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1934年，哈勃公开宣布，宇宙是一个有限的球体，宽60亿光年，由500万亿个星云组成，每个单元的亮度都是太阳的8000万倍。——上一个用这样大尺度数据来描述世界的，是三千年前的佛陀。 这是人类历史上第一次有一定观测证据支持的关于宇宙是有限的论述。 题外话，其实干脆说宇宙是无限的，要省事得多，大家就没有需要关心或者好奇的事了——如果宇宙有边界，自然你就会问那边界之外是啥？宇宙在膨胀，那宇宙是在谁的里面膨胀？无穷无尽的问题就来了。 干脆说无限，取消一切怀疑和质询。就像干脆承认有一个万能的上帝或者一个从来都正确的权威，就能解决一切问题一样。 可是，人类的每一次进步，却都是从“如果……会怎样呢？”开始的。 说了这么多测距，测来测去的，到底与大爆炸有什么联系？在宇宙中，距离就是时间。我们观测远方，其实就是在凝视过去。 比较好玩的是到20世纪初，地质学的发展已经让地球年龄测量相对准确，大家当时认可的地球年龄是20亿年左右。而根据天文观测和推算出来的宇宙年龄，则始终只有地球年龄的一半左右。问题在哪呢。 当然是用观测造父变星来测量距离的方式有问题，哈勃自己也假设所有造父变星的频率和亮度都是一样的。 后来的沃尔特·巴德进一步发现了造父变星之间亮度的本质性差异，发展了利用这种差异来精确化测量结果的方法，于是到了20世纪初，宇宙的年龄到了36亿年左右。 不过同期的卢瑟福提出了放射性衰变可运用于年代测量的方法，1902年大家精准地测定地球的年龄是42亿年，依然比宇宙的观测年龄长。 这件事直到20世纪50年代才得到解决——新工具出现，天文成像观测，即可以拍摄精细的照片，让天文学家通过照片进行分析。 巴德的助手桑德奇发现，遥远星系的恒星亮光，会因为星系中充满的氢气团存在而被放大，因此，如果排除掉这些氢气团的影响，那么这些星系会离地球更远——他测定的结果是宇宙应该有100-200亿年的寿命了。 好玩的地方在于，当代精确给出的宇宙年龄数值——137.3亿年，其实并不是观测得来的，而是一个简单到出奇的理论模型给出的！ 这个模型叫“λ-冷暗物质模型”。这个模型使用了6个参数就定义了我们的宇宙万物，也就是说，如果将来大家找到更好解释宇宙力量的模型，那么这个137.3亿年就变成了纯粹的胡说。
回到哈勃，哈勃此生最大的成就就是“哈勃定律”——他精确地观测到整个宇宙都在加速膨胀，理由就是他通过光谱分析发现的“红移”现象。 哈勃最牛的一点，是遵从了他的偶像牛顿的说法——我从不杜撰假说——牛顿只是精确地描述运动定律和万有引力，但他从没有去设想为什么会这样的原因。 各位还记得的话，敝号真是在多少科普和哲学随笔中强调过，科学理性思维的关键在于描述过程，而不贸然追寻原因。 哈勃也是这样，他推导出了星系距离与红移速度之间的精确关系——越遥远的星系，离我们远去的速度越快，但他坚决不再去追问这样的原因，他拒绝提出诸如宇宙膨胀和大爆炸的理论猜想。 一般而言，膨胀的速度不可能超过光速，不过，这只是相对于膨胀的宇宙边缘而言。处于宇宙中的星系之间的相对速度，则很有可能超过光速。因此，超光速可以发生在相对速度中。 第一个把哈勃这惊人发现，与勒梅特牧师的猜想联系到一起的，并予以支持的科学家，是大名鼎鼎的爱丁顿。也就是那个被誉为除了爱因斯坦本人以外，唯二懂得广义相对论的人。 其实爱丁顿一开始也反对宇宙膨胀理论，不过，科学家良好品质让他乐于改变自己的观点和方向。 这就是科学与政治最大的差别——如果证据都支持改变方向和观点，那么科学家会乐于改变，而且会认为依然固执己见才是一种软弱的体现；在政治上恰好相反，固执己见倒会被认为强大，善于改变会被认为软弱。 接着爱丁顿想法的，是乌克兰物理学家伽莫夫，这又是一个不接受以政治标准衡量科学家成就的科学家，想方设法逃离了苏联，成就了不亚于哈勃、爱因斯坦业绩的伟大人物——不要忘记了，爱因斯坦也是爱科学而不爱国的典型，逃离了他的祖国德国。 伽莫夫顺着爱丁顿的设想，计算了宇宙在膨胀初期的极端状态——他认为那会是一片等离子体海洋，最初的元素——氢，也就是带着一个电子的质子，在隧穿效应下结合为氦，产生第一批新元素。 接着他意识到，在这个过程中会有光产生——宇宙诞生之初的极高密高温状态下，会有原初的光产生——黑体辐射原理。而恰好光是唯一能穿越数亿年而不发生任何变化，顶多只是损失能量的物质。 宇宙膨胀的话，那么这个原初的光也会被拉长——发生红移，表现出来光子能量损失，那就是光的温度会降低。他计算了这个原初的光，认为其温度应该在5开尔文度左右，也就是比绝对零度-273℃要高出5度的样子。 伽莫夫无形之中提出了一个证明宇宙大爆炸的指标——检测这种光，也就是辐射，是否存在。而且这种辐射是四面八方的，不论你从哪个方向看过去，看得足够远的话，就能看到原初的时刻。 那么这个点怎么容得下全宇宙的物质和能量？科学家们在解决这个问题时，耍了个滑头——他们没有解释何以容得下，而是用了数学处理方法——把引力视为负能量，与形成物质的正能量相对应，也就是说，一切都可以归于“无”，宇宙之初产生了多少物质，就产生了多少引力负能量。 把引力视为负能量也好理解——要把卫星送入高空轨道，实际上就是用火箭给卫星注入正能量，以送到高空对抗更弱的引力，注入的正能量实际上就等于增加的引力负能量。 当然，对大爆炸持有怀疑和否定态度的，也仍然以物理学人为主。主要有两点他们非常不满意——其一带有一点价值观色彩，大爆炸意味着世界有一个起点，人们自然就要问起点之前是什么，谁启动了大爆炸，很容易滑向神的干预这个领域。 其二是有关大爆炸的均匀性问题——如果是从一点大爆炸开来，那么在那一点，时空的曲率达到最大，瞬间展开，应该是各处都有褶皱（想象一下把揉成一团的纸突然展开），而不是像现在的宇宙这样，几乎每处都是均匀分布的，这在相对论中叫均匀（homogeneous）和各向同性（isotropic），不论从哪个方向看出去，宇宙都是一样的，如何解释？
20世纪40年代，英国物理学家霍伊尔提出了一个足以挑战大爆炸学说的宇宙理论——恒稳态理论。简单来说，恒稳态也承认宇宙在膨胀，只不过认为膨胀既没有起点，也没有终点，只是持续在均匀变化。 恒稳态理论最大的优势是可以解释宇宙的各向同性和均匀分布性质，随着宇宙膨胀，新物质不断被创造出来，保持整个宇宙物质与能量的恒定。 也就是说，恒稳态理论实际上是对当时对宇宙常识化理解的大综合，大爆炸理论则是从一点——宇宙膨胀——出发提出一个全新构想，这个构想目前为止到处都是缺陷——任何新生事物的共同特点。 也确实有意思，大爆炸理论的提出和支持者们是美国科学家，恒稳态的提出和支持者则是英国科学家，正好象征了两国观念上的差异。 恒稳态的提出者霍伊尔后来自己提出了一个检验方案——从恒稳态观点来看，宇宙各向同性，因此，不论哪个地方，不论远近，我们都能看到新生的物质——新生的星系、恒星。 而大爆炸观点，宇宙在时间的方向上不是“各向同性”，只有一个方向，过去、现在和未来，因此，我们周围的星系年龄都应该差不多，不会有“新生儿”星系和恒星，如果要观测，只能观测久远的过去，遥远的星系才可能有这些“新生儿”的出现。 20世纪60年代，射电望远镜开发出来了。所谓射电望远镜，就是捕捉遥远星体发出的微弱光子来构成图像，相比光学望远镜，射电望远镜的特点是可以通过一系列放大器把微弱的信号放大，然后成像，这样就可以看到比光学望远镜更遥远的物体。 看得越远，就看得越久，时间回溯得越长，结果就发现了恒稳态理论中没有的事物——类星体。类星体是非常遥远的星系——距离太阳系30亿光年之外，看起来像是一个恒星，实际上是新生的星系。 |
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