材料一:
由于光速是信号传播的最大速度,当我们观看远距离外的物体时,看到的并非它现在的影像,而是之前某一时刻的。宇宙大爆炸发生在138亿年前,因此我们现在所能看到的最远处来的光就是那时发出的。由于光传播的这段时间里宇宙膨胀造成的距离改变,发出这些光的地方与我们现在的距离不是138亿光年,而是大约469亿光年。这就是我们此刻所能观测到的宇宙范围,称之为“粒子视界”。当然,未来的观测者将能够看到来自更遥远的地方传来的光波。
我们未来可观测的范围还受到宇宙膨胀速度的影响。由于宇宙膨胀,宇宙间相距遥远的两点在相互远离,远离的速度正比于它们之间的距离,这就是哈勃定律。因此只要足够远,远离的速度将超过光速。这与相对论中光速是物体或信号传播最大速度的说法并不矛盾,因为这是空间膨胀引起的,其速度是相对于遥远的物体而不是本地的物体。如果宇宙膨胀减慢,光最终还是会传过来。但是现在人们发现宇宙膨胀在加速,这种情况下一定距离之外的光将永远无法抵达我们这里,这个界限称为“事件视界”。
通常我们把信号所能传播范围以内的时空称为“可观测宇宙”,有时就干脆简称为“宇宙”。由于上述粒子视界和事件视界的存在,可观测宇宙是有限的,但是在可观测宇宙之外时空还是可以存在的。如果空间是无限的,时空中将存在大量甚至无穷多彼此互相没有直接因果联系的部分,有些学者把这些也称为不同的宇宙。不过,在传统的宇宙大爆炸理论中,这些时空区域都有相同的膨胀历史。因此,称它们为同一宇宙的不同部分更合适一些。
(摘编自陈学雷《宇宙是唯一的吗?》)
材料二:
星系是由气体、尘埃和恒星群(上千亿个恒星)组成的,每个恒星对某人来说都可能是一个太阳。在星系里有恒星、行星,也可能有生物、智能生命和宇宙间的文明。但是从远处着眼,星系更多地使人想起一堆动人的发现物——贝壳,或许是珊瑚——大自然在宇宙的汪洋里创造的永恒的产物。
宇宙间有若干千亿(1011)个星系。每个星系平均由1000亿个恒星组成。在所有星系里,行星的数量跟恒星的总数大概一样多,即1011×1011=1022 , 在这样庞大的数量里,难道只有一个普通的恒星——太阳——是被有人居住的行星伴随着吗?为什么我们这些隐藏在宇宙中某个被遗忘角落里的人类就这样幸运呢?我认为,宇宙里很可能到处都充满着生命,只是我们人类尚未发现而已。我们的探索才刚刚开始。80亿光年以外嵌着银河系的星系团催迫着我们去探索,探索太阳和地球就更不用说了。我们确信,有人居住的这个行星只不过是一丁点儿的岩石和金属,它靠着反射太阳光而发出微光。在这样的大距离里,它已经消失得无影无踪。
但是,这个时候,我们的旅程只到达地球上的天文学所通称的“本星系群”。本星系群宽达数百万光年,大约由20个子星系组成,是一个稀疏、模糊而又实实在在的星系团。其中的一个星系是M31,从地球上看,这个星系位于仙女星座。跟其他旋涡星系一样,它是一个由恒星、气体和尘埃组成的巨大火轮。M31有两个伴侣,它通过引力——跟使我待在坐椅上相同的物理学定律——将矮椭圆星系束缚在一起。整个宇宙中的自然法则都是一样的。我们现在离地球200万光年。
M31以外是另一个非常相似的星系,也就是我们自己的星系。它的旋涡臂缓慢地转动着——每2.5亿年旋转一周。现在,我们离地球4万光年,我们正处于密集的银河中心。但是,假如我们希望找到地球的话,就必须将方向扭转到银河系的边远地带,扭转到接近遥远的旋涡臂边缘的模糊的地方。
我们印象最深刻的是,恒星即使在两个旋臂之间,也像流水一样漂浮在我们的四周——气势磅礴的自身发光的星球,有些虽然像肥皂泡一样脆弱,却又大得可以容得下1万个太阳或1万亿个地球;有些小如一座城池,但密度却比铅大100万亿倍。有些恒星跟太阳一样是孤独的;多数恒星有伴侣,通常是成双成对,互相环绕。但是那些星团不断地从三星系逐渐转化成由数十个恒星组成的松散的星团,再转化成由百万个恒星组成的璀璨夺目的大球状星团。有些双星紧靠在一起,星体物质在它们之间川流不息;多数双星都像木星与太阳一样分离开来。有些恒星——超新星——的亮度跟它们所在的整个星系的亮度一样;有些恒星——黑洞——在几千米以外就看不见了。有些恒星的光彩长年不减;有些恒星闪烁不定,或以匀称的节奏闪烁着。有些恒星稳重端庄地转动着;有些恒星狂热地旋转着,弄得自己面貌全非,成了扁圆形。多数恒星主要是以可见光或红外光放出光芒;其他恒星也是X光或射电波的光源。发蓝光的恒星是年轻的星,会发热;发黄光的恒星是常见的星,它们已经到了中年;发红光的恒星常常是垂亡的老年星;而发白光或黑光的恒星则已奄奄一息。银河里大约有4000亿个各种各样的恒星,它们的运转既复杂又巧妙。对于所有这些恒星,地球上的居民到目前为止比较了解的却只有一个。
(摘编自卡尔•萨根《宇宙的边疆》)