关于宇宙，答案永远在前方
中国科学院国家天文台研究员
苟利军
宇宙一直令人兴奋和充满遐想。当人类开始在这个星球上直立行走，思索这个世界的那一刻，就对头顶的苍穹充满了好奇。除了给我们提供温暖和能量的太阳之外，深沉的夜空中竟然点缀着那么多亮晶晶的天体，还有让我们寄托思念的月亮。
当文字出现、文明开启的时候，不同种族的人用诗篇叙述对星空的好奇。两千多年前中国伟大诗人屈原就在《天问》中写道：“遂古之初，谁传道之？上下未形，何由考之？冥昭瞢暗，谁能极之？冯翼惟象，何以识之？”他在追问宇宙的产生和运行规律。同时代的古希腊哲人也在思考同样的问题，他们甚至提出了举世闻名的地心说，创建了复杂的模型。当然，中国的哲人也不甘落后，提出了自己对于这个宇宙的看法，如盖天说、浑天说等。无论是复杂的地心说，还是相对简单的盖天说等，都认为地球位于宇宙的中心，这是因为当时人类都凭借双眼认识宇宙。
无论是古时的人类，还是现代的人类，在同样的环境之下，眼睛所能够看到的星空都极为有限，没有太大变化。然而，就在1609年的那个秋天，意大利天文学家伽利略得知荷兰的一个工匠制造了一个神奇的工具，能够利用透镜将远处的物体拉近并且放大。他非常兴奋，之后很快打听到那个工具的工作原理，并且制作了自己的望远镜。后来，当他将这个望远镜偶然指向天空的那一刻，人类认识宇宙的方式完全改变了，这奠定了他在整个科学发展历史上的地位，他因此被称为现代科学之父。伽利略当时使用的望远镜口径为3.2厘米。就是利用这个小小口径的望远镜，他看到了完全不一样的世界，看到了月球表面的环形山，发现了木星的卫星，看到了土星的“大耳朵”光环等——太多之前从来没人看过的东西。他所发现的这一切，让很多人着迷，于是，更大的望远镜被制造出来，更多更暗、更有趣的天体被发现，人类对于宇宙的认知一次次被刷新。
尽管如此，但在接下来的300多年时间里，人类对于一个问题一直没有找到确定答案，那就是宇宙到底有多大。1920年，美国华盛顿特区的史密森尼国家自然历史博物馆举行了一场被后人称为“世纪大辩论”的辩论赛。两位赫赫有名的天文学家哈洛·沙普利和希伯·柯蒂斯针对宇宙有多大这一问题进行了一整天的陈述辩论。沙普利当时是哈佛大学天文台台长，柯蒂斯是匹茨堡大学亚利加尼天文台台长。沙普利认为银河系就是整个宇宙，而柯蒂斯认为银河系之外还存在类似银河系的系统，后者就是宇宙岛理论。很遗憾的是，尽管当时最大口径的2.5米的胡克望远镜已经建成（1917年建成），但一直等到几年之后，美国天文学家哈勃利用这台望远镜在1924年确认仙女座星云原来是一个位于银河系之外的星系，关于银河系大小的争论才尘埃落定。宇宙原来如此浩瀚。人类探索现代宇宙的征程就此开始。
在哈勃发现第一个河外星系之后的第五年，1929年，哈勃的另外一个发现更让世人称奇，且十分瞩目，那就是越远的星系离开地球的速度竟然越快，这就是我们现在熟悉的哈勃定律。不过在哈勃从观测角度发现这一现象的前两年，一位擅长广义相对论的比利时牧师已经通过理论方式预测了这个关系，他就是物理学家乔治·勒梅特。勒梅特甚至基于他的这个发现提出了现在大家熟悉的大爆炸理论。当然，哈勃的观测为大爆炸理论提供了观测基础。不过在接下来很长一段时间内，因为缺乏更多的观测证据，大爆炸理论还是受到一些科学家的冷嘲热讽，没有被大众接受。
大爆炸理论预言宇宙早期的辐射冷却到现在应该会在微波波段产生一种辐射，它应该充满天空的各个方向，而且是均匀的。一直到1965年，又是一个非常偶然的事件，美国贝尔实验室的两位工程师在检查通信信号的时候，发觉背景中总有一些无法消除的噪声。最后，他们发现，这就是物理学家和天文学家苦苦追寻的宇宙微波背景，即宇宙大爆炸的遗迹。这是一个偶然而重要的发现，它也成为大爆炸理论最重要的一个观测证据。至此，屈原寻求的宇宙起源问题的答案终于被找到。之后，为了精确测量宇宙微波背景，人类发射了一系列卫星，从最初的COBE（宇宙背景探测器），到后来的WMAP（威尔金森微波各向异性探测器），再到普朗克卫星。正是这些卫星，以及其他一些望远镜的帮助，我们对于宇宙的组成和宇宙的演化才有了很好的理解。
自哈勃发现第一个河外星系起，在将近100年的时间里，我们对于宇宙的认识已经发生翻天覆地的变化。我们了解的宇宙组成，从原来组成整个宇宙的重子物质，到后来的暗物质，再到现在大家熟知的暗能量，后两者占到整个宇宙构成的95%之多。当然，我们对于整个宇宙的演化和结构形成了很好的理解，宇宙年龄可以达到非常精确的程度。宇宙的几何结构等问题都可以从宇宙微波背景的数据中找到线索。这本《宇宙小史》就是对我们关于宇宙的认识的一个回顾，用非常通俗易懂的文字介绍了人们一直苦苦寻觅的答案。除了介绍基本的宇宙学常识之外，这本书还向我们介绍了宇宙学的前沿领域，让我们对于宇宙的发展也有了了解。这本书的作者是WMAP小组成员之一莱曼·佩奇教授，他是宇宙学领域的权威。
古人说：“四方上下曰宇，往古来今曰宙。”在这本小书中，我们几乎可以了解一切关于宇宙的知识，希望大家能够从这本书中找到自己的宇宙。