自138億年前的那一場大爆炸中誕生以來，我們的宇宙經(jīng)歷了一個波瀾壯闊、異彩紛呈的演化歷史。雖然許多細(xì)節(jié)已為我們掌握，但正如蘇格拉底所說“你知道得越多，你不知道的也就越多?！庇钪嬷幸廊挥性S多事情謎一樣讓人困惑，讓人抓癢……

從本期開始，我們將以連載的方式介紹宇宙中10個最大、最激動人心的謎團，它們涉及行星、恒星、星系、黑洞以及其他奇怪而有趣的話題。讓我們現(xiàn)在就開始吧。

3、超新星SN 2017CBV

它是什么？

死亡恒星的爆炸

它在哪里？

距離我們550萬光年的NGC 5643星系

涉及的謎團

宇宙會有什么樣的結(jié)局？

當(dāng)天文學(xué)家的目光穿越浩瀚的宇宙，看到一顆星星死掉了，他會例行公事把它從恒星名單中除去。因為這類事情并不稀罕，在宇宙中每天都發(fā)生數(shù)百萬次。但慢慢地，他們才意識到有些事情并不那么簡單。

2017年3月，在例行的夜空巡視中，美國亞利桑那大學(xué)的大衛(wèi)·桑德發(fā)現(xiàn)了一個異?，F(xiàn)象。乍一看，它只是另一種類型的Ia超新星——白矮星過度膨脹之后，接近尾聲的一次爆發(fā)。

白矮星是一種非常致密的天體，是恒星燃燒殆盡后剩下的殘骸，主要由碳構(gòu)成。作為恒星的殘骸，白矮星內(nèi)部的物質(zhì)已經(jīng)不再進行核聚變。但它通常有個質(zhì)量極限，超過這個極限，在更強的引力作用下，聚變又會重新點燃，將其內(nèi)部的碳聚變成更重的元素。

白矮星通常是雙星系統(tǒng)，成對出現(xiàn)，一顆從另一顆上吸食物質(zhì)。如果吃得太多，那顆“吸血星”就會超過其質(zhì)量極限，于是相當(dāng)于一顆失控的熱核炸彈，在幾秒鐘內(nèi)驟然變得非常耀眼，這就是Ia型超新星爆發(fā)。

正因為超過質(zhì)量極限才會爆發(fā)，而質(zhì)量極限又是固定的，所以天文學(xué)家可以預(yù)測出Ia型超新星爆發(fā)產(chǎn)生的輻射能量，然后跟它看起來的亮度作對比，就能計算出它和我們的實際距離。這樣，Ia型超新星在茫茫宇宙中就充當(dāng)了一座座“里程碑”，一把把“量天尺”。

那天夜晚，桑德觀察到的SN 2017CBV正是一顆Ia型超新星。但蹊蹺的是，隨后對它的廣泛觀測發(fā)現(xiàn)，那顆爆炸的白矮星，它的同伴不是另一顆白矮星，而是一顆更大的恒星！當(dāng)同伴是一顆白矮星時，超新星爆發(fā)所發(fā)出的光全部來自爆炸的白矮星（另一顆沒爆發(fā)的白矮星不發(fā)光），而其亮度是一個固定值，我們根據(jù)地球上測到的亮度，就可以知道它離我們有多遠(yuǎn)了。但如果同伴是一顆恒星，那么因為距離遙遠(yuǎn)，爆炸的白矮星（即超新星）的光與恒星的光根本區(qū)別不開，我們就無從知道超新星的真實亮度了。這樣，它也就無法充當(dāng)“量天尺”了。

這一點非常重要。因為我們之所以能把Ia型超新星當(dāng)作“量天尺”來用，是因為以前都認(rèn)為Ia型超新星爆炸只有一種爆炸形式?，F(xiàn)在突然又出現(xiàn)另一種迄今未知的爆發(fā)機制，兩種不同的Ia型超新星混在一起，又不容易辨別，那么這些“量天尺”的準(zhǔn)確性就大打折扣了。

“量天尺”不可靠所帶來的嚴(yán)重后果是你想象不到的——這撼動了宇宙學(xué)的核心！因為這涉及到暗能量是否真實存在的問題。

1998年，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一組遙遠(yuǎn)的Ia型超新星，它們比預(yù)期的要暗淡，結(jié)論是它們比預(yù)計的還要遙遠(yuǎn)。天文學(xué)家將這一結(jié)果歸因于宇宙在加速膨脹。他們將導(dǎo)致宇宙膨脹加速的未知東西，稱作“暗能量”。

迄今沒有人知道“暗能量”到底是什么，總的來說，它與引力的性質(zhì)截然相反。引力把物質(zhì)聚在一起，暗能量卻把它們拉扯開。這意味著，暗能量和引力的較量，決定了宇宙的大小、壽命和最終的結(jié)局。如果暗能量足夠強大，勝過引力，將導(dǎo)致“大撕裂”的結(jié)局。但如果引力取勝，那又會導(dǎo)致 “大崩塌”的結(jié)局。

可是，“暗能量”這個假設(shè)，本身是建立在對Ia型超新星信任的基礎(chǔ)上的，相信它們可以精確地充當(dāng)宇宙“量天尺”。要是這個信任基礎(chǔ)不存在了，那大家談了這么多年“暗能量”，都只能算談鬼了。因發(fā)現(xiàn)存在“暗能量”而頒發(fā)的諾貝爾獎，也該收繳回去。宇宙中根本不存在任何可與引力相抗衡的力量，所以除了“大崩塌”，也不會有其他結(jié)局……這就怪不得像SN 2017CBV這類反常的超新星，要讓人皺眉了。

4、BOSS星系長墻

它是什么？

大尺度結(jié)構(gòu)

它在哪里？

它蜿蜒在大范圍的天區(qū)，距離我們平均68億光年

涉及的謎團

我們處在宇宙中一個

特殊的地方嗎？

整個宇宙學(xué)都是建立在我們沒有任何特殊之處的觀念基礎(chǔ)上的：就所處的位置來說，太陽系不過是宇宙中一個很普通的恒星系統(tǒng)，地球也不過是一顆普通的行星，造物主并沒有把人類安置在宇宙中一個特別的位置。

這個觀點可以追溯到哥白尼那個偉大的發(fā)現(xiàn)：并不是太陽繞著我們轉(zhuǎn)，而是我們在繞著太陽轉(zhuǎn)。這樣一下子，我們就從造物的中心位置上掉了下來。

從那時起，人們越來越清楚了，地球、太陽都不過是宇宙中普通的一分子。哥白尼的發(fā)現(xiàn)也已變成了“哥白尼原理”：一般而言，宇宙中沒有任何地方是特殊的，一切看起來都一樣。我們當(dāng)前建立在廣義相對論基礎(chǔ)上的宇宙模型也深深依賴這個假設(shè)。

哥白尼原理的核心是尺度的概念。不妨把宇宙想象成一群人。近距離看，你可以看到每個人的都擁有不同的個性、癖好，但把鏡頭拉遠(yuǎn)，個性特征模糊了，你所看到的只是一群沒有差別的人。

還可以再做一個比喻。在房間地面隨機撒了一碗豌豆。我們知道，每一粒豆都由分子組成，分子又是由原子，原子又由原子核和電子組成……從小于豌豆的尺度看，存在著一層層的等級結(jié)構(gòu)。但到了豌豆這一尺度，等級消失了，并沒有出現(xiàn)比豌豆更大的結(jié)構(gòu)（當(dāng)然，如果把豌豆盛在碗里，然后一口口碗放置在地上，那么與“一粒豌豆”相比，“一碗豌豆”又是更大的結(jié)構(gòu)）。我們看到的是，豌豆均勻分布在地面上。所以從豌豆這個尺度，可以認(rèn)為物質(zhì)是均勻分布的。

同樣道理，在較小的尺度上，宇宙看起來非常獨特，由恒星、星系和星系團組成，但到了一定的尺度（一般是大約10億光年），這些差異消失了。物質(zhì)在整個宇宙看起來是均勻分布的。

但近年來，對這一觀點的各種挑戰(zhàn)不斷出現(xiàn)。也許最大的挑戰(zhàn)是發(fā)現(xiàn)于2016年的BOSS星系長墻。該“墻”是由成千上萬個星系組成的，綿延長達10億光年的一個巨型絲狀結(jié)構(gòu)。

包括我們銀河系在內(nèi)的室女座超星系團，似乎也隸屬于一個叫“拉尼亞凱亞超星系團”的更大型結(jié)構(gòu)。這個大型超星系團是在2014年完成劃界的，它在天空中橫跨5億光年。同一年，我們還在天空中發(fā)現(xiàn)了一個巨型空洞，直徑達20億光年。

總而言之，我們可能占據(jù)了宇宙中一個相當(dāng)不尋常的位置，處在一個巨大的超星系團和另一個巨大的宇宙空洞之間。這樣的場景“配置”，在宇宙中可能是比較罕見的。

關(guān)于宇宙物質(zhì)是否分布均勻這一問題，目前也還沒有定論。如果今后不斷有比BOSS星系墻更大的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)，那么均勻性假說就岌岌可危了。

而且巨型結(jié)構(gòu)的存在，可能迫使我們放棄把時空設(shè)想成均勻的，這一來，對宇宙當(dāng)前年齡的估計也要改變。目前對宇宙膨脹速率的測量，存在兩種相互競爭的方法。一種是根據(jù)宇宙微波背景輻射計算的，因為這種輻射原先是高能光子，波長很短，后來隨著宇宙膨脹被拉長了，所以它的拉長跟宇宙膨脹速率有關(guān);另一種則根據(jù)超新星亮度隨宇宙膨脹的衰減程度來計算的。過去，因為兩種計算辦法的精度都不夠高，它們之間的差異似乎還在容許范圍之內(nèi)，但現(xiàn)在，隨著精度的提高，差異已經(jīng)超出了允許范圍。究竟哪一個算得更準(zhǔn)確，天文學(xué)家根本無從判斷。也許巨型結(jié)構(gòu)物的存在，是造成這一分歧的原因。如果得到證實，那么，這將進一步肯定了宇宙物質(zhì)分布的非均勻性，從而也更加肯定了我們在宇宙中所處位置的特殊性。