令人生畏的宇宙

大爆炸理论瑕瑜互见

奇迹日日有。每天早上，太阳核心的温度高达数百万度。氢在高温下转变为氦。X射线和伽马射线以令人难以置信的强力，从太阳的核心向着表层散射开去。假如太阳是能穿透的，这些射线几秒钟内就能透射到太阳的表面。然而，这些射线却给太阳的“绝缘体”——一个个排列精密的原子——折射了，渐渐失去能量。日复一日，月复一月过去。数千年后，从太阳表面散射开来的致死辐射，竟化为柔和的金光洒下——非但不再危害生命，反而使大地沐浴在和煦的阳光里。

奇迹也夜夜有。越过广阔无涯的银河，密密麻麻的恒星向我们眨眼。这些恒星色彩斑斓、大小不一、温度迥异、密度参差。有些恒星硕大无朋，如果有一颗碰巧落在太阳和地球之间，我们的行星就会陷入这颗巨星的表层里。其他恒星有小如白矮星——比地球还要小，却像太阳一样重。有些恒星静悄悄地存在亿万年。其他的正在酝酿超新星，超新星的爆炸会把原来的巨星铲除；一刹那间，整个银河会照得通亮。

上古的人讲论宇宙，形容为海兽、战神、龙、海龟、大象、莲花、梦神。到了所谓“理性时代”，微积分和牛顿定律的新兴“魔术”取代了众神的地位。现在，我们的时代已把远古的诗歌传说忘得一干二净。论到创世，今天生活在原子时代的儿童有自己的概念，不是古代的海兽，不是牛顿的“太阳系模型”，而是20世纪权势的象征——原子弹。他们心目中的“创造者”就是‘一场爆炸’。他们把宇宙火球称为大爆炸。

大爆炸有理论

论到创世，今天的流行看法是，宇宙在大约150亿到200亿年前并不存在，太空也不存在。既没有时间，也没有物质，只有一点极其密集的小点，这小点后来发生爆炸，变成今天的宇宙。爆炸的结果只是瞬息间的事，刚刚诞生的宇宙迅速膨胀扩张，速度远比光速快得多，在不及最初的万分之一秒就形成了。

大爆炸发生的最初几分钟，核聚变在全宇宙发生，结果形成目前星际的氢、氦，以及至少部分的锂的浓度。过了30万年左右，这个宇宙火球的温度降到稍低于太阳表面的温度，让电子可以固定地绕着原子核运转，放出光子或发出光度。今天，原先的火焰已经大大冷却，不过热力仍然可以按宇宙中的微波频率来测量，这种热力叫作宇宙背景辐射，温度相当于开氏温标2.7度。a事实上，1964-65年间发现的宇宙背景辐射，令科学家大多相信，大爆炸的理论是有点根据的。这个理论声称可以解释宇宙为什么看来向各方膨胀，连遥远的星系也仿佛从我们飞驰而去，又彼此高速远离一样。

大爆炸论既然能够解释许多事情，为什么会受到质疑呢？原因是，有很多事情是大爆炸论无法解释的。举个例：古代天文学家托勒密主张，太阳和其他行星以大圆周（称为均轮）绕着地球运转，同时也以小圆周（称为本轮）运转。这个地心宇宙体系看来解释了各行星的运动。随后多个世纪，每逢天文学家新观察到一些现象，托勒密派宇宙学家总在这个体系上‘轮上加轮’，好“解释”天文学家新观察到的现象。可是，这绝不意味着这个地心宇宙学说确凿不移。归根究柢，这个学说需要澄清的地方不胜枚举，而其他学说，例如哥白尼的日心体系（主张地球绕日运转），却显浅易明地把事情解释得更清楚。难怪今天找不到一个托勒密派天文学家！

弗雷德·霍伊尔教授把今天主张大爆炸论的人比做托勒密派的宇宙学家。主张大爆炸论的人设法使人相信这个理论，就好像托勒密派宇宙学家面对新观察到的现象时，竭力确立他们的谬论一样。霍伊尔教授在《宇宙蕴含智慧》写道：“研究家设法掩饰大爆炸论矛盾的地方，方法是令这个学说更趋复杂烦琐。”霍伊尔指出，托勒密派不断在地心宇宙体系上附加无益的本轮，只是自圆其说，目的是挽救托勒密的学说。然后霍伊尔继续说：“既然这样，我敢说，目前大爆炸论快要完蛋了。正如上文提过，一个学说一旦跟连串事实发现有所抵触，经验表明，这个学说结果很少能够确立起来。”——第186页。

《新科学家》杂志在1990年12月22/29日刊表达类似的意见，说：“测试托勒密学说的方法可以广泛地应用在……大爆炸论的宇宙模型上。”杂志接着提出一个问题：“我们怎样才能在粒子物理学和宇宙学方面真正有进展呢？……我们必须正视一些我们向来重视的假说，忠实地衡量一下那些纯属猜测的见解。”新观察到的现象源源不绝。

大爆炸论有疑义

大爆炸论所面对的主要挑战，是观察家用校正了视力的哈勃太空望远镜，去测量地球跟其他星系的距离。新观察到的现象令理论家大感诧异！

天文学家温迪·弗里曼和几位同工最近利用哈勃太空望远镜，测量地球跟处女座星系的距离。弗里曼测量所得的结果透露，宇宙正迅速膨胀，因此比他们以往所想的，宇宙其实年轻得多。事实上，《科学美国人》杂志去年六月报道，这个新观察到的现象“显示，宇宙不过存在了八十亿年左右”。八十亿年听来好像很久，其实只是时下天文学家估计宇宙存在年日的一半长度罢了。这个新观察到的现象引起了一个难题，正如报道继续指出，“其他新观察到的现象显示，有些恒星已经存在了至少140亿年”。如果弗里曼所提供的数字准确，那么，大爆炸发生以前，这些年老的恒星早已存在了！

另一个与大爆炸论有关的难题是，有越来越多证据支持宇宙中的“气泡”。这些“气泡”的大小是一亿光年左右，“气泡”外有星系，内是真空。在哈佛·史密森天体物理学中心，玛格丽特·盖勒、约翰·许劳和他们的同事新观察到有一个星系像万里长城一样。从北半球上空观看，这个星系的直径延伸5亿光年左右。有一批天文学家，人称为‘七武士’的，新观察到宇宙中有另一个星系聚合物，他们把这个聚合物称为‘大引力场’，从南半球上空观看，这个聚合物位于长蛇座和人马座附近。天文学家马克·波斯特曼和托德·劳尔相信，在猎户座以外必然有更大的引力场，要不然，成千上万的星系，包括我们的银河，绝不会朝着猎户座以外流去，恍如木筏在“太空河流”上飘流一样。

这些星系和引力都是无定向的。可是，据宇宙学家说，大爆炸遗下的背景辐射显示，大爆炸的气浪相当稳定。既然这样，稳定的开始怎么会形成后来复杂的巨大结构呢？《科学美国人》承认：“最新观察到长城般的星系和引力场确是令人大惑不解。在宇宙存在的150亿年间，怎么能够有这许多结构形成。”弗里曼和其他人企图把宇宙存在的时间缩短，徒令这个难题更加恶化罢了。

“欠缺了一些基本原理”

盖勒绘制成千上万星团的图表，这些星团有一簇簇的，有纠结在一起的，也有像气泡似的。这些星团的三维图表使科学家对宇宙的概念焕然一新。玛格丽特·盖勒把她的疑惑显露无遗。单是引力本身看来已经无法解释她的‘长城’结构。她承认说：“即使我们想尽办法去理解这个结构，我认为我们总欠缺了一些基本原理。”

盖勒进一步表达心里的疑虑说：“我们显然无法从大爆炸了解到宇宙的巨大结构。”根据目前的天体图去了解宇宙的结构简直异想天开——情形仿佛按照美国罗得岛的地图去绘画世界地图一样。盖勒补充说：“终有一天，我们可能发现自己因为用错方法而理解错误，那时，我们可能奇怪为什么自己没有早想起来。”

现在至为重要的问题是：究竟什么促成大爆炸？最有权威回答这个问题的是安德烈·林德，他是提倡大爆炸学说膨胀论的先驱，这个理论广受大众接纳。林德坦白承认，大爆炸学说并不能解答这个基本问题。他说：“更基本的问题是：究竟有没有大爆炸发生。人可能会问，大爆炸发生以前怎样？当时太空既不存在，也没有时间，那么，物质怎么能够无中生有？……揭开这个宇宙起源之谜，解释这个起初密集小点的始末——一切从哪里来？从什么时候开始？——仍然是现代宇宙学要克服的顽敌。”

《发现》杂志最近登载的一篇文章指出，“合理的宇宙学家不会认定大爆炸论是最终的结论。”

现在，我们就到户外看看，欣赏星光熠熠的夜空，揣摩一下繁星密布的奥秘。

［脚注］

［第5页的附栏］

光年——量度宇宙的码尺

宇宙浩瀚，如果要加以量度的话，以公里计算，就仿佛拿千分尺来量度英国伦敦和日本东京之间的距离。但有一个较方便的量度单位——光年，这是指光在一年所走的距离，相当于9万4600亿公里。在宇宙中，光行走的速度最快，只需1.3秒就能抵达月球，大约8分钟就能到达太阳。光年真的不可思议！