面对未知的宇宙，
人类永远是个好奇的孩子。
“不得了，天文知识增加了！”【第30期】
Q1：
【提问】140亿年前，宇宙为什么会爆炸啊？
A：
很有趣的是，宇宙138亿年前发生的是大爆炸，可能是英国天文学家弗雷德·霍伊尔的错。1949 年，他在 BBC 电台演讲时，用“Big Bang”这个称呼来批评他不赞成的这种宇宙起源模型。结果这个形象的词语反而被普遍接受。中文翻译成“大爆炸”，是因为“爆炸”这个词直观地表现出一种剧烈、从一点向外扩展的印象，尽管科学上它并非在空间中“炸开”，而是空间本身的膨胀。
对于大爆炸来说，并不是物质被弹射出去，而是宇宙本身在膨胀，是空间本身在膨胀。物质就像是画在气球上的花纹一般被抻开，花纹与花纹之间距离越来越远。或者像是一团正在烘烤的葡萄干面包，物质就是其中的葡萄干，而空间就是面包坯，伴随着烘烤进行面包不断涨大，葡萄干相互之间也越来越远。
而事实上，我们今天所说的“大爆炸”，并不是一开始就被科学家设想出来的，而是一步步研究反推的结果。20 世纪初，爱因斯坦建立了广义相对论，他本人更相信一个静态宇宙，甚至人为加上“宇宙学常数”来维持稳定。但 1920 年代，弗里德曼和勒梅特利用广义相对论解出一个不断膨胀或收缩的宇宙模型。真正的观测证据来自1929年哈勃的发现：星系的光谱普遍红移，且红移与距离成正比。这就是“哈勃定律”，说明宇宙整体在膨胀。既然现在在膨胀，那么往回推，它曾经必然极度致密与炽热，这就是大爆炸模型的雏形。
1965 年，彭齐亚斯和威尔逊偶然发现了弥漫在天空的宇宙微波背景辐射（CMB），也就是大爆炸的直接证据。对这种辐射的精确测量，确认宇宙诞生在约 138 亿年前。于是，大爆炸逐渐从假说变成了标准宇宙学模型。因此大爆炸这一事件只是宇宙演化过程中的一个比较关键的节点，恰好发生在了138亿年前，至于是什么催生了这一事件，很遗憾，即使我们已经追溯到了宇宙最初的 10^-35 秒，也无法得知为何这场爆炸会发生。
【智障机器人：要是当初起名叫“时空度规奇点引发的高能量密度初始条件理论”你们现在就没这么多问题了！】
Q2：
【提问】光有重量吗？来自一个小男孩六岁时的提问。
A：
“先说结论：可以说是有的。如果从物理学定义来说，重量是引力作用在质量上的表现，而光子没有静止质量，因此你当然不能把它放到秤上称重。不过，光倒也并非“无牵无挂”，它携带着能量和动量，仍然会受到引力场的影响。爱因斯坦的广义相对论早就预言过这一点，所以才有著名的“引力透镜”。换句话说，如果光在地球的引力场里也会被拽一下，某种意义上它也算是有“重量”的。
宇宙引力透镜。
那么，人类有没有真的测量过光因为地球产生的“重量”呢？答案也是有的。理论计算显示，地球引力能让光弯曲的角度大约只有十亿分之一弧度，比太阳弯光效应小几百万倍，几乎不可能用肉眼或普通望远镜观测。可科学家们并没放弃。1991 年，Turyshev 和 Anderson 就提出可以通过月球激光测距来检验这一效应。随后千禧年初天文学家 利用甚长基线干涉（VLBI）和卫星激光测距，精确测量远方类星体的射电辐射在掠过地球时的极微弱偏折。结果表明，这种近乎不可思议的小小弯曲确实存在，而且与爱因斯坦的预测完全一致。
【智障机器人：光，的确有一点“重量”。】
引力透镜原理示意图。背景源天体（图中的星系-galaxy）发射出的光线由于前景透镜天体（图中的星系团-galaxy cluster）导致的时空弯曲而偏折（弯曲的光线-distorted ligh-rays，图中橘色线表示），从而产生被拉伸的巨弧状结构。来源 / NASA/ESA
Q2：
【提问】如何穿越时空回到过去？
A：
欢迎收看本期生活小常识——回到过去的操作指南。
时光不等人，回到过去想来也不是一件轻松的事情，如何快速省力的回到过去呢，小编这就来带你看看咱们怎么又快又好的回到过去。
爱因斯坦的相对论告诉我们，时间与空间并非分离，而是交织成整体的“时空”。如果你能以接近光速运动，时间对你来说会比地球上的人流逝得更慢，这就是“时间膨胀”。遗憾的是，这种方式只能让你“去未来”，却不能真正倒流到过去。
理论物理提供了另一种可能：闭合类时曲线（Closed Timelike Curve，CTC）。在广义相对论的一些解中，它允许物体沿路径返回到自己的过去。哥德尔宇宙解、虫洞解、旋转黑洞解中都出现过这样的数学模型。但问题在于，它们要么需要“负能量物质”这种虚无缥缈的奇异物质，要么在现实宇宙中极度不稳定，很可能在你踏入之前就被量子效应摧毁。
闭合类时曲线。
那如果你说，咱就非要回去，又该咋办呢？
第一步是造一艘能接近光速的飞船。化学燃料远远不够，你需要反物质推进，甚至利用黑洞辐射驱动。飞到光速边缘虽然无法逆转时间，但至少能证明你能操纵时间的流动。接着，你必须建造一对稳定的虫洞。理论上，只要用奇异物质维持虫洞的“咽喉”，就能打开时空通道。
时光隧道想象图。
随后，把虫洞的一端加速到接近光速，再让它返回，两端之间会出现时间不同步。若虫洞能保持稳定，你就可以从“现在来的入口”进去，从“过去的出口”出来。听上去似乎可行，但现实中，它几乎必然会在你靠近前因量子涨落而坍塌。
假设你真的成功跨越了，接下来就是因果的审判：如果你改变了过去，宇宙会怎样？可能有三种结果——第一，悖论禁止，宇宙让你无法触动关键事件；第二，平行世界，你进入的只是另一条历史分支；第三，也是最阴暗的一种，因果闭环引发时空自毁，连你和虫洞一起化为乌有。
宇宙结构想象图。
根据现有物理，整个计划的成功率接近于零。
你可以设计飞船，可以寻找奇异物质，可以在数学上建造虫洞，但在真正触碰过去之前，一切都会因能量不足、结构不稳或逻辑悖论而终止。最可能的结果是，你从梦中醒来，发现所谓的“回到过去”，只是一场黄粱一梦。
【智障机器人：睡吧，梦里啥都有。】
Q2：
【提问】在黑洞边缘散步是什么体验？
A：
最近的旅游圈up主是真的哪里都想去，好在黑洞在宇宙中的确还是有很多的。
假设你靠近一个典型质量为10太阳质量的恒星级黑洞，其事件视界半径约为30公里（按照史瓦西半径公式计算）。当你距离事件视界几百米时，潮汐力就会非常巨大。以地球上人的身高1.7米为例，沿径向的潮汐力可达到10^9牛顿级别，足以瞬间把人撕成细丝；横向则被压缩，科学上称为“面条化效应”，这几乎是瞬间的物理毁灭。所以咱们的游客迈出第一步的瞬间就会被拉丝（物理），应该来不及记录下自己的体验实况。
如果我们换成银河系中心超大质量黑洞——射手座 A*，质量约4 × 10^6倍太阳质量，事件视界半径约为1.2 × 10^7公里（约0.08 AU），这种超大质量黑洞的潮汐力将会远小于恒星级黑洞。此时，即使在事件视界附近溜达，人体也不会被立即拉伸撕裂，但相对论效应将会极端明显：外界时间流逝远快于你所感受的时间。假设你在事件视界附近溜达了1小时，外界可能过去数年甚至数十年。同时，黑洞周围的光线发生严重引力弯曲，你会看到星空被环绕成光环，周围恒星的光线因引力红移而逐渐变暗消失。
《星际穿越》中黑洞的形象 /《星际穿越》
此外，任何你尝试发出的信号都会被无限红移，外界永远无法收到；你也无法返回，事件视界内的引力让逃逸速度超过光速。因此你的测评将永远无法发送出来，只能成为你在生命终末自娱自乐的读物。
【智障机器人：泻药，人在视界边缘，目前感觉良女子——】
Q5：
【提问】地外生命在哪里？
A：
有理由相信，这个问题的答案，科学家们比读者们更想弄清楚。
在浩瀚的宇宙中，人类一直追问：地外生命在哪里？到目前为止，答案依旧是沉默。观测数据显示银河系或许拥有数百亿颗位于宜居带的类地行星，但即便数量如此庞大，我们却没有在任何一颗行星上找到生命的迹象。更让人绝望的事，即使生命有可能出现，受限于星际消光对信号的掩盖和光速传播的有限性，它也可能在星际尘埃的深处永远寂静无声。
阿雷西沃信息。/ 阿雷西沃天文台
太阳系内部也并非毫无希望。木卫二（欧罗巴）、土卫二（恩克拉多斯）和木卫三（盖尼米德）被认为可能拥有地下液态海洋，这些环境与地球深海热液喷口有相似之处。在地球上，热液喷口中即便没有阳光，也能孕育出丰富的微生物生态，这为冰下海洋可能存在生命提供了可信的类比。火星也长期是重点对象，其古老地层中有水活动痕迹，今天地下可能仍保留咸水湖。
更遥远的方向是通过系外行星大气的光谱特征寻找“生物命印迹”。如果某个行星的大气中同时存在大量氧气和甲烷，这种组合很难靠纯粹的物理化学过程维持，可能意味着生命活动。
但也许，人类就是孤立的存在。我们在银河系的边缘点燃文明的微光，却无人回应。生命的出现也许只是偶然的奇迹，而宇宙的基本法则是荒凉与寂静。
【智障机器人：等等，我算算解答这个问题得发给我几个诺贝尔奖。】
收获知识，收获快乐~
【不得了，天文知识增加了！】栏目Q&A：
Q1. 没有被精选留言是否都能看到？
当然啦，我们每期都会确定平台的提问情况，并把问题汇总在一起。
Q2. 本期没有被选上的问题，是否意味着落选了？
大家提出的所有问题都会进入我们的汇总题库，每期由小编从中挑选抽取。由于问题量大，可能偶有遗漏，如果你的问题还没有被解答，请反复多次敲击我们。另外，问题的需求量、时效性和趣味性会被优先考量，同类问题我们也会作出一些筛选，还请小星星们耐心等待持续关注，或许哪一期就被翻牌子咯？
Q3. 提问的正确姿势是什么？
在本条推送下留言，姓名 +【提问】：我这么可爱选我的问题好吗？（大误）
科学审核 / 苟利军 审查 / 缓缓
编辑 / 怀尘