第5章 人類需要破解宇宙天書(4)(1 / 3)

顯然,大爆炸宇宙論很像是一種物理學的神話,因為它完全是根據現有的物理學知識來解釋宇宙演化的。而在物理領域本身還有許多未解之謎,例如,原子核物理學至今還沒有進入誇克禁閉的大門,人類對暗物質和反物質還知之甚少。人們在期待著新物理學的誕生。在這種情況下,我們大概隻能說,大爆炸宇宙論是目前最好的一種宇宙演化理論。20世紀的宇宙學家們還不能預見最終的宇宙理論。

在一定意義上,人類對宇宙演化過程的研究,主要是為了滿足人類探索宇宙從何處來的需要。這有益於精神世界的豐富,但並不能直接為現實的生產活動服務。由於我們不可能用實驗手段來重演宇宙演化的過程,也難把人類在有限時空中得到的學識推廣到無限的宇宙時空中去,所以,大爆炸宇宙論隻是一種假說,我們並不能確切地知道,宇宙究竟是怎樣演化而來的,將來又會怎麼樣?

1.用相對論來觀察宇宙的起源

我們的宇宙是如何、為何以及何時開始的?它有多大?其形若何?又由何物構成?任何一個有好奇心的孩子都有可能會問這些問題;現代宇宙學家們為作出回答也奮鬥了好幾十年。對於科普作家來說,宇宙學的一個誘人之處乃是其前沿領域中有那麼多的問題都很容易表述。而量子電子學、脫氧核糖核酸定序、神經生理學或者純數學的前沿論題,要把專家們的問題翻譯成大眾化的日常語言那真是談何容易。

熱力學第二定律告訴我們,宇宙必定有一個高度有秩序的起始點。第一定律則告訴我們,宇宙不可能自己開始。從這兩條基本原則出發,我們已經能推斷出宇宙是由一個來自宇宙之外的、高於自然規律的即超過自然和想要創造出深不可測秩序的實體所創造的。

愛因斯坦的廣義相對論為我們指明了這一創造事件。弄懂愛因斯坦的廣義相對論公式所要求的數學知識,隻有極少數的人具備。有一則自20年代就開始流傳的故事講到,一位記者問相對論專家阿瑟·愛丁頓在世界上是不是真的隻有三個人能懂愛因斯坦的理論。在較長的沉思之後,愛丁頓最後終於回答道:“我剛才正在努力地想那第三個人是誰。”

就當前的目的而言,關於廣義相對論我們要說的主要有兩點:一是它所提出的所有可驗證的預測都被證明是正確的;二是廣義相對論公式意味著宇宙不可能是靜態的,而肯定是不斷膨脹或收縮的。甚至艾薩克·牛頓也知道,他的引力定律意味著宇宙中的每一個恒星都應該是相互吸引的,直至整個宇宙都結合到一起。而且,牛頓也曾在四個維度坐標方麵做過工作:三個空間坐標和一個時間坐標。愛因斯坦則認識到了時間坐標與其它三個坐標之間相互依賴的關係。

1692年,劍橋學者R·R·本特裏寫信給牛頓,指出根據牛頓的引力定律宇宙中的所有恒星最終必須相互吸到一塊而形成一個大火球。對此,牛頓回信說:

……如果太陽及其行星以及宇宙中的物質在整個空間是均衡分布的,每一個粒子對所有其它粒子都有一種內在的引力,而且這些物質所分布的空間是無限的話,那麼在該空間之外的物質借助其引力將會向空間之內的所有物質靠近,最終會落在整個空間的中央並由此形成一個很大的球狀物。

牛頓就此而提出宇宙必須是無限的,而且所有恒星必須是均等地相互分開的。然而他很快又意識到,這一解決辦法極端地不穩定,因為任何恒星之間的均衡距離稍有偏差就會導致造成整個宇宙崩潰的連鎖反應。當然,牛頓從來沒有意識到宇宙還有通過膨脹以對抗會將宇宙拉到一起的引力的可能性。

牛頓曾經指出,當一個物體處於運動狀態時,其運動與任何觀察者的運動成相對關係。例如,當坐在馬車內的乘客在車內擲球時,對於該乘客而言此球可能隻跑了2英尺遠。但對於站在路旁看馬車跑過去的人來說,此球可能跑了20英尺遠,因為馬車的運動距離也必須加到球的運動距離上。

愛因斯坦也指出,當一個物體處於運動狀態時,它的運動時間與任何觀察者的運動成相對的關係。因為對任何觀察者來說,光總是以同樣的速度運動的,而不管觀察者的運動速度或方向如何。換句話說,假如你想計算打在馬車前麵的手電光的運動速度,你可能希望在正常的光速上加進馬車的運動速度。然而與球的運動所不同的是,對乘客和看著馬車跑過去的人來說,光具有以同樣的速度運動的古怪特性。