“中國(guó)天眼”這口“大鍋”，真的煮得下整個(gè)宇宙？

饅頭老妖，南京大學(xué)化學(xué)博士、西華大學(xué)生物工程學(xué)院講師。《視覺之旅：化學(xué)世界的分子奧秘（彩色典藏版）》《地球簡(jiǎn)史》等圖書譯者、吳大猷科學(xué)普及著作獎(jiǎng)獲得者（譯著類），撰寫過大量科普文章，熱衷于寫偵探小說。

今年4月，位于我國(guó)貴州平塘的500米口徑射電望遠(yuǎn)鏡（FAST），向全球科研人員開放使用。屆時(shí)，這只世界上最大的單口徑射電望遠(yuǎn)鏡“中國(guó)天眼”，便可充分發(fā)揮它的巨大潛力。它因?yàn)橥庑?，也被人們戲稱為“大鍋”，更有甚者將它“PS”成火鍋。各種戲稱代表著大眾的關(guān)注，但從科學(xué)角度來說，它對(duì)于人類探索宇宙的意義非比尋常。

遙望過去

從物理角度來說，時(shí)間是一個(gè)矢量，一去便永不回頭。也就是說，無論我們有多想?yún)⑴c時(shí)間旅行或穿越到過去，以人類目前的科學(xué)技術(shù)而言，都是不可能實(shí)現(xiàn)的。

一般認(rèn)為，宇宙的誕生，發(fā)生在距今138億年前。那么，在那個(gè)時(shí)間和空間的起點(diǎn)，究竟發(fā)生了什么事情，又經(jīng)過了怎樣的過程，才演化成了今天的宇宙、地球和我們？這個(gè)問題，困擾了古往今來無數(shù)的智者：屈原以浪漫的想象，寫下了“上下未形，何由考之”的詩(shī)句;牛頓則在提出三大定律之后，花費(fèi)畢生時(shí)間，苦苦思索“第一推動(dòng)力”的難題。

然而，時(shí)間是無法逆轉(zhuǎn)的，我們不可能回到宇宙誕生的時(shí)刻，親眼看看當(dāng)時(shí)的情形。因此，想要理解宇宙的過往，就像是考古學(xué)，只能通過宇宙誕生時(shí)留下的“文物”去了解它們。這些“文物”中，就包括了宇宙誕生時(shí)產(chǎn)生的各種輻射。

比如，目前較為主流的“宇宙大爆炸”理論認(rèn)為，在大爆炸之后，宇宙經(jīng)過了一個(gè)“光子時(shí)期”，時(shí)長(zhǎng)大約38萬年。其間，宇宙的溫度保持在1萬開爾文左右。該理論的一個(gè)重要證據(jù)，就是通過對(duì)宇宙微波背景輻射（CMB）的觀測(cè)得到的數(shù)據(jù)，與此大致符合。而人類首次發(fā)現(xiàn)微波背景輻射，以及隨后對(duì)它的觀測(cè)，都是通過射電望遠(yuǎn)鏡實(shí)現(xiàn)的。

類似的，在上述理論中，在宇宙大爆炸的10億年之后，宇宙經(jīng)過了一個(gè)“再電離”的階段，在此期間，中性氫（可以理解為一個(gè)質(zhì)子加一個(gè)電子的結(jié)構(gòu)）開始重新被電離，成為帶電荷的質(zhì)子，而星系也從此開始形成，因而又被稱為“恒星的搖籃時(shí)期”。這種中性氫很穩(wěn)定，難以被可見光、紅外線觀測(cè)到，但物理學(xué)家們預(yù)測(cè)，它會(huì)產(chǎn)生一種能量很低卻又很獨(dú)特的譜線，被稱為“21厘米譜線”。果然，1951年，人類第一次實(shí)際觀測(cè)到了這種譜線的存在，為這一假說奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)——而所使用的儀器，依然是一臺(tái)射電望遠(yuǎn)鏡。

射電望遠(yuǎn)鏡，就像一段老電影、一張老唱片，幫助我們?nèi)ジ惺苣窃缫严诺挠钪娴倪^去，那些宏偉而又精妙的、用語(yǔ)言難以描繪的場(chǎng)景。

探索無極

對(duì)于“宇宙有沒有邊界”這個(gè)問題，至今沒有統(tǒng)一的意見。但有一點(diǎn)是顯而易見的：宇宙非常龐大。相對(duì)而言，人類目前能夠到達(dá)的范圍，和宇宙相比，用“滄海一粟”都無法形容?；蛟S，說成是“落在地球某地的一枚1元硬幣”，還更貼近真實(shí)情況一些。

然而，“好奇”是人類的天性，對(duì)于未知的世界，人類總是渴望了解更多——正是這種好奇心，帶領(lǐng)人類克服艱難險(xiǎn)阻，征服了浩瀚的大洋，深寒的兩極，廣袤的天空，乃至于月球。而下一個(gè)目標(biāo)，自然就是揭開宇宙深空的奧秘。

航天器是人類探索宇宙的重要工具之一。宇宙飛船、空間站、小行星探測(cè)器，乃至于月球車、火星車，都極大地豐富了人類對(duì)宇宙的了解。但相對(duì)于宇宙的尺度來說，航天器的速度實(shí)在是太慢——想想“天文單位”和“光年”的定義，就不難明白，要等到這些航天器到達(dá)銀河系的邊緣，再把采集到的信息傳回地球，恐怕人類文明都已經(jīng)不存在了。

幸好，我們還有望遠(yuǎn)鏡這類工具。從伽利略制造出了第一臺(tái)天文望遠(yuǎn)鏡開始，人類的目光就被極大地延伸了：我們看到了環(huán)形山，看到了土星的光環(huán)，甚至預(yù)測(cè)了行星運(yùn)行的軌道，發(fā)現(xiàn)了天王星、冥王星，以及許許多多的小星體……

不過，光學(xué)望遠(yuǎn)鏡終究還是有它的極限：鏡頭越大，就能看得更遠(yuǎn)，但這也意味著，玻璃透鏡的制造難度和成本都陡然上升。更重要的是，正如我們從課本上所學(xué)的那樣，可見光，不過是電磁波的龐大譜系中的很小一部分：紫外線、伽馬射線、X射線，等等，都是光學(xué)望遠(yuǎn)鏡無能為力的。而射電望遠(yuǎn)鏡的發(fā)明，恰好就彌補(bǔ)了光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的短板。

實(shí)際上，憑借這些可見光范圍外的電磁波，人類已經(jīng)觀察到了許多有意思的天文學(xué)現(xiàn)象，不斷刷新我們對(duì)宇宙的理解。比如，快速射電暴（FRB）持續(xù)的時(shí)間僅有幾毫秒，但釋放出來的能量，卻和太陽(yáng)在一天內(nèi)放出的全部能量相當(dāng)。又比如，脈沖星這種天體，質(zhì)量甚至可以和太陽(yáng)相比，自轉(zhuǎn)一周卻僅僅只需要幾秒甚至幾微秒。這些現(xiàn)象，都尚未被人類的科學(xué)理論所闡釋;這就意味著，一旦對(duì)它們的研究取得突破，人類文明就極可能獲得如同發(fā)明電力、核能、互聯(lián)網(wǎng)那樣巨大的飛躍，甚至還要超出更多。

未來可期

明白了射電望遠(yuǎn)鏡能為科學(xué)探索帶來什么，就更清楚作為世界上最大的單口徑射電望遠(yuǎn)鏡的“天眼”之于人類的意義。

漢語(yǔ)中，對(duì)“宇宙”一詞的解釋很有意思：“上下四方曰宇，往古來今曰宙”，即“無限的空間，與無限的時(shí)間”的總合。盡管我們還不能肯定，時(shí)間和空間是否有起點(diǎn)和終點(diǎn)，但“天眼”的出現(xiàn)，已經(jīng)為我們探索時(shí)間與空間，提供了一個(gè)非常強(qiáng)大的工具。

事實(shí)上，“天眼”在前期短暫的試運(yùn)行期間，就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了240多顆脈沖星，展露出了它的巨大威力。而上文所述的幾個(gè)領(lǐng)域，也正是天眼在未來一段時(shí)間里的工作重點(diǎn)，包括對(duì)宇宙里的中性氫巡天、發(fā)現(xiàn)和探測(cè)脈沖星和快速射電暴、探索宇宙中的星際分子等目標(biāo)。

“天眼”甚至還被賦予了一個(gè)有趣的任務(wù)——去聆聽宇宙中可能的“打招呼”：探索在這無邊無際的宇宙中，除了人類之外，是否還有其他文明的存在。

有坊間傳聞，“天眼”可能會(huì)導(dǎo)致人類文明被外星人發(fā)現(xiàn)，給人類帶來災(zāi)難。但這并沒有科學(xué)依據(jù)。從原理上說，“天眼”只接受從宇宙中發(fā)出的信號(hào)，卻不主動(dòng)發(fā)射信號(hào)，所以，你該明白哪怕宇宙真的存在科幻小說《三體》中的“三體人”，地球也不會(huì)暴露出具體位置。

你看，“天眼”承載著人類對(duì)未知宇宙的渴望，在它的“大鍋”里，煮的還真是整個(gè)宇宙呢！