無限宇宙，其形幾何

●邵瑞琦

茫茫宇宙，無邊無際；仰望長空，蒼穹無限。宇宙間萬事萬物均由物質(zhì)組成，有物必有形，那么宇宙的形狀又是什么樣的呢?這個(gè)問題聽起來似乎是很玄妙，其實(shí)只要知道物質(zhì)占有空間就一定會(huì)有形狀的簡單道理，這個(gè)問題也就很自然了。

在遠(yuǎn)古時(shí)代，人類對(duì)自然界的認(rèn)識(shí)，僅僅限于兩眼所能看到的現(xiàn)象。看到太陽每天東升西落，夜晚滿天繁星閃爍，天明天黑往返相同，就好像頭頂上有一個(gè)巨大無比的罩子。太陽、月亮、星星都是在罩子頂上按固定的位子運(yùn)行，風(fēng)雨雷電是在天地之間形成。人類活動(dòng)的大地是這罩子底下的平面，樹木、動(dòng)物以及人類，都是在大地這個(gè)平面上生息繁衍，世代相傳。當(dāng)時(shí)認(rèn)為宇宙的形狀是“天圓地方”，一切自然界的存在，都是為了大地這個(gè)平面上的生物的存在而存在。

到了中世紀(jì)，在宗教需要的影響下，人們認(rèn)為整個(gè)宇宙由地球和天空組成，天空總是在地面的上方，無論在何處，天空到地球的距離都是一樣的。不論是在山頂還是山谷，天空也隨著起伏變化，地球是整個(gè)宇宙的中心，形成了“地心學(xué)說”，即太陽、月亮和星星都是圍繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的，是由“上帝”創(chuàng)造出來供給人類和其他生命使用的。雖然“地心學(xué)說”比“天圓地方”有所進(jìn)步，但是它帶有強(qiáng)烈的宗教色彩，是不科學(xué)的。

后來經(jīng)過大量的觀測天空發(fā)現(xiàn)，有些星星的運(yùn)動(dòng)路線不是固定的，但又存在一定的周期性，仿佛是在圍繞別的東西在旋轉(zhuǎn)，后來被證實(shí)了這個(gè)東西即是太陽。經(jīng)過科學(xué)家的不斷精心觀察和計(jì)算，在觀察計(jì)算的基礎(chǔ)上，提出了“日心學(xué)說”。此時(shí)，人們又普遍認(rèn)為太陽是宇宙的中心，是太陽給地球帶來了萬物生機(jī)。這一新的學(xué)說比“地心學(xué)說”向科學(xué)認(rèn)識(shí)世界又邁進(jìn)了一大步，然而卻與宗教發(fā)生了前所未有的沖突，許多科學(xué)家因此付出了高昂的代價(jià)，甚至于獻(xiàn)出了生命。

隨著宇宙天文學(xué)的產(chǎn)生和不斷地發(fā)展，人類的視野不斷地被延伸，于是發(fā)現(xiàn)太陽只是太陽系的中心，地球等九大行星是圍繞其轉(zhuǎn)動(dòng)的群體，它們幾乎是在同一個(gè)平面上。從遠(yuǎn)處看，它們就像一個(gè)旋轉(zhuǎn)的螺旋，具有相當(dāng)?shù)姆€(wěn)定性。經(jīng)過科學(xué)家不斷努力和研究的結(jié)果表明，太陽系的確存在，證明“日心學(xué)說”是正確的。

當(dāng)天文學(xué)從“神圣”的宗教桎梏中掙脫出來后，發(fā)現(xiàn)地球不但不是宇宙的中心，就連太陽也不是宇宙的中心，它只不過是廣闊無垠的銀河系中的滄海一粟。這時(shí)，人類的眼光又投向了更加遼闊的銀河系。那么，什么是銀河系呢?如果我們?cè)谇缋实囊雇碛秒p眼觀察一下天空，就會(huì)發(fā)現(xiàn)在我們頭頂?shù)纳戏?，有一條銀白色的不規(guī)則的一片區(qū)域，這就是銀河系。它是由數(shù)量極大的無數(shù)顆距離我們非常遙遠(yuǎn)的星星群組成。由于十分遙遠(yuǎn)，用肉眼看起來已分不清相互獨(dú)立的星星個(gè)體了，只是像云霧一樣稠密。我們的太陽系只是這稠密星云中微小的一員，并在隨著銀河系的旋轉(zhuǎn)而運(yùn)動(dòng)。銀河系的形狀從側(cè)面看，中間厚兩邊薄，猶如兩個(gè)相互對(duì)著扣起來的盤子，從中間看，像一個(gè)渦旋的平面。我們的太陽系就是在渦旋臂上，離邊緣約有1／3的地方。銀河系就像我們的太陽系一樣，也是圍繞著一定的中心旋轉(zhuǎn)的。

銀河系的中心又在什么地方?通過近代天文觀測和推測，認(rèn)為銀河系里大約有1000億顆像太陽一樣的恒星，有的體積或質(zhì)量比太陽大，有的體積或質(zhì)量比太陽還小，所有的恒星都在圍繞著銀河系的中心旋轉(zhuǎn)。然而這個(gè)中心里又是由什么組成的?根據(jù)太陽系的行星環(huán)繞太陽運(yùn)動(dòng)來看，太陽系的99％的質(zhì)量集中在太陽這個(gè)恒星上，在引力的作用下，其他占1％質(zhì)量的行星在圍繞太陽公轉(zhuǎn)。太陽是整個(gè)太陽系質(zhì)量的重心點(diǎn)。那么銀河系也一樣，在它們的中心也同樣存在著一個(gè)“太陽”。但這個(gè)“太陽”不是一個(gè)，而是一群由密度很大、數(shù)量很多的高密度星群組成。就如同太陽質(zhì)量很大，但密度卻很小一樣，它們占據(jù)了銀河系質(zhì)量的90％，在引力的作用下，其他星體或星系都在圍繞著這個(gè)質(zhì)量重心旋轉(zhuǎn)。

用現(xiàn)代大型地面天文望遠(yuǎn)鏡和衛(wèi)星上載的哈勃望遠(yuǎn)鏡觀測，不難發(fā)現(xiàn)太空中任何一部分區(qū)域。距離非常遙遠(yuǎn)的地方，都可以看到像銀河系一樣的星系，我們稱之為河外星系。按照統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)在可以觀測到的宇宙空間里，大約有1000多億個(gè)像銀河系一樣的星系，統(tǒng)稱為河外星云。

河外星云數(shù)目繁多，組成的形態(tài)也各式各樣，但是大多數(shù)可以歸結(jié)為橢圓星系、旋渦星系和不規(guī)則星系三大類。在我們這個(gè)能觀察得到的宇宙空間里，河外星系就如站在地球上看銀河系一樣，只是相對(duì)稀疏一些，它們也同樣在宇宙空間中運(yùn)轉(zhuǎn)。那么星系又是圍繞什么中心旋轉(zhuǎn)的呢?這就提出了比星系更高層次的中心是什么東西的問題。

由于目前科學(xué)水平和觀測試驗(yàn)手段的限制，人類還沒有比較精確的方法去認(rèn)知它，但目前已有不少的科學(xué)家在向這方面努力。最有影響的應(yīng)算是“宇宙大爆炸”理論的推理。按照這個(gè)學(xué)說，宇宙的產(chǎn)生源于一次原始的宇宙物質(zhì)爆炸。它結(jié)合了運(yùn)動(dòng)學(xué)和物理學(xué)特性兩個(gè)方面的理論，認(rèn)為宇宙當(dāng)初處于超高溫、超高密度、超高原子能量的特殊條件下，由于特殊的物理?xiàng)l件的形成而發(fā)生了宇宙空前的大爆炸?，F(xiàn)在宇宙的形式是由當(dāng)初的大爆炸以及隨后產(chǎn)生“膨脹”后形成的。

在宇宙原始大爆炸產(chǎn)生后，在爆炸點(diǎn)(相當(dāng)大的一個(gè)范圍)就形成了宇宙的中心，這個(gè)中心地點(diǎn)相當(dāng)于星系的中心和太陽系的太陽，科學(xué)家稱之為“奇點(diǎn)”。假若我們能到達(dá)宇宙外的某一處，觀賞浩如煙海的宇宙世界，同樣也能看到整個(gè)宇宙中的各個(gè)星系，就像銀河系里的星星一樣，呈現(xiàn)旋渦形式。為什么會(huì)變成這種形式呢?這是因?yàn)樵谧畛醣ㄖ埃钪嫖镔|(zhì)在三超狀態(tài)下，處于自身高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)形式中。爆炸之后，宇宙物質(zhì)被強(qiáng)烈的爆炸推力拋射至四面八方，在旋轉(zhuǎn)力的作用下，宇宙物質(zhì)就朝著原來的旋轉(zhuǎn)方向繼續(xù)旋轉(zhuǎn)下去。離宇宙中心近的物質(zhì)旋轉(zhuǎn)速度比離得遠(yuǎn)的速度快，同時(shí)在離心力的作用下，形成了渦旋形式，整個(gè)宇宙物質(zhì)的形狀就會(huì)變成扁平的圓盤樣子。

宇宙究竟會(huì)是什么樣子，還有待于科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，從人類所能觀察到的宇宙現(xiàn)象，去證實(shí)它的形狀。