宇宙的诞生和演化不仅是今天科学研究的前沿话题，也是一直以来哲学和宗教关注的核心问题。4月15日，由中国人民大学举办的本年度第三期 “吴玉章青年学术沙龙”以“‘视界’的尽头”为主题，从宇宙暴胀理论的最新进展出发，展开科学、哲学的对话。
近日,美国科学家宣布发现了宇宙诞生初期发生过“暴胀”的证据，这是迄今对宇宙暴胀理论最强有力的一次支持。宇宙暴胀理论，脱胎于“宇宙大爆炸理论”，成形于上世纪80年代早期。它认为宇宙在诞生的初期——约在万万亿分之一秒的时间内，发生了万万亿倍的膨胀，而在之后又退回到缓慢膨胀的状态，最终演化出了人类及万物。若这一发现最终被确证，则意味着人类朝着破解宇宙的诞生之谜又迈进了一大步。
宇宙究竟是由什么组成的？它从何而来？又将去往何处？最新的科学进展能够给这些古老而又引人入胜的谜题提供终极答案吗？作为只有几千年文明史，脚步从未踏出太阳系的人类，凭什么能探究130多亿年前发生在宇宙萌芽时期的往事？人类认识的触角，是否能达到宇宙“视界”的尽头？宇宙的尽头，又有着怎样的世界？对此，中国人民大学物理系副教授张威用通俗易懂的语言进行了讲解。
宇宙是什么？张威以地球为基点出发，引导听众层层推进视野，勾勒出人类已知的宇宙图景。首先，地球所在的太阳系有八大行星。离太阳系最近的邻居，是半人马座阿尔法星，其距离太阳的距离是4.37光年。太阳是隶属于银河系的。银河系是一个典型的螺旋状星系，太阳处于银河系的中间靠外的边缘地带。银河系包含了1000亿——1400亿颗像太阳这样的恒星。如果继续将视野往外推，会发现离银河系最近的邻居，是大小麦哲伦星云。而距离银河系最近的大型星系是仙后座星系，仙后座星系到银河系的距离是200万光年。上述所有恒星、星云、星系被称作本星系群。继续把视角往外拉，会发现本星系群隶属于一个巨大的星系团——室女座星系团。室女座星系团的中心到本星系群的距离是5400万光年。如果将目光从室女座星系团继续向外拉伸，会发现宇宙中还有别的星系团。距离室女座星系团最近的星系团是后发座星系团和狮子座星系团。狮子座星系团到室女座星系团的距离是3亿光年。这样的星系团共同构成了人类看到的宇宙。宇宙的半径是137亿光年，包含了大约1000万个星系团。
宇宙是由什么组成的？张威从两个视角进行了讲解。一是将目光放在地球，通过物理学的层层拆分，研究物质世界的最基本结构。20世纪物理学最重大的成就之一是标准模型的建立。标准模型告诉我们，人类已知的世间万物由12种基本粒子组成，包括6个夸克、3个轻子以及3个中微子。标准模型之内除了有这12种基本粒子，还有四种基本力：引力、电磁力、弱相互作用、强相互作用。
研究宇宙组成的另一个方法，是将目光放在地球之外，在宇宙中的天体中寻找地球没有的东西。天体的一个重要属性就是它的质量，如何为星星称重？这可以通过牛顿第二定律、作用于物体上的力等于该物体的质量乘以加速度这个公式计算出精确的结果。银河系有多重？银河系也在不停转动，同样可以用牛顿第二定律算出结果。此外，还有另一种方法。星系是由恒星以及星系之间弥散的气体组成，这些天体都是可见的。可以分别计算每个天体的质量，然后相加计算总和。人们发现，这两种方法得出的结果有巨大的差异。这种差异给了人们强烈的暗示：星系中有80%的物质是人类看不见的。这种看不见的物质是什么？人们对此有两种猜想。一种认为是看不见的常规物体，包括昏暗的恒星、黑洞、行星。科学界将这种看不见的常规物质称为大质量质密晕物体（MACHO）。还有另一种可能性更加吸引科学家的注意，认为那些看不见的物质是超出标准模型的、人类完全未知的物质。科学界将之称为弱相互作用质量粒子（WIMP）。
这些看不见的物质到底是MACHO还是WIMP？一些聪明的科学家通过种种实验试图找到答案。根据爱因斯坦提出的广义相对论，大质量的物体分布会造成周围空间的扭曲，光在歪曲的空间中就不走直线，会发生引力透镜效应。想判断远方是否存在看不见的大质量天体，只需等恒星经过看是否发生引力透镜效应。当有恒星经过暗天体时，它的星光会短暂增亮。科学家就可以利用这种引力透镜效应探测暗物质的存在。随着大规模计算机和图像采集识别技术的出现，这种实验成为可能。在上世纪末期，世界上有两个大型实验计划对引力透镜效应进行了跟踪监测。一个是美国和澳大利亚联合组织的“MACHO”计划，在1992年至1999年长达7年的时间里，对大麦哲伦星云中的1200万颗恒星进行全天候监测分析，发现了13次引力透镜效应。另一个实验是由法国组织的“EROS”计划，对大小麦哲伦星云的3300万颗恒星进行监测，只找到了一次引力透镜效应。“MACHO”计划告诉我们，宇宙中不可见物质是大质量质密晕物体的几率不超过20%；而“EROS”计划的结果分析更为悲观，认为宇宙中不可见物质是大质量质密晕物体的几率不超过8%。这说明，宇宙中那些不可见物质的绝大部分不是MACHO，而是WIMP。
宇宙是从哪里来的？现在被广为接受的一个理论就是“宇宙大爆炸理论”。“宇宙大爆炸理论”认为，宇宙是由一个致密炽热的奇点于137亿年前一次大爆炸后膨胀形成的。这个理论主要被两个证据支撑：宇宙膨胀和宇宙微波背景辐射。1929年，美国天文学家哈勃提出星系的红移量与星系间的距离成正比的哈勃定律，并推导出星系都在互相远离的宇宙膨胀说。几年前，几位科学家通过研究几十颗处于爆炸状态的恒星，发现宇宙正在扩张过程中，膨胀过程不断加速。这一发现获得了2011年的诺贝尔物理学奖。这一发现又提出了一个新的问题，宇宙加速膨胀的动力何来？这种推动力要抵抗引力，它不是光、不是物质、不是辐射，不是我们已知的任何能量。这种能量被冠名为“暗能量”。张威说，在谈到暗能量时可以回到“宇宙是由什么组成的”这一话题。根据现有观测结果显示，宇宙由4%的常规物质、23%的暗物质、73%的暗能量组成。
另一个支持“宇宙大爆炸理论”的证据是宇宙微波背景辐射。宇宙微波背景辐射是宇宙大爆炸的“余烬”，是一种弥散在整个宇宙空间中的微弱电磁波信号。上世纪60年代，美国的彭齐亚斯和威尔逊第一次观测到了宇宙微波背景辐射的信号。宇宙微波背景辐射作为“宇宙大爆炸理论”的证据回答了一些问题，但同时也提出了新的问题。例如，微波背景辐射的高度各向同性，以及今天观测到的基本均匀的宇宙大尺度物质分布，均无法得到解释，称为“视界疑难”。为了解释“视界疑难”，麻省理工学院的物理学家阿兰?古斯（Alan Guth）提出了宇宙暴胀理论。暴胀理论认为，今天观测到的宇宙尺度实际上是由大统一时代一个极小区域膨胀而来，宇宙保持均匀正是因为来自原本均匀的这个小区域。如果空间真的发生过暴胀，那么在空间中会存在一些量子微小涨落留下来的涨落图案。今年3月，美国在南极的天文望远镜观测到了大量数据，通过分析得出了宇宙微波背景辐射的涨落图案。这个图案跟暴胀理论的预期是高度相符的，从一个侧面支持了暴胀理论。
宇宙的命运是什么？张威讲解说，一个加速膨胀的宇宙，其命运有两种可能性。要么无限膨胀下去；要么超过一个节点之后开始收缩，最后变成大挤压的状态，宇宙从一个起点出发最后再回到一个起点。究竟会是哪种可能性？这依赖于宇宙中物质与能量的竞争关系。而目前的实验结果显示，宇宙会无限制膨胀下去。
中国人民大学哲学院讲师马建波从哲学与科学的关系角度阐释了自己的观点。马建波谈到，哲学、世界观、形而上学，在科学理论成长过程中起着非常重要的作用。人们在理论的提出、解释、评价的过程中，其世界观会形成非常强大的影响。例如，爱因斯坦的广义相对论证明宇宙是动态的，但他拥有静态宇宙的哲学信念，为了和他的这种哲学信念相符，爱因斯坦在引力场的方程式中引入了宇宙学常数，以此得到静态宇宙的解。在哈勃提出膨胀宇宙的天文观测结果哈勃红移后，爱因斯坦放弃宇宙学常数，认为是他“一生中最大的错误”。
“科学是激动人心的，对它的期待是无限的，但不能变成绝对的要求。”马建波认为，科学对宇宙的了解越来越丰富，但很难找到终结答案。人类的知识越多，会发现未知的世界也越多。
两位学者在对话中谈到了公众与科学的关系问题。马建波认为，自哥白尼以来，科学的理论往往跟人们的日常生活经验不能对接。科学和公众之间的隔阂有加剧的趋向。如何弥合科学家和公众之间的差距？这是现代社会面临的问题之一。张威认为，科技信息在媒体中的传播量呈下降趋势。科学越来越艰深，但科学界对做科普工作缺乏动力，这在一定程度上导致了假科学、伪科学的泛滥。
