汪诘：科学有故事（主打） - 节目列表

第二遍修订《仰望星空》书稿时，我发现我丢了一些比较重要的内容，今天给大家补一期节目，把丢掉这部分内容给大家讲讲，最后成书的时候，我会把这部分补充内容融合到前面的段落中。 望远镜是人类研究天文学最主要的工具，伽利略是把望远镜伸向天空的第一人，他的故事我们已经详细地讲过了，伽利略用的望远镜称之为光学望远镜，它可以拿肉眼直接观测或者接上一个照相机把来自宇宙中的可见光捕捉到相片上。但是宇宙中的天体除了发出可见光以外，其实还发出大量的不可见光，也就是各种频率的电磁波，那么通过探测这些电磁波，我们不但能够成像，还能够发现很多意想不到的东西。一种叫做射电望远镜的新型望远镜终于在20世纪30年代被发明出来了，它将给整个天文学研究带来意想不到的新发现。 与其说射电望远镜是一个望远镜倒不如说它是一个超级收音机更为恰当。因为射电望远镜并不是用眼睛去看的，而是通过一个巨大的天线来收集各种频率的电磁波，从而进行分析，可以把电磁波转换成图像和声音两种让人类可以直观感受的形式。 射电天文望远镜一被发明出来，科学家们很快就有了一系列重大的天文发现，其中有四项特别重要，他们是星际有机分子、类星体、脉冲星和宇宙微波背景辐射，而这四项重大发现全都是在二十世纪六十年代做出的，因此他们就被誉为二十世纪六十年代射电天文学的四大发现。关于宇宙微博背景辐射的故事，我已经详细讲过了。但是另外三项发现我前面的节目中没有提到。我一个个给大家说说都是咋回事。

一部人类探索天文的历史其实也是一部人类追求科学的历史，我们不妨从天文学的角度来回顾一下这2500年来，人类是怎样一步步地走出蒙昧，产生理性，最后又诞生了科学。 但我们的探索还远远没有到达尽头，宇宙留给我们的未知领域还有太多太多。就在我们的太阳系，我们想知道的东西依然无法尽数。太阳的磁暴是怎么产生的？月球是怎么形成的？太阳系的这种结构在宇宙中是特殊的吗？太阳系中除了地球之外还有孕育生命的地方吗？木卫二的海洋中有生命吗？彗星到底来自哪里？奥尔特星云是怎么形成的？是否还有未发现的大行星？等等等等。 从太阳系向外扩展到银河系，我们想知道的事情就更多了。银河系中到底有多少宜居行星？地球之外还有智慧文明的存在吗？是什么力量在推动着银河系自转？银河系的中心是不是的确是一颗超大质量的黑洞，还有没有更好的证据？等等 再从银河系扩展到整个宇宙，更多的未解之谜等待着人类破解。暗物质到底是什么？暗能量又是怎么产生的？伽马射线暴是怎么产生的？星系与星系之间的空间真的是完全空旷的吗，流浪行星是不是大量存在？为什么有的星系光度学质量与动力学质量大多数不相等但有些又相等呢？虫洞是真实存在的天体吗？宇宙大爆炸的原因是什么？宇宙将会怎样终结？平行宇宙到底存不存在？等等等等 或许在我的有生之年这些问题都找不到答案。但更有可能的是，在我的读者群中有这么一位青少年从此立志去探寻宇宙的奥秘，而在我行将就木之前，他解开了其中至少一个谜题。如果有这么一天，我将为我今天写下的文字而感到无比自豪。

时光飞逝，一转眼，1000 多年过去了。 云天明、艾AA 和他们的孩子云程、云心一家四口注视着屏幕中变幻的星空影像。飞船在超越时间的一瞬中穿越了超时空，均匀分布的星群立刻变成了一个明亮的圆盘，看上去像一颗明亮的玻璃弹，占据着屏幕的正中心。

宇宙的命运最终会是怎样？这是我所能想到的人类能够提出的所有问题当中的最后问题，没有什么问题能比这个问题还根本了。当然，所有对此问题的回答都是现有人类智慧下的回答，也不可能得到最后的验证。那么，研究这个问题到底有没有意义，为什么要去研究？我认为，所有的意义也都是人赋予的，在我看来，引发思考，满足好奇，就是无与伦比的意义。在没有温饱之前，艺术是没有意义的，但是温饱之后，人们会发现艺术的意义大于吃饭。如果你追问下去，艺术的对人类的意义到底是什么？那么追问到最后就只有一个答案，给人带来快感。其实，研究宇宙的终极命运问题，也是一样，它可以给一些人带来快感，所以就会有人去研究这个看似完全无用的问题。但在我看来，还有另外一个意义，如果把人类文明当做宇宙中无以计数的一个文明来看待，那么对这个问题的研究深度，代表着人类文明在宇宙文明中的排名。它的意义不是针对某个个人的，而是针对整体人类文明的。

因为宇宙在不断地膨胀，所以穿行在宇宙中的光的波长也会被不断地拉长，拉的越长，就会变得越红。因为我们已经知道了Ia型超新星爆发的精确物理过程，所以我们能算出这种超新星所发出的光的原始波长是多少，用这个原始波长与实际测得的波长一比较，我们就可以算出光波被拉长了百分之多少。你把宇宙想象成一块有弹性的布，光是穿在这张布上的丝线，那么丝线被拉长了百分之多少，就代表宇宙膨胀了百分之多少。换句话说，如果我们测得一颗超新星的光波被拉长了10%，那么现在的宇宙就要比这束光刚发出的时刻大10%。这种数据积累的越多，就越能精确地测算出宇宙膨胀的速率。在真实的观测中，两个团队采用的方法都是先用大视野的广角望远镜同时监测数以千计的星系，基本上每天晚上都能定位到几十颗Ia型超新星爆发，然后再换用更传统的望远镜仔细测定红移大小，这个工作其实做起来相当地枯燥，并且需要超高的耐心和细心。

美国有一位女天文学家叫鲁宾，在上世纪六七十年代，女性天文学家是很少的。这个鲁宾选择了在天文学研究上不是那么热门的星系转动曲线。在鲁宾做研究的那个年代，天文观测设备已经取得了长足的进步，因而观测的精度也大大的提高。鲁宾在研究银河系的转动时，和奥尔特一样，她产生了一个巨大的困惑。什么呢？就是我前面说的，银河系外侧的恒星绕银河系中心转动的速度比用理论推算出的数值大了太多。这一发现让鲁宾大惑不解，也激发了她深入研究的兴趣，这一研究就持续了十几年，她取得了大量详实的观测数据，又做了仔细的计算，她发现，如果要维持银河系目前的转动速度，又不让银河系分崩离析，银河系的总质量必须远远高于目前已经观测到的所有可见天体的质量。我还是怕有得读者看不太明白，我多解释一句。如果我们用沙子捏一个陀螺，把这个陀螺旋转起来，那么转速一块，沙陀螺肯定会被转散架，因为沙子与沙子之间的结合力不足以维持向心力。要让沙陀螺不散架，就得拿胶水和在沙子里面。如果把银河系想象成一个沙陀螺，那么万有引力就是胶水，这个胶水的强度决定了陀螺的转速最高能到多少。现在，我们已经观测到了银河系的转速，那么就能反算出总的引力大小，进而算出银河系的总质量。鲁宾确定无疑地发现，银河系的大部分质量“丢失”了。于是，1980年，她和同事发表了一篇论文，详细描述了他们的发现。这是天文学史上第一篇有关暗物质的重量级论文，影响很大。也是从那时候开始，天文学家们蜂拥而至，纷纷开始研究这部分丢失了的质量到底是什么东东，提出了一个又一个的假说，好不热闹。

1995年12月18日，这看上去是平凡的一天，一个来自美国的天文研究小组租用了哈勃望远镜，它们选择一个颇受争议的天区进行观测。大家要知道，全世界的天文学家都在争相排队租用哈勃的观测时间，每个人都认为自己要观测的那个位置是最重要的。可这次的观测区域却让许多人大跌眼镜，因为这次要观测的区域是一块“黑区”，并且还是全天中最黑的“黑区”。这是什么意思呢，顾名思义，就是天空中一块看似什么也没有的黑黑的区域。这次观测选择的是全天中最黑最黑的一个点，大小仅仅只有144弧秒，这相当于你站在100米开外看一个网球的大小，只占整个天区的2400万分之一。而且，观测时间一下子就租用了整整11天。全世界有很多的天文学家就吐槽NASA怎么能批准这样一次不靠谱的观测计划呢，他们中有很多人预言，11天看下来，那个黑点中啥也看不到，最后会成为一个笑柄，浪费哈勃宝贵的工作时间。 在一片质疑声中，哈勃太空望远镜把镜头聚焦到了那片位于大熊座的黑区上，从12月18日一直观测到了12月28日，这11天中哈勃绕着地球转了150圈，在4个不同的波段上整整曝光了342次。在宇宙中穿行了100多亿年的光子一颗一颗落在了哈勃极为灵敏的感光元件上，谁也没想到，这些光子组成的图像将让全世界的天文学家接受一次革命式的洗礼。

视界问题之所以会折磨原有的标准大爆炸模型，是因为空间的不同区域分离的太快，不足以建立起热平衡。暴胀理论则减慢了在宇宙最最初期时刻的膨胀速度，使宇宙大火球有足够的时间建立相同的温度。然后，在完成了这个热平衡后，宇宙经历了一次短暂的爆发性的膨胀，而且越来越快，以对早期的缓慢膨胀做出补偿，这就是暴胀这个词的由来。这个理论的核心内容是说，宇宙空间在迅速远离之前就已经建立了共同的温度。

哈勃定律的发现还让另外一个比利时的天文学家勒梅特兴奋不已，自信心爆棚。因为他在2年前就写了一篇论文支持弗里德曼的宇宙膨胀观点，但他的厉害之处在于他的数学证明更加缜密、详实。爱因斯坦在看了勒梅特的论文后，也酸酸地承认勒梅特的数学证明太漂亮了，实在无懈可击，但爱因斯坦当时却死不认错，不放弃自己的静态宇宙观，把勒梅特气个半死，他俩经常在学术会议上碰头的。 哈勃的发现让勒梅特大受鼓舞，他开始深入思考一个似乎是上帝才有资格思考的问题，那就是宇宙起源的问题。1931年，他写了一篇论文发表在《自然》杂志上，他用富有文学性的笔调写道：在几十亿年前，整个宇宙就是一个无限致密、无限炽热的原子，然后，空间在这个原始火球中诞生了，空间诞生后，时间也随之诞生，火球开始迅速膨胀，物质开始出现。当时有一个出名的美国天文学家叫霍伊尔，他在看到了勒梅特的理论后，相当的不以为然，有一次接受采访的时候，他调侃勒梅特的理论不就是“Big Bang”嘛，“嘭”的一下，宇宙诞生了，多滑稽啊。谁想到，吊诡的是，本来是带有点侮辱意味的这个词Big Bang，也就是大爆炸竟然不胫而走，成了宣传勒梅特理论最有力的武器，这是霍伊尔万万也没想到的。因为这样一个通俗而又形象的理论标签，使得宇宙大爆炸学说在普通公众中的知晓率迅速地提升。

时间推进到了1920年，这年春天，全美国以及世界上的一些最著名的天文学家齐聚在华盛顿，在美国科学院的大礼堂中，将召开一次规模盛大的辩论会。辩题有两个：1、银河系到底有多大？2、漩涡星云到底是什么？辩论的双方一位是沙普利，另一位是美国著名天文学家柯蒂斯。两边的观点针锋相对，沙普利认为银河系的直径达到30万光年，仙女座那片星云是银河系一种星云状天体。而科蒂斯的观点则是银河系的直径只有4万光年，仙女座星云距离我们至少50万光年，是银河系之外的另一个星系。双方的辩论非常激烈，都引证了大量的观测数据加以佐证，谁也说服不了谁。在场的天文学家也分成了两个不同的阵营，彼此争吵不休，在热闹的礼堂一角，有一个人静静地坐着，最里面叼着一个标志性的大烟斗。他没有参与到这场辩论中，他只是静静地听着，嘴角泛起一丝冷笑。3年后，这个人将为这场辩论做一个终极了断。

今天的人类已经知道了银河系是一个巨大的旋涡星系，从正面看，它是这样的（如图），当然，任何银河系的正面图像都是画出来的，不是实拍的，因为我们就身处于这个巨大的漩涡中，不可能拍到银河系的正面全身照。我们只能拍摄到银河系的侧面照。 但是，人类得到这样的一副银河系的正确图像并不是一帆风顺的，中间走过弯路，也引起过大争论。

每当到了夏末秋初之际，壮观美丽的银河就会出现在我们头顶的星空，很多人可能长这么大从来没有看到过，因为现在城市里面光污染都很严重，晚上的天空黑不下来，肉眼根本无法看到银河，这是一件相当遗憾的事情。 可是在古时候，夜空中最壮观的天象便是这横亘在天空中，犹如一条大河般的银河了。因此，对于银河，自古就有许多种传说。中国人认为银河就是天上的一条大河，阻隔了牛郎和织女的相会。在罗马神话中，银河是天神朱比特的老婆朱诺的奶水飙射出来，洒了一路形成的，所以在英语里银河是 milk way，传说当然是不靠谱的。