在古代，天文台就是钦天监，
专门算命。
如果我们现在的天文学家重操旧业，
那绝对可以做大做强、再创辉煌。
盘军· 中国科学院国家天文台研究员
格致校园第48期 | 2024年 北京
大家好，我是盘军，一个很普通的天文工作者。我发现，其实大家对天文的了解并不多。
有很多人知道我是做天文的之后，就会特别热情地拉我给他算命，让我给他看星座、看星盘、看命格、看风水。然后问我：“水逆该怎么办？”但我是一个连十二星座都搞不清楚的人，我怎么知道水逆该怎么办？
当然还有比较“懂行”的人，就会跟我讨论外星人、飞碟、玛雅文明还有恐龙大灭绝。
后来我仔细想了想，天文学确实看起来比较玄幻。大家在中学接触到的物理、化学、生物，以及在大学里可能会碰到的各种自然科学，他们研究的对象都是看得见摸得着的。而天文学研究的东西是看得见、摸不着的，很多时候甚至你连看都看不见。
所以，尽管天文学是人类最古老的学科之一，但天文学到底有什么用，仍然是一个非常尖锐的问题。
宇宙里面，众生平等
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我们跟领导要钱造望远镜的时候，一般会画三张“大饼”。
第一是天文学的应用，比如航海、航天时用的天文导航；第二是天文探测技术的转换，比如Wi-Fi、核磁共振；第三是重大天文发现，这会促进整个基础学科的进步，有很多个诺贝尔奖都颁给了天文学家。
但我个人觉得，天文最重要的是对人类精神的塑造。
我在跟大家年纪差不多大的时候，没有手机、没有网络，也没有太多的动画片和电子游戏，当然可能作业也没有各位现在那么多。所以我有大把大把的时间用来发呆瞎想。
那时候我觉得特别奇怪的一点是，为什么我不是人群中最受欢迎的那一个？当时我就怀疑，这个世界是不是给我设置了一种特别的机制，它故意扭曲了我英明神武的形象，故意屏蔽了我各方面都特别优秀的表现？因为天将降大任于我，我在未来肯定会成为一个万众瞩目的大明星。
但后来，我接触的人多了以后，我发现几乎所有人都跟我有同样的想法，都觉得自己可能会成为了不得的人物。慢慢地，我就意识到是我想多了。我之所以没那么受欢迎，就是因为我太平凡。我就是没那么聪明伶俐，也没有那么漂亮帅气。
而这种让我觉得特别“心痛”的领悟，学了天文学以后，我发现它还有个名字，叫做哥白尼原理。什么意思呢？就是在这个宇宙里面众生平等，宇宙平等地向每个智慧生物展示它的奥秘，就算你是外星人也一样。
如果你把哥白尼原理再深入推广一下，就叫做宇宙学原理。那又是什么意思呢？
它的意思就是说，在宇宙中，所有的基本物理规律都是一样的。人类在地球上所总结出来的基本规律适用于宇宙任何地方，包括奥特曼起源的M78星云。
传说中爱因斯坦曾经说过；“宇宙最不可理解的在于它是可以被理解的”。先不管老爱说没说过这句话，但这句话的核心意思就是，前面所说的这个宇宙学原理是整个现代天文学的基础。
如果你我看到的世界不一样，人类在地球上总结的规律和奥特曼在M78星云上发现的物理规律不一样，那么整个天文学也就不存在了。我们在讨论宇宙的时候，就会出现鸡同鸭讲的荒诞情况。
你会说这个螺蛳粉应该拌混凝土，不然十号线会影响恒星的温暖程度。然后我说，这个野生的望远镜没有经过三角函数的炮制，所以新能源奥特曼会影响黑洞的口感。
所以，如果我们所见的宇宙不一样，我们发现的规律不一样，那么肯定是我们所见的世界还不够大，我们看到的宇宙还不够大，我们的分析研究还没有抓住事物的本质。
银河之外是什么
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行万里路、读万卷书。一般说来，我们经历的事情越多、走过的地方越多、看过的世界越大，那么我们思想受冲刷的力度就会越大，我们对人生、对社会、对世界的思考就会越来越深刻越来越全面。
▲摄影：Sandream
前段时间，紫金山-阿特拉斯彗星成为网络热点。很多人看到这个彗星拽着长长的尾巴在黄昏的地平线上，就会热泪盈眶，念天地之悠悠，独怆然而涕下。因为我们再次见到它很可能就是6万年之后了，而且很有可能再也见不着了。
▲太阳系
但这样的彗星和我们地球一样，在整个宇宙体系里面属于最低级别的“青铜”级天体。它的上级领主是太阳。太阳和它的八大行星，以及无数像彗星这样的小天体“仆从”，就组成了我们的太阳系。
太阳当然是太阳系的绝对主宰，它的质量是地球的33万倍，大小是地球的130万倍。但在整个宇宙里面，太阳是微不足道的，而太阳和数千亿个恒星按照一定模式聚集在一起形成的银河系，才是宇宙真正的基本砖块。
银河系很大，它的质量是地球的万亿倍，它的大小也不能用公里来计算了，而是要用多少万光年来表示。而且银河系有着特别精美复杂的结构，看上去就像是一个中间厚、边缘薄还有四条螺旋形花纹的“大盘子”。
在100年前，发生过一次著名的大辩论。有一群天文学家就认为，银河系如此巨大复杂，那么在银河系之外应该就没有别的东西了，是一片空虚，银河系应该是整个宇宙、也就是“整个村”唯一的骄傲。
而另一群天文学家不这么认为。他们认为宇宙是一片大海，银河系只是这个大海中的一个岛屿，大海里应该还存在很多大大小小的其他岛屿。
3年之后，著名的天文学家哈勃就发现了一个叫做仙女座大星云的天体，它非常远，不可能是银河系的一部分，而是另外一个银河系。
现在的天文观测告诉我们，我们能看到的星系大概已经上亿了。当然，这些星系长得不完全一样，最普遍的是像银河系这样的，长着长长的优雅的悬臂，一看就是深受艺术熏陶的文艺少年，这种的叫漩涡星系。
当然还有一些胖乎乎的，一看就比较老实憨厚的，这些叫做椭圆星系。
当然还有一些少数，看上去像是受到过重大打击，然后彻底放飞自我的不规则星系。
这些星系虽然很大，但是相对于它们之间的距离来说还是很小的。因为星系之间的平均距离大概是几百万到数千万光年，而星系的大小大概是几万光年。所以星系在整个宇宙中，看起来也就是一个点。而天文学的一大基本任务，就是把这些星系的位置测出来，然后把它们点在一起，照一张宇宙地图。
▲宇宙网络 Cosmic Web
Claire Lamman/DESI collaboration
星系在空间中所占的位置并不是完全随机的，它会形成一张非常有组织的、精美的三维宇宙网络。在这个网络中间会有很多奇异的结构，有很多星系会聚集在一起形成团块，成为这个宇宙网络的节点。
节点和节点之间，还有那种扭来扭去的丝带连接着。有的地方方圆几亿光年都很少有星系，形成一个“巨洞”；还有的地方星系会聚集排列成巨大宇宙“长城”，蜿蜒逶迤长达十几亿光年。
从行星、恒星、星系，再到上面还有这层被天文学家们叫做宇宙大尺度的结构，我们现在已经知道，宇宙的天体是按照一个体系排列的，它的等级非常森严分明。
在人类认识这个体系的过程中，从哥白尼推翻地心说开始，我们人类一次又一次地确认了，我们的地球、我们的太阳、我们的银河系，乃至我们所在的这个大尺度结构，在整个宇宙中都平平无奇，都是非常平凡的。
而且正如爱因斯坦传说中说过的那样，现在天文学已经建立了一整套理论体系，大体上已经可以解释这个宇宙体系各个层次上的天文现象，各种天体的起源和形成过程以及它的演化。
但是问题就来了，我们怎么知道我们的理论是对的呢？
在虚拟宇宙中看见现实
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天文学不像其他学科可以做实验，这是天文学的遗憾。我们不可能有事没事在家里造个太阳出来玩一玩，也不可能让宇宙重新启动，说我调个参数，你给我再爆炸一次，做个返场表演。
所以我们的办法是什么呢？这跟大家做题做不出来的时候有点像，就是我们去蒙答案。而蒙答案的一种主要办法就是利用超级计算机，模拟一个跟我们现实世界特别相像的虚拟宇宙。
▲计算机模拟的宇宙大尺度结构
一般来说，在大约十天到半个月的时间里，我们就可以完成整个宇宙百多亿年的演化过程。虚拟宇宙跟现实宇宙还特别相像，我们通过对比虚拟宇宙的东西和现实世界里面的东西，就可以知道我们蒙得对不对。
如果我们蒙得挺好，那我们就可以在虚拟宇宙里面找那些在现实世界里面还没有看到的东西，然在再到现实里拿望远镜去搜。
▲计算机模拟的漩涡星系
这样大规模、高精度的数值模拟确实是需要专业的天文知识，还需要高超的计算技术，也需要强大的计算机，但在原理上它其实是非常简单的。
如果大家要求不高的话，以这个宇宙大尺度结构模拟为例，我们其实可以在家里的计算机或者你的笔记本电脑上造一堆“丐版”的宇宙虚拟网络。
简单来说，就是你可以在计算机里面画一个立方体盒子，边长大概十几亿光年，你再往里面撒上几百万个粒子，每个粒子的大小大概是银河系的1/10，然后你就让它在牛顿定律的作用下自己计算。
几个小时之后，你就会发现，你创造了一个跟现实宇宙特别相像的虚拟世界。你成了创世的上帝，宇宙尽在掌握。
这就是现代天文对人类无法靠近触摸的日月星辰和黑暗宇宙探索的成功之处，它给了我们一种特别宝贵的、强烈的信心。那就是无论多么神秘、多么不可思议的现象，只要你敢打破偏见，跳出迷信，愿意实事求是，那么你总能认识它的真相，掌握它的规律。
从钦天监到天文学家
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说到这儿，有的人可能就会想，如果给我一台极其强悍的计算机，然后把宇宙中某一个时刻所有的粒子位置、速度还有其他等等必要的信息输进去，那么我们就应该可以计算出一个跟现实完美符合的宇宙，我们就可以预测未来，可以把每个人的历史都搞得一清二楚。
我们天文学确实有算命的传统，在古代，天文台就是钦天监，专门给皇家算命，这是历史悠久、传承深厚的。如果我们现在的天文学家再重操旧业，那绝对可以做大做强、再创辉煌。
但是，有个遗憾之处在哪里呢？首先，我们不可能做到无误差的测量。所有的测量都是有误差的。其次，就算你有超级的测量仪器，根据量子力学的测不准原理，也就是海森堡不确定性原理，你不可能同时测准粒子的位置和速度。如果你选择测量位置，那么速度就有误差；如果你选择测量速度，那么你的位置就搞不准。而且宇宙是一个特别复杂的网络系统，各种物理过程纠缠在一起。
既然我们对宇宙的测量或多或少都有一些误差，这些误差叠加在一起，再经过上百亿年的演绎，那么最后你的计算结果就有可能跟现实世界的走向发生极大的偏差。也就是说，在虚拟宇宙算出来的东西跟现实世界是完全对不上的。这个可能就跟大家听说过的“蝴蝶效应”很相似：南美洲一只蝴蝶扇了下翅膀，可能就引发了美国得克萨斯州的一场风暴。
既然我们算不准这个世界，那么天文学的存在还有什么意义呢？当然，这也是我们现在想问的一个问题，也是我们经常想问自己的一个问题。
这个问题的答案是什么呢？我们有可能会创造出一堆宇宙，在每个宇宙里，我们的命运都是不同的。我们做一个平均，然后再看看各种命运出现的概率是多少，大概就可以预测了。
但是，我们不可能对每个人的命运做出准确的预测和判断。人生大概也是如此，很多时候，就是一些小事让你的人生轨迹发生了变化。
我记得我博士毕业那会儿，本来是想去伦敦做金融的。但是在签约前的一周，夏威夷大学给我打了一个电话，让我到他们那儿做博士后。当时我一想，夏威夷那是什么地方？山下是阳光、沙滩、大海，山上是世界最先进的望远镜，钱算什么东西啊？于是我就选择了天文。
但是没想到的是，选择了天文之后，我一条路就走到了“黑”，到现在还是一个做天文的普通人，每天的工作就是跟一帮人在计算机里面造宇宙，要么就是“纠集”一帮同伙去找领导要钱造望远镜。
相对于这个浩瀚的宇宙，人生的道路没有那么多永恒和伟大。每条路都有它自己的好处，也都有它自己的艰难之处，而且都充满了意外。你也不可能事先知道，你的选择会导致你有什么样的命运。
但我们确切知道的是，在这个宇宙里面，即使是再微小的尘埃，它也会发出辐射，改变世界前进的轨迹。而再黑暗的物质，它也会在时空中留下痕迹，与宇宙同在。
谢谢大家！
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