第2章 人類需要破解宇宙天書(1)(1 / 3)

無邊無際,無始無終。這即是人類對宇宙的已知認識。

宇宙太廣大了,以至於宇宙中的地球小得如同一粒塵埃。宇宙太神秘了,以至於地球人絞盡了腦汁、窮盡了假設,仍無法窺測其中的全貌和究竟。雖然如此,由於生於斯、長於斯的緣故,地球上的人類永遠不會停止對宇宙未來的探索、對宇宙天書的破解。因為,地球隻有一個,地球及其所有的生命皆屬於宇宙。

一、宇宙是無限還是有限

宇宙有多大?這是每個人都可能要問的問題,可又是誰也不能給出滿意答複的問題。

關於宇宙有兩個概念,一是我們用望遠鏡能夠看到的空間範圍;一個是我們看不到的空間範圍。

目前來說,我們看到的空間範圍接近200億光年,大約幾十億個星係。就我們所看到的宇宙,有人曾做過這樣的比方:把人們觀測的宇宙設為一個半徑為1公裏的大球,有3000億顆恒星的銀河係位於球心,大小就如一片阿斯匹林藥片。銀河係的孿生姐妹仙女星係M31距我們約13厘米。再往外,距本星係最近的一個玉夫星係團,距我們約60厘米。3米以外有200多個星係,體積如足球大小的室女星係團的中心,這個星係團是一大群星係鬆散的集合體,本星係群也是其下屬。大約20多米處,是含有幾千個星係的集團——後發星係團。更遠處還有更大的星係團,最大的直徑達20米左右。天空中最強的射電星係之一的天鵝座A,距我們45米;最亮的類星體3C237,位於130米處;1979年4月發現的第一個引力透鏡類星體Q0957+561遠在600米之外;1986年,英國劍橋大學科學家斯蒂芬·沃倫等人發現的離地球200億光年的類星體,幾乎達到了我們可見宇宙的邊緣,接近1公裏處。

以上是我們可見的宇宙,在這之外還有多大?邊界在什麼地方?這個宇宙尺度之謎,仍是人們感興趣的問題。

德國大哲學家康德曾提出著名的時空悖論,強調人們關於宇宙有限與無限的理解必然存在著矛盾。

古典力學創立者牛頓設想:宇宙像一個無邊的大箱子,無數恒星均勻地分布在這個既無限又空虛的箱子裏,靠萬有引力聯係著。他的觀點引出了有名的“光度怪論”(即奧爾伯斯佯謬):如果宇宙真的是無限的話,恒星又是均勻地分布著,那麼夜晚的天空將會變得無限明亮。

相對論導師愛因斯坦於1917年提出了有限宇宙的模型,即“把宇宙看作是一個在空間尺度方麵的有限閉合的連續區”,並從宇宙物質均勻分布的前提出發,在數學上建築了一個前所未有的“無界而有限”、“有限而閉合”的“四維連續體”,即一個封閉的宇宙。根據愛因斯坦提供的這個“宇宙球”模型推想,在宇宙任何一點上發出的一道光線,將會沿著時空曲麵在100億年後返回它的出發點。

但迄今為止,人們關於宇宙的總的幾何結構尚未真正了解,難以回答時空曲率是正、是零還是負。盡管愛因斯坦的相對論對這三種可能性都能適應,並且他本人傾向於肯定有限的成正曲率宇宙的存在。

人類目前的認識,實際上是把宇宙作為在時間上有起點、在空間上有限度的想象模型來對待的。同時,又是依據對宇宙的探測深度來估算宇宙的大小及其年齡的,盡管在過去的幾十年間,科學家們一直在不停地修正,有關宇宙觀測的事實表明,宇宙的可測潛力是難以想象的。

宇宙的尺度究竟是有限還是無限的?現實的回答隻能是:人們所能認識的宇宙還是極其有限的,隻要人們找不到宇宙可以窮盡的跡象,那麼就應該承認,對宇宙範圍的了解是沒有止境的。

宇宙到底有多大?這是憑感覺無法回答的,但也是無法單憑理論來證明的。自古以來,人們將這個問題從哲學上定義為“宇宙是有限的、還是無限的”。實際上,在任何時代,人們直觀經驗所能把握的宇宙總是有限的,但這並不能從直觀上肯定自己的經驗所感知的是全部宇宙。所以,人們的想象可以超越經驗,認為宇宙是無限的。

人類是頂天立地的生靈。在古代,地心說占主導地位,哥白尼日心說被接受後,至20世紀初,直接觀測的天體範圍超出了銀河係。1912年美國人斯裏弗發現,除了仙女座大星雲外,所有銀河以外星雲的吸收光譜線,都有向紅端移動的現象。接著,哈勃進一步觀測和分析這一現象,於1929年提出了哈勃關係式:星係譜線的紅移量與星係到我們的距離粗略地成正比。他當時用多普勒效應來解釋這一現象,得出的結論是:河外星係都在離地球而去,而且離我們越遠的星係,離我們而去的速度越快。