無邊無際，無始無終。這即是人類對宇宙的已知認識。

宇宙太廣大了，以至于宇宙中的地球小得如同一粒塵埃。宇宙太神秘了，以至于地球人絞盡了腦汁、窮盡了假設，仍無法窺測其中的全貌和究竟。雖然如此，由于生于斯、長于斯的緣故，地球上的人類永遠不會停止對宇宙未來的探索、對宇宙天書的破解。因為，地球只有一個，地球及其所有的生命皆屬于宇宙。

一、宇宙是無限還是有限

宇宙有多大？這是每個人都可能要問的問題，可又是誰也不能給出滿意答復的問題。

關于宇宙有兩個概念，一是我們用望遠鏡能夠看到的空間范圍；一個是我們看不到的空間范圍。

目前來說，我們看到的空間范圍接近200億光年，大約幾十億個星系。就我們所看到的宇宙，有人曾做過這樣的比方：把人們觀測的宇宙設為一個半徑為1公里的大球，有3000億顆恒星的銀河系位于球心，大小就如一片阿斯匹林藥片。銀河系的孿生姐妹仙女星系M31距我們約13厘米。再往外，距本星系最近的一個玉夫星系團，距我們約60厘米。3米以外有200多個星系，體積如足球大小的室女星系團的中心，這個星系團是一大群星系松散的集合體，本星系群也是其下屬。大約20多米處，是含有幾千個星系的集團——后發星系團。更遠處還有更大的星系團，最大的直徑達20米左右。天空中最強的射電星系之一的天鵝座A，距我們45米；最亮的類星體3C237，位于130米處；1979年4月發現的第一個引力透鏡類星體Q0957+561遠在600米之外；1986年，英國劍橋大學科學家斯蒂芬·沃倫等人發現的離地球200億光年的類星體，幾乎達到了我們可見宇宙的邊緣，接近1公里處。

以上是我們可見的宇宙，在這之外還有多大？邊界在什么地方？這個宇宙尺度之謎，仍是人們感興趣的問題。

德國大哲學家康德曾提出著名的時空悖論，強調人們關于宇宙有限與無限的理解必然存在著矛盾。

古典力學創立者牛頓設想：宇宙像一個無邊的大箱子，無數恒星均勻地分布在這個既無限又空虛的箱子里，靠萬有引力聯系著。他的觀點引出了有名的“光度怪論”（即奧爾伯斯佯謬）：如果宇宙真的是無限的話，恒星又是均勻地分布著，那么夜晚的天空將會變得無限明亮。

相對論導師愛因斯坦于1917年提出了有限宇宙的模型，即“把宇宙看作是一個在空間尺度方面的有限閉合的連續區”，并從宇宙物質均勻分布的前提出發，在數學上建筑了一個前所未有的“無界而有限”、“有限而閉合”的“四維連續體”，即一個封閉的宇宙。根據愛因斯坦提供的這個“宇宙球”模型推想，在宇宙任何一點上發出的一道光線，將會沿著時空曲面在100億年后返回它的出發點。

但迄今為止，人們關于宇宙的總的幾何結構尚未真正了解，難以回答時空曲率是正、是零還是負。盡管愛因斯坦的相對論對這三種可能性都能適應，并且他本人傾向于肯定有限的成正曲率宇宙的存在。

人類目前的認識，實際上是把宇宙作為在時間上有起點、在空間上有限度的想象模型來對待的。同時，又是依據對宇宙的探測深度來估算宇宙的大小及其年齡的，盡管在過去的幾十年間，科學家們一直在不停地修正，有關宇宙觀測的事實表明，宇宙的可測潛力是難以想象的。

宇宙的尺度究竟是有限還是無限的？現實的回答只能是：人們所能認識的宇宙還是極其有限的，只要人們找不到宇宙可以窮盡的跡象，那么就應該承認，對宇宙范圍的了解是沒有止境的。

宇宙到底有多大？這是憑感覺無法回答的，但也是無法單憑理論來證明的。自古以來，人們將這個問題從哲學上定義為“宇宙是有限的、還是無限的”。實際上，在任何時代，人們直觀經驗所能把握的宇宙總是有限的，但這并不能從直觀上肯定自己的經驗所感知的是全部宇宙。所以，人們的想象可以超越經驗，認為宇宙是無限的。

人類是頂天立地的生靈。在古代，地心說占主導地位，哥白尼日心說被接受后，至20世紀初，直接觀測的天體范圍超出了銀河系。1912年美國人斯里弗發現，除了仙女座大星云外，所有銀河以外星云的吸收光譜線，都有向紅端移動的現象。接著，哈勃進一步觀測和分析這一現象，于1929年提出了哈勃關系式：星系譜線的紅移量與星系到我們的距離粗略地成正比。他當時用多普勒效應來解釋這一現象，得出的結論是：河外星系都在離地球而去，而且離我們越遠的星系，離我們而去的速度越快。

哈勃當時測出，當星系離我們的距離為100萬光年時，其退行速度為150千米/秒，后來的天文學家修正了這個值。根據1996年英國卡文迪許實驗室的科學家最新計算出的哈勃常數，按照距離與退行速度之間的線性關系，哈勃關系式告訴我們，當星系離我們遠于160億光年時，其退行速度會達到光速。在這種情況下，這些星系所發出的光就不能傳到地球上來了。所以，我們也就無法看到它們了。

不過，這個結論并不是定論。這是因為，在實際中確定哈勃常數的值是很困難的，它可能被再次修正。另外，根據廣義相對論，星系譜線的紅移也可以由引力場造成，也可能是其他因素造成的，還可能是由途中損失造成的。所以，我們目前并不能確定宇宙的真正大小。

不過，已經可以明確的是，宇宙在發展上有階段性，在分布上有連續性。問題在于這種發展的階段性是否存在著無限系列（成無限循環）？分布的連續性是否存在著無限區域（成無限廣度）？我們地球在時間系列中、空間區際中，究竟處于怎樣的“原點”上？

由于人們找不到宇宙有限深度的證據，且無從制定宇宙膨脹的極限（假定宇宙是真實的話），那么，宇宙尺度問題也許會成為一個永恒的謎。

1.人類視野中的宇宙

我們凝視繁星密布的夜空，至多只能看見區區數千顆恒星而已，這就是古人對于宇宙所知的一切。隨著人們制造出越來越大、分辨能力也越來越高的望遠鏡，一個巨大無比的宇宙漸漸映入了我們的視野。

大地來自天空，這是孩子們的想象；但它恰恰是天界的面目造就人的思想這種古老觀念的現代翻版。夜空中群星的圖案早已縈繞在世界各地詩人、思想家和幻想家們的腦際。它們激起了神話和宗教，引起了對于空間之浩瀚的疑慮與恐懼，并產生了對宇宙之廣闊與壯麗的敬畏和仰慕。

人類棲息的地球，只是太陽系九大行星中一顆中等的行星，而太陽系在銀河系中不過是滄海一粟而已。要說銀河系有多大，我們先要弄清楚太陽系究竟有多大。

要說明太陽系有多大，讓我們還是從地球說起。如果你住在北京城，到北京的昌平衛星城有幾十公里，坐汽車或火車，大約1個小時就可以到達，火箭飛行只需要幾秒鐘，你也許覺得還不太遠。如果你由此向西走，到蘭州和烏魯木齊，鐵路線的距離分別為1800公里和3800公里，坐火車分別需要30小時和60小時，火箭飛行這樣的距離分別需要4分鐘和8分鐘，你一定覺得很遙遠。可是，地球的直徑約12800公里，赤道周長約40000公里，坐火車繞地球一圈需要670小時，大約是28天，坐宇宙飛船繞地球一圈也需要80多分鐘。

可是，當你走出地球，從太陽系來看地球時，它又很小很小。地球的質量只占整個太陽系質量的幾十億分之一。離地球最近的天體，即地球的衛星——月球，與地球的平均距離是38萬公里；地球大約是月球直徑的30倍；地球與最近的行星——金星的最近距離是4000萬公里；地球與太陽的平均距離約為14960萬公里，與最遠的行星——冥王星的最近距離達40多億公里。

這樣的數字太大了，記憶和使用起來很不方便。于是，科學家們建立了另外一把量距離的尺子，叫“天文單位”。這把尺子取地球到太陽的平均距離為1，即1天文單位。這樣，地球到冥王星的距離為38.4天文單位。以現在的火箭速度飛行，到冥王星需要10多年的時間。而冥王星的軌道還遠遠不是太陽系的邊界。以太陽光能到達的范圍計算，太陽系的半徑可達100天文單位；如以太陽和太陽系的引力范圍計算，太陽系的半徑可達4500天文單位；如以圍繞太陽系的穩定帶計算，太陽系的半徑可達10萬天文單位；如按彗星的活動范圍計算，太陽系的半徑達到23萬天文單位！

可是，在銀河系中約有2000億顆“太陽”（恒星）。離太陽最近的恒星是半人馬座阿爾法星，它與太陽的距離為43萬億公里，約3億天文單位。這個數字還是太大了。于是科學家們又建立了一把更長的尺子——光年，就是以光飛行一年的距離為一個單位。光的飛行速度為每秒鐘30萬公里，1光年約為10萬億公里。這樣，太陽到半人馬座阿爾法星的距離為43光年，而銀河系的直徑達10萬光年！

銀河系已經夠大的了，可是，在宇宙中，像銀河系這樣的星系，數量多達幾千億個，我們把它們稱為河外星系。星系有成團的傾向，如銀河系和仙女座星系等30多個星系組成本星系群。一般的星系集團叫星系團。星系群和星系團又結合成超星系團，如本星系群屬于以仙女座星系團為中心的本超星系團。但超星系團還不是最大的群體，在距銀河系約2億光年的地方有一個巨大的重力源，它牽引著本超星系團，這個“大牽引者”可能是許多超星系團組成的超星系集團。除星系外，宇宙中還有星云類星體和暗物質等。我們現在探測到的星系星系云或類星體，離我們最遠的，已遠遠超過150億光年的距離，但那里仍然不是宇宙的盡頭。可見，我們的宇宙是怎樣的無窮無盡！

2.看不見的宇宙：射電望遠鏡中的奇觀

1932年12月，美國電信工程師央斯基發現了來自銀河中心的射電輻射。8年后，美國人雷伯爾用射電望遠鏡證實了央斯基的發現，并測到太陽和其他一些天體發出的無線電波。于是，射電天文學產生了。

射電望遠鏡是接收、顯示和分析空間無線電波輻射的裝置，它不分晝夜地工作，能接收到宇宙塵埃后的天體輻射。人們把射電天文學稱為全波天文學，在電磁波譜中，可見光只是一小部分，所以，射電望遠鏡可以觀察“看不見的宇宙”。

1964年，彭齊亞斯和威爾遜用射電望遠鏡發現了3.5K的宇宙背景輻射。1967年，英國人休伊什和喬斯林·貝爾發現了來自天空的射電爆發源——脈沖星，也就是中子星。1968年，美國人湯斯等人在銀河中心區發現了氨和水分子的譜線，第二年又發現了甲醛分子的譜線，說明星際存在著有機物質。

20世紀60年代，射電天文學家還發現了類星體。類星體是類似恒星的一個點光源，其譜線的紅移量極大，如果用多普勒效應來解釋，它的飛行速度便可超過光速。如果類星體離我們很遠，那么它輻射的巨大能量是如何產生的？如果離我們不遠，那么紅移現象又是如何產生的？這些都為天文學提出了新的問題。所以，類星體被稱為謎天體。

射電天文學研究也給人類提供了宇宙中的特殊信息：星際空間存在著每立方厘米不到一個原子的高度真空，中子星內部的密度達到了每立方厘米10億噸物質，脈沖星表面有1萬億高斯的磁場，爆發時的恒星會產生100億度的高溫，某些星系與星系核可能以大于光的速度向外拋射物質等。對于這些現象，我們人類又能進一步認識到什么程度呢？

（1）四大天文發現之一：宇宙微波背景輻射

1978年的諾貝爾物理學獎授給了宇宙微波背景輻射的發現者、美國貝爾電話公司的兩位工程師彭齊亞斯和威爾遜。這對他們來說，真是沒有料到的殊榮，因為宇宙微波背景輻射是自己闖入他們的視野里來的。

那是在1964年到1965年間，彭齊亞斯和威爾遜為了接收從人造衛星上傳來的微弱信號，使用了特殊的角狀天線，并改裝了接收器。可是，他們卻意外地收到了一種奇怪的輻射信號。這個輻射信號在天空中任何一個方向上都能收到，并且強度都一樣，在不同季節里，其強度也沒有變化。這種現象說明，這種信號不可能來自人造衛星，也不會來自太陽或銀河系中心，同樣不會來自河外星系外的某個射電源，因為這種輻射信號不受方向的影響。后來，這一輻射信號也被其他科學家收到了。經分析，這種輻射具有這樣幾個特點：它產生的溫度是絕對溫度三度，即攝氏零下270度，一般寫成3k，它的波長屬微波波段，強度高，均勻地分布在天空背景上，因此人們給它起名叫“微波背景輻射”。

宇宙微波背景輻射被發現后，人們紛紛對它的產生提出了種種假說，其中有種觀點認為，這種輻射產生于宇宙大爆炸。

大爆炸宇宙學認為，宇宙原來是一個原始大球，后來，大球發生爆炸，宇宙開始膨脹，組成火球的物質飛向四面八方，漸漸冷卻，凝聚起來成為星系。原始火球產生輻射，也會由膨脹而冷卻。如果我們看到的是大球輻射的殘余部分的話，這種輻射就應當在波長較大的射電和微波波段上，這些殘余輻射就會隨著宇宙的膨脹而充滿整個宇宙。