探寻宇宙是人类历来追寻的一个话题，从嫦娥奔月的古代神话，到嫦娥四号在月球背面着陆，再到年初《流浪地球》的热议，仰望星空的我们在浩瀚宇宙下虽显渺小，但孜孜不倦地探寻宇宙的演化规律。
9月19日，“海上院士讲坛”第六期在中国金融信息中心举行，特邀中国科学院院士、国家天文台研究员、上海天文台特聘研究员武向平做“认识我们的宇宙”主题演讲。
宇宙大爆炸的能量从哪里来？
宇宙中有黑洞吗？
宇宙中有其他生命吗？
宇宙未来是膨胀下去还是收缩回来？
决定宇宙命运的暗物质和暗能量是什么？
我们的归宿在哪里？
我们的世界会有末日吗？
……
探寻宇宙是人类历来追寻的一个话题，从嫦娥奔月的古代神话，到嫦娥四号在月球背面着陆，再到年初《流浪地球》的热议，仰望星空的我们在浩瀚宇宙下虽显渺小，但孜孜不倦地探寻宇宙的演化规律。9月19日，“海上院士讲坛”第六期在中国金融信息中心举行，特邀中国科学院院士、国家天文台研究员、上海天文台特聘研究员武向平做“认识我们的宇宙”主题演讲。
本次讲坛由中国金融信息中心、中国科学院上海分院联合主办，中科院院士上海浦东活动中心协办，浙江省新昌县人民*府全程合作支持。当晚，来自*府、金融机构、行业协会、科研院所等各界观众逾人来赴这一视听盛宴，现场座无虚席，反响热烈。
致辞
中国金融信息中心总裁助理张超
中国金融信息中心总裁助理张超致辞时说到，在“陆家嘴讲坛”的讲台上，今天这场以宇宙为探讨对象的讲坛非常特别。宇宙学是关于时间和空间的学科，可以说是所有学科的终极归宿。也许从小学、中学到大学教育，关于宇宙的学科知识占比非常小，从分数和应试的角度看，它无足轻重。但是正是这种在某些人看来“没用”的学科，在人类的好奇心驱使下，成就了我们对客观世界的认知，发展出纷繁的科学体系。
人类的文明，起始于我们祖先的某一次仰望星空。这宇宙究竟有多大？斗转星移的星空与我们人类世界有着怎么样的联系？星象是否关系到我们命运的因果？宇宙于何时开始，又将何时结束……当人类开始思考这些问题的时候，也即开启了文明爆发的序幕。今天我们已经越来越难以抬头望见星空与银河了，但即便是我们肉眼所见的星空，也只是银河系的很小一部分。在宇宙中类似银河系这样的星系，数不胜数，达万亿之多。在此之外，由于宇宙膨胀的速度超过光速，对于更大范围的宇宙，我们甚至都没有观测的资格。在未知的世界面前如此渺小，我们需要对头顶上的星空，有更多的敬畏。所以，在陆家嘴，这里有最好的夜景但同时也是天文观测条件最糟糕的地方，今天武院士的宇宙学讲座非常难得。
主旨演讲
中国科学院院士、中国科学院国家天文台研究员武向平
武向平院士从宇宙的基本特性、宇宙的起源、宇宙未来的命运预测等方面阐释了宇宙的奥秘。
——认识宇宙特性
有人说宇宙无边无际；有人说宇宙是从母宇宙中诞生出来的，而我们所在的宇宙只是其中一个子宇宙；有人说存在平行宇宙，你在其中一个宇宙，同时还有另外一个你在另一个宇宙；还有人说宇宙的概念是假的，是由物理定律和数学公式结合造出的一个模型。模型，只是数学上的宇宙。事实上，真实的宇宙只有一个，就是今天我们天文学家看到的宇宙，是基于我们所观测到的事实而勾画的宇宙。
宇宙的名字来源？“宇”是上下四方，“宙”是古往今来，也就是空间和时间。中国人在两千多年前就发明了这两个字，这说明我们老祖宗对宇宙的理解是非常准确的，远远贴切于其他文种的名字（如：英文名Universe）。
宇宙几岁了？天文学家测出，从诞生到今天，宇宙的年龄是亿岁。
宇宙有多高？今天宇宙的高度是一串很长的数字，以米为单位，一共26位数，前面五位数我们可以测量出来，是，后面测不准的数字就用零表示。所以宇宙是可以用尺度来丈量的。
宇宙有多重？宇宙的重量用密度来描述，平均是小数点后30个0后克/立方厘米。而这个密度还在降低，因为宇宙还在膨胀，将所以越来越瘦。
宇宙有几口人？宇宙也有人口，像银河系这样的星系有一千亿个，每一个银河系的星系中平均有一千亿颗恒星。但是这个数字不代表永远，因为宇宙成员会诞生也会消亡。
——了解宇宙起源
宇宙来自亿年前的一次大爆炸，大爆炸之后陆续产生了各种天体。宇宙万物皆是运动的。地球会自转也会绕太阳公转，太阳也会绕银河系旋转，其离银河系中心的距离是2万8千光年，太阳每2.3亿年绕转银河系一圈，每小时行进87公里，因此听一小时讲座，我们就在银河系旅行了87万公里。银河系也不是静止的，银河系绕本星系群旋转，其运行的速度是40万公里/小时。
想要认识宇宙，肉眼是远远不够用的，用目前最大的哈勃望远镜可以观测宇宙中的每一个角落。天文学家通过望远镜不仅可以观测到星星，还可以了解其动力、演化以及未来动向。
地球处在宇宙的什么位置？上海在中国的地理位置处在偏远东南，不在中国地理中心，但上海非常繁华，不在中心也发展得非常好；中国也不在地球的中心，位居地球东方，但发展可观。地球是太阳系的第三个行星，也没有在太阳系中心。而太阳系也没有在银河系的中心。假设太阳系正好在银河系的中心，我们的生存就会受到威胁，因为银河系的中心是黑洞，恒星密度太大，会干扰行星轨道的稳定性。从位置上看，人类觉得地球伟大，其实地球只是一颗普通的星球。从尺度上说，人类非常渺小。因而从整体来看人类在宇宙中根本没有任何特殊的位置，即便没有地球、没有太阳，甚至没有银河系，我们的宇宙也照样存在。但我们有聪明的大脑，有卓越的智慧来认识宇宙，探索宇宙，认识万物的演化规律，甚至知道宇宙未来的命运。这是宇宙中其他任何东西都不能做到的！
宇宙学发展迅速，其中为现代宇宙学做出最大贡献的人是哈勃，他于年通过测量得出宇宙在不断膨胀。他在测量的20个星系中，发现离我们越远的星系退行的速度越快，哈勃当时仅观测了一个非常小的范围就得到了这一规律。如今的天文学家把哈勃当年的观测范围扩大了很多倍，也得到如出一辙的结论，即距离越远的星系相互远离的速度越快。
鉴于宇宙是从一个火球爆炸出来的，那我们如何找到大爆炸时的火球？其实每个人回到家里在电视机里都可以看到：当把电视机的信号拔掉时出现一团噪音，99%的噪音是从热温度来的，1%来自宇宙大爆炸的火球。这个火球体现在无线电波段，眼睛看不到，但是电视机的信号可以接收到。其实它最亮的波段并不在电视机工作波段，而是在微波炉的工作波段，波长是1.毫米，而这个波段的电磁波往地球传播的过程中会被大气和云层吸收掉，所以要看清大爆炸的火球只能发射卫星到太空去看，会发现当时的宇宙是一片光明。大爆炸火球遗迹的发现在年获得了诺贝尔物理学奖。
宇宙是有结构的，有的地方是空洞的没有物质，而有些地方有很多银河系一样的星系聚集组成结构。大爆炸到今天亿年，形成了无数的星系和天体，人类希望能找到形成这些星系和结构的种子。经过这么多年的努力，我们看到大爆炸的火球并不是一团均匀，而是有十万分之一的起伏，这是宇宙微波北京辐射温度涨落的发现，同时验证了万物生成的种子。为了验证这些种子是否能演化成今天的宇宙，我们把观测的结果放在计算机里进行模拟，让它演化亿年，而这里面只有一个物理规律——万有引力。亿年会发生什么事？开始的时候一片均匀，经过时间演化有的地方密度变高，逐渐形成一个小团，从而不断吸引别的东西。有的地方比较空，宇宙膨胀会把它拉得更加空，所以密的地方变得更密，空的地方变得更空。而我们发现模拟演化的结果与我们今天所观测到的宇宙一模一样。
宇宙元素的起源。原子核由质子、中子和电子组成。早期的宇宙温度非常高、粒子运动速度非常快，质子、中子、电子根本无法结合，但是随着宇宙的膨胀，温度降到一定程度这三种粒子就可以结合形成原子核。宇宙中形成的第一个元素是氢，氢是由一个质子和一个电子结合组成的，第二个元素是氦，由两个质子、两个中子、两个电子组成。其他元素要形成时，宇宙已经冷却了，并且其他元素比较复杂，结合起来需要更高的能量。所以根据计算，大爆炸之后宇宙只诞生了两个最轻的元素氢和氦。通过简单的比例配对，发现宇宙中物质中氢占了77%，氦占了23%，这就是大爆炸给我们的两个元素。太阳的成分就是77%的氢和23%的氦。木星也是这个比例，只有地球和火星不是。元素周期表里面有种元素，除了氢和氦是宇宙大爆炸时就产生了，其他的元素是怎么来的？元素周期表中除了下方灰色部分是人工合成的非常重的元素，其他元素均来自于天上，它们来自于恒星内部的核反应，两个氢合在一起变成氦，氦合在一起变成锂，锂合在一起变成铍，如此一直合成下去……当太阳系形成的时候，这些元素落在太阳系里，当地球形成的时候把这些元素再抓起来，地球上就有了这些丰富的元素。
宇宙力的起源。自然界有四种力，我们最熟悉的力是万有引力，此外还有电磁相互作用力、弱相互作用力、强相互作用力。既然所有物质来自宇宙大爆炸，那这四种力也必然来自宇宙大爆炸，所以人们提出了“大统一理论”。人们已经把强相互作用力、电磁相互作用力和弱相互作用力统一起来，唯独剩下万有引力，宇宙大爆炸产生的第一个力就是万有引力，有了这个力物质才能被吸引，而产生这个力的时候宇宙温度非常高，压强非常大。在这么高的能量上，地球还不能建造出实验室检验大统一理论是否正确。
——宇宙的命运
宇宙的命运由谁决定？宇宙是继续膨胀下去还是收缩回来？宇宙中物质的多少决定着宇宙未来的命运。宇宙中的物质如果非常多，就会产生足够的引力，可以阻止宇宙继续膨胀下去，相反，如果宇宙中没有那么多的物质，宇宙就会永远膨胀下去。因此关键的指标就是宇宙中物质的数量。宇宙未来会怎么样？有两种结果：如果宇宙中物质比较多，引力比较强，就会阻止膨胀，甚至会收缩，收缩过程中宇宙温度升高，这时万物会被烧死；相反如果宇宙没有那么多物质，就会永远的膨胀下去，温度会越来越低，万物都会被冻死。
俯瞰夜晚的地球，我们可以借助光的分布测算人口分布，从而开展人口普查，光越强，人口越密，事实果真如此吗？有没有例外？放眼中国的东北、延至韩国整片区域，我们发现光的分布并不密集，但这并不代表这里没有人，事实上在朝鲜有两千万人口，但朝鲜在夜晚几乎没有光。天文学家一直拿望远镜看光，认为光是物质的体现，结果发现少估算许多物质。其实宇宙中大部分是暗物质，根本不发光。我们只看到10%的银河系，90%的银河系看不到，事实上大部分的物质是靠运动测出来的。那么，发光物质加上引力和运动测得的物质，足以让宇宙停止膨胀吗？这仅仅达到让宇宙停止膨胀所需物质的27%，仍然没有达到让宇宙停止膨胀的值。
宇宙膨胀我们没有办法阻止，而且宇宙还要加速膨胀。是什么让宇宙加速膨胀？我们知道一个系统没有注入能量是不会膨胀的，现在宇宙都变冷了却还在加速膨胀，这是为什么？这归因于有称之为“宇宙幽灵”的宇宙暗能量存在。现在笼罩在21世纪物理学上的两朵乌云就是暗物质、暗能量。暗物质就在太阳系的周围，而暗能量也是能够感受到的，就是宇宙在加速膨胀。目前，我们只认识了4%的宇宙，还有96%的宇宙是未知的，其核心问题就是不知道暗物质、暗能量的本质是什么。
——揭秘答疑
问：大爆炸有没有时间起点？
实际上是有起点的。时间追溯到10的负43次方秒，这就是时间的起点。
问：谁给了宇宙大爆炸第一推动力？
宇宙大爆炸的能量来自于真空的破缺。简单来说，原来的真空能量比较高，当真空突然从高能态变低能态，能量就出来了。真空是宇宙各个地方都有的，膨胀的时候也是各个地方同时开始，今天全宇宙的真空都处在同一态，就是摄氏零下度。
问：宇宙可以再爆炸一次吗？
宇宙会不会再发生一次真空破缺，导致绝对零度由零下度变为零下度？理论上讲是可以的，但是实际上不可能。理论上，这个真空要从现在再骤变一次，需要宇宙各个地方同时变。当初宇宙爆炸的时候空间比较小，现在空间如此大，各个地方同时改变一次真空态的概率等于零。
问：宇宙中有黑洞吗？
之前上海举办了黑洞的新闻发布会，证明了银河系中心有黑洞。银河系中心的所有星星都围绕一个黑点在转，根据它们运动的椭圆轨道，可以算出来这个黑点的质量，它的质量比太阳大了万倍，所以大家相信这个黑点就是一个黑洞。要看到黑洞十分困难，因为光无法从中逃逸。两年前，全球科学家联合发起一项计划，即动用8台世界级天文望远镜观察两处地方，其一是银河系中心的黑洞，其二是银河系边上质量巨大的星系中心的黑洞，相片证实银河系中心的黑洞是可见的。
问：是否有外星人存在？
人类目前有三种办法来证实，一是找有没有适合人类生存的星球；第二是尝试与外星人通话；第三，寻找是否有可以组成生命的有机分子。第一个方法人们找了30年，去年科学家们观测到了一个几乎与太阳系生存环境十分相似的星系。现在距离和温度都合适的宜居星系找到了，只需要在找到宜居星系之后用射电望远镜来观察行星上是否有氧气和二氧化碳等。上个月科学家有一项重大发现，即在一个星球上发现大气层的液态水，意味着这将会是最值得移民的地方，然而这个行星距离地球有一百多光年。其次即使找到一个宜居星球，若无法诞生生命，则也无法诞生文明，所以找到宜居的星球不代表适合人类。科学家也一直试图与外太空建立联系。年人们建了一个望远镜，让地球转动带着它扫描天空，从而试图接收到外星人的信号。年收到第一个疑似外星人的信号，这个信号至今也没有被破译。目前天文学家们联合了全世界所有的射电望远镜工作，以此达到较高的灵敏度。去年科学家们通过火星车打钻头，在火星的岩石中发现了三种有机物，意味着火星上曾经有过生命，这将是一个十分重要的信息。
问：我们把地球放在这个宇宙的环境中，和人类环境没有任何关系的情况之下，会有地球末日吗？什么东西对人类生存带来威胁？
天文学家认为伽玛射线暴将是人类最大威胁。伽马射线会产生非常强的高能辐射，宇宙中每天都有两到三个伽马射线暴爆发，一秒钟的伽马射线暴爆发会释放出相当于整个太阳一生的能量庆幸的是在银河系至今都没有发现伽马射线暴。天文学家并未知晓其物质机制及爆炸原理。太阳在28亿年后，将会因为膨胀爆炸而毁灭地球，所以28亿年之后地球会变成火球。还有一个威胁来自于水。生命依赖于水，地球上的水资源是有限的。地球上江河、海洋等所有水全部加起来仅仅是一个直径4公里的水球。水是守恒的，它维持人类的生命与生态，然而太阳让其无法守恒。万物生长全靠太阳，而太阳在不断燃烧氢，它的外围会变得越来越亮，有理论计算表明，太阳的亮度每1亿年会增加1%，那么15亿年以后地球的水就全部被蒸发了，这意味着人类还可在地球上存在15亿年。这些是非常长时间尺度上才会发生的事情，所以我们现在完全无需担心。
主持人：中科院院士上海浦东活动中心主任吕君
现场图片
本文来源：陆家嘴金融网
文字：吴天宇、韩静（见习生）、刘书含（实习生）
摄影：陈奕屹
统筹：吴天宇邓元伟