宇宙_3000字

宇宙　

　太陽、月亮、星星、銀河……壯麗而遙遠、神秘但可知的宇宙，總會讓我們浮想聯翩，　

引起我們深深的思索。　

　別急，跟着我來吧！　

　宇宙論是一門既古老又年輕的學科。作為宇宙里高等生物的我們是不會滿足於自身的　

生存和種族的綿延，還一代代不懈地探索着存在和生命的意義。但是，人類理念的進化　

是極其緩慢和艱苦的。從亞里士多德——托勒密的地心說到哥白尼——伽利略的日心說　

的演化就花了2000年的時間。令人吃驚的是，儘管人們知道世間的一切都在運動，只是　

到了本世紀20年代因哈勃發現了紅移定律后，宇宙演化的觀念才進入人類的意識。人們　

甚至從來沒有想到過宇宙還會演化。牛頓的萬有引力定律表明，宇宙的物質在引力作用　

下不可能處於穩定的狀態。即使在愛因斯坦的廣義相對論中，情況也好不到哪兒去，為　

了得到一個穩定的宇宙模型，他曾將宇宙常數引進理論中。他們都希望在自己的理論中　

找到穩定的宇宙模型。可見，宇宙演化的觀念並不是產生於這些天才的頭腦之中。　

　　一位著名的科學家（據說是貝特郎·羅素）曾經作過一次關於天文學方面的講演。　

他描述了地球如何繞着太陽運動，以及太陽又是如何繞着我們稱之為星系的巨大的恆星　

群的中心轉動。演講結束之時，一位坐在房間後排的矮個老婦人站起來說道：“你說的　

這些都是廢話。這個世界實際上是馱在一隻大烏龜的背上的一塊平板。”這位科學家很　

有教養地微笑着答道：“那麼這隻烏龜是站在什麼上面的呢？”“你很聰明，年輕人，　

的確很聰明，”老婦人說，“不過，這是一隻馱着一隻一直馱下去的烏龜群啊！”　

　　大部分人會覺得，把我們的宇宙喻為一個無限的烏龜塔相當荒謬，可是為什麼我們　

自以為知道得更多一些呢？我們對宇宙了解了多少？而我們又是怎樣才知道的呢？宇宙　

從何而來，又將向何處去？宇宙有開端嗎？如果有的話，在這開端之前發生了什麼？時　

間的本質是什麼？它會有一個終結嗎？在物理學上的一些最新突破，使一部分奇妙的新　

技術得以實現，從而對於回答這些長期以來懸而未決問題中的某些問題有所啟發。也許　

有一天這些答案會像我們認為地球繞着太陽運動那樣顯而易見——當然也可能像烏龜塔　

那般荒唐可笑。不管怎樣，唯有讓時間來判斷了。　

　　早在公元前340年，希臘哲學家亞里士多德在他的《論天》一書中，就已經能夠對於　

地球是一個圓球而不是一塊平板這一論點提出了兩個很好的論據。第一，他認為月食是由　

於地球運行到太陽與月亮之間而造成的。地球在月亮上的影子總是圓的，這隻有在地球　

本身為球形的前提下才成立。如果地球是一塊平坦的圓盤，除非月食總是發生在太陽正　

好位於這個圓盤中心之下的時候，否則地球的影子就會被拉長而成為橢圓。第二，希臘　

人從旅行中知道，在越往南的地區看星空，北極星則顯得越靠近地平線。（因為北極星　

位於北極的正上方，所以它出現在處於北極的觀察者的頭頂上，而對於赤道上的觀察者，　

北極星顯得剛好在地平線上。）根據北極星在埃及和在希臘呈現出來的位置的差別，亞　

里士多德甚至估計地球大圓長度為 400斯特迪亞。現在不能準確地知道，一個斯特迪　

亞的長度究竟是多少，但也許是200碼左右，這樣就使得亞里士多德的估計為現在所接受　

數值的兩倍。希臘人甚至為地球是球形提供了第三個論據，否則何以從地平線外駛來的　

船總是先露出船帆，然後才是船身？　

　　亞里士多德認為地球是不動的，太陽、月亮、行星和恆星都以圓周為軌道圍繞着它　

轉動。他相信這些，是由於神秘的原因，他感到地球是宇宙的中心，而且圓周運動最為　

完美。在公元後兩世紀，這個思想被托勒密精製成一個完整的宇宙學模型。地球處於正　

中心，包圍着它的是八個天球，這八個天球分別負載着月亮、太陽、恆星和五個當時已　

知的行星：水星、金星、火星、木星和土星。這些行星被認為是沿着附在相應　

天球上的更小的圓周運動，以說明它們在天空中被觀察到的相當複雜的軌跡。最外層的　

天球被鑲上固定的恆星，它們總是停在不變的相對位置，但是總體繞着天空旋轉。最後　

一層天球之外為何物一直不清楚，但有一點是肯定的，它不是人類所能觀測到的宇宙的　

部分。　

　　托勒密模型為預言天體在天空的位置提供了相當精密的系統。但為了正確地預言這　

些位置，托勒密必須假定月亮軌道有時離地球比其他時候要近一倍，這意味着月亮有時　

看起來要比其他時候大一倍。托勒密承認這個瑕疵，儘管如此，他的模型雖然不是普遍　

地、卻是廣泛地被接受。它被基督教接納為與《聖經》相一致的宇宙圖象。這是因為它　

具有巨大的優點，即在固定恆星天球之外為天堂和地獄留下了很多地方。　

　　然而，1514年一位名叫尼古拉·哥白尼的教士提出了一個更簡單的模型。（起初，　

可能由於害怕教會對異端的迫害，哥白尼只能將他的模型匿名地流傳。）他的觀念是，　

太陽是靜止地位於中心，而地球和其他行星繞着太陽作圓周運動。將近一個世紀以後，　

他的觀念才被認真地接受。後來，兩位天文學家——德國的約翰斯·開普勒和意大利的　

伽利雷·伽利略開始公開支持哥白尼的理論，儘管它所預言的軌道還不能完全與觀測相　

符合。直到1609年，亞里士多德——托勒密的理論才宣告死亡。那一年，伽利略用剛發　

明的望遠鏡來觀測夜空。當他觀測木星時，發現有幾個小衛星或月亮繞着它轉動。這表　

明不象亞里士多德和托勒密所設想的，並不是所有的東西都必須直接圍繞着地球轉。　

（當然，仍然可能相信地球是靜止地處於宇宙的中心，而木星的衛星沿着一種極其複雜　

的軌道繞地球運動，表觀上看來它們是繞着木星轉動。然而哥白尼理論是簡單得多了。）　

同時，開普勒修正了哥白尼理論，認為行星不是沿圓周而是沿橢圓（橢圓是被拉長的圓）　

運動，從而使預言最終和觀察相互一致了。　

　　就開普勒而言，橢圓軌道僅僅是想當然的，並且是相當討厭的假設，因為橢圓明顯　

地不如圓那麼完美。雖然他幾乎是偶然地發現橢圓軌道能很好地和觀測相符合，但卻不　

能把它和他的行星繞太陽運動是由於磁力引起的另一思想相互調和起來。對這一切提供　

解釋是晚得多的事，那是由於1687年伊薩克·牛頓爵士出版了他的《數學的自然哲學原　

理》，這部也許是有史以來物理科學上最重要的單獨的著作。在這本書中，牛頓不但提　

出物體如何在空間和時間中運動的理論，並且發展了為分析這些運動所需的複雜的數學。　

此外，牛頓提出了萬有引力定律，根據這定律，宇宙中的任一物體都被另外物體所吸引，　

物體質量越大，相互距離越近，則相互之間的吸引力越大。這也就是使物體落到地面上　

的力。（由於一個蘋果落到牛頓的頭上而使他得到靈感的故事，幾乎肯定是不足憑信的。　

所有牛頓自己說過的只是，當他陷入沉思之時，一顆蘋果的落下使他得到了萬有引力的　

思想。）牛頓繼而指出，根據他的定律，引力使月亮沿着橢圓軌道繞着地球運行，而地　

球和其他行星沿着橢圓軌道繞着太陽公轉。　

　　這不會對行星運動的預言有重大的影響，然而卻允許無限顆恆星的分佈保持平衡—　

—鄰近恆星之間的吸引力被遠隔恆星之間的斥力所平衡。然而，現在我們知道，這樣的　

平衡是不穩定的：如果某一區域內的恆星稍微互相靠近一些，引力就增強，並超過斥力　

的作用，這樣這些恆星就會繼續落到一起。反之，如果某一區域內的恆星稍微互相遠離　

一些，斥力就起主導作用，並驅使它們離得更開。　

　　哈勃的發現暗示存在一個叫做大爆炸的時刻，當時宇宙的尺度無窮小，而且無限緊　

密。在這種條件下，所有科學定律並因此所有預見將來的能力都失效了。如果在此時刻　

之前有過些事件，它們將不可能影響現在所發生的一切。所以我們可以不理它們，因為　

它們並沒有可觀測的後果。由於更早的時間根本沒有定義，所以在這個意義上人們可以　

說，時間在大爆炸時有一開端。必須強調的是，這個時間的開端是和早先考慮的非常不　

同。在一個不變的宇宙中，時間的端點必須由宇宙之外的存在物所賦予；宇宙的開端並　

沒有物理的必要性。人們可以想像上帝在過去的任何時刻創造宇宙。另一方面，如果宇　

宙在膨脹，何以宇宙有一個開端似乎就有了物理的原因。人們仍然可以想像，上帝是在　

大爆炸的瞬間創造宇宙，或者甚至在更晚的時刻，以便它看起來就像發生過大爆炸似的　

方式創造，但是設想在大爆炸之前創造宇宙是沒有意義的。大爆炸模型並沒有排斥造物　

主，只不過對他何時從事這工作加上時間限制而已！　

　　科學的終極目的在於提供一個簡單的理論去描述整個宇宙。然而，大部分科學家遵　

循的方法是將這問題分成兩部分。首先，是一些告訴我們宇宙如何隨時間變化的定律；　

（如果我們知道在任一時刻宇宙是什麼樣子的，則這些定律即能告訴我們以後的任一時　

刻宇宙是什麼樣子的。）第二，關於宇宙初始狀態的問題。有些人認為科學只應過問第　

一部分，他們認為初始狀態的問題應是形而上學或宗教的範疇。他們會說，全能的上帝　

可以隨心所欲地啟動這個宇宙。也許是這樣。但是，倘若那樣，他也可以使宇宙以完全　

任意的方式演化。可是，看起來他選擇宇宙以一種非常規則的、按照一定規律的方式演　

化。所以，看來可以同樣合理地假定，也存在着制約初始狀態的定律。　

　　今天我們仍然渴望知道，我們為何在此？我們從何而來？　

　　人類求知的最深切的意願足以為我們所從事的不斷的探索提供正當的理由。而我們的目　

標恰恰正是對於我們生存其中的宇宙作完整的描述。