宇宙的尽头

宇宙是无限的吗？如何理解这种无限呢？宇宙是有限的吗？那么宇宙的尽头又在哪里呢？类似这种问题长久以来一直困扰着人类。随着科学的发展，人类认识宇宙的范围越来越大，那么现在我们是否能够找到宇宙的尽头呢？科学家们都在进行着各自的探索。当观测天体的时候，人们发现它的谱线不是在标准波长的位置上。所有谱线的波长都加长了，这表明谱线向红端移动，这种现象叫做谱线红移，它是由多普勒效应引起的。当天体或观测者运动时，天体发出的光和电波的波长就会发生变化。天体向着观测者运动，距离不断缩短，波长就会变短；天体背离观测者运动，距离不断加长，就会观测到波长加长的现象。天体谱线红移表明天体背离我们向远方运动。如果我们用“Z”表示红移的程度，那么红移为“Z”的天体发出的光和电波在地球上观测时，波长就变成原波长的1＋Z倍。例如在红移为4的天体中，氢原子发出的波长为1216埃的紫外线，而在地球上观测到的波长却是6080埃的红光，变成了眼睛可以观察到的可见光了。按照多普勒效应，背离速度越大，红移也就越大。于是就可以根据红移求出天体离开我们的速度。如果用光谱分析法分析来自天体的光，就能够检出氢、氧、碳等原子发出的、特定的、经过红移之后的波长。由此可以计算出这些特定波长发生的红移程度。按照多普勒效应，天体红移意味着宇宙在膨胀，广义相对论的引力场方程也有“膨胀的宇宙学”的解释，于是形成了“宇宙膨胀论”。还有一些人提出了其他形式的宇宙论，如“稳恒态宇宙论”等。这些宇宙论也都主张宇宙膨胀，采用把红移换算成距离的方法，求得天体到地球的距离，随着所采用的宇宙模型不同而各不相同。决定了宇宙模型，还应当从观测求出用哈勃常数表示的现在宇宙膨胀速度和用“减速参量”表示的宇宙膨胀减速率。按照宇宙诞生之后就急速膨胀的宇宙模型，假定哈勃常数为50千米/100万秒差距（1秒差距约为3.26光年），“减速参量”为0.5，可以计算出宇宙的年龄为130亿年，地球到宇宙的“尽头”的距离从理论上来说应是130亿光年。

1988年8月美国约翰斯·霍普金斯大学的钱伯斯和宇宙望远镜科学研究所的乔治·麦里发现了编号为4G41.17的天体，随后美国基特山顶的国立天文台对它进行了摄影和光谱观测。对氢原子和碳原子发射光谱测定的结果表明4G41.17就是红移为3.8的天体，根据前面的模型，这个天体离地球是117亿光年。以前确认编号为0902＋34的天体离地球最远，它到地球的距离是115亿光年。专家们认为4G41.17便是目前人们所能够“看到”的宇宙的“尽头”。此外，还要考虑到，光和电波以每秒约30万千米的速度传播。离地球117亿光年的4G41.17发现的光和电波经过了117亿年才达到地球。因此我们看到的是117亿年前的4G41.17的雄姿。这样我们不仅观测到了“远方的宇宙”，而且也观测到了“昔日的宇宙”。通过钱伯斯的观测，清楚地表明了在宇宙诞生后13亿年就有星系形成了。为了寻找更远的天体，人们又建立了多台直径为4米的大型望远镜，接着又开发了红外线摄像机和CCD（电荷耦合器件）摄像机等新技术，这为发现新的、距地球更远的星系提供了可能性。红移为7，也就是说，距地球大约125亿光年的星系很可能在不久的将来被观测到。如果发现了那样的星系，就说明宇宙诞生后5亿年，星系就形成了。经过各种努力之后，仍然不能发现比120亿年更早形成的星系，也许是宇宙诞生10亿年前后产生的大量“宇宙尘”，使人们无法看见已经形成的星系。无论如何，人们总是想找到宇宙的“尽头”。当观测技术进一步提高，观测比4G41.17更远的天体，精密地求出其气体的化学组成将成为可能。这为进一步了解这些天体的形成过程创造了条件，从而也就可以更准确地推算出宇宙的年龄和宇宙早期形成的情况。也许有一天人们终会找到真正的宇宙的“尽头”吧！