第12章 选择宇宙 (1)

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根据中非波桑歌人的传说，太初只有黑暗，水和伟大的天神奔巴。一天，奔巴胃病发作，呕吐出太阳。一会儿太阳灼干了部分水，留下大地。可是奔巴仍然胃痛不止，又吐出来月亮和星辰，然后吐出一些动物：豹，鳄鱼，乌龟，最后是人。墨西哥和中美洲的玛雅人描述在创生之前的类似时期。那时存在的一切是海洋，天空和造物主。在玛雅传说中，造物主创造了土地，山岳，树林和大多数动物，但它不快活，因为没有赞美者。由于动物不能说话，这样他决定创造人类。首先他用泥土做人，但他们只能胡说。它将他们溶掉，再试，这回从木头塑造出人来。那些人很笨。他决定将其毁灭，但他们逃进树林，逃窜途中受到一些伤害被保留下来，创生了当今知道的猴子。那次惨败之后，最后造物主找到了一个方案，从白色和黄色玉米里造出人类。我们今天用玉米制造酒精，然而迄今还未达到造物主制造喝它的人的本领。

诸如此类的创生古代神话都试图回答我们在本书想要解决的问题：为何存在一个宇宙。为何宇宙如此这般？自古希腊始的多少世纪里，我们回答这类问题的能力逐渐增强，而在上个世纪，这种能力极度发展。有前面的章节作背景准备，现在我们要对这些问题给予可能的答案。

甚至在更早时有件事可说是很明显的，要么宇宙是一个非常近的创生物，要么人类只在宇宙历史中存在了一小部分的时间。那是因为人们在知识和技术上如此迅速地改善，如果人类在周围存在了几百万年，那么人类要更先进得多。

根据旧约，上帝在创生之后仅六天就创生了亚当和夏娃。全爱尔兰在1625—1656年间的大主教厄谢尔主教甚至把世界起源更精确地设定于公元前4004年10月27日的早上九点。而我们采用不同观点：人类是近代创生的，然而宇宙本身的起始在大约137亿年前，要早得多。

宇宙具有开端的第一个真正的科学证据是1920年代出现的。正如我们在第三章说过的，那时大多数科学家信仰一直那样存在的静态宇宙。与此矛盾的证据是间接的，那是基于埃德温哈勃在加利福尼亚帕沙迪那上的威尔逊山利用100英寸望远镜进行的观测。哈勃分析了邻近的所有星系发射的光谱之后，确定几乎所有的星系都远离我们而去，而且它们离得越远，就运动得越快。1929年，他发表了一个将退行速度和它们离开我们距离相关的定律，并且得出结论宇宙正在膨胀。如果这是真的，那么宇宙在过去就应该较小。事实上，如果我们延伸到遥远的过去，所有宇宙中的物质和能量就应集中在具有不能想象的密度和温度的非常微小的区域，而且如果我们回溯到足够早，那么就存在一个一切启始的瞬间——我们现在称这个事件为大爆炸。

宇宙正在膨胀的观念有些微妙。例如，我们不是说宇宙以这种方式膨胀，譬如，人们可以把墙打掉，在以前曾经的大橡树位置装修一个洗澡间。说的更准确些，是宇宙中的任何两点之间的距离在变大，而非空间在延续其自身。1930年代这种观念中在大量的争议中出现。而最好想象它的方法之一仍然是剑桥大学天文学家阿瑟爱丁顿在1931年清楚地阐述的隐喻。爱丁顿把宇宙想象成一个膨胀的气球的表面，而所有星系为那个表面上的点。这个图像清晰地阐释了为何远处的的星系比近处的退行的较快。例如，如果气球的半径每小时加倍，那么在这气球上的任何两个星系之间的距离每小时会加倍。如果两个星系在某一时刻相距1英寸，1小时后它们就会相距2英寸，而它们显得以每小时1英寸的速率相互运动离开。但是如果它们开始是离开2英寸，一小时后它们就分开4英寸，而显得是以每小时2英寸的速度相互运动离开。这正是哈勃的发现：星系越远，它离开我们运动得越快。

空间的膨胀不影响诸如星系，恒星，苹果，原子或其它由于某类力束缚在一起的物体的尺度，意识到这一点很重要。例如，如果我们在气球上圈出一个星系团，在气球膨胀时，那个圆圈并不膨胀。毋宁说，因为星系受引力的束缚，当气球膨胀时圆圈和在其中的星系会保持尺度和外形。因为只有当我们测量的工具具有固定尺寸时，我们才能检查膨胀，所以这一点是重要的。如果万物都自由膨胀，那么我们，我们的标准，我们的实验室等就都会按比例膨胀，而我们就不会觉察到有任何不同了。

对于爱因斯坦，宇宙在膨胀是一道新闻。然而基于爱因斯坦自己的方程产生的理论根据，在比哈勃论文早几年，星系互相离开运动的可能性就被提出了。1922年，俄国物理学家兼数学家亚历山大弗里德曼研究了基于两个可使数学极度简化的假定之上的一个宇宙模型：宇宙在任何方向都显得相同，以及从所有观察点看也是这样。我们知道弗里德曼第一假定不完全真实——还好宇宙并非处处一致！如果我们往上凝视一个方向，我们也许看到太阳；在另一方向是月亮，或者是一群迁徙的吸血鬼蝙蝠。然而，在甚至比星系距离更大得多得多的尺度下看，宇宙在每一方向的确显得大致相同。这类似像往下看森林。如果你处于足够近处，你能辨别出单个叶子，或至少树以及之间的空间。然而，如果你处于相当高的地方，把你拇指伸出就遮盖3平方英里的树，森林就显得是均匀的绿荫。我们会说，森林在那个尺度上一致的。

基于自己的假定，弗里德曼能够发现爱因斯坦的一个解，在该解中，宇宙以哈勃之后不久发现是真的方式膨胀。特别是，弗利德曼的宇宙模型从零尺度起始，而且膨胀直至引力吸引使之缓慢，并最终使之向自身塌缩。(结果，爱因斯坦方程还有两种其它类型的解也满足弗里德曼模型的假设，其中一种对应于永远继续膨胀的宇宙，尽管它会缓慢下来一些，而另一种其膨胀率向零减缓，但永远不会到达零。)弗里德曼完成这个研究之后没几年即去世，直至哈勃发现之后，大多数人才知道弗里德曼的思想。然而1927年，一位名为乔治勒梅特的物理学教授和罗马天主教牧师提出类似的思想：如果你沿着宇宙历史回溯到过去，它会变得越来越小直到一个创生时刻——那就是今天我们称作大爆炸的时刻。

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