宇宙盡頭的計算方法

A. 宇宙盡頭有限還是無限,大家有什麼高見啊

有限的是物理所研究的，是指物理上現在可觀察到的宇宙。無限宇宙是超越物理范圍的，現在觀測不到的未必就是不存在的。應該是無限的。馬克思恩格斯等哲學家都堅持宇宙無限論。

深入反思了宇宙概念，宇宙有限無限問題，提出了宇

宙概念的定義（哲學的、科學的）；指出了黑格爾哲學關於有限無限分

析用之於宇宙有限無限問題時，具有局限性，這在於有不同的語境；恩

格斯關於宇宙有限無限問題的分析有自然哲學的思考，也有哲學的、認

識論的思考，既聯系又區別，不可混淆；從概念的自身邏輯，論證了宇

宙是有限與無限的統一；最後，結合非線性科學，深刻思考了宇宙有限

無限的本質，即是存在與演化的統一。
一、宇宙概念的發端及啟示
西方公認宇宙概念源於中國。如《簡明不列顛網路全書》宇

宙條目上寫道：「宇宙。中國哲學術語。天地萬物的總稱。」（第9卷

，第230頁）的確，在世界哲學科學史上，宇宙概念最早始於管子（

約前725－前625）：「天地萬物之橐，宙合有橐天地。」（《管

子·宙合》）就是說，天地為萬物之口袋，宙合又是天地的口袋。按《

說文》，「宙，舟車所極覆也。」即舟車所到之處。《廣雅》中「合」

釋為器。「宙合」可直譯為，舟車所到之處形成的「盒子」。在管子這

里，「宙合」作為一個片語構建了一個原始的反映時間與空間相統一的

概念，因為舟車行進需要時間與空間。管子說：「宙合之意，上通於天

之上，下泉於地之下，外出於四海之外，合絡天地以為一裹。散之至於

無間，不可名而山，是大之無外，小之無內。古曰有橐天地。」（《管

子·宙合》）這表明宙合不僅裝天地，而且可以散開，猶如口袋可以散

開一樣，或許意味著宙合具有擴展性或開放性。我們認為，宙合的「大

之無外，小之無內」反映了宙合的唯一性和整體性，而不是表明宙合在

大小兩方面都是無限的。
而在墨子那裡：「久，彌異所也。」（《墨子·經上》）「

宇，蒙東西南北。」（《經說上》）「久，彌異時也。」（《經上》）

「久，合古今旦莫（暮）。」（《經說上》）其中一個「彌」字反映了

宇、久的連綿性、連續性，與管子把宙合當口袋的看法有一定差別。就

當時的認識水平來看，這種差別極為自然，反映了一個問題的兩個側面

。其一是從「尺度」的大小著眼，其二是從「變化」連續性著眼。可見

，宇指稱的是事物可以前後左右上下運動的一種狀況、情態；宙指稱的

是事物運動歷經古今旦暮這樣一種過程、情態。
從感性直觀到宇宙的最初概念，又從感性認識上升到理性抽

象，以洞曉宇宙的根本。春秋時期的子華子從「道」的角度來認識宇宙

，並將宇宙與物質聯系起來。他說：「惟道無定形，虛凝為一氣，散布

為萬物，宇宙也者，所以載道而傳焉者也。」「宇者，情相接也；宙者

，理相通也。」（《子華子·孔子贈》）宇宙概念的明確定義是戰國時

期的屍子：「上下四方曰宇，往古來今曰宙。」使得子華子引入的「宇

宙」概念至今不衰。易見，屍子定義的宇與宙並沒有大小涵義與有限無

限涵義。
但是，有限無限的概念在《墨經》中已經有了。「窮，或不

容尺，有窮。莫不容尺，無窮也」。（《墨子·經說上》）「久，有窮

無窮。」（《墨子·經說上》）宇與宙的關系也得到了反映，「長宇，

徙而有（又）處，宇南宇北，有旦有（又）在莫：宇徙久。」（《墨子

·經說下》）「長宇久。」（《墨子·經上》）在莊子那裡，明確提出

了宇宙具有無限性：「有實而無乎處者，宇也。有長而無本剽者，宙也

。」（《莊子·庚桑楚》）
隨著漢代自然科學的發展，宇宙概念得到豐富並發生分化。

張衡從科學的角度點明時空的無限性，他說：「八極之維，徑二億三萬

二千三百里，南北則短千里，東西則廣增千里。自地至天，半八極。過

此而往者，未知或知也。未之或知者，宇宙之謂也。宇之表無極，宙之

端無窮。」（《張河間集·靈憲》）在張衡看來，宇宙有知（定量）與

未知之分，可以認為，這正是觀測宇宙與一般宇宙概念的萌芽。而比張

衡略早的揚雄則主張：「闔天謂之宇，辟宇謂之宙。」（《太玄·玄摘

》）即時間有起點，空間可以「闔」起來，或許表明宇是有限的。
縱觀中國古代宇宙學說，歷經宇宙概念完善，宇宙有限無限

的明確表述，到形成完整的落下閎－－張衡渾天宇宙模型（代表表達）

，沒有產生多宇宙思想。在西方，古希臘的阿拉克西曼德（約前610

－前546）從萬物的本原阿派朗（qpeiron，有譯為無限者，也有譯

為無定體、無定限體）出發，認為宇宙是無限的。阿拉克西曼德的無限

宇宙，沒有明確指出宇宙空間尺度無限大，明確指出了宇宙物質具有永

恆的運動，同時他還認為有無數個天和世界。（汪子蒿等，《希臘哲學

史》，第1卷，人民出版社，1988年版，第190－209頁）宇

宙是指大地、日、月、星辰等，究竟宇宙與無數個天和世界有什麼關系

？阿拉克西曼德並沒有說明。但是，從本原阿派朗的角度來看，由阿派

朗的統一性，我們可以推斷這無數個天與世界是一個完整的整體。西方

明確提出宇宙概念的是畢達哥拉斯學派，其中最著名的菲羅勞斯

（Philolaus，生於約前474年）學說認為：在宇宙（cosmos）之外

還有無限的虛氣。菲羅勞斯的宇宙是一個可以用數表達的天地系統。管

子的「宙合」概念較畢達哥拉斯學派的cosmos概念早近200年左右，

而為現代宇宙學所接受的「上下四方曰宇，往古來今曰宙」的宇宙概念

與cosmos又是同時代的。這從一個側面反映了人類進化、人類思維發展

的一致性。近代學者布魯諾認為，宇宙是無限的，無限的宇宙中含有無

數個世界，宇宙是一，而眾世界是無數。因此，布魯諾的宇宙仍是一個

統一的整體。西方宇宙概念及宇宙模型的發展，無論宇宙是有限形式（

如亞里士多德、托勒玫的地心系統等），還是無限宇宙形式（如布魯諾

、牛頓的宇宙模型等）以及愛因斯坦的有限無邊宇宙模型、現代宇宙學

模型、〔如量子宇宙學中，林德（A．D．Linde）的混沌暴漲宇宙模型

認為。極早期宇宙經暴漲之後產生了很多的微小宇宙。但是普朗克時代

的量子宇宙僅有一個。（拙作《雲南社會科學》，1993年第2期，

第45頁）〕，宇宙就是一個整體，力圖反映物質的整體存在，而且宇

宙有定量特徵。值得我們注意的是，西方並沒有給出一個公認的時間與

空間概念。即使在牛頓的《自然哲學之數學原理》中，也沒有定義時間

和空間，而是在《定義》部分的注釋中做了說明。在牛頓看來，為去掉

常人的偏見，提出絕對時空與相對時空更方便些。（閻康年著《牛頓的

科學發現與科學思想》，湖南教育出版社，1989年版，第354頁

）
一當自然科學從哲學中分離出來，哲學與自然科學就從不同

的角度反映同一個本體世界，形成了哲學世界圖景和科學世界圖景，這

兩種圖景並不重合，有聯系有區別。哲學試圖從定性的角度來反映物質

世界、精神世界、人類社會等共相概念。而自然科學，特別是物理學、

現代宇宙學力圖從定量的角度揭示物質世界某一側面或物質世界整體的

某些方面的性質，即反映物質世界的殊相概念。因此對宇宙、宇宙有限

無限的把握，導致了哲學與科學兩種圖景。有的學者也表達了類似見解

。（吳國盛《自然辯證法研究》，1993年第2期，第47－52頁

）所以我們認為，時間、空間及宇宙概念有科學與哲學之分。
（1）物理學或宇宙學的定義：時間是描述物質運動持續性

的一個物理概念。空間是描述物質運動廣延性的一個物理概念。宇宙或

物理宇宙是標志物質運動持續性與廣延性整體存在的一個物理概念，是

物質的整體，具有量的特徵，可以為數學把握。
（2）哲學定義：時間是描述物質運動持續性的一個哲學范

疇。空間是描述物質運動廣延性的一個哲學范疇。宇宙是標志物質世界

整體存在的一個哲學范疇。
劉遼教授曾指出，宇宙就是存在的整體。（《＜原理＞－－

時代的巨著》，西南交大出版社，1988年，第96頁）從這個意義

上講，哲學宇宙在於存在整體的哲學把握，物理宇宙是對存在整體的物

理學或宇宙學把握。以下我們將主要從哲學的角度分析宇宙的有限無限

問題。而科學的闡述，我們已作過一些探索（參見拙作《自然辯證法研

究》1992年第1期，1993年第5期，《科學技術與辯證法》1

993年第2期等），新近又從非淺性科學、混沌學角度進行了探討。
二、宇宙有限無限的哲學分析
宇宙作為存在的整體，必然得到宇宙既不是有限的，宇宙也

不是無限的。
（1）若宇宙是有限物，則宇宙應存在於特定時空中，然而

宇宙是存在的整體，必不可能存在於特定時空中，故宇宙不是有限物。

另一方面，按黑格爾的有限－－無限觀：「實有在它的自在之有中，把

自己規定為有限物並超出限制，這就發生了無限的概念。」（黑格爾《

邏輯學》上卷，第135－136頁）即是說，自然而然存在的實物就

是有限物，無限就發生在此有限物的超出限制之過程。宇宙是自然而然

存在的，它是實物的總體或整體，整體不等於它之內的部分之和，即宇

宙之內的實物為有限物，但宇宙整體不一定就是有限物。黑格爾緊接著

又說：「超出自身，否定其自身，乃是有限物之本性。」如果我們從「

變為無限」「是有限物的本性」出發探究，宇宙能超越宇宙自身嗎？若

宇宙可以超越宇宙，則與宇宙存在整體概念相悖。因此，宇宙不是有限

的。
（2）若宇宙是無限的，按黑格爾的意見，無限是發生在有

限的超越自身過程，這就要求宇宙的無限發生在有限宇宙（或宇宙有限

情形）的轉化過程。但是任何轉化、任何超越都是在時空中完成的，都

是在宇宙中完成的，而不是宇宙之外。故宇宙不是無限的。
上述論證宇宙不是無限的時候，我們利用了黑格爾無限的觀

點，利用了宇宙不是有限物的結論。同樣，論證宇宙不是有限物時，利

用了有限物具有超越本性（即無限）。可見，宇宙的不是有限與不是無

限互為前提。那麼宇宙究竟是有限還是無限呢？若宇宙有限而不是無限

，則由宇宙不是無限可以得到宇宙不是有限，但是宇宙是有限與宇宙不

是有限相互對立。於是，宇宙是有限不是無限的結論不能成立。相應，

宇宙是無限而不是有限的觀點也不能成立。那麼宇宙既是有限又是無限

的結論可以成立嗎？
我們先看一個類似情形。在量子力學中，光子的雙縫（A和B

）實驗表明，單個光子的運動表現既不是只從縫A通過，也不是只從縫B

通過的。或者說，光子不是從A縫通過就必然是從B縫通過，光子不是從

B縫通過就必然是從A縫通過，這樣的表述不成立。因此，對光子來說，

A縫與B縫並不滿足形式邏輯的排中律關系。光子既通過A縫也通過B縫。

導致一個光子部分地通過A縫和部分地通過B縫的困難的物理圖景，在於

光子概念不準確。光子波動性概念是經典宏觀時空中的物理概念，使用

宏觀語言反映微觀客體性質出現了語言障礙問題，或者說，具有不同的

物理環境（物理語境）。本質上講，光子與量子力學中的幾率幅相聯系

，在宏觀時空中顯現的性質與宏觀儀器性質有關。
對宇宙來說，若宇宙類比於一個光子，那麼要宇宙只通過「

有限縫」與「無限縫」中的任何一個都是困難的，因為宇宙不是有限的

也不是無限的。但是，在三值（或多值）邏輯中，卻可以存在宇宙既通

過「有限縫」又通過「無限縫」。
有限無限指的是限制與超越。由此，我們只能得到宇宙既不

是有限的也不是無限的。有人會提出一個簡單的方法，既然宇宙不是有

限的也不是無限的，那麼宇宙的有限無限概念就沒有任何意義了，即宇

宙的有限無限概念不成其為一個哲學問題。然而，簡單的否定我們並不

輕松。有限無限概念對於事物的把握是深刻的，不失為一對很好的范疇

，而且它們在自然科學中也常常遇到。因此，簡單地否定宇宙有限無限

問題的探索價值，是不可取的。
當我們以有限無限概念來把握宇宙中的事物及宇宙本身時，

相當於構建以有限無限為基本概念的公理體系。數學上有一個哥德爾不

完備性定理，它啟示我們，要求以有限無限為根基的邏輯體系是完備的

，則不可能是無矛盾的。要求邏輯體系是無矛盾的，則它不可能是完備

的（即存在著不可證明的命題）。可見，要求有限無限概念體系中沒有

矛盾存在，則必然存在不可判定的問題，即有些問題按原體系的推理方

式無法解決。實際上，宇宙的有限無限問題就是一個按原推理方式無法

判定的問題。為此需要尋找新的途徑。
在黑格爾體系中，有限無限的定義是以宇宙之內的有限物抽

出有限，而有限物的超越就是無限。由於有限是從宇宙之內的所有有限

物抽出的，它並不包括宇宙本身，因此有限物的外延幾近於無窮大，按

形式邏輯學，其有限內涵幾近於零。正是這幾近於使得有限成為有限物

的共通特性，所以，有限物的質的規定性就是幾近於有限物的否定，而

不是有限物的完全否定。在黑格爾那裡，有限物的否定就是無限，由於

這「幾近於」存在，使得黑格爾的判斷並不完全成立，只有在有限無限

的二值邏輯中才滿足不是有限就是無限，不是無限就是有限。我們認為

，「幾近於有限物的否定」這一表述等價於「無限」與「有限與無限的

統一」兩個概念的並。如前所述，我們已證明，宇宙不是有限的也不是

無限的，因此，僅剩下一種選擇，即宇宙是有限與無限的統一，或者說

，宇宙既是有限的也是無限的。
從當代語言分析哲學來看，宇宙有限無限同一般的有限無限

分別處在不同的語境之中，用一般的有限無限觀去分析宇宙的有限無限

問題，自然會遇到重重困難。宇宙有限與宇宙無限是獨特的概念，並不

是宇宙與有限或無限的線性迭加。猶如地球概念並不是「地」加上「球

」。因此，宇宙有限與宇宙無限僅具有限、無限的某些方面的性質，而

不是全部。我們認為，宇宙有限是指所有物質為宇宙所限制，為宇宙所

封閉，構成一個物質整體；宇宙無限是指宇宙具有超越限制的趨勢，具

有突破封閉轉向開放的趨勢。
恩格斯關於宇宙有限無限問題的論述，有自然哲學成分，有

哲學成分，也有認識論成分。自然哲學主要是對自然科學的結論作哲學

的抽象、提煉，它具有時代性。當然自然哲學也訴諸歷史，但更主要是

從自然科學的角度來提出概念與原理。例如，恩格斯說：「時間上的永

恆性、空間上的無限性，本來就是，而且按照簡單的字義也是，沒有一

個方向是有終點的，不論向前或向後，向上或向下，向左或向右。」（

《反杜林論》，人民出版社，1972年，第46－47頁）這就是關

於宇宙無限性的自然哲學結論。」當我們說，物質和運動既不能創造也

不能消滅的時候，我們是說，宇宙是作為無限的進步過程，即以惡無限

性的形式存在著的，而且這樣一來，我們就理解了這個過程中所必須理

解的一切。」（《馬克思恩格斯選集》，第3卷，第557頁）這是關

於宇宙無限性的哲學結論。「我們在思想中把個別的東西從個別性提高

到特殊性，然後再從特殊性提高到普遍性，我們從有限中找到無限，從

暫時中找到永久，並且使之確定起來。然而普遍性的形式是自我完成的

形式，因而是無限性的形式，它是把許多有限的東西綜合為無限的東西

。」這是從認識論的角度對有限無限的闡釋。恩格斯關於有限無限的自

然哲學、哲學、認識論三個方面的論點，既有聯系也有區別。正是由於

區別存在，宇宙有限無限的自然哲學結論並不永恆，而聯系存在、自然

科學的每一劃時代發現，導致宇宙有限無限問題的自然哲學、哲學結論

必然要改變自己的形式，於是一條新的研究道路開辟出來了。恩格斯得

到的宇宙概念是，「宇宙是一個體系，是各種物體相互聯系的總體。」

（《自然辯證法》，第54頁）它反映了宇宙的整體性。恩格斯也認識

到：「對無限的東西的認識是被雙重的困難圍困著，就其本性來說，它

只能在一個無限的漸進的進步過程中實現，這已經使我們有足夠的理由

說：無限的東西既可以認識又不可以認識，而這就是我們所需要的一切

。」（同上，第212頁）他又說：「無限性是一個矛盾，而且充滿種

種矛盾……如果矛盾消滅了，那就是無限性的終結。」（《反杜林論》

，第48－49頁）可見，恩格斯已認識到解決宇宙的有限無限問題的

困難性，其原因在於宇宙的有限無限問題的困難性，其原因在於宇宙是

一個獨一無二的研究對象，處於特定的「語境」之中。
三、宇宙有限無限的本質
研究宇宙有限無限問題只能從兩個方面入手，一方面從宇宙

概念的定義入手，即由宇宙概念的內在邏輯直接推出若干結論，這屬於

哲學方法。另一方面從局部入手，通過局部來認識整體，這屬於自然科

學方法。自然科學的概念直接從它所處理的現象中抽取出來。盡管自然

科學也研究整體（如非線性科學中的問題），然而一般來說這種整體並

不對宇宙結構作特殊要求。自然科學基於實證（實驗）、觀測，導致從

自然科學的方法論角度區別出觀測宇宙概念，觀測宇宙是物理宇宙的一

部分，觀測宇宙的宇宙大尺度現象是檢驗物理宇宙理論的試金石。
宇宙是標志物質實在整體存在的哲學范疇，由此我們必然得

到：（1）宇宙具有唯一性，因為存在整體是唯一的。（2）宇宙具有

無邊性（無界性）。宇宙在大的方面沒有邊界，因為若有邊界則存在宇

宙之外，這與宇宙定義矛盾。同樣，宇宙在小的方面也沒有邊界，因為

若有邊界則存在宇宙之內。這也就是宇宙「至大無外」「至小無內」的

正確涵義，而不是說，宇宙在大的方面無限廣大，在小的方面無限可分

。
論述至此，我們還沒有回答宇宙在空間尺度或時間尺度上究

竟是無限還是有限的問題。在牛頓引力論和沒有混沌（Chaos）的愛因

斯坦廣義相對論框架中，宇宙的有限無限問題並沒有得到解決，前者的

絕對時空無法證實，後者的可能性之一大爆炸宇宙模型也有三種模式（

開、平、閉），這又取決於宇宙的平均質量密度與臨界密度的比較。目

前確定宇宙平均質量密度存在諸多不確定性，即便徹底確定了，但是大

爆炸宇宙模型基於均勻各向同性的宇宙學原理又與1992年COBE（宇

宙背景探測者）衛星發現的宇宙微波背景輻射的巨大波動現象相矛盾，

為此我們提出了宇宙的耗散結構模式，對宇宙的未來作了較為詳細的討

論，指出了開、閉宇宙模式都有相互轉化的可能性。（拙作《自然辯證

法》，1993年第5期，第57－68頁）非線性科學的興起，廣義

相對論的混沌問題已得到了注意，混沌宇宙學中，宇宙的空間尺度、時

間尺度大小已不是宇宙有限無限的主要問題，而且從量上著手難以解決

問題，正如混沌專家福特（J．Ford）說：「因為混沌在宏觀層次上無

所不在，一般來說時鍾、標尺與給定的系統本身都是混沌的。混沌系統

之間的相互作用產生局部地隨時間指數地放大效應，盡管這種效應開始

時很小，但還是不可忽略。進而混沌意味著決定論的隨機性，這些相互

作用的效果就是不可控的、不可預測的。」（《哲學譯叢》，1991

年第2期，第35頁）從自然科學的角度，我們認為，宇宙有限無限的

統一是宇宙的確定性和內在隨機性的統一。（註：詳細論證於《宇宙有

限無限問題的科學探索》一文，待發）
從哲學講，宇宙存在是一種確定性，宇宙演化是一種隨機性

。由於宇宙的唯一性，宇宙演化就是一種內在隨機性。當代非線性科學

一再揭示，存在是演化的存在，演化是存在的演化，而物質的本質是存

在，物質不生不滅，即反映出宇宙無限性、物質演化性。因此，我們認

為，無限是指宇宙演化，有限是指宇宙存在。宇宙有限與無限的統一就

是存在與演化的統一，進而達致科學圖景與哲學圖景的統一。
諾貝爾物理獎獲得者楊振寧將數學與物理學的微妙關系比喻

為僅有較小交疊的兩張樹葉，即「兩葉理論」。他說：「如果認為兩方

面有較大的重疊，那就弄錯了。它們並不這樣。它們各有不同的目的和

興趣。它們有明顯不同的價值判斷，它們還有不同的傳統。在基本概念

的水平上，它們令人驚異地共同使用某些概念，但即使在這里，每一方

面的生命力是沿著各自的脈絡奔流的。」（《楊振寧演講集》，南開大

學出版社，1989年版，第398頁）我們以為，在宇宙有限無限問

題的探討上，哲學與自然科學（如物理學、宇宙學……）的關系猶如楊

振寧的兩葉理論。本文在於沿著兩葉各自的脈絡洞見共同的根基，尋找

交疊的區域，果真如此，我們的目的便達到了。

B. 天文望遠鏡觀測距離怎樣算

以我的經驗來看啊，這配置看月球，土星環都沒問題，如果天氣條件好，看出個幾百萬光年沒問題。不過話說回來，評價望遠鏡的能力不是能看多遠，理論上都是能看到宇宙盡頭，而是望遠鏡的分辨能力，看的再遠，分辨不出看到了啥也是白費。
解析度公式=1.22λ /D,λ 是觀測波段的波長，D是望遠鏡口徑。
詳細：
天文望遠鏡觀測距離的計算主要取決於兩個參數A和B：
A倍 率
望遠鏡的放大倍率是望遠鏡的焦距及目鏡焦距用以下的方程式求出來的:
放大倍率 = 望遠鏡的焦距 / 目鏡焦距
例: 1000mm焦距的望遠鏡及20mm的目鏡 放大倍率 = 1000mm / 20mm =50 倍
雖然理論上望遠鏡的放大倍率是可以隨意改變的(只耍換上不同的目鏡)更甚至將放大倍率提升到千倍或以上。但在實際觀測是有極限的。每一支望遠鏡都是有它的可用最高倍率。超越這個倍率所得來的部只會無濟於事甚至嚴重影響觀測效果。

B可用最高倍率
可用最高倍率除決定於望遠鏡的口徑外還耍視乎當觀測時的大氣穩定度(SEEING)及被觀測的物體的特性。通常星雲星團等都不需要作最高 倍率來觀測。至於不同口徑的可用最高倍率則憑經驗鏡經指出有下列參考數值:
1 折射望遠鏡: 口徑(mm)的1.5 至 2倍；
2 反射/折反射望遠鏡: 口徑(mm)的1.0 至 1.5倍 當然望遠鏡的質素是會改變以上的倍值。
3 優質望遠鏡的可用最高倍在十分之理想的大氣穩定度下可以達到口徑(mm)的3倍。
能力有限，請見諒 ！

C. 地球到宇宙盡頭的距離是多少

「大爆炸宇宙論」提出宇宙常常是周而復始地從誕生至消亡，再誕生、再消亡的輪回。按照宇宙誕生後就急速擴大的宇宙模型，可以計算出宇宙的年齡為130億年。這就是說，從地球到宇宙「盡頭」的距離，理論上應是130億年。

D. 一光年要步行多久，大概需要多少億年

怎麼會有不行一光年這種話題？種花家剛看到這個標題時候也著實有些詫異，一般以步行計的距離大都以千米計，最多也不超過數十千米，如果間斷步行的話也能難以超過數千公里，這一光步行要多久呢？

而且這是一艘航向宇宙盡頭的飛船，上面沒有一個生命物種，似乎是一艘被遺棄的飛船，但上面的補給應有盡有，而且一路上設置了多個星門可以補充物資！最後居然還有一種超喪的技術，通訊石，可以通過它交換意識，結果就是帶著別人的身體去看望自己的老婆，還發生了不可描述的事件，是在是太有意思了，各位有興趣可以去看看！也算是比較硬核的科幻劇，可惜爛尾了！

E. 宇宙盡頭有多遠

宇宙究竟有多大？

這個問題有兩層含義，一是宇宙的范圍有多大，二是宇宙的年齡有多大。這個問題所談論的是可見的宇宙，也就是以我們所在的地球為一個球體，其半徑是自大爆炸以來，即宇宙作為一個點誕生，開始向外迅速膨脹以來光所通過的空間。從整體上看，宇宙很可能比這個可見的宇宙大得多。

就測定所能提供的東西來說，天文學家們顯然並不知道，至少不是確切地知道大爆炸是何時發生的。他們只是非常籠統地說，大爆炸可能發生在100億年前，也可能發生在200億年前，或者是發生在100億年前到200億年前之間的某個時刻。

對我們常人來說，浩瀚無垠的宇宙幾乎是不可度量的。而對天文學家來說，精確地測繪宇宙天體不僅是必要的，而且也是可能的。天文學採用的計量單位是「光年」，即光在一年裡所走的距離。光的前進速度約為每秒30萬公里，一光年大約是 9.7萬億公里。銀河系的直徑約為10萬光年。而在銀河系之外還有別的星系，距離我們有數十億光年。最新發現的類星體位於我們目前所能觀測到的宇宙邊緣，與地球相隔約100億～200億光年，是迄今所知的最遙遠的天體。

如此遙遠的距離簡直令人難以想像。要測量太陽系的其他行星或附近的恆星的距離，可以採用由古希臘人發明的視差計演算法。所謂視差，是指從兩個觀察位置觀察同一物體時兩道視線所形成的夾角。在天文學中，測定視差的方法就是把兩個觀測點與被觀測的天體構成一個三角形，已知兩個觀測點連線(即基線)的長度，再從這兩個觀測點測出天體的方位(即三角形的頂角)，就能求出天體與地球的距離。基線越長，求得的結果就越精確。通常，在測量離地球較近的天體如月亮的距離時，可以用地球的半徑作基線，所測定的視差則稱為「周日視差」。如果要測定太陽系以外天體的距離，一般都以地球與太陽的距離為基線，所測定的視差稱為「周年視差」。用這種視差法測量相距8.6光年以內的天體非常准確，測量遠至1000光年的天體也能做到大體准確。

另一種測量恆星距離的方法是亮度測定法。一顆恆星可能因體積大、運動活躍或距離地球較近而顯得很光亮。只要分清星球的實際亮度和視覺亮度，就能從光亮度上准確測出恆星與地球之間的距離。本世紀初，天文學家按波長區分星球光亮，製成了光譜。他們發現，不同的恆星有不同的光譜特性。用分光鏡研究恆星的光譜，就能判斷該星的冷熱程度。這有助於天文學家辨別貌似暗淡的小星是否遙遠的活躍的巨星。只要把一顆星的光與另一顆已知距離、活躍程度相似的星進行比較，就能測量出這顆星與地球之間的距離。

80多年前，大多數天文學家都認為銀河系就是整個宇宙，銀河系之外什麼也沒有。可是，當精確度更高的天文望遠鏡誕生以後，這種看法便被證明是錯誤的。過去觀測到的那些暗淡模糊的斑點，其實是其他的星系，有的與銀河系不相上下，有的則更龐大。20世紀20年代，美國天文學家埃德溫·哈勃在加利福尼亞州的威爾遜山用當時世界上最大的反射式望遠鏡研究銀河系外星系，他分析了這些星系的光譜，發現各種譜線的波長都移向紅色一端。這種現象叫做紅移，說明那些星系正在向遠處飛離。波長的改變是多普勒效應的作用，與疾駛而去的汽車喇叭聲調的變化同樣道理。由於宇宙在不斷膨脹，星系距我們越遠，紅移就越大。換而言之，越遠的星系，其飛離我們的速度也越快。哈勃據此提出了「哈勃定律」，確定了計算行星運行速度的天文學計量單位——「哈勃常數」。但是，用哈勃常數作為測量尺度存在一個問題，即無人知道它有多長。

關於宇宙膨脹的速率，天文學家們的看法並不一致。最保守的估計是，距離增加百萬光年，則速度每秒鍾約增加16公里，即一個距我們5億光年的星系將以每秒約8047公里的速度遠離地球。有些天文學家估計的速率比這個數字還要大一倍。按照第一種估計，宇宙中最遙遠的天體距離地球約有100億光年。而按第二種速率計算，則宇宙邊緣距離地球達200億光年之遙。

「哈勃常數」只能在太陽系以外的太空里測定。在那裡，膨脹速度非常大，任何局部影響都變得微不足道。

如果天文學家能夠找到一支「標准蠟燭」，即某個類星體，其亮度穩定，非常明亮，橫跨半個宇宙都可以看到，那麼這個問題便可迎刃而解。但是迄今為止，大家公認可通用於整個宇宙的「標准蠟燭」尚未找到。因此，天文學家運用這一基本方法時往往採取一種分步方式，這就是設立一系列「標准蠟燭」，每一步只起測，定下一步的作用。

近年來，3種不同的「標准蠟燭」，即近紅外線觀測造父變星、行星狀星雲和麻省理工學院的約翰·托里的成片星系，都使人趨向於認為宇宙很年輕，有110億～120億年。

但是，還不能說這便是標准答案，至少有另外3個天文學家小組得出了不同的結果。其中的一個小組是以哈佛大學天文學系主任羅伯特·柯什納為首，他們得出的結論是，宇宙並不是那麼年輕，可能有150億年。

而傑奎琳·休特和她的學生們以及普林斯頓大學的埃德·特納則測定宇宙有240億年。

總而言之，時至今日，宇宙有多大這個問題還遠遠未能解決。

F. 宇宙盡頭論

宇宙是浩瀚無限的，也是無邊無際的，無始無終的。目前人類認知的宇宙只局限於「宇宙大爆炸」形成的理論中，黑洞就是大爆炸的中心，大爆炸後宇宙開始向四周膨脹，而宇宙膨脹結束後，黑洞開始吸收宇宙中所以星體，物質，包括光，最終形成新的宇宙。
要徹底解開宇宙之謎，黑洞之謎今後需要人們繼續不斷的去探索研究和發現。

G. 旅行到宇宙盡頭的時候將會看到什麼樣的景象

》人類可觀測的宇宙在140億光年左右。對於人類來說，宇宙幾乎是浩瀚無垠的，但是並不是無窮大。

根據廣義相對論計算的結果，宇宙誕生於140億年前，一個質量無窮大，密度無窮高的點。在創世大爆炸之後，宇宙就開始不斷的膨脹。宇宙不斷膨脹的結果是，實際的宇宙直徑大概在900億光年左右。

根據人類對深空的觀測，離地球越遠的星系，遠離地球的速度越快。最遙遠的星系，會超光速的離開我們。

這是空間膨脹的結果，可以形象的比喻為時空的坐標在同時的拉伸。就如同在幾何空間中，Xyz軸同時被拉伸一樣，由此空間中的各個物體之間的距離就會彼此的遠離。

對於容納萬物的空間是如何生長的，現在還沒有科學理論可以描述。

但是我們知道一點，萬物只能在空間中存在。而且在創世大爆炸之前，世界上並無一物，連空間也不存在。

》合理的邏輯告訴我們，真空和虛無之間的界限，就是宇宙牆，那裡是空間膨脹的邊緣。邊界之外，什麼也沒有，連真空都不存在。

所以，也有可能人類看到的可觀測的宇宙的一半，其實是另一半在宇宙牆上的鏡像。

H. 漫步到宇宙盡頭

地球繞著太陽轉

我們的世界，從誕生以來就一直圍繞著一個巨大的火球年復一年地轉動，永不止息。

這並不是顯而易見的事實——人類從地球獲得的經驗恰恰與此相反——大地似乎才是亘古不變、穩定不動的，太陽從東方升起，從西方落下，劃分日夜。太陽的地位在古代神話中也有所反映，它往往扮演了一個對人世重要但對天庭無關緊要的角色。例如，在希臘神話中，太陽僅僅是阿波羅（Apollo）手中的金球；在中國古代神話中，太陽也不過是天神的馬車上的車輪。在人類的日常經驗中，太陽和月球的大小似乎相差不多。這也對人類認識太陽和地球的關系造成了障礙。人們自然而然會覺得太陽和月球是地位類似的天體，因為從視覺上來說，它們都在離地球差不多遙遠的地方。

為了研究天體運動，古希臘天文學家提出了「天球」的概念。這是一個假想的球面，以觀察者或者地球的中心為中心。日月和夜晚的星辰，都可以在這個球面上標出來。大多數星辰在天球上的相對位置似乎永遠不變，因此被稱作恆星。星空以一年為周期圍繞地球轉動。對北半球中緯度的觀測者來說，每年的夏夜，他們總是在天頂附近看到明亮的織女星和牛郎星隔著銀河相望。到了冬季，整個天空最亮的恆星——天狼星就會如約出現在東南方向。古希臘天文學家將夜空中的恆星劃分為不同的 星座 以方便人們記憶。每年的同一個夜晚，天空中出現的 星座 總是相同的（整個天空有88個不同的 星座 ）。

太陽和其他恆星不同，它在天球上的位置會移動。如果我們讓大地變成透明的，並且暫時抽去地球上的大氣，我們就可以在任何時刻看見整個天空的星辰。我們會發現，4月的時候，太陽和白羊座的恆星待在一起，8月的時候會移動到獅子座，而隆冬12月時則從蛇夫座移入人馬座。每一年，太陽都會沿著這條線路走一圈，途經13個 星座 1。太陽在天球上的這條路徑被稱作黃道，相對應的 星座 有時被稱作黃道 星座 。

除了月亮，在天球上還有5個天體的行為明顯有別於恆星，它們就是水星、金星、火星、木星、土星。這5個天體都明亮而容易用肉眼觀察。尤其金星，是夜空中僅次於月亮的明亮天體，比夜空中最亮的恆星天狼星明亮20倍。人們稱這五顆亮星為「行星」，因為和靜止不動的恆星不同，它們在天球上的運動顯而易見。例如，木星以12年為一周期在天球上運轉。中國古代天文學家將其稱作歲星，並以此為基礎制定了地支紀年。

如何理解這些天體的運動？古希臘天文學家認為，宇宙實際上是由一系列同心圓構成，地球處在圓心，太陽、月亮、水星、金星、火星、木星、土星，每一個天體占據了一層宇宙，在同心圓上繞著地球轉動。而其他星體則集體在最外層占據了一個球面，這個球面繞著天軸轉動。這種宇宙觀反映了當時的哲學理念：宇宙應該是完美的，天體系統應該永恆平穩地運轉。

然而，希臘人發現他們「完美」的宇宙模型上有點小問題，那就是行星的「逆行」。這是一個行星運動中令人困惑的現象。在夜空中，行星在天球上的運動軌跡大致是自西向東。但在某些時候，人們會觀測到行星運動的速度漸漸變慢，直到停滯不前，並向反方向短暫地運動一段時間。在不久後，它們又會再次「扭頭」踏上原來的軌道。在「完美」的宇宙模型中，行星的逆行顯得不合規矩，但希臘人也對此無可奈何，只能忍痛對宇宙模型修修補補。到了公元140年前後，這套模型已經變得無比繁復。出生在希臘的羅馬天文學家克羅狄斯·托勒密（Claudius Ptolemaeus）被公認是古代天文學理論的集大成者。在他出版的天文巨著《天文學大成》（Almagest）中展示了當時最先進的宇宙。在這本書里，地球已經被稍稍地移開了宇宙的中心，所有行星的軌道變成了偏心圓。除此以外，每個行星都有一個屬於自己的小軌道，被稱作「本輪」。本輪套在偏心圓軌道上運動，而行星則在本輪上運動。

直到16世紀為止，托勒密的理論統治了天體運行理論1000多年。這很奇怪，托勒密的理論計算繁復，而且也並不是純正的地心理論。它實際上違背了古希臘人所崇尚的完美和平衡的宇宙觀——偏心輪這樣的構造更像是出現在機械匠人手工間里的奇巧淫技，而不應該出現在神靈創造的天空中。但另一方面，托勒密體系確實也很好地解釋了行星的運動和逆行現象。16世紀，尼古拉·哥白尼（Nicolaus Copernicus）提出了革命性的太陽中心理論。在哥白尼的宇宙模型中，太陽被放到了宇宙的中心，一切天體都圍繞著太陽轉動。但直到哥白尼去世半個世紀後，日心說仍然無法壓倒托勒密的地心理論，從預言的准確程度上來看，它們差不太多。而不管哪一套理論，都無法准確地預言行星的運動，大行星似乎總是在某些時候走得過快了一些，有時又走得慢了一點。

圖1.1托勒密的地心說模型，地球、行星軌道示意圖。行星在一個被稱作本輪的小圓上運行，小圓又套在一個被稱作均輪的大圓上運行。均輪的圓心用五角星代表，稍稍偏離地球

地心說的缺陷畢竟在一步一步地暴露。17世紀初，望遠鏡在荷蘭誕生。這種儀器是將兩個透鏡用一根金屬長管連接起來。第一個透鏡被稱作物鏡，用來收集光線，並匯聚起來。這些光線被第二個透鏡修正後生成人眼可以直接觀察的實像。望遠鏡收集光線的能力和物鏡的面積成正比例關系。物鏡直徑增加10倍，望遠鏡收集光線的能力就增加100倍。望遠鏡還可以使觀測者分辨更精細的圖像，這種能力和望遠鏡的直徑成正比例關系。人類的眼睛本身是一套精巧的光學系統，但人眼收集光線的面積很小，大致等於瞳孔尺寸。這樣的能力足以使人類在自然界分辨敵害，甚至也足以使得人在昏暗的蠟燭或油燈下分辨羊皮紙上手寫的小字。但說到仰望星空，人眼能力終究有限。早期的望遠鏡非常簡陋，但物鏡的面積要比人眼的瞳孔大上幾十倍，早期的望遠鏡大大提高了人類的視力。

1609年，伽利略第一次將望遠鏡技術應用到天文觀測中。他驚奇地發現，夜空中橫亘的銀河原來是由無數的星星構成的。當他將望遠鏡指向木星時，他發現在木星周圍居然還有四顆小小的天體。很明顯，這些天體是在圍繞著木星做周期轉動的衛星。其中，轉動最快的一個衛星，在一個晚上就能發現它明顯的位移。既然有天體可以圍繞著木星轉動，而不是以地球為中心，那麼太陽有什麼理由一定要圍繞地球轉動呢？

1573年，哥白尼去世18年後，約翰尼斯·開普勒（johannes kepler）出生於德國的威爾德斯達特鎮。開普勒幼年貧窮，由祖父撫養長大。他的視力很差，可能是幼年的天花造成的。終其一生，開普勒很少真正坐到望遠鏡前，但他仍然被認為是歐洲一流的天文學專家，因為在數學計算方面，開普勒罕有敵手。開普勒是哥白尼學說的信徒，不僅僅是科學上的原因，也有神學上的動機。在開普勒的想像中，上帝創造的世界一定具有完美的幾何特性。幾何學一共存在5種不同的正多面體：正四面體、正六面體、正八面體、正十二面體和正二十面體。每一個正多面體總是存在一個內接球（內部能放下的最大球體）和一個外接球（正好包裹多面體的球體）。如果將5種正多面體嵌套起來，就可以將空間分為6層。開普勒相信這並不是巧合。在他的假想中，如果將太陽放到宇宙的中心，那麼水、金、地、火、木、土這6顆行星的軌道應該正好可以放入5個層層嵌套的正多面體分割的6層球殼中（圖1.2）。這是多麼完美！

1596年，在開普勒的第一本天文學著作《宇宙之謎》（The mystery of the Universe）中，他熱情地描述了自己完美的宇宙理論，並輔以初步的計算結果。然而，歐洲的天文學家並不十分買賬。在哥白尼之後的半個多世紀里，天文學觀測精度提高了不少。而開普勒仍然在用哥白尼時代的舊數據去驗證自己的理論，顯得不那麼合適。數據的質量在之後很多年裡困擾著開普勒。1600年，開普勒接到當時最著名的天文學家第谷·布拉赫（Tycho Brahe）的邀請，前往布拉格，去做他的助手。這正是開普勒夢寐以求的機會。

第谷可能是望遠鏡發明以前最偉大的觀測天文學家。他改造了六分儀和四分儀，使得它們對角度的分辨力大大提高。第谷可以用自己改造的儀器在1角分的精度上研究行星的運動。讀者可以將自己的手臂向前伸直，與眼平齊，豎起食指，此時食指所能遮掩的角度大約是1度。第谷的觀測精度是這個角度的1/60。

圖1.2開普勒最初的宇宙模型。水、金、地、火、木、土這6顆行星的軌道應該正好可以放入由5個層層嵌套的正多面體定義的軌道上。《宇宙的奧秘》（Mysterium Cosmographicum）（1596）

第谷的一生都致力於高精度測量行星的運動。在邀請開普勒時，第谷是神聖羅馬帝國皇帝魯道夫二世的皇家天文學家，他的工作是將自己一生積累的行星觀測結果編為一個以他的贊助人魯道夫二世命名的星表。這些數據正是開普勒所需要的，他深信這些數據可以證明自己的正多面體模型，於是欣然踏上了旅程。

第谷和開普勒的合作並不愉快。第谷有自己的一套宇宙模型，介於日心說和地心說之間，在這個模型里，所有的大行星都繞著太陽轉動，而太陽又繞著地球轉動。第谷希望利用開普勒的數學才華來研究自己的模型，但開普勒卻是堅定的哥白尼門徒。開普勒無法從第谷那裡獲得行星運動的全貌，因為第谷對他充滿了戒心，只是一點一點地、施捨式地提供給他只鱗片爪的數據。開普勒沒有能夠取得研究的進展，反倒是花了大量的精力為第谷撰寫攻擊研究對手的文章。

這份合作非常短暫，6個月後第谷不幸因一場突如其來的疾病去世。在彌留時刻，第谷終於將所有的數據交給了開普勒。他對開普勒說：「不要辜負我的一生。」

在隨後的數年裡，開普勒終於能全身心投入解決太陽系運行的問題里。他很快發現自己的正多面體模型有嚴重的問題。水星的運動完全無法用這個模型預測。其他行星的運動也只是勉強和模型對得上。是第谷的數據錯了嗎？開普勒拒絕相信這個原因，和第谷一起工作過的他完全信任數據的精確度。開普勒只好痛苦地承認，自己「完美」的宇宙模型出了問題。但他距離真正的答案已經不遠了。在重新審視了數據後，開普勒發現了解開謎團的關鍵之處——行星的軌道是橢圓曲線，而不是正圓，太陽處在橢圓的一個焦點上。這就是開普勒第一定律。而他也找到了正確描述行星運動的法則：行星在橢圓軌道上運行，當它遠離太陽的時候，它的速度就會變慢；當它接近太陽的時候，它的速度會加快。如果我們將行星和太陽連成一條線，那麼，這條線在單位時間內掃過的面積總是相同的。這就是開普勒第二定律。在數年後，開普勒又發現了開普勒第三定律：行星圍繞太陽運動的周期平方正比於其軌道半長軸的三次方。開普勒的研究取得了巨大的成功。從此以後，只要確定任意時刻的行星位置，根據開普勒定律，人們就可以完全、精確地預測它之後的運動。

為什麼行星會如此運動？1687年，艾薩克·牛頓（Isaac Newton）最終找到了蘊含在開普勒定律里的奧秘——萬有引力定律。牛頓認為宇宙中任意兩個物體之間都存在相互吸引的力，這個力的大小與其距離的平方成反比。而開普勒的行星運動定律，正是牛頓引力定律的直接推論。

音樂家的大發現

18世紀末，太陽系的運動秩序建立起來了，但人類對於太陽系本身的認識還不充分。人們還不知道天空中是否只有5顆行星，也不知道太陽系的邊際在何處。

1781年3月，英國的度假勝地巴斯，一位名叫威廉·赫歇爾（William Herschel）的天文學家用自己製作的望遠鏡發現了一個奇怪的天體。當時，赫歇爾正在對夜空中的雙星進行系統研究。他觀測的目標，大都是恆星，它們離地球非常遠，即使在望遠鏡中也呈現為點狀的發光體，而沒有具體的形態。但是赫歇爾發現的這個天體，在200倍率放大下呈現為一個朦朧的光斑，當他換上更高倍率的目鏡時，光斑的大小隨之增加。赫歇爾猜測這個天體可能是一顆彗星。但和普通的彗星不同，這個天體沒有彗星常見的長長的掃帚尾巴。謹慎起見，赫歇爾仍稱這個天體為彗星，並將該發現通知了皇家學會的天文學同行們。此時的赫歇爾還沒有意識到，這是他一生偉大天文探險之旅收獲的第一個獎品。

事實上，在幾年之前，赫歇爾在英國廣為人知的身份是管風琴演奏家和作曲家。他出身於德國漢諾威的一個音樂世家，兄弟姐妹有10人之多。父親艾薩克·赫歇爾（Isaac Herschel）是樂團里的一位演奏家。雖然並非富豪，父親還是決定讓他的所有孩子（至少是所有男孩子）都受到良好的教育，不僅在音樂方面，也包括科學和數學。據赫歇爾的妹妹卡羅琳·赫歇爾（Caroline Herschel）回憶，晚飯後父親和赫歇爾會長時間討論音樂演奏相關事項，但是有時，話題會突然轉移到哲學和科學方面。牛頓、萊昂哈德·歐拉（Leonhard Euler）、威廉·萊布尼茨（Wilhelm Leibniz）等人的名字頻繁出現。討論的氣氛會變得非常熱烈，其中尤以威廉·赫歇爾最為活躍。有時討論過於投入，以至母親不得不出面干預，以免談論的聲音驚擾了第二天早上要上學的小孩子們。

受到家庭教育的影響，赫歇爾成長為一位優秀的管風琴和雙簧管演奏家，在樂團獲得常任職位。因為戰爭，在19歲的時候，赫歇爾離開德國去英國發展音樂事業。1766年，他收到了來自Bath（巴斯）的Octagon Chapel（八角教堂）的邀請，成為其常任的管風琴師。Bath是英國著名的 時尚 休閑城市，有眾多慷慨的上流名士願意為音樂家事業提供贊助。英俊帥氣的外表、精湛的技藝令赫歇爾很快在圈子裡嶄露頭角。作為一個音樂家，赫歇爾不但獲得了優越的生活，職業生涯也在巴斯達到了巔峰。

夏天是音樂家繁忙的季節，需要應付不同的演出，並且Bath訪客雲集。但到了冬天，這里就變得安靜閑逸。赫歇爾有了充足的個人時間來重拾自己在天文學上的愛好。35歲那年，赫歇爾偶然購買到了詹姆斯·弗格森（james Ferguson）的學術專著《天文學》，這本書讓他重新燃起對於神秘夜空的興趣。晚飯後，他常常帶著這本書回到卧室，讓對星空宇宙的遐想伴他入眠。此時的赫歇爾已經不僅僅滿足於像年輕時一樣只是作為科學愛好者，在沙龍上高談闊論。他想要親自觀察書中所描述的奇妙夜空。這意味著，他需要一個望遠鏡。

在伽利略自製望遠鏡用於天文觀測後，望遠鏡的製作技術取得了很大的進展。在赫歇爾的時代，望遠鏡已經可以從光學器材商店裡買到，只是價格昂貴。在Bath的光學器材商店裡就恰好有一架。但是望遠鏡口徑太小，不能滿足赫歇爾的期望。赫歇爾想要看別人沒有看到過的星空，他希望擁有的是一架在那個時代最優秀的望遠鏡。按照他的計劃，這樣的望遠鏡鏡面至少要達到20英寸（約50厘米）。於是，自製望遠鏡成了他唯一的選擇。

赫歇爾小時候有一些製作樂器的經歷，但是光學望遠鏡是完全不同的東西，對設計和加工精度有著極高的要求。沒有人知道赫歇爾為什麼能成為一個偉大的望遠鏡製造者。他在開始的時候，似乎所有的參考資料只是羅伯特·史密斯（Robert Smith）所著作的《光學》。但在經過最初的一些不成功的嘗試後，赫歇爾很快掌握了製作望遠鏡的訣竅。磨鏡是非常單調的體力工作，赫歇爾表現出的專注卻非常驚人。他甚至可以連續16個小時不離開手頭的工作。他的妹妹卡羅琳不得不在他工作的時候用勺子喂他吃飯，免得他在工作中暈倒。

赫歇爾陸續製作了一系列大小不同的望遠鏡，最常使用的一個鏡面直徑約50厘米，焦距達到7米。雖然是自學成才的新手，但赫歇爾的望遠鏡事實上是整個時代最優秀的作品，遠遠超過他那些追逐彗星的同行使用的小型光學設備。事實上，在不久後，整個歐洲的天文學家都對一架赫歇爾手制的望遠鏡夢寐以求。

誰擁有口徑最大的望遠鏡，誰就能有最偉大的發現，這是天文學研究的鐵律。1781年，赫歇爾發現的這個奇怪天體，就是他得到的第一份重大回報。英國皇家學會的天文同行們跟進了赫歇爾的觀測，他們很快發現新天體的運動軌道是一個接近圓形的橢圓。這意味著新天體不是一顆彗星，因為彗星總是在非常扁長的軌道上運行。最終，天文界承認赫歇爾發現的天體實際上是一顆行星，我們今天稱其為天王星。

事實上，回顧 歷史 資料，人們發現天王星在此之前已經被不同的天文學家觀測並記錄過，但他們都沒有意識到天王星是一顆大行星。這是因為天王星比其他幾顆行星暗得多，運動速度也要慢得多。天王星的亮度是6等左右，只是勉強能被肉眼看到。它和太陽之間的距離是日地距離的18倍，每84年才繞太陽運動一周，因此科學家很難注意到它的運動。但在赫歇爾的大口徑望遠鏡中，天王星的形態使得它的真身為人所知。

赫歇爾的發現讓整個科學界沸騰了，這是人類有 歷史 記載以來，第一次由個人獨立發現的新行星。赫歇爾以一己之力拓展了太陽系的疆域。赫歇爾被授予皇家學會會員資格（Royal Society fellow），並獲得了科普利獎章（Copley medal）。作為無可爭議的發現者，他被請求為新的行星命名。

赫歇爾將發現新行星的榮譽奉獻給英王喬治三世。國王雅好科學，赫歇爾希望新的行星能夠幫助自己獲得皇家天文學家的職位。然而，「喬治星」的名字最終沒能在其他國家站穩腳跟，在法國，科學家們寧可稱呼新的行星為「赫歇爾」。幾經博弈後，天文學家們接受用「Uranus」為新的行星命名。這個名字來自希臘神話中天空之神的名字烏拉諾斯神，中文翻譯為天王星。占星學界也很快高興地接受了這一顆新行星，將其納入自己的理論體系中。占星家們為天王星設計了獨特的符號——圓形的球體上托起赫歇爾名字的首字母H。

雖然「喬治星」的名字只在英國受到歡迎，但是，它卻毫不意外地讓赫歇爾備受皇室歡迎。他被請到白金漢宮成為英王的座上賓，並被邀請和皇室一起觀賞歌劇。他的望遠鏡也從家鄉運至格林尼治天文台，以便國王本人可以看到以自己的名字命名的星星。皇家天文學會的同行們在看過赫歇爾的望遠鏡後對自己原有的老古董再也提不起興趣，紛紛請求赫歇爾為他們製作新的望遠鏡。赫歇爾也樂於出售望遠鏡而獲取利潤，大約60架望遠鏡賣給了皇家學會的同仁和歐洲大陸的天文學家們。作為天文學家和頂級望遠鏡的製作者，赫歇爾一時聲勢無兩。在他的一生中，赫歇爾取得了一系列偉大的發現：他發現了一顆新的大行星——天王星；他（和他的妹妹還有兒子）建立了史上最大的，至今仍然在使用的星雲團全表；他製作了一份雙星全表，證明了很大比例的雙星不僅僅在視覺上，而且在物理上是相互聯系的；他發現了紅外線的存在……在本書後面，我們還會看到赫歇爾的名字，現在，讓我們繼續太陽系邊疆的 探索 之旅。

太陽系的邊疆

天王星的發現使得天文學家猜測，可能還有大的行星存在於太陽系外圍。畢竟太陽的質量非常大，比所有大行星的質量加起來還要大數百倍，完全可以在幾十倍日地距離的地方控制更多的天體。可以預想到，天王星之外的大行星可能比天王星看起來更加暗淡，公轉周期也更長，但天文學家還是可以通過細致的巡天觀測來尋找可疑的候選者。

然而，令人感到意外的是，下一顆大行星存在的證據卻是由一個數學家發現的，而線索就藏在天王星的運動數據中。在開普勒的太陽系模型中，大行星都在自己的橢圓軌道上規矩地運行，互相毫不幹涉。另外，我們知道這只是一種對實際情況的簡化。因為牛頓的引力定律指出任何兩個天體之間都會存在互相吸引的力。不同的行星公轉周期不同，因此相互間會周期性地靠近。當兩顆大行星靠近彼此時，它們的引力就會使得對方都稍微偏離完美的橢圓軌道，這種偏離被稱作「攝動」。

海王星的發現則要歸功於法國天文學家奧本·尚·約瑟夫·勒維耶（Urn jean joseph Le Verrier）傑出的數學能力。在發現天王星後，一些數學家和天文學家意識到天王星的軌道似乎受到了另一個大行星的干擾。勒維耶精確地計算出了這個可能天體的大小、軌道和應該出現的位置。在他的再三請求下，柏林天文台在他預測的位置發現了這個大行星，勒維耶根據其他行星命名的慣例，用海洋之神尼普頓（Neptune）的名字命名其為海王星。

水星、金星、地球和火星一般被稱為類地行星。顧名思義，這類行星像地球一樣，有堅實的表面，並且都有鐵質的核心。而木星、土星、海王星和天王星則是比地球巨大得多的行星。在過去，人們曾籠統地將這四顆行星稱作類木行星，但現在我們已經知道這些行星可以分為兩類：木星和土星這樣的主要成分是氫、氦元素的「氣態巨行星」；海王星、天王星這樣的主要由冰凍的水、氨與甲烷構成的「冰巨星」。

在海王星外是否還有大行星存在？我們至今還沒有發現。1930年，美國科學家克萊德·威廉·湯博（Clyde William Tombaugh）發現了冥王星。這是一個太陽系外圍的小天體，距離太陽約40倍日地距離，質量只有月球的1/6。在之後的70多年裡，冥王星被定義為太陽的第九大行星。但人們從一開始就發現，冥王星和其他八大行星有很多不同。其他的八大行星軌道都非常接近圓，而冥王星的軌道橢率（ellipticity）較大，甚至和海王星軌道交會。有的時候，冥王星會運行到比海王星更靠近太陽的地方。更重要的是，冥王星的質量太低，在自己的軌道上不佔據主導地位。圍繞冥王星地位的爭論自發現之後一直不曾停止。從20世紀90年代起，天文學家開始不斷地發現冥王星外的小天體。2005年，人們找到了比冥王星還要重的Eris（鬩神星，136199 Eris）。這成了壓倒冥王星地位的最後一根稻草。在2006年的天文學年會上，天文學家用投票的方式為行星頒布了新的定義，要求一個繞太陽運動的天體必須質量大得可以清除軌道上的其他天體才能被稱作行星。而冥王星只比它的衛星稍大一點點，於是被剝離出了行星的隊伍。天文學家為冥王星、鬩神星以及小行星帶中最大的天體——穀神星這樣的天體開辟了一個新的小眾分類「矮行星」。這次投票在當時引起了公眾的強烈反對，但隨著時間的推演，人們慢慢接受了這個新的更加合理的分類方法。

冥王星和鬩神星附近的軌道上還存在大量的小天體，這些天體合起來構成了一個圓盤狀的區域，被稱作「柯伊伯帶」2。雖然像冥王星和鬩神星這樣的天體主要是由岩石和金屬構成，但柯伊伯帶中的小天體大多是由凍結的水、氨和甲烷構成，和彗星的構成成分類似。這些小天體大多在柯伊伯帶中年復一年地圍繞太陽轉動，但也會有很少的小天體偶然地游盪到太陽系中心區域，當這些小天體靠近太陽時，太陽的光熱會使得冰升華，在小天體背後形成長長的尾巴。這時，小天體就變成了一顆彗星。彗星在人類 歷史 中向來是壞運氣的代名詞。在中國，彗星的出現被認為伴隨著戰亂。甚至到20世紀初，人類還是會因為哈雷彗星彗尾掃過地球而感到恐慌。彗星和小行星一樣在各類科幻電影中扮演著人類殺手的角色。在電影《彗星來的那一夜》（Coherence）中，彗星甚至扮演了連接平行世界的角色。然而，從彗星主體上解離下來的碎片卻是地球上美麗流星雨的來源，當地球運行過彗星的軌道時，這些碎片落入地球，在和大氣層摩擦的過程中形成了流星雨。

柯伊伯帶的位置距離太陽中心40-50個日地距離3，但這里還不是太陽系的邊界。整個太陽系其實被包裹在一個被稱作「奧爾特雲」的結構中。奧爾特雲由大量的微小天體構成，成分主要為水冰4、甲烷等物質。奧爾特雲的外邊界大約在10萬倍日地距離處，這也是太陽引力影響范圍的邊緣。距離太陽最近的恆星——比鄰星到太陽的距離是奧爾特雲外緣的兩倍。

地球和太陽之間的距離是1.5億公里，光需要8分鍾才能從太陽來到地球。為了更好地在腦海中形成圖像，我們可以將太陽系的物理的尺度縮小10億倍。在這個縮小版的太陽系裡，人的大小和一個原子差不多，地球只有1.3厘米，比葡萄略小一些。地球的衛星月亮懸掛在30厘米之外，大小和葡萄籽一樣。在我們的微縮版太陽系中，太陽是一個直徑1.5米的火球，離地球150米，只需要步行一分鍾。按照離太陽的距離由近到遠，地球是太陽的第三顆大行星。從地球步行前往太陽，途中你會經過和地球差不多大小的金星，以及比月球略大一些的水星。從太陽到木星（大小和柚子差不多），需要坐一站公交車（約800米距離），如果我們不下車再坐一站就到了土星（和蘋果差不多大）。天王星和海王星的大小和檸檬差不多，分別距離太陽4站和6站公交車車程。海王星外是由小天體構成的柯伊伯帶，更遠處的奧爾特雲外邊緣大約距離太陽2光年。在我們的微縮版太陽系中，抵達奧爾特雲的邊界需要20，000公里，差不多需要坐飛機飛行20小時；而距離太陽最近的比鄰星，需要乘飛機40小時才能到達（40，000公里外）。

圖1.3太陽系大行星位置示意圖

I. 宇宙盡頭在何方

在20世紀以前，人們認為太陽系幾乎就是一切，不相信太陽系以外還存在其他星球。到1900年，人們又認為太陽系所屬的銀河系就是整個宇宙。至於銀河系的大小，當時最大膽的估計是寬約2萬光年（光年即光在一年中所走過的距離，約等於94605億公里），其中包含大約20～30億顆像太陽一樣的恆星。

1920年，天文學家哈洛·沙普利等人根據當時掌握的測量恆星距離的新方法，算出了銀河的真實寬度是10萬光年，其中包含的恆星總數達2000—3000億顆。同20年前的看法相比，銀河「擴大」了100倍，而且還斷定這極度擴大了的銀河，並不是全部宇宙。

與此同時，天文學家又發現宇宙是由許多個像銀河系一樣的星系集成的，每個星系大約由幾十億到幾萬億顆星體組成。而且證明了宇宙是動態的，成群存在的星系彼此相互分離，它們之間的距離越來越大，好像宇宙也在不斷擴大。

1929年，美國天文學家埃德溫·P·哈勃等人設計出了確定星系距離的多種方法，證明即使是離我們比較近的星系（例如仙女星座系），距離我們也有230萬光年。60年代，人們發現某些曾被認為是我們自己星系中的沒有光澤的恆星，實際上離我們星系非常遙遠，被人們稱為「類星體」。這些「類星體」，最近的離我們也有10億光年，遠的則達120億光年以上。

按照宇宙誕生之後就急速擴大的宇宙模型，可以計算出宇宙的年齡為130億年。這就是說，從地球到宇宙「盡頭」的距離，理論上應是130億光年。

至於宇宙究竟有多大，它的「盡頭」究竟在何處，也許將永遠是個謎。

J. 宇宙到底有多大宇宙盡頭究竟在哪裡

之所以認為宇宙是無窮大的，歸根結底，其原因是來自於一個悖論，即：任何一片區域都應該會有一個盡頭，而任何一片區域的盡頭之外都應該有另一片區域存在。

對於這個問題，筆者認為，“真實世界”擁有與我們所處宇宙完全不同的規律，我們這些虛擬世界的“NPC”是絕對無法想像出“真實世界”是什麼樣子的。但是可以確定的是，在“真實世界”的規律里，是不會存在本文開頭提到的那個悖論的。