宇宙為何各個方向都一樣?天文學家科普「宇宙學原理」

2021-01-09 上觀

今天是國際天文館日,以「儂好!天文館」為主題的2017國際天文館日主題活動在上海科技館舉行。充氣式球幕電影、「天之文」論壇、設計「自己的外星人」……上海天文館(上海科技館分館)建設指揮部推出一系列活動,吸引了眾多市民參與。

「科學小講臺」引導孩子們設計「自己的外星人」。

 

國際天文館日於1995年起源於義大利,得到歐洲其他國家天文館的積極響應。隨著美國、澳大利亞等國天文館加入,國際天文館日得到了廣泛認可。如今,國際天文館協會將每年三月的第二個星期日定為國際天文館日。其目標是向公眾宣傳天文館的工作和意義,增進國際天文館協作,使公眾認識到對太空的探索和對天文學的了解是受益終身的活動。

 

活動現場最吸引人的是一個直徑6米的充氣式球幕,用來展示璀璨星空和放映天文科普影片。在星空展示環節,呈現在觀眾頭頂的是城市夜空很難見到的繁星點點。天文專家用雷射筆,告訴大家北鬥七星在哪裡,獵戶座、人馬座等星座所在位置。孩子們看了都大呼過癮。上海天文館建設指揮部展示部部長林清介紹,正在臨港地區建造的上海天文館,將設置比這個球幕大得多的光學天象廳,能夠逼真地模擬星空,還會力爭做到真人講解,與觀眾進行互動,讓遊客喜歡上天文。如今,城市光汙染比較嚴重,即便在一些農村地區,浩瀚銀河也看不到了。在這種情況下,上海天文館天象廳的科普價值將得到充分體現。

遊客排隊觀看球幕電影。

 

在科技館報告廳,「天之文」論壇邀請到中科院上海天文臺研究員沈世銀,為聽眾講解宇宙學原理。這個原理又名哥白尼原理,一言蔽之,即「宇宙在大尺度上是均勻而且各向同性的」。形象地講,我們在大洋裡乘船,往四周望去,發現都是茫茫一片海洋,就可以說:「海洋是均勻而且各向同性的」。與之類似,我們通過天文望遠鏡對宇宙各個方向進行觀測,發現都是一片浩瀚星空,沒有明顯的區別特徵。「在整個宇宙中,沒有中心。也可以說,任何地方都是中心。」沈世銀說。

 

宇宙學原理看似簡單,卻是過去500多年內,一代代科學家不斷探索才得出的結論。在古代歐洲,人們認為地球是宇宙的中心。到了16世紀,哥白尼發現太陽才是中心。此後,赫歇爾發現,太陽只是銀河系中的一顆普通恆星,但他認為太陽處於銀河系的中心。到了20世紀,沙普利通過觀測到的球狀星團,指出太陽並非銀河系的中心。1920年,美國科學院發生了一場「大爭論」:沙普利認為,天文望遠鏡觀測到的許多星雲都在銀河系內;柯蒂斯則認為,這些星雲都在銀河系外,宇宙中有大量類似銀河系的星系。事實證明,柯蒂斯是對的,銀河系也只是宇宙中的滄海一粟,整個宇宙是均勻而且各向同性的。

 

沈世銀告訴聽眾,由於天文觀測發現系外行星大量存在,所以地球幾乎沒有特殊性,但仍有一點目前是特殊的,那就是這個星球存在生命。DNA分子結構發現者弗朗西斯·克裡克坦言:「一個擁有我們現在所有知識的誠實的人也只能說,在某種意義上,生命的起源在目前看來幾乎是一個奇蹟,因為必須滿足太多條件才能使其發生。」沈世銀說,如果地球生命不是特殊的,那麼銀河系中就會存在大量生命,而且其中一部分智慧生命的文明程度,必然高於人類。這樣一來,就產生了「費米悖論」:我們為何還沒有發現外星人?對於「費米悖論」,有很多解釋。其中一個解釋是,地球出現生命是宇宙中的特殊現象。在這個問題上,宇宙學原理失效了,取而代之的是人擇原理:存在許多宇宙演化模型,人類生存在其中一個宇宙模型中。假如我們不是身處當前這個模型,那麼就不會產生我們。

 

如果你覺得「天之文」論壇的內容不適合兒童,那麼可以讓他們來到「科學小講臺」。科學老師帶領3歲至12歲的孩子讀天文繪本,做手工藝術品,設計「自己的外星人」,玩得不亦樂乎。上海天文館建設指揮部展示教育主管施韡表示:「今天的國際天文館日主題活動好似一個小型天文嘉年華,遊客在這裡看到的、聽到的、玩到的,將來都會在上海天文館出現,而且毫無疑問,屆時會更加精彩紛呈。」

 

題圖來源:視覺中國 圖片編輯:曹立媛

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