揭秘宇宙的起源与未来，令人睡不着的天文真相

宇宙论（Cosmology）是一门主要运用物理学手段研究宇宙自诞生演变至今的过程的学问。

宇宙论常用的科学研究方式是一个连续的过程，即通过构建理论，以某种原理解释实验与观测结果，再通过实验与观测，就理论产生的新疑问与新矛盾进行进一步调查研究，并构建新的理论。

在宇宙论中，观测天文学与理论天文学就像车子的两轮，向破解宇宙起源到宇宙终结的疑团发起挑战。“外星人”“宇宙论”“黑洞”经常被揶揄为天文学三大研究课题，这也反映出人们对这些问题的强烈关心。

然而，令人遗憾的是，宇宙论至今没有探明宇宙起源时的模样，也没有明确现在宇宙的大小，更别提预测宇宙的未来了。

这是因为宇宙论的大多数研究课题，都难以在实验室内进行观察或实验。通过林林总总的观测事实，人类已经明确了宇宙起源于约138亿年前，但要想目睹当时的景象，只能乘坐时光机器了。

包括宇宙历史在内，所有的历史学研究都是一个无法反复进行实验与观察的不可逆的过程。“宇宙”一词中的“宙”，表示无限的时间轴。要想正确理解这一时间轴上发生的事情，实非易事。

另一方面，宇宙论所涉及的现在的宇宙整体规模，也为研究的深入开展带来影响。宇宙一词中的“宇”，表示无限的空间。但事实上，我们仍然无法准确得知现在宇宙的实际大小。观测天文学在研究宇宙规模的时间轴与空间轴上，还是存在一定的局限性。纵、横、高，在此三维空间的基础上增加时间概念，形成四维时空。在四维时空中观测宇宙时，观测得越远，越能看到遥远过去的景象。例如，观测并分析1亿光年外的星系时，我们运用的是“光年”这一距离单位，而观测到的，正是该星系1亿年前的模样。想要知道该星系现在的模样，只能等1亿年后的人类去揭晓了。(www.xing528.com)

换句话说，遥远星际出现某一现象时，我们无法同时经历这一瞬间，只能在相应距离（光年）的年月后才能知晓。

宇宙诞生于138亿年前，经过膨胀与大爆炸等特殊现象后，现在仍在持续膨胀。人类至今无法准确测量宇宙的大小。进行四维空间研究时的局限性正在于此。此时，就轮到理论天文学登场了。理论天文学将理论与观测事实联系起来，以合理理由解释不可见或不可知的事实。但是大多时候，被写进论文的依据或理论无法通过观测进行确认。这也是理论天文学的矛盾之处。前文介绍的多元宇宙亦是如此。从理论上看，人类不可能观测到我们所在宇宙之外的宇宙。

使人类难以探明宇宙真相的原因，不仅在于宇宙的时间与空间规模超乎人类常识，还在于宇宙环境中存在难以预测的极限状态。例如，恒星内部时常发生的氢核聚变反应，就需要一直保持极其高温和高压的状态。人类虽然可以通过氢弹和核聚变炉瞬间制造一个适合氢核聚变反应发生的环境，但至今，仍无法将这一环境持续保持下去。更麻烦的是，宇宙中还存在宇宙初始、黑洞中心等奇点。对于无法借用常规物理学手段开展研究的这些特殊宇宙状态，如何探明其真相，是理论领域与实验观测领域都需要日夜加紧研究的课题。

◆宇宙示意图

宇宙论就是这样，难以通过单一手段加以解析。名为“理论望远镜”的专业计算机和超级计算机支撑着宇宙论研究。在模拟天文学中，多数理论天文学家借助超级计算机，通过在计算机中重现研究对象，比较模拟结果与观测事实，以确认理论不与事实发生矛盾。此时，通过考察并修正模拟计算公式和参数（变量与常量），可导出最接近观测事实的理论与常数。

不过，不论超级计算机和AI（人工智能）如何发展，模拟天文学如果缺乏作为计算公式前提的理论支持，得出的结果也只是单纯的数字组合，无法准确判断预测结果，变得毫无意义。由此可见，理论研究也是一项“折磨”大脑皮层的有深度（但绝非“暗淡”）的研究工作。