曾經的我們，認為腳下的土地包圍天空與日月；後來哥白尼一語道破，我們的地球只是天空下的一隅，我們生存的星球圍繞著空中的太陽執行；再後來我們發現太陽系之外有廣闊銀河，銀河外還有更加浩瀚的宇宙。

夜空中的點點繁星可能大得過數萬個太陽，我們看到的微弱星光可能已經在宇宙中穿梭億萬光年，它們計量這空間、也丈量著時間。數百年來，人類從來沒有停止對天空和宇宙的探索，從“日心說”到“宇宙大爆炸”，這不僅是一場對行星與恆星探索，更是一場對宇宙起源、時間歷史的偉大追尋。從人造衛星升空到月球漫步再到火星探測，這是人類對無垠宇宙的憧憬、也是對未知空間的嚮往。

01.地球到底有多小

我們用“世界”來形容人類生存的範圍，我們常常感嘆這顆星球的廣袤，我們在這顆星球上生存繁衍、耕耘文明，我們曾經認為我們就是宇宙的中心，我們不斷探尋真理、探索宇宙，我們漸漸發現，我們這顆星球的渺小，它只是太陽系行星成員中不算大的一個，只是銀河系無數執行著的行星中的一員，而之於浩渺的宇宙，它形同塵埃。

我們地球直徑約1.27萬千米，距我們不遠的木星是太陽系八大行星中最大的，直徑則達到了14萬千米，我們所處星系的核心——太陽的直徑約為木星的10倍，約為140萬千米，而太陽系所有行星品質的總和也僅為太陽的千分之一。相較於太陽，地球已經十分渺小。在晴朗的夜晚，當我們仰望星空時可以看到一顆明亮的星星，這顆星位於大犬星座，是我們在夜裡可以肉眼看到的最亮的恆星，叫做天狼星，直徑則大約是太陽的10倍大。獵戶座最大的恆星參宿四半徑更是達到了太陽的1000倍。著名的石榴星，仙王座μ星，據觀測其直徑約是太陽的1200-1600倍。目前，我們已知的最大恆星——盾牌座UY，直徑接近24億千米，它的體積是太陽的45億倍之多，而這些僅僅是恆星，浩大的宇宙中還存在著無數其他天體，它們的規模可能更加超乎想象。

02.宇宙到底有多大

宇宙距離的計量-光年

我們慣用“光年”來計量宇宙範圍內的長度，這個長度單位代表著光在真空條件下傳播一年的距離，光在真空條件下的傳播速度c近似為3X108m/s，也就是30萬公里每秒。那麼一光年則等於cx3600x24x365，為9.46×1015m，這個長度有多長呢？地球赤道的周長大約為4萬公里（4x107m），一光年大約能繞地球赤道2億4千萬圈。

光年通常被用來度量天體之間的距離和星系的直徑，我們所處太陽系以太陽為中心，太陽是銀河系中較為典型的恆星，它距離銀河系中心大約為2.61萬光年，而銀河系的直徑大約是10萬光年。銀河系外的河外星系中，是數以億計的和銀河系類似的星系，它們都由大量的恆星、星團、星雲和星際物質等組成，目前我們觀測到約10億個河外星系，而據推測河外星系的總量可能達千億以上。距離我們最近的大星系是天文界赫赫有名的仙女星系，它是我們肉眼可見的最遠天體之一，它的直徑約為22萬光年，距離我們250多萬光年遠。迄今為止，天文學家發現距離地球最遙遠的星系被命名為“UDFy-38135539”，它與地球的距離達到了130億光年。因此我們晚上看到天空中一顆明星閃爍的璀璨星光，可能是億萬年前發出的，而此刻它可能已經覆滅在浩瀚的宇宙中。

宇宙的邊界與大爆炸

我們常用無邊、浩瀚、遙遠來形容宇宙，宇宙到底有多大？美國著名天文學家，河外天文學的奠基人以及現代宇宙理論最重要的研究者之一，星系天文學之父愛德文·哈勃，他發現星系紅移和距離的關係，建立了哈勃定律，他的發現為宇宙大爆炸理論提供了有力證據，哈勃定律也是現在推算遙遠星系距離的重要根據。世界上最大的天文望遠鏡便是以他的名字命名，它是數十年來人類觀測宇宙最重要的工具之一，因為它人們一次次重新整理著對宇宙邊界的認知。而可觀測宇宙也被稱為哈勃體積，它是“宇宙有多大”這一概念的度量，而目前據最新推測結果顯示哈勃體積，即宇宙可觀測的半徑為460億光年。

那麼宇宙到底有沒有邊界，它是真的像我們所說的無邊無際，還是無垠宇宙只是我們對其極度遼闊的形容？自從人類認識到宇宙這個物質世界的存在後，科學家們便不斷探索宇宙如何起源，邊界在哪。而目前，科學家們主要認為宇宙是從約138億年前的大爆炸中產生的。當時宇宙中所有物質都集中於很小的體積之中，溫度和密度都極高，壓力極高從而形成了大爆炸，之後的瞬間物質四散而去，溫度逐漸降低，這個體積也不斷膨脹，形成包羅無數星球、星系和生命的宇宙空間。二十世紀最偉大的科學家之一，被稱為“宇宙之王”的霍金，他輝煌傳奇的一生中，重要的研究成就之一就是證明了愛因斯坦廣義相對論中的奇性定理，證明了宇宙大爆炸開端時空高度畸變的猜想。這場誕生了一切的大爆炸是空間的開端、也是時間的起點。而目前，這個膨脹還沒有結束，因此科學界普遍認為宇宙確實存在所謂的邊界，只不過它還在不斷地延伸，但它最終能膨脹至幾何科學界一直存在爭論，有人認為宇宙將不斷地膨脹下去，也有人認為這個膨脹存在極限，當這個極限達到時，宇宙將會如同被戳破的氣球一般坍塌和收縮。而宇宙中還有很多奧祕——黑洞、暗物質等等，人類對這些謎題的了解還不及冰山上的一角，隨著對宇宙探索的逐漸深入，我們對宇宙的邊界、起源可能也會迎來全新的認識。

03. 人類探索宇宙的腳步

人類曾經渴望飛翔、渴望突破空間的界限、渴望徜徉於蔚藍的天空。1903年萊特兄弟發明的飛機第一次試飛成功，就此人類正式開啟了飛翔之旅。但是人類很快意識到僅僅飛上天空是遠遠不夠的，這個宇宙的神祕大多藏匿在大氣層以外的太空。

人們知道想要將飛行器送入太空的關鍵，是要達到足夠大的速度使其不會掉落回地面，經典力學的計算的結果告訴我們，飛行器要想維持地球軌道飛行需要達到速度7.9km/s，即第一宇宙速度，又稱為環繞速度；想要將飛行器推離地球引起場進而進入太陽或其他太陽系行星軌道需要達到第二宇宙速度11.2km/s，這個速度被人們成為脫離速度；而當我們的探究範圍已經不限於太陽系時，我們需要飛行器達到一個可以脫離太陽引力場的速度——16.7km/s，第三宇宙速度亦稱逃逸速度。

終於1957年10月，人類開啟了探索天空的序幕，前蘇聯成功發射了第一顆人造衛星。1961年前蘇聯著名宇航員加加林，成功登陸太空，乘坐“東方”號飛船繞地球飛行了一圈。1966年前蘇聯“月球”系列航空飛船實現繞其他星體飛行並軟著陸。當時正值世界戰後兩極格局，美蘇兩超級大國的軍備競爭早已不侷限於常規武器，他們都將目光延伸至太空。在前期被蘇聯搶佔的先機後，美國人也不甘示弱，終於在1969年，阿波羅11號飛船搭載美國宇航員阿姆斯特朗成功著陸月球，阿姆斯特朗從登月艙出來，在萬眾矚目下走下臺階，完成了2小時的月球行走。他留下了著名的“月球腳印 ”，這是人類太空史上值得銘記的一刻，這一小步也為成為人類的一大步。1972年，前蘇聯“金星8號”首次在科學意義上著陸於其他星球。1976年美國飛船成功著陸火星，探索其他行星的生命。幾十年間，人類的科學痕跡已經到達水星、接近木星、涉足火星、飛越了天王星海王星，遍佈整個太陽系。通過多年對宇宙資源的探索，所取得成果對人類農業、畜牧業、化學、生物學等各個領域產生了深遠的影響。相信不久的將來，人們將會突破速度和引力的限制，開啟太陽系外更廣闊的太空的探索之所。

04. 科幻世界的遙遠宇宙

雖然現實中，航天飛行器受到諸多限制和約束，以致其活動範圍相對侷限，但是人類在影視作品中已經構建出繽紛的外太空世界、模擬出神奇驚人的時空旅行。《降臨》、《火星救援》、《地心引力》，隨著電影拍攝手段和技術的進步，科幻電影所呈現出的場景越來越巨集大，越來越多嚴謹的科學團隊也參與其中，讓這些鴻篇鉅製除了特效令人眼花繚亂外，劇情也更加符合科學現實。這些優秀的硬科Phantom視作品將許多高深玄幻的時空理論、宇宙科學呈現在大熒幕之上，帶給大家震撼人心的視聽享受，也引發了觀眾對於探尋宇宙奧祕的興趣。

2014年，由克里斯托弗·諾蘭執導，馬修·麥康納、安妮·海瑟薇等主演的科幻電影《星際穿越》上映，電影對諾貝爾物理學獎獲得者基普·索恩的黑洞理論進行了合理化延伸。這位廣義相對論下天體物理學研究領域的領軍人物最為著名的和備受爭議的理論便是他認為蟲洞作為時空通道可以實現時間旅行的假說。而《星際穿越》則以此為基礎，設定背景為地球生態環境惡化到已經不能維持人類生存，人類被迫開啟探索外太空其他生存之地，以尋求物種的延續，而這一切的希望都寄託於土星旁邊的一個蟲洞。電影呈現了美輪美奐的太空場景、穿越時空的愛情故事，除此之外，空間摺疊、黑洞、奇點、時間膨脹等等理論的引入不僅讓電影更加合理，也給觀眾打造了一場極富衝擊力的時空盛宴。而電影最後，主角進入了更高維度的五維空間，在其中時間變成了觸手可及的實體，對多維空間的實體化場景構建與呈現如此請直觀清晰，令人拍案叫絕。

科幻電影中，我們有更加先進的飛行器、更加高能的燃料，我們把備受爭議的理論和猜想模擬成場景，我們有大膽的想象力，構建遙遠星球的地貌，我們又極富創造性，勾勒出外星生命的模樣。這不是我們單純的臆測，這是人類對能更深入去了解和探求這個宇宙的渴望，熱忱而充滿生命力。

宇宙，包羅萬物。時間在此開端與流淌、空間在此延展與膨脹、能量在此積蓄與流轉、物質在此出現與變換。宇宙已經走過138億年的歷史，這是人類對時間這一概念的度量，它的奧祕與神奇讓我們的科學顯得概念短缺，它的廣袤與寬闊讓我們的文字顯得蒼白無力。但是我們從沒停止過對這神祕宇宙的探索，這是一場對生命與文明盛大的追逐，終有一天，我們可以打破時空的極限，真正地對話空間、觸控時間。

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