宇宙是有限的？镜像是无限的？
宇宙是有限的还是无限的？有没有中心？有没有边/有没有生老病死？有没有年龄？这些恐怕是自从有人类活动以来一直被关心的问题。宇宙学——它是从整体角度探讨宇宙结构与演化的天文学分支学科，其主要目的是利用已有的物理定律，或利用一些局部成立的定律，合情理地对宇宙作出推论。
早在20世纪以前就有有关宇宙的记载。西方有关宇宙的研究可以分为四各时期。第一个时期是启蒙时期，主要是远古时代有关宇宙的神话传说。第二个时期是从公元前6世纪到公元前1世纪以至到中世纪（15世纪）为止，那时地心学主宰宇宙学。第三个时期是从16～世纪到17世纪，16世纪哥白尼的日心学说，开始把宇宙学从神话中解放出来，到17世纪，牛顿开辟了了以力学方法研究宇宙学的新经验，形成了经典宇宙学。第四时期，18世纪到19世纪，把研究扩大到银河系和河外星系，为现代宇宙学的发展奠定了基础。作为世界上四大文明古国之一的中国，在天文学方面有着灿烂的历史在天象记载、天文仪器制作和宇宙理论方面都为我们留下了珍贵的记录。
现代宇宙学是从爱恩思坦1917年发表的论文《对广意相对论的宇宙学的考察》开始的，1922～1927年，原苏联数学家佛里得曼（A.Fredmann）、比利时科学家勒梅特（A.G.lemaitre）提出和发展了宇宙膨胀模型。1948年，邦迪（Bondi，H）、哥尔德（Gold,T）、霍伊尔（Huyle,F.）提出完善的宇宙学原理与稳恒的宇宙学原理模型。还有一些宇宙论研究者，把总星系的膨胀同万有引力常数G联系起来，1975年美国范佛兰登认为G正以每年百分之一的速度减少。有人提出了引力常数G的减少是总星系膨胀的原因。
哈勃膨胀、微波辐射、轻元素的合成以及宇宙的测量被认为是现代宇宙学的四大基石。今天的宇宙学研究更依赖于观测技术以及科学水平的提高。这些观测事实都支持了目前流行的大爆炸宇宙学的理论观点
现代宇宙学认为宇宙没有中心。现代宇宙模型中主要有五种模型：牛顿无限、静止宇宙模型、爱恩思坦静态模型、佛里得曼宇宙模型、稳恒态宇宙模型和大爆炸宇宙模型。
美国数学家杰弗里·威克斯的最新宇宙模型令科学界震惊：一个大小有限、形状如同足球的镜子迷宫；宇宙之所以令人产生无边无界的“错觉”， 是因为这个有限空间通过“返转”效应无限重复映现自身。
宇宙是有限的还是无限的？一个争论不休的古老问题。今天，根据天文观察资料和理论分析，多数天文学家都认定宇宙是无限的。
日前，根据美国国家航空航天局（NASA）2001年发射升空的WMAP宇宙微波背景辐射探测器获得的资料，美国数学家杰弗里·威克斯推断，宇宙其实是有限的，相对说来其实并不大，大约只有70亿光年宽度，形状为五边形组成的12面体，有如足球。人们之所以感觉宇宙是无限的，是因为宇宙就像一个镜子迷宫，光线传过来又传过去，让人们发生错觉，误以为宇宙在无限伸展
浅论天文
天文学历史
天文学的起源可以追溯到人类文化的萌芽时代。远古时代，人们为了指示方向、确定时间和季节，而对太阳、月亮和星星进行观察，确定它们的位置、找出它们变化的规律，并据此编制历法。从这一点上来说，天文学是最古老的自然科学学科之一。
古时候，人们通过用肉眼观察太阳、月亮、星星来确定时间和方向，制定历法，指导农业生产，这是天体测量学最早的开端。早期天文学的内容就其本质来说就是天体测量学。从十六世纪中期哥白尼提出日心体系学说开始，天文学的发展进入了全新的阶段。此前包括天文学在内的自然科学，受到宗教神学的严重束缚。哥白尼的学说使天文学摆脱宗教的束缚，并在此后的一个半世纪中从主要纯描述天体位置、运动的经典天体测量学，向着寻求造成这种运动力学机制的天体力学发展。
十八、十九世纪，经典天体力学达到了鼎盛时期。同时，由于分光学、光度学和照相术的广泛应用，天文学开始朝着深入研究天体的物理结构和物理过程发展，诞生了天体物理学。
二十世纪现代物理学和技术高度发展，并在天文学观测研究中找到了广阔的用武之地，使天体物理学成为天文学中的主流学科，同时促使经典的天体力学和天体测量学也有了新的发展，人们对宇宙及宇宙中各类天体和天文现象的认识达到了前所未有的深度和广度。
天文学就本质上说是一门观测科学。天文学上的一切发现和研究成果，离不开天文观测工具——望远镜及其后端接收设备。在十七世纪之前，人们尽管已制作了不少天文观测仪器，如中国的浑仪、简仪，但观测工作只能靠肉眼。1608年，荷兰人李波尔赛发明了望远镜，1609年伽里略制成第一架天文望远镜，并作出许多重要发现，从此天文学跨入了用望远镜时代。在此后人们对望远镜的性能不断加以改进，以期观测到更暗的天体和取得更高的分辨率。1932年美国人央斯基用他的旋转天线阵观测到了来自天体的射电波，开创了射电天文学。1937年诞生第一台抛物反射面射电望远镜。之后，随着射电望远镜在口径和接收波长、灵敏度等性能上的不断扩展、提高，射电天文观测技术为天文学的发展作出了重要的贡献。二十世纪后50年中，随着探测器和空间技术的发展以及研究工作的深入，天文观测进一步从可见光、射电波段扩展到包括红外、紫外、X射线和γ射线在内的电磁波各个波段，形成了多波段天文学，并为探索各类天体和天文现象的物理本质提供了强有力的观测手段，天文学发展到了一个全新的阶段。而在望远镜后端的接收设备方面，十九世纪中叶，照相、分光和光度技术广泛应用于天文观测，对于探索天体的运动、结构、化学组成和物理状态起了极大的推动作用，可以说天体物理学正是在这些技术得以应用后才逐步发展成为天文学的主流学科。
人类很早以前就想到太空畅游一番了。1903年人类在地球上开设了第一家月亮公园。花50美分就能登上一个雪茄状、带翼的车，然后车身剧烈摇晃，最后登上一个月亮模型。
同一年，莱特兄弟在空中哒哒作响地飞行了59秒，同时一位名为康斯坦丁·焦乌科夫斯基、自学成才的俄罗斯人发表了题为《利用反作用仪器进行太空探索》的文章。他在文内演算，一枚导弹要克服地球引力就必须以1．8万英里的时速飞行。他还建议建造一枚液体驱动的多级火箭。
50年代，有一个公认的基本思想是，哪个国家第一个成功地建立永久性宇宙空间站，它迟早就能控制整个地球。冯·布劳恩向美国人描述了洲际导弹、潜艇导弹、太空镜和可能的登月旅行。他曾设想建立一个经常载人的、并能发射核导弹的宇宙空间站。他说：“如果考虑到空间站在地球上所有有人居住的地区上空飞行，那么人们就能认识到，这种核战争技术会使卫星制造者在战争中处于绝对优势地位。
1961年，加加林成为进入太空的第一人。俄国人用他说明，在天上飞来飞去的并不是天使，也不是上帝。美国约翰·肯尼迪竞选的口号是“新边疆”。他解释说：“我们又一次生活在一个充满发现的时代。宇宙空间是我们无法估量的新边疆。”对肯尼迪来说，苏联人首先进入宇宙空间是“多年来美国经历的最惨痛的失败”。唯一的出路是以攻为守。1958年美国成立了国家航空航天局，并于同年发射了第一颗卫星“探险者”号。1962年约翰·格伦成为进入地球轨道的第一位美国人。
许多科学家本来就对危险的载人太空飞行表示怀疑，他们更愿意用飞行器来探测太阳系。
而美国人当时实现了突破：三名宇航员乘“阿波罗号”飞船绕月球飞行。在这种背景下，计划在1969年1月实现的两艘载人飞船的首次对接具有特殊的意义。 补充回答： 20世纪的80年代，苏联的第三代空间站“和平”号轨道站使其航天活动达到高峰，都让美国人感到眼热。“和平”号被誉为“人造天宫”，1986年2月20日发射上天，是迄今人类在近地空间能够长期运行的唯一载人空间轨道站。它与其相对接的“量子1号”、“量子2号”、“晶体”舱、“光谱”舱、“自然”舱等舱室形成一个重达140吨、工作容积400立方米的庞大空间轨道联合体。在这一“太空小工厂”相继考察的俄罗斯和外国宇航员有106名，进行的科考项目多达2.2万个，重点项目600个。
在“和平”号进行的最吸引人的实验是延长人在太空的逗留时间。延长人在空间的逗留时间是人类飞出自己的摇篮地球、迈向火星等天体最为关键的一步，要解决这一难题需克服失重、宇宙辐射及人在太空所产生的心理障碍等。俄宇航员在这方面取得重大进展，其中宇航员波利亚科夫在“和平”号上创造了单次连续飞行438天的纪录，这不能不被视为20世纪航天史上的一项重要成果。在轨道站上进行了诸如培养鹌鹑、蝾螈和种植小麦等大量的生命科学实验。
如果将和平号空间站看作人类的第三代空间站，国际空间站则属于第四代空间站了。国际空间站工程耗资600多亿美元，是人类迄今为止规模最大的载人航天工程。它从最初的构想和最后开始实施既是当年美苏竞争的产物，又是当前美俄合作的结果，从侧面折射出历史的一段进程。
国际空间站计划的实施分3个阶段进行。第一阶段是从1994年开始的准备阶段，现已完成。这期间，美俄主要进行了一系列联合载人航天活动。美国航天飞机与俄罗斯“和平”号轨道站8次对接与共同飞行，训练了美国宇航员在空间站上生活和工作的能力；第二阶段从1998年11月开始：俄罗斯使用“质子－K”火箭把空间站主舱——功能货物舱送入了轨道。它还担负着一些军事实验任务，因此该舱只允许美国宇航员使用。实验舱的发射和对接的完成，将标志着第二阶段的结束，那时空间站已初具规模，可供3名宇航员长期居住；第三阶段则是要把美国的居住舱、欧洲航天局和日本制造的实验舱和加拿大的移动服务系统等送上太空。当这些舱室与空间站对接后，则标志着国际空间站装配最终完成，这时站上的宇航员可增至7人。 补充回答： 美、俄等15国联手建造国际空间站，预示着一个各国共同探索和和平开发宇宙空间的时代即将到来。不过，几十年来载人航天活动的成果还远未满足他们对太空的渴求。“路漫漫其休远兮，吾将上下而求索”，人类一直都心怀征服太空的欲望和和平利用太空资源的决心。1998年11月，人类第一个进入地球轨道的美国宇航员、77岁的老格伦带着他未泯的雄心再次踏上了太空征程，这似乎在告诉人类：照此下去，征服太空不是梦。
浅谈天文学
摘要：
宇宙中有第二个地球吗？宇宙是如何形成的？为什么地球能产生生命？玛雅人为什么会消
失？天文学中的十万个为什么总能勾起人们的求知欲望！天
文
学是一
门最古老的
科学，它一
开始就同
人类
的劳动和生
存密切相关
。它同数学、
物理、化学
、
生物、地
学同为六大
基础学科。
天文学家
观测
从行星、恒
星、星系等
各种天体来的
辐射，小到
星际的分子
，大到整个
宇宙。天文
学家测量
它们
的位置，计
算它们的轨
道，研究它们
的诞生，演
化和死亡，
探讨它们的
能源机制。
由于科技
的不
断发展，人
们对天文学
的定义，研究
对象，研究
范畴，学科
分支，论研
究等方面都
取得了突
破性
的进展。天
文学正朝着
高、精、尖的
方向发展。
我们期待着
天文学的进
一步发展为
科学事业
和人们的社会
生活造福。
天文学是自然科学中的一门基础学科，
它和人类历史同样悠久。
天文学的研究内容和许
多概念总是伴随着人类社会的文明和进步而不断发展的。
在望远镜发明以前，
天文观测采用的是目视方法，
直接观测天体在天空的视位置和视运
动，另外也粗略的估计星星的亮度和颜色。
17
世纪以后相继有了望远镜、分光镜和光度计，
不仅提高了天体位置观测的准确度，而且扩大了人们对宇宙的认识。到了
20
世纪，由于大
口径望远镜的问世，
使得人类探测宇宙的深度和广度与日俱增，
不少模型、
学说由观测得到
证实，新天体、新发现大量涌现。
20
世纪
30
年代以后，人们越来越广泛的使用无线电方法
研究天体和宇宙间的辐射，
从而诞生了射电天文学。
20
世纪
50
年代人造地球卫星发射成功，
人类把观测范围由地面扩展到地外空间，天文学家可以自由地探测天体的各种辐射。现代，
天文空间探测已经有了长足的发展，
人类不仅把望远镜送上天，
而且借助太空飞行器踏上月
球，或把仪器送到其他行星上进行直接观测或实验。
我一直都觉得天文学是一门很神秘的学科，
对于天文学，
我最感兴趣的是以下几个方面：
一、宇宙大爆炸
宇宙大爆炸
(Big Bang)
是一种学说，是根据天文观测研究后得到的一种设想。
大约在
150
亿年前，
宇宙所有的物质都高度密集在一点，
有着极高的温度，
因而发生了巨大的爆炸。
大爆炸以后，物质开始向外大膨胀，就形成了今天我们看到的宇宙。
比利时牧师、
物理学家乔治·
勒梅特
①
首先提出了关于宇宙起源的大爆炸理论，
但他本
人将其称作
“原生原子的假说”
。
这一模型的框架基于了爱因斯坦的广义相对论，
并在场方
程的求解上作出了一定的简化。
描述这一模型的场方程由苏联物理学家亚历山大·
弗里德曼
②
于
1922
年将广义相对论应用在流体上给出。
1929
年，美国物理学家埃德温·哈勃
③
通过
观测发现从地球到达遥远星系的距离正比于这些星系的红移，这一膨胀宇宙的观点也在
1927
年被勒梅特在理论上通过求解弗里德曼方程而提出，
这个解后来被称作弗里德曼
-
勒梅
特
-
罗伯逊
-
沃尔克度规。
哈勃的观测表明，
所有遥远的星系和星团在视线速度上都在远离我
们这一观察点，
并且距离越远退行视速度越大。
如果当前星系和星团间彼此的距离在不断增
大，
则说明它们在过去的距离曾经很近。
从这一观点物理学家进一步推测：
在过去宇宙曾经
处于一个极高密度且极高温度的状态，
在类似条件下大型粒子加速器上所进行的实验结果则
有力地支持了这一理论。
2003
年
2
月
12
日，美国宇航局公布了探测器拍到的宇宙“婴儿期照片”
，为宇宙大
爆炸理
论提供了新的依据。根据这张照片科学家还精确地测量出了宇宙的实际年龄是
137
亿年。
图
片中的微波光线来自宇宙大爆炸后的
38
万年，
大约是在
130
多亿年前。
美国宇航
局的科学家说，
这张照片中可以观测到的辐射是一种电磁波，它充满了整个宇宙。电磁波
里包含的微观模型信息，
显示了形成星系以及我们周围一切结构的萌芽的特征。
这次公开的
宇宙“婴儿期照片”清晰地显示了这个遗迹的存在，有力地支持了宇宙大爆炸理论。另外，
图片还显示宇宙中最早的恒星诞生于宇宙大爆炸发生的
2
亿年后，
比许多科学家认为的要早
得多。宇宙起初是由不断相互影响的粒子和射线所构成的一团炽热且无定形的云状物组成
的：
大爆炸后又过了
40
万年，
宇宙膨胀和冷却到一定程度时，
电子和质子结合成中性原子，
它们再
与周围的射线相互影响。
经过科学研究，
目前被绝大多数人接受的结论是：
宇宙诞生之前，
没有时间，
没有空间，
也没有物质和能量。大约
150
亿年前，在这片四大皆空的
“无”中，一个体积无限小的点爆
炸了。时空从这一刻开始，物质和能量也由此产生，这就是宇宙创生的大爆炸。但，若真是
四大皆空的状态，
那么宇宙为何会爆炸？爆炸后的物质又是从哪里来的？不是说自然界的一
切物质都是守恒的，那么这个宇宙大爆炸是如何无中生有的呢？
二、黑洞
黑洞（
black
hole
）是由一个只允许外部物质和辐射进入而不允许物质和辐射从中逃离
的边界即视界所规定的时空区域。
根据第七节课影片的介绍，
黑洞的产生过程类似于中子星的产生过程；
恒星的核心在自
身重量的作用下迅速地收缩，
发生强力爆炸。
当一颗恒星衰老时，
它的热核反应已经耗尽了
中心的燃料（氢）
，由中心产生的能量已经不多了。这样，它再也没有足够的力量来承担起
外壳巨大的重量。
所以在外壳的重压之下，
核心开始坍缩，
直到最后形成体积小、
密度大的
星体，
重新有能力与压力平衡。
物质将不可阻挡地向着中心点进军，
直至成为一个体积很小、
密度趋向很大。而当它的半径一旦收缩到一定程度（一定小于史瓦西半径
④
）
，巨大的引力
就使得即使光也无法向外射出，
从而切断了恒星与外界的一切联系——
“黑洞”
诞生了。
2010
年
11
月
16
日凌晨
1
点
30
分，美国宇航局宣称，科学家通过美国宇航局钱德拉
X
射线望远
镜在距地球
5000
万光年处发现了仅诞生
30
年的黑洞。
这是有史以来所发现的最年轻的黑洞。
据科学家揣测，
银河系的中心是一个超巨型黑洞。
超巨黑洞位于星系中心，
据推测每个
星系都有，质量一般约为星系总质量的
0.5%
。目前，关于超巨黑洞的形成主要有两种理论。
一种观点认为，
它可能是随着星系的诞生一次性产生的。
但也有推测说，
超巨黑洞是以质量
更小的黑洞为基础形成的，
后者就好比是一些
“种子”
，
随着时间的推移进化成了巨型黑洞。
因为所有的能量都是守恒的，
科学家们提出设想，
既然宇宙中有黑洞，
那么一定存
“白
洞”
。黑洞可以用强大的吸力把任何物体都吸进去，而白洞可以把这些东西都吐出来。科学
家们设想，
黑洞与白洞是连在一起的，
黑洞把物质吸进去，
物质在里面会经过一个叫做
“奇
异点”的东西，然后物质就到达了白洞的“管辖范围”
，会被白洞“吐”出来。然后物质就
到达了另一个宇宙（第一平行宇宙到达第二平行宇宙）
。但是，如果白洞存在，所有的物体
将会以极快的速度离开。
这会是我们这个宇宙形成的原因吗？我们是否就生活在被白洞所抛
出的物质至上呢
?
三、玛雅预言
关于玛雅人预言的
2012
世界末日是我最感兴趣的一个部分。地球上有多处迹象表明玛
雅人曾经生活在这个地球上过，
可是他们为什么消失了？在过去的时间里，
也曾有许多关于
世界末日的说法，
但当所被预言的那一刻真正到来时，
所有的预言就不攻自破了。
那么玛雅
预言也是这样吗？随着
2012
的渐渐来临，
关于玛雅预言的有关事迹、
传闻、
猜测越来越多。
玛雅预言受到了前所未有的关注！
根据玛雅历法的预言传说，
我们所生存的世界，
共有五次毁灭和重生周期——每一周期
即所谓的“太阳纪”
。按照这一传说，现在我们正处在第四个“太阳纪”
，而
2012
年左右将
是“第
5
太阳纪”的开始；并且，当时的玛雅人认为，在每一纪结束时，都会在我们生存的
家园上演一出惊心动魄的毁灭悲剧。
玛雅预言为何会受到如此多的关注呢？
玛雅人认为一个月等于
20
天，
一年等于
18
个月，
再加上每年之中有
5
未列在内的忌日：
一年实际的天数为
365
天，
这正好与现代人对地球自转时程的认识相吻合。
玛雅民族在天文
学方面的成就是十分突出的。
玛雅古国有五大预言：
1
：玛雅文明的终结。也就是他自己的末日，自己预测到了。却
改变不了。
2
：汽车，飞机，火箭的出现时期。
3
：大魔头（希特勒）的出生和死亡的大致时期。
4
：毁灭性战争的爆发时期（一二战）
。
5
：
2012
年
12
月
21
日太阳落下以后。将不会出现。
这五大预言中的前四个都已准确的实现，
如今就差世界末日这一预言。
它会像前四个预
言一样准确的实现吗？
科学家对玛雅预言并不信以为然，
他们首先利用玛雅历法来揭穿所谓的
“世界末日”
预
言。玛雅历法并没有结束于
2012
年，因此玛雅人自己也没有把这一年当作是世界的末日。
不过，
2012
年
12
月
21
日（冬至）肯定是玛雅人的一个重要日子。美国科尔盖特大学考古
天文学家安东尼
-
阿维尼是一名玛雅文化研究专家。阿维尼表示，
“在玛雅历法中，
1872000
天算是一个轮回，即
5125.37
年。
”
玛雅人对于时间的计算比其他许多文化都要精细。
阿维尼介绍说，
玛雅人曾经发明了所
谓的
“长历法”
，
这种历法把最初的计算时间一直追溯到玛雅文化的起源时间，
即公元前
3114
年
8
月
11
日。根据“长历法”
，到
2012
年冬至时，就意味着当前时代的时间结束，即完成
了
5125.37
年的一个轮回。长历法于是重新开始从“零天”计算，又开始一个新的轮回。阿
维尼认为，
“这仅仅是一个重新计时的思想，与我们每年元旦或周一早上重新开始一年或一
周生活完全一样。
”
也有一种这样的说法，地球环境正在遭受前所未有的破坏，
2012
世界末日说纯粹是为
了提醒人类保护地球的重要性。
最近世界总是不太平静，
地震、
暴雨不停侵袭着人类的家园，
造成人类巨大的损失。无论
2012
是否真的存在，我们都应该珍惜每一天的美好生活！
四
、
外星文明
茫茫宇宙中，
地球上的人类建立的文明是微不足道的。
因为地球文明是如此短暂，
人类
开始创造文明才不过几万年，
发展科学技术不过几百年，
探索航天技术不过几十年，
这和地
球年龄的
46
亿年、银河系年龄
100
亿至
150
亿年相比，何异于沧海一粟。因此，我始终坚
信外星人是真实存在的，
他们就在我们的周围，
在某一个星球上，
只是我们的科学技术还不
够发达，我们无法发现对方。
早在
19
世纪，
人们就在想办法和外星文明联系上。
在
20
世纪的四分之一的时间中，
我
们已在不停地用电波轰击太空，现在电波在所有方向上已经传播了
70
光年，覆盖了数千个
恒星系统。
我们可以设想，
某个星球上的智慧生命，
现在已经打开收音机，
正在收听地球上
的一些流行歌曲。
目前科学家一直不懈的努力着、
假设着外星人的一切，
外星人居住的环境或许与地球相
似，
但由于大气比例不同，
他们生活的星球或许比地球高温，
或许比地球潮湿，
或许比地球
压强大。或许那个存在生物的星球的环境真的会像视频中那样，有飞鲸、跟踪鸟、气球草！
天文学的一切以其未知性和不确定性不停的勾起人们的求知欲望。
人们不停假设、
不停
研究，
想要知道宇宙是如何形成的？黑洞究竟是怎么一回事？外星文明是否存在？外星人是
什么模样？在几千年的天文研究中，
我们看到了各种天文学家的努力和人类社会的进步。
从
他们的结论中，我们对自己、对自己居住的环境、对自己的来历有了进一步的了解。
在宇宙中，地球是一个十分年轻的生命，我们还有很长的路要走！
①乔治·爱德华·勒梅特：
1894
年
7
月
17
日—
1966
年
6
月
20
日，比利时牧师、宇宙
学家。
②亚历山大·亚历山大洛维奇·弗里德曼：
1888
年
6
月
16
日－
1925
年
9
月
16
日，苏
联数学家、气象学家、宇宙学家。现代动力气象学的奠基人之一。
1910
年毕业于圣彼得堡
大学。
③埃德温·哈勃：
1889
年—
1953
年，美国天文学家，第一个使用霍尔望远镜的天文学
家。哈勃的研究引导了对宇宙诞生的新研究。
④史瓦西半径：是任何具重力的质量之临界半径。
1916
年卡尔·史瓦西首次发现了史
瓦西半径的存在，一个物体的史瓦西半径与其质量成正比。
我对天文学的
定义、研究方向、研究领域、研
究理论以及矮行星和中子星等
重
要的天体有了
系统的了解。它也丰富了我的知识体系，拓宽
了我的知识面。我期待天
文学取得更大
的进展，也期待我国的科学事业
的发展越来越好。
