自从人类文明诞生以来，事实上，我认为早在有记载的人类历史之前，人类仰望苍穹，发出一系列宇宙之问：那里有什么？为什么恒星、行星和太阳会移动？宇宙有多大？我们从哪里来？我们将要走向哪里？最重要的，我们在宇宙中是孤独的吗？
很久以前的希腊文明，希腊哲学家柏拉图和他的学生亚里士多德就绘制了一幅宇宙的图景——宇宙学的模型。非常简单，地球是一个作为宇宙中心的球体，所有的行星和恒星，甚至太阳都在绕着地球运动，他们称之为“天球”。这种地心说模型曾经非常流行，它被另一位希腊天文学家托勒密标准化。在1200多年里，这一直是我们宇宙的标准图景，地球在中心，一切都围绕着地球旋转。
直到尼古拉·哥白尼，情况才发生改变。
1543年，他出版了这本极其重要的书《天体运行论》，哥白尼大胆地将宇宙的位置从地球改为太阳，他说：“不，不，不，不。太阳是静止状态的，地球和行星绕着太阳运动。”这个日心说模型是由布鲁诺推广的，他很有想象力。他说，事实上，想象一下我们在天空中看到的所有星星，也许每一颗恒星都像太阳一样，它只是非常非常远。而且每一颗恒星很可能都像太阳一样有行星。他甚至说，也许其中一些行星是有生命的。
布鲁诺在16世纪就考虑过系外行星，但这些想法在当时太富争议，他们是异端邪说。事实上，如你们所知，他们为了这些观点烧死了布鲁诺。
1610年伽利略发明的望远镜是下一个重大发展。伽利略不仅使用肉眼，还使用了这个特殊的新工具，即望远镜。他意识到这些恒星一定很远，因为即使有了他发明的望远镜，它们仍然是一个点。这意味着宇宙真的很大，太大了，以至于你无法分辨出所有遥远的太阳。
在伽利略之后的很长一段时间里，甚至到1785年，天文学家威廉·赫歇尔都认为整个宇宙只是一个银河系。就是这样，所有恒星属于银河系。这是整个宇宙。但他认为太阳位于银河系的中部，一切都围绕着我们，人类，人类文明。如果你仔细想想，那是相当傲慢的，这可能是当时宗教观点的副产物。
但并不是所有人都同意。哈罗·沙普利，他是哈佛大学天文台的主任，改变了我们在银河系的位置。
哈罗·沙普利研究了一种被称为球状星团的天体，这是球状星团的一个例子，是数千，成千上万颗恒星的集合。他想知道天空中球状星团的分布和位置。他使用的工具叫做造父变星，这是一种亮度会周期性地上下起伏的恒星，这是一个周期变星。非常重要的是，他有一个助手，她的名字叫亨丽爱塔·勒维特，她有了一个非常重要的发现。勒维特意识到恒星的光度取决于周期：恒星越亮，周期就越长；恒星越暗淡，周期就越短。
这光度变化的周期意味着可以使用造父变星作为标准烛光。它是一个距离指示器，这很容易理解。想象一下你有一个100瓦的灯泡，如果它离你很近，那它就很亮；你把它放得远一点，它就变暗。你把它放在很远的地方，它就非常非常暗弱。所以，仅仅通过观测造父变星的亮度，你就可以推断出它们的距离。
沙普利使用这种技术来绘制银河系中球状星团的分布图。他很惊讶地发现它们并不对称，看看太阳是否在银河系的中心。如果你抬头一看，所有的球状星团都应该是均匀分布的，但是你会看到球状星团是在一边的，是不对称的。这就意味着太阳并不在银河系的中心位置，这是一个非常重要的认识。
但是，天文学界仍然对他们所谓星云的本质感到非常困惑。自从查尔斯·梅西耶出版了他著名的星云目录后，星云就开始为人所知。这些模糊、延展的天体它们是什么？它们是银河系内部的天体，银河系的一部分，还是银河系之外的天体？事实上，是独立的星系。
这场争论早已存在很久了。有些人，如伟大的德国哲学家伊曼努尔·康德，就认为它们是宇宙岛屿，星云是银河系之外的独立星系。但该如何证明这一点呢？
最重要的进展来自于这位先生，埃德温·哈勃。埃德温·哈勃可能是现代最重要的天文学家，他在著名的卡内基天文台工作。这是最近的照片，天文台仍在运行，它在加州洛杉矶外的帕萨迪纳市，我有幸在来中国工作之前，在这里工作了15年。
哈勃使用的是当时最大的望远镜。这是位于帕萨迪纳的威尔逊山顶上的2.5米望远镜。他正在研究仙女座星云，仙女座星云是天空中最亮的星云，他正在寻找新星。
新星是一个突然出现的恒星，新星来自拉丁词“新的”，所以它是一颗突然变得明亮的恒星。1923年10月6日的夜晚，也就是距今大约100年前，哈勃有了一个非常重要的发现。他意识到其中三个新星，其中一个，在右上角的一个，是变化的。他非常兴奋，所以他拿出他的笔，一支红笔，划掉了N，换上了var，V-A-R，意思是变星。他非常激动，打了个感叹号。他发现了什么？他在仙女座星云中发现了一颗造父变星。
这一点非常重要，因为这样你就可以使用亨丽爱塔·勒维特的速度关系的周期。从31.4天的周期，也就是大约一个月的时间，你可以推断出这个距离是90万光年。这距离很远，绝对在银河系之外。这意味着仙女座星云其实是仙女座星系。这是一个历史性的成就，因为这意味着所有其他的星云，有很多很多，成千上万个，很暗弱。有些很亮，有些则很暗。这意味着宇宙真的非常大，比我们历史上知道的大的多。
但他们有多远呢？它有多大？下一个重要的突破也来自埃德温·哈勃，他使用2.5米望远镜，因为他用它来测量这些星云的速度，他使用多普勒位移，即光的多普勒位移，来测量速度。我们意识到，星系越远，移动得也越快，它们都在远离我们，这被称为红移。所以，v是速度，d是距离，H我们现在称之为哈勃常数。
哈勃在1929年意识到我们周围所有的星系都在远离。这意味着什么？其影响令人震惊。这意味着宇宙正在膨胀，它正在膨胀。
它不仅很大，而且还在膨胀。这其实很容易理解，如果想象一下我们都坐在一只气球的表面，我们所有人，可以吗？而这个气球正在膨胀，气球上的每一点都在膨胀，你不在中心位置，没有中心，每个人都在远离你。距离越远，膨胀得速度就越快。宇宙正在膨胀，如果它在膨胀，这意味着在过去，宇宙一定曾经更小，而且一定有一个开端。一定有一个时刻，宇宙非常非常小，非常非常致密，这就是宇宙大爆炸想法的由来，是现代宇宙观的起源。
事实上，我们现在知道，138亿年前的宇宙开始于一场剧烈的爆炸，如此强烈以至于时空的结构在不到一纳秒内就被拉伸到了巨大的维度。哈勃观测到的这种膨胀在今天仍能看到。自然界的基本力、物质、能量，都是在这短暂的早期瞬间创造出来的。
然而，大多数情况下，它是黑暗的。我们知道在这个极早期瞬间产生的量子涨落导致密度场的变化，这就是今天可以直接观测到的宇宙微波背景。宇宙微波背景辐射基本上是一幅宇宙的婴儿图像，当时宇宙非常年轻，在大爆炸后仅38万年。
然而，宇宙中的大部分物质都是黑暗的。你们很多人都听说过暗物质吗？我们不知道这个暗物质的性质。在大爆炸后的几亿年里，暗物质的浓度越来越大，与普通物质氢、氦相反，它会导致这些物质坍塌、冷却、凝结，并最终产生照亮宇宙的第一代恒星，我们称之为再电离的时代。
最初出现的暗物质还在继续增长，因为引力只是想让物体变得更密集，质量越来越高，这就是重力的作用。它会产生越来越大的物质团块，最终，这些物质形成了巨大的纤维状结构，我们称之为宇宙之网。当这些纤维并合时，就形成了星系，星系团和超级星系团。
我现在展示的是一张以埃德温·哈勃命名的哈勃太空望远镜拍摄的照片。这是有史以来拍摄的最深的深空照片，你看到的是在过去120亿到130亿年里星系如何形成和演化的考古记录。其中一些星系非常奇怪，它们的形状是我们今天看不到的。其中一些看起来像现在的星系，但很多都是婴儿星系，并不像现在的星系。这些原始星系最终将成为我们在当今宇宙中看到的美丽、宏伟的结构，就像这些椭圆星系一样。
我们有具有清晰的盘的星系和有壮观旋臂的星系。这些旋臂上充满了年轻的恒星、气体和尘埃，但它们并不是孤立的，你可以看到非常群居的星系。由于重力，其中一些被拉在一起，它们会相互作用。它们相互缠绕，相互碰撞，最终它们合并。
所以星系在相互作用中不断变化。但还有更为壮观的，我们现在知道，这些星系的中心，事实上，大多数都包含超大质量黑洞，即质量是太阳质量的数百万到数十亿倍的黑洞。这些黑洞非常饥饿，它们什么都吃，它们吞掉了周围的恒星和气体。它们会释放出大量的能量返回到星系，从而影响星系的演化。最亮的比星系中所有的恒星都要亮，我们称它们为类星体。
我们可以看到类星体在宇宙的非常、非常早期的阶段，已经包含了非常巨大的黑洞。其中一些甚至更奇特，射电天文学家告诉我们，他们可以产生喷流，这些巨大的物质喷流以接近光速从黑洞中喷出，向外散射到距离星系数十万光年的地方。
所以我已经带给你们一场盛大的宇宙之旅，现在让我带你们回到我们的银河系家园。这是我们银河系的样本，它是一个旋涡星系。我们住在这里，离中心很远，在银河系的郊区，星际空间并不是真空。恒星之间充满了气体，其中一些气体会变得非常致密，并最终坍缩，形成新一代的恒星。当恒星被制造出来时，一些物质会形成一个盘，这是恒星形成遗留下来的物质碎片，盘中的物质可以结合成我们称为星子的小天体。
这些星子最终会变成更大的天体，然后成为行星。在过去的30年里，天文学家在太阳系之外发现了5000多颗行星。事实上，我们现在知道每颗恒星至少包含一颗行星。太阳系有8颗，对吧？但是假设它们只有一颗行星，银河系有2000亿颗恒星。这意味着银河系至少有2000亿颗行星，其中有百分之几，5%，大小合适，位置合适，可能拥有生命，我们称之为宜居带，这是一个液态水可以生存的地方。它不会冷到结冰，也不会热到蒸发。
这些都是地球上的碳基生命存在的必要条件。
最后，让我提醒你这段神奇的旅程，从不知道银河系的本质到在宇宙的边缘发现超大质量黑洞和系外行星，这段进展只是发生在过去100年，几十年而已，但它严重依赖于大型望远镜的发明，如哈勃使用的2.5米望远镜，位于夏威夷的10米级望远镜等，人们用来发现系外行星。
不仅在地面上，而且在太空，我们发射望远镜冲出大气层。例如，哈勃太空望远镜对黑洞的发现非常重要。
两年前，美国航天局发射了重要的红外空间望远镜詹姆斯·韦布（JWST），它可以一直回望到星系和类星体形成的最初时期。中国正在取得巨大的进步。顾逸东院士很快将会介绍我们中国空间站，它已经成功发射，已经成功组装。很快我们将发射一个望远镜，中国空间站工程巡天望远镜CSST，它能力巨大，威力是哈勃太空望远镜的几百倍，这将给我们提供新的突破和关于宇宙的新观点。
最后，我想说，这只有100年的时间。
100年在人类历史上算漫长吗？不，很短暂。即使以中国历史的标准来看，也是非常、非常短暂的。但我们又走了多远呢？这张照片是1923年的上海，当时哈勃在仙女座大星云发现了那颗造父变星。今天，当然，这是2023年的上海。朋友们，你能想象在未来的100年里你会发现什么吗？到那时我已经不在了。你们中的一些人会的，或者你们的孩子们会的。人类历史、人类文明史的下一篇章，将会由你们来书写。非常感谢！