万物简史-第3部分

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在爆炸后的刹那间，宇宙突然经历了戏剧性的扩大。它不停地膨胀……实际上是带着自身逃跑，每10－34秒它的大小就翻一番。整个过程也许只持续了不到10－30秒……也就是一百万亿亿亿分之一秒……但是，宇宙从手都拿得住的东西变成了至少10亿亿亿倍大的东西。膨胀理论解释了使我们的宇宙成为可能的脉动和旋转。要是没有这种脉动和旋转的话，就不会有物质团块，因此也就没有星星，而只有飘浮的气体和永恒的黑暗。　　根据古思的理论，在一千亿亿亿亿亿分之一秒之内产生了引力。又过了极其短暂的时刻，又产生了电磁以及强核力和弱核力……物理学的材料。之后，又很快出现了大批基本粒子……材料的材料。从无到有，突然有了大批光子、质子、电子、中子和许多别的东西……根据标准的大爆炸理论，每种达1079…1089个之多。　　这么大的数量当然是难以理解的。我们只要知道，刹那间，我们有了一个巨大的宇宙，这就够了……根据该理论，这个宇宙是如此之大，直径至少有1　000亿光年，但有可能是从任何大小直至无穷大……安排得非常完美，为恒星、星系和其他复杂体系的创建准备了条件。　　　　从我们的角度来看，令人不可思议的是，这个结果对我们来说是那么完美。只要宇宙的形式稍稍不同……只要引力稍稍强一点或弱一点，只要膨胀稍稍慢一点或快一点……那么，也许就永远不会有稳定的元素来制造你和我，制造我们脚底下的地面。只要引力稍稍强一点，宇宙本身会像个没有支好的帐篷那样塌下来，也就没有恰到好处的值来赋予自己必要的大小、密度和组成部分。然而，要是弱了一点，什么东西也不会聚集在一起。宇宙会永远是单调、分散、虚空的。
第一章　如何营造一个宇宙（3）
有的专家之所以认为也许有好多别的大爆炸，也许有几万亿次大爆炸，分布在无穷无尽的永恒里，这就是原因之一；我们之所以存在于这个特定的宇宙，是因为这个宇宙适合于我们的存在。正如哥伦比亚大学的爱德华·P。特赖恩所说：〃要回答它为什么产生了，我的敝见是，我们的宇宙只是那些不时产生的东西之一。〃对此，古思补充说：〃虽然创建一个宇宙不大可能，但特赖恩强调说，谁也没有统计过失败的次数。〃　　英国皇家天文学家马丁·里斯认为，有许多个宇宙，很可能是无数个，每个都有不同的特性，不同的组合，我们只是生活在一个其组合的方式恰好适于我们存在的宇宙里。他以一家大服装店作为例子来进行类比：〃要是服装品种很多，你就不难挑到一件合身的衣服。要是有许多宇宙，而每个宇宙都由一套不同的数据控制，那么就会有一个宇宙，它的一套特定的数据适合于生命。我们恰好在这样的一个宇宙里。〃　　里斯认为，我们的宇宙受到6个数据的支配，要是哪个值发生哪怕是非常细微的变化，事物就不可能是现在的这个模样。比如，现在的宇宙若要存在，就要求氢以准确而较为稳定的方式……说得具体一点，要以将千分之七的质量转化为能量的方式……转化为氦。要是那个值稍稍低一点……比如从千分之七降至千分之六……那么就不可能发生转化：宇宙只会由氢组成。要是那个值稍稍高一点……高到千分之八……结合就会不间断地发生，氢早已消耗殆尽。无论是哪种情况，只要这个数据稍有变动，我们所知的而又需要的宇宙就不会存在。　　　　我要说，到目前为止，一切都恰到好处。从长远来说，引力也许会变得稍强一点；有朝一日，它可能阻止宇宙膨胀，让自己将自己压瘪，最后坍缩成又一个奇点，整个过程很可能重新开始。另一方面，引力也许会变得过弱，那样的话，宇宙会永远地膨胀，直到一切都互相远离，不再可能发生实质性的相互作用，于是宇宙就成为一个非常空旷呆滞而又没有生命的地方。第三种可能是，引力恰如其分……就是宇宙学所谓的〃临界密度〃……它把宇宙控制在一个恰当的范围，使事物永远继续下去。宇宙学家有时轻浮地把这称之为〃金发姑娘效应〃……一切都处于恰如其分的状态。（需要说明的是，这三种可能出现的宇宙分别叫做封闭式宇宙、开放式宇宙和扁平式宇宙。）　　大家迟早会想到一个问题，那就是，假设你来到宇宙边缘，把头伸出帘幕，那会发生什么？你的头会在什么地方（要是它不再是在宇宙里的话）？你会看到对面是什么？回答是令人失望的：你永远也到不了宇宙的边缘。倒不是因为去那里要花很长时间……虽然没错儿，的确要花很长时间……而是因为，即使你沿着一条直线往外走，不停地坚持往外走，你也永远到不了宇宙的边缘。恰恰相反，你会回到起始的地方（到了这种地步，你很可能会灰心丧气，放弃这种努力）。其原因是，按照爱因斯坦的相对论（我们届时将会讲到），宇宙是弯曲的。至于怎么弯曲，我们也不大能想像出来。眼下，你只要知道，我们并不是在一个不断膨胀的大气泡里飘浮，这就足够了。确切点说，空间是弯曲的，恰好使其无限而又有限。恰当地说，甚至不能说空间在不断膨胀，这是因为，正如诺贝尔奖获得者、物理学家史蒂文·温伯格指出的：〃太阳系和星系不在膨胀，空间本身也不在膨胀。〃倒是星系在飞速彼此远离。这对直觉都是一种挑战。生物学家霍尔丹有一句名言：〃宇宙不仅比我们想像的要古怪，而且比我们可能想像的还要古怪。〃　　为了解释空间是弯曲的，人们经常提出一个类比，他们试图想像，有个来自平面宇宙、从来没有见过球体的人来到了地球。不管他在这颗行星的表面上走得多远，他永远也走不到边。他很可能最终回到始发地点。他当然会稀里糊涂，说不清这是怎么一回事。哎呀，我们在空间的处境，跟那位先生的处境完全相同。我们只是糊涂得更厉害罢了。　　如同你找不着宇宙的边缘一样，你也不可能站在宇宙的中心，说：〃宇宙就是从这儿开始。这是一切的最中央。〃我们大家都在一切的最中央。实际上，我们对此缺少把握。我们无法用数学来加以证实。科学家们只是推测，我们确实是在宇宙的中央……想一想，这会意味着什么……但是，这种现象对所有地方的所有观察者来说都是一样的。不过，我们真的没有把握。　　据我们所知，自形成以来，宇宙只发展到光走了几十亿年那么远的距离。这个可见的宇宙……这个我们知道而且在谈论的宇宙……的直径是亿亿亿（即1　500　000　000　000　000　000　000　000）公里。但是，根据大多数理论，整个宇宙……有时候称之为超宇宙……还要宽敞得多。根据里斯的说法，到这个更大的、看不见的宇宙边缘的光年数，不是〃用10个0，也不是用100个0，而是用几百万个0〃来表示。简而言之，现有的空间比你想像的还要大，你不必再去想像空间外面还有空间。　　很长时间以来，大爆炸理论有个巨大的漏洞，许多人对此感到不解……那就是，它根本无法解释我们是怎么来到这个世界上的。虽然存在的全部物质中有98％是大爆炸创造的，但那个物质完全由轻的气体组成：我们上面提到过的氦、氢和锂。对于我们的存在至关重要的重物质……碳、氮、氧以及其他一切，没有一个粒子是宇宙创建过程中产生的气体。但是……难点就在这里……若要打造这些重元素，你却非要有大爆炸释放出来的那种热量和能量不可。可是，大爆炸只发生过一次，而那次大爆炸没有产生重元素。因此，它们是从哪儿来的？有意思的是，找到这个问题答案的人却是一位压根儿瞧不起大爆炸理论的宇宙学家，他还创造了大爆炸这个词来加以讽刺挖苦。
第一章　如何营造一个宇宙（4）
我们很快就会讲到他。不过，在讨论我们怎么来到这里之前，我们先花几分钟时间来考虑一下到底什么是〃这里〃，这也许是很值得的。　电子书　分享网站
第二章　欢迎光临太阳系（1）
如今，天文学家可以办到最令人瞠目的事。要是有人在月球上划一根火柴，他们能看到那个火焰。根据远处星星最细微的搏动和抖动，他们能推算出行星的大小和性质，甚至潜在的适于栖居的可能性，而这些行星可是远得根本看不见的啊……它们如此遥远，我们乘宇宙飞船去那里也要花250万年。他们能用射电望远镜捕捉到一丝一毫的辐射，而这种辐射是如此微弱，自开始采集（1951年）以来，所采集到的来自太阳系之外的全部能量，用卡尔·萨根的话来说：〃还不到一片雪花落地时所产生的能量。〃　　总之，宇宙里没有多少东西是天文学家发现不了的，只要他们愿意。因此，想起为什么在1978年之前还没有人注意到冥王星有一颗卫星，这就更为寻常了。那年夏天，亚利桑那州弗拉格斯塔夫的美国海军天文台有一位名叫詹姆斯·克里斯蒂的年轻天文学家，正在对冥王星的照片作例行审查，突然发现那里有什么东西……模模糊糊、不大确定的东西，反正肯定不是冥王星。他跟一位名叫罗伯特·哈灵顿的同事讨论片刻以后下了结论：他观察到的是颗卫星。它还不是一般的卫星。相对于那颗行星而言，它是太阳系里最大的卫星。　　这对冥王星的行星地位实际上是个打击，而这个地位又从来没有牢固过。原先认为，那颗卫星占有的和冥王星占有的是同一个空间。这意味着，冥王星比任何人想像的要小得多……比水星还要小。实际上，太阳系里的七颗卫星，包括我们地球的卫星，都要比冥王星的卫星大。　　此刻，你自然会问，为什么发现我们自己太阳系里的一颗卫星要花那么长的时间。回答是：这跟天文学家把仪器对准什么地方、他们的仪器旨在探测什么东西有关系，也跟冥王星本身有关系。最重要的是他们把仪器对准什么地方。用天文学家克拉克·查普曼的话来说：〃大多数人认为，天文学家在夜间去天文台扫视天空。这是不真实的。世界上差不多所有的望远镜都旨在观察遥远天空中的极小东西，观察一颗类星体，或寻找黑洞，或观察一个遥远的星系。惟一真正用来扫视天空的望远镜网络是由军方设计和制造的。〃　　我们受了艺术家艺术表达的不良影响，以为图像的清晰度很高，这在天文学里其实是不存在的。在克里斯蒂的照片上，冥王星暗淡无光，非常模糊……只是一片宇宙绒花……它的卫星并不像你会在美国《国家地理杂志》上看到的那种球体：背景很亮，非常浪漫，线条清晰，陪伴着冥王星；而只是小小的、极其模糊的一团。事实上，正是由于这种模糊，人们过了7年时间才再次见到那颗卫星，从而确认它的独立存在。　　克里斯蒂的发现有一点妙处：它发生在弗拉格斯塔夫，冥王星就是1930年在那里首次发现的。这个天文学上的重大发现，很大程度上要归功于天文学家珀西瓦尔·洛厄尔。洛厄尔出生于波士顿一个最古老、最富裕的家族（就是那首关于波士顿是豆子和鳕鱼故乡的著名歌谣中提到的家族。歌词中说，洛厄尔家族只跟卡伯特家族说话，卡伯特家族只跟上帝说话）。他捐赠了以他的名字冠名的著名天文台，但人们最不会忘记的是他这样的看法：火星上到处是由勤劳的火星人修建的运河，用来积储来自极地的水，以灌溉赤道附近那干旱而又丰产的土地。　　洛厄尔另一个令人不忘的看法是：在海王星以远的某个地方，存在着未被发现的第九颗行星，他给它起名为行星X。洛厄尔的这种看法是基于他在天王星和海王星的轨道上发现的不规律的现象。于是，他把生命的最后几年致力于找到那颗气态巨星。他断定它就在那里。　　不幸的是，他于1916年突然去世。至少在一定程度上，这是他的探索工作过于疲劳所致。洛厄尔的继承人为了遗产争吵不休，探索工作暂时搁置下来。然而，1929年，某种程度上是为了转移对火星运河传说的注意力（到那个时候，它已经成为一件非常令人难堪的事），洛厄尔天文台的负责人决定恢复探索，并为此从堪萨斯州请来了一位名叫克莱德·汤博的年轻人。　　汤博没有受过成为天文学家的专门训练，但他既勤奋又聪明。经过一年的搜索以后，他在明亮的天空里终于看到了一个暗淡的光点：冥王星。这是个奇迹般的发现。这个发现更引人注目的是，它证明洛厄尔的观测结果是错误的。虽然是可以理解的，洛厄尔曾根据这些观测结果来预言海王星以远的地方存在一颗行星。汤博马上意识到，这颗新的行星根本不是像洛厄尔所预料的那样是个巨大的气球……但是，他或别人有关这颗新行星的性质所持的任何保留，在极其兴奋之中很快就一扫而光。在那个容易激动的时代，差不多任何重大的新闻故事都会激起这种情绪。这是第一颗由美国人发现的行星。有人认为它其实只不过是远方的一颗冰粒，但谁也不会被这种看法转移视线。它被命名为冥王星，至少一定程度上是因为它的头两个字母是由洛厄尔姓名的首字母组成的交织字母。已经不在人世的洛厄尔到处被颂扬为一流的天才人物，而汤博在很大程度上已被人们忘得一干二净，除了在研究行星的天文学家当中，他们往往对他怀有崇敬之情。　　现在，有的天文学家继续认为，冥王星之外也许还有行星X……一颗真正的庞然大物，也许有木星的10倍之大，只是它太遥远，我们看不见。（它被照到的阳光太少，几乎没有反射的光。）他们认为，它不会是像木星或土星这样的普通行星……它太远，不可能是那个样子；我们推测也许有万亿公里之远……而更会像一个没有形成的太阳。宇宙中的大多数恒星体系都是成双的（双星体），这就使我们孤零零的太阳显得有点儿怪。
第二章　欢迎光临太阳系（2）
至于冥王星本身，谁也不大清楚它有多大，是什么组成的，有什么样的大气，甚至它到底是个什么东西。许多天文学家认为，它其实算不上是颗行星，而只是我们在银河的废墟带（称之为凯珀带）发现的最大的物体。凯珀带理论实际上是1930年