一个由几千亿颗恒星组成的巨大星系，我们的太阳系只是其中一个非常渺小的小兄弟。按照牛顿的说法，宇宙是没边没沿儿的，宇宙是无限的，看起来这似乎已经没有什么可讨论的了。
可是偏偏有人开始觉得无限的宇宙有点不对劲儿，他们又不断提出新的追问，大问号还是一个接着一个。
哪里不对劲呢？第一个让人觉得不对劲的问题是个听上去有点反常理的想法——晚上为什么天会黑？这个问题问得简直有点荒唐，可第一个提出这么荒唐问题的是大名鼎鼎的开普勒。他说，如果天上到处都布满了星星，天肯定是很亮的，可为什么太阳一落山天就黑了呢？这个问题似乎很容易回答，因为星星距离我们太远，亮度都减弱了。不过200年以后，一个叫奥伯斯（Heinrich Olbers，公元1758年—公元1840年）的德国天文学家又提出同样“愚蠢”的问题，并且说得更有道理了。他说如果宇宙是无限的，很远的星光由于距离远确实会减弱，但布满宇宙的星光正好可以抵消减弱的部分，而把整个宇宙照亮，可太阳落山天照样是黑的。这个理论也被称为“奥伯斯佯谬”。难道宇宙不是无限的？这个问题把人问住了，是啊，为什么呢？在19世纪没人能回答这个问题，也没人能反驳，接力棒传到了20世纪。
20世纪30年代，伟大的哈勃（Edwin Powell Hubble，公元1889年—公元1953年）发现了一个更加令人惊讶的事情，宇宙不但不是亘古不变的、静止的，而且在迅速地膨胀！他和另外一位叫斯莱弗的天文学家发现，宇宙中几乎所有的星星（星系）都有红移现象。红移前面已经说过，那意味着所有的星星都在离我们而去，而且距离越远离开的速度也越快！宇宙到底在干啥呢？在膨胀？那膨胀又是从哪里开始的呢？
哈勃大胆地推测，宇宙曾经比我们现在看到的要小，是从一个起点开始逐渐膨胀开的。如果是膨胀，那么可以用倒退的办法算出膨胀是从哪一天开始的。可是当时哈勃计算的时间有误差，他算的结果是20亿年，那时候地质学家发现地球上已经有超过30亿年的岩石，所以哈勃的假设不能成立。
又经过了大约10年，天文学家有了新武器——5米口径的巨型望远镜。这时天文学家发现，哈勃是对的，只不过他把时间算少了，而且少了将近10倍。宇宙的年龄不是20亿年，而是150亿年至200亿年！终于，有一个美国人忍不住了，他说，如果后退150亿年至200亿年，宇宙是啥样子呢？那不就只剩下一个看不见的点了！宇宙难道就是从这个极小的点开始的吗？怎么开始的呢？啊！是一次大爆炸（Big Bang）！对！宇宙诞生于150亿年至200亿年以前的一次大爆炸！说这话的人是谁？他叫伽莫夫（George Gamow，公元1904年—公元1968年），一个俄裔的美国物理学家。
宇宙并不是亘古不变的、无限的，而是正在疾速膨胀着的，有限的，并且是来自于一次大爆炸！前不久，还有天文学家宣布，爆炸的时间在137亿年以前，难怪晚上天是黑的，原来整个宇宙都在疾速地往外四散而逃。
感谢这些贪玩的家伙，是他们让我们看到，原来宇宙如此神奇！