因为忙于“寻找自然的秘密”系列，已经很久没有给大家写任何东西了。我脑子里有很多关于天文学和宇宙学的内容想和大家分享。终于完成了，希望大家喜欢。
天文学是一级学科，其深度和广度不亚于数学、物理、化学。
我所有的书里，讲天文学最多的，比如《星空的弦：天文学史》《太阳系简史》（这本书原名《太阳系新知》）系统》，但出版商为了强行使用当时的《太阳系简史》《历史》（我对改名很不满意），《地球之眼：地与空的传说》天文台》、《万世孤独：寻找地外文明的历史》、《太空探索者》，这些书都是专门研究天文学的。另外，我还有几本书也涉及天文学主题。因此，天文学的知识实在是太复杂了。
现在，我的同事想让我开一个以“天文学”为主题的新的高质量话题，他给了我这样的要求：
好东西，还是好东西！我只给你大约10个问题，从你丰富的天文学知识中，仔细选择一些你认为最值得谈论的事情。注意选择的内容一定要高质量，不要用蹩脚的东西来增加字数。
嗯，我认为这个要求是非常合理的。我一定要找到最本质的内容来满足这么多对我有期待的读者。这10个问题的内容具体如何布局？让我想想……我所掌握的天文知识可以分为几类：
01 科学史。天文学是最古老的自然科学之一。它的历史悠久，分支众多，难以一一描述。
02 新知识类别。它们是人类对宇宙的最新认识。他们在过去的二十年里基本上得到了科学界的认可，并重写或更新了许多教科书。例如，最典型的问题是：宇宙有多大，它是什么样子？在过去的二十年里，人们获得了很多新知识。
03 科学猜想类。这部分知识是我们根据现有的观测证据对宇宙各方面的科学猜想。虽然这些猜想尚未得到科学界的普遍认可，但它们大概率是正确的，未来很可能会找到确凿的证据。比如人类对暗物质的猜想、对快速射电暴的猜想、对地外生命的猜想等等。
04 未解之谜。宇宙中有许多现象。科学家们基本上证实了这些现象的存在，但我们对这些现象的原因几乎一无所知。即使有猜测，也还处于非常初步的阶段。这些猜想很可能是完全错误的。最典型的就是宇宙暗能量。
作为一个忙碌的现代人，你很可能对人类文明各方面的成就感兴趣，但一个人的时间和精力毕竟是有限的。面对几乎无数的文明成就，想要全部都想要是绝对不可能的。如果你能把全部注意力分配到天文学上的时间就是10篇文章的阅读时间，那么我认为第二类，也就是新知识类，是你最应该掌握的。
如果你还有足够的精力，可以进一步了解第三类、第四类、科学猜想和未解之谜。最后，是科学史。因为只有这样你才能表明你是一个现代人，对吧？如果牛顿、伽利略等人来到今天时没有对你们的知识感到惊讶和敬佩，我们岂不是白活在21世纪了吗？现代人应该掌握一些最新的现代知识。
对暗能量的主要解释是：暗能量是时空结构中固有的具有很强负压的能量。
所以，我这次的新专栏主要关注第二类和第三类，即新知识和科学猜想。但我会留出一些时间，有选择地谈谈第一类科学史或第四类未解决的问题。奥秘，说实话，这两类知识也能让你在饭局上高谈阔论、光芒四射。说不出哪一个更引人注目。
前言已经够长了，我们进入正题吧。从我们对宇宙的最新理解开始。
01 永恒的“宇宙三问”
面对宇宙，我们一直有三个最基本的问题：宇宙有多大？宇宙包含多少物质？宇宙存在了多久了？
这三个问题是宇宙学中最基本的三个问题。它们也可以说是人类对宇宙最好奇的三个问题。这也是最容易理解的三个问题。说实话，宇宙学有些问题需要讲几个小时才能听懂，但这三个问题不同，小学生立刻就能听懂。
但你千万别以为这三个问题我们人类早就可以回答，或者它们已经不再是新知识了。错了，这三个问题正是人类一直在寻找并且答案已经更新的问题。我们对这三个问题的探索还远远没有结束。
02 宇宙有多大？你的知识止于...
让我从宇宙有多大的问题开始。这个问题经常被孩子问到。我不知道如果你的孩子问你这个问题你会如何回答。如果家长现在随便回答：宇宙是有限的，宇宙越年轻，它就越小，宇宙越来越大。听了这个回答，我就知道这位家长是有一定天文学知识的。他小时候大概是一位天文爱好者，对宇宙学有一定的了解。
如果另一位家长也随口回答：宇宙无限。对于我来说，这有点麻烦。这位家长要么是对宇宙学一无所知的家长，要么是深知现代宇宙学发展的人。
事实上，如果一个人没有现代天文学知识，仅仅依靠自己简单的经验和哲学观点，很容易得出“宇宙是无限的”的结论。人类历史上无数的先贤确实是这么认为的。这是因为，按照我们常人的逻辑，如果宇宙不是无限的，那么告诉我：宇宙之外是什么？在普通人的心目中，外界是一个不需要条件的概念。不管是什么，只要有边界，我就可以问，这个边界之外是什么？然而，当一个人有了一定的科学素养后，他就会开始明白“外界”的存在并不是自然的。谁说一定有“外”？
如果你时光倒流到1988年的英国伦敦，你就有机会向当时世界上最好的宇宙学家请教。他刚刚出版了一本名为《时间简史》的书，在全世界疯狂销售。是的，他就是史蒂芬·霍金。
那一年，霍金46岁。他绝对不是当时世界上最好的物理学家，但他绝对有能力成为世界上最好的宇宙学家。在《时间简史》一书中，霍金用科普的方式回答了宇宙有多大的问题。他说我们的宇宙是一个有限无界的四维超球面。
03 时下流行的“有限无界”
要理解有限和无界的概念，首先必须接受我们看到的空间可以弯曲的概念。例如，我在晚上拿起激光笔，向宇宙射出一束光。肉眼看来，这束激光束是一条完全直线。但这只是因为我们肉眼可见的范围太小了。就像我们无法感知地球是一个球体一样。当我们站在地球上时，我们实际上是站在一个弯曲的球体上。只有飞入太空，我们才能看到地球是一个球体。同理，我们之所以感觉不到激光是弯曲的，也是因为我们的视力不够。
如果我们看得足够远，我们会看到激光是弯曲的。弯曲的激光与在平坦的纸上绘制圆弧完全不同。激光的弯曲并不是因为激光的路径是弯曲的，而是因为整个空间都是弯曲的。就像我在纸上画一条直线，然后把纸弯曲，你会看到直线变成了弧线。激光必须沿着空间中最短的路径传播，但由于空间本身是弯曲的，所以光也变得弯曲。
弯曲一张平坦的纸很容易理解，但弯曲空间对于大多数普通人来说很难理解。关键原因在于，纸是二维的，而我们是三维的生物，所以当我们从三维的角度看二维的物体时，很容易理解什么是弯曲的。但问题是空间是三维的。当我们处于三维空间时，很难理解弯曲空间中发生的事情。就好像如果有一只蚂蚁在这张纸上爬行，蚂蚁就很难察觉到这张纸被我弄弯了。但空间确实可以弯曲。对于这一点，我们不仅有完整的物理理论来描述，即爱因斯坦的广义相对论，而且我们也找到了非常有力的证据。最著名的证据是，1919年，英国物理学家爱丁顿在日食期间观察了天空中恒星的位置，证实太阳巨大的引力可以使周围的空间弯曲。
好吧，如果你现在接受空间可以弯曲的事实。你不难接受这个奇怪的想法：宇宙可以是一个有限但无界的循环空间。换句话说，霍金认为，如果你一直向宇宙中的任何方向飞行，你最终都会回到原来的位置，尽管你感觉自己一直在沿固定方向直线飞行，没有转弯。但因为宇宙本身就是一个超球面，所以你一定会回到原来的地方。这就像麦哲伦的环球航行一样。他的舰队向东航行，终于回到了原来的地方。
霍金关于有限和无界宇宙的模型写在《时间简史》一书中。随着这本书在全球销量数千万册，宇宙有限的概念逐渐深入人心，成为很多人的流行观念。科普书籍谈论宇宙大小时必须具备的知识点。老实说，有限无界宇宙的概念是反直觉和反经验的。能够接受这个理念并随口告诉孩子，充分说明这位家长有很好的科学素养。
然而，这个概念在过去10年左右的时间里几乎完全改变了。更多详情请继续关注，周五更新见！
