伽利略的望远镜——祇是开始而已！

当年伽利略把他新发明的望远镜朝向天际，他所目睹的一切使他眼界大开。他观察到的天体比从前任何人所见的多十倍。银河不再是一片模糊不清的星云了。反之，它是由无数大小不一的恒星集合组成的。借着望远镜之助，伽利略留意到月球的表面不是平滑光亮得有如瓷器一般，而是有山峦、火山口和无水的海洋散布各处。

几个月后，伽利略发现了木星的四个卫星。接着，他目睹土星亮丽的环带。当他把望远镜朝向金星时，他察觉到这颗行星的若干盈亏变化，由于在照明方面的微妙改变，因而呈现出不同的形状。除非这颗行星是环绕着太阳运行的，否则就无法解释这种盈亏现象。可是，在他看来，如果一颗行星绕日而行，其他的行星——包括地球在内——也必然同样行。他的推断是对的。因此，虽然以往地球一向被视为宇宙的中心，它在1609年终于失去了这个崇高地位。

但是，要推翻受人崇敬的信念绝非易事。罗马天主教会宣布说：“认为地球不是宇宙中心，或甚至是天天自转的，……这个见解……至低限度是一种错误的信仰。”伽利略被带到异端裁判所面前受审，晚年一直被软禁在家中。可是，宗教的教条主义并不能抑制望远镜发明后所引起的好奇心。有越来越多科学家受到吸引，愿意接受挑战设法揭开宇宙的奥秘。

现在，经过差不多四百年的深入研究之后，我们对宇宙的认识已有戏剧性的增加。不同种类的星体，诸如红巨星、白矮星、脉冲星等，已被人鉴定。最近，在宇宙的外围地区，科学家探察到有类星的存在；它们是谜一般的物体，不断发出巨量的能。现在科学家也相信，有神秘莫测的黑洞——有如强劲到无法想象的隐形宇宙漩涡一般——潜伏在许多星系的各处。

强力的光学望远镜使天文学家能够深入窥探宇宙。这在实际上等于使时光倒流数十亿年，来到可见的宇宙的边际。天文学家发现了巨量的星体和星系。其中有些离我们这么遥远，据估计它们的亮光，要150多亿年才能抵达地球。a

纵然，一般恒星祇发出微弱的无线电波，可是其他天体，例如脉冲星和类星，却主要靠无线电望远镜之助才被人发现。顾名思义，这种望远镜所接收的是无线电波而非肉眼所见的光波。自1961年以来，有数以百计的类星被人探测出来，其中许多位于已知宇宙的遥远边缘。

把宇宙绘成地图比伽利略所能想象的艰巨得多。惟独在本世纪，人类才开始意识到宇宙及其中数以十亿计的星系是多么庞大无垠，各星系之间的距离是何等遥远。

为了帮助我们想象宇宙的庞大，物理学家罗伯特·贾斯特罗作了以下的比喻。试想象把太阳按比例缩至一个橙子那么大。这样，地球便会像一粒砂那么细小，以9米的距离环绕太阳运行。木星会有如一颗樱桃核，以相当于一个城市街口的距离绕着橙子旋转。冥王星则会是另一粒细砂，与想象的橙子——意即太阳——相隔十个城市街口的距离。按同样的比例计算，太阳最邻近的恒星半人马座会位于2100公里以外。整条银河会成为一簇疏松的橙，每个之间相距3200公里，整体的直径则达3000万公里。即使将各物按比例缩小，所牵涉的数字仍达到难以想象的地步。

令人惊讶的不仅是庞大的距离而已。随着科学家逐渐揭开宇宙的奥秘，一些独特的自然现象开始显露出来。科学家发现有中子星存在。中子星所含的物质密度奇高，一茶匙的物质重量竟相当于2亿头大象。也有细小的脉冲星，以每秒钟600次的频度间歇地发出电波。当然，还有在科学家当中引起许多猜测的神秘黑洞。黑洞本身是我们看不见的，可是，它们会把光和物质无餍地吸进其中，由此显示出它们的存在。

当然，鉴于宇宙的广大无垠以及难以斗量的时间，还有很多事仍然是奥秘。可是，至今科学家对宇宙所知有多少呢？他们所知的事实能够帮助他们明白宇宙是怎样和为何存在的吗？

［脚注］

［第4页的图片］

1957年在英国兴建的乔德雷尔班克无线电望远镜是最早完全可变向的望远镜

［鸣谢］

Courtesy of Jodrell Bank Radio Telescope

宇宙的奥秘——有些已被揭露出来

1054年7月4日早晨，中国的宫廷天文学家杨惟德举目望天。他小心翼翼地观察星体的运行。突然，在接近猎户座之处，一团亮光引起了他的注意。

当时有一项罕有现象——古代中国人称之为“客星”——发生。杨惟德将事情禀告皇帝之后，他提及“客星”照耀得如此明亮，甚至金星也显得相形见绌。它在白昼时分也清楚可见，这种情形延续了数周之久。

直至九百多年后，人才能充分解释这项奇观的因由。现在科学界人士相信，上述天文学家所目击的乃是一颗超新星，而超新星则意味到一颗巨大的恒星正经历剧变而行将死亡。究竟什么导致这种不寻常的现象呢？这正是天文学家试图揭开的宇宙奥秘之一。以下的解释是天文学家仔细研究所得资料之后，所提出的理论。

虽然像我们的太阳一类的恒星可以具有非常长久和稳定的寿命，它们的形成和死亡却在太空中引发极为壮观的景象。科学家们相信，恒星的一生开始于星云之内。

星云。这是指星际间的一团气体尘埃云而言。星云是夜空中最为悦目的物体之一。本期杂志封面所展示的是三叶星云（意即有三个裂口的星云）。在这个星云里曾有新的恒星诞生，结果令星云呈现红色的光芒。

看来在万有引力的影响下，扩散的物质被凝聚为持续收缩的气团，于是便有新的恒星在星云内形成。这些巨大气团的温度一旦升至在星云中心产生核子反应，气团便会稳定下来而不再继续收缩。这样，一颗恒星就诞生了。常常也有其他恒星同时产生，组合成群而成为星团。

星团。在第8页的照片中我们见到一个称为“首饰盒”的小星团，科学家认为它只是在数百万年前形成的。它的名字来自19世纪的天文学家约翰·赫谢尔所作的生动描述：“一个载满五光十色的宝石的首饰盒。”单是我们的银河系就据称有逾千个类似的星团。

恒星的能源。恒星内的核子炉一开始发动，初生或发展中的恒星便会稳定下来。借着熔合的过程，它开始把氢转变为氦，过程与氢弹爆炸有点相似。一个像太阳一般的典型恒星所含的质量如此巨大，以致即使燃烧了十亿年之久，所含的核子燃料仍未耗尽。

可是，恒星若终于用尽了它的氢燃料，那便会有什么事发生呢？随着中心部分的氢耗尽，核心会收缩，温度会上升。与此同时，外层则剧烈膨胀，使恒星的半径扩大50或甚至更多倍。于是恒星便成为一颗红巨星。

红巨星。红巨星是一颗恒星。它的表面温度比较低，因此呈现红色而非白色或黄色。在恒星的一生历程中，这个阶段比较短。一旦大部分的氦供应用尽了，它就会发出像烟花般的灿烂光焰而分解。这时恒星仍然燃烧着氦，它抛散外壳而外壳会形成一团行星状星云。凭着从母体恒星获得的能量，行星状星云炽热发光。最后，恒星会剧烈塌缩而变成一颗光芒微弱的白矮星。

可是，如果原本的恒星够庞大，最后的结果会是恒星本身发生爆炸。这就是超新星。

超新星。超新星是一个原本比太阳大得多的恒星在死亡时所发生的爆炸。强烈的震波把巨量的灰尘和气体，以每秒逾一万公里的高速抛进太空里。爆炸所促成的眩目亮光比十亿个太阳还明亮。从地上望去，活像一粒闪闪生光的钻石。超新星一次爆炸所发出的能量相当于太阳在九十亿年间所发出的能量总和。

在杨惟德目睹超新星之后九百年，天文学家仍然可以见到这次爆炸抛散各处的碎片，就是称为巨蟹座的星云结构。不过，爆炸遗留下来的并非仅限于星云而已。在星云的中央，天文学家发现了一个以每秒33次转动的细小物体，称为脉冲星。

脉冲星和中子星。天文学家认为脉冲星是一个密度极高的旋转物体的核心。它是由一颗体积不超过太阳三倍的恒星发生超新星爆炸后遗留下来的。脉冲星的直径不及30公里，因此很少被光学望远镜所察出。可是它们却能够凭着无线电望远镜之助加以鉴定。这类望远镜能够收到脉冲星的快速旋转所产生的无线电讯号。有一束无线电波随着星旋转，就像灯塔的射光一样。对观察星象的人来说，这种现象仿佛脉搏一般，因此便将星称为脉冲星。脉冲星又名中子星，因为它们主要由紧密地挤在一起的中子所构成。这造成了它们那难以置信的密度——每立方厘米的重量超过一亿吨。

如果有一个真正巨大的恒星发生超新星爆炸，那便会有什么事发生呢？据天文学家计算，核心会继续崩塌，甚至越过中子星的阶段。从理论上说来，由于挤压核心的万有引力如此巨大，结果便产生了所谓的黑洞。

黑洞。据称黑洞好像强有力的宇宙漩涡一般，没有任何东西可以逃离它的吸力。万有引力所造成的凝聚力极为强劲。以致太接近这些漩涡的光和物质都会无可抗拒地被吸进其中。

没有人曾经直接见过黑洞。从黑洞的定义来说，这样行是不可能的。既然如此，物理学家仍希望借着黑洞对邻近物体所生的影响，证明它们的确存在。若要揭开宇宙的这个奥秘，就可能要有新的观察技术才行。

星系的秘密

星系是由数以十亿计的恒星所形成的宇宙结构。在以往，人把太阳视为我们这个银河系的中心。这项假设已在1920年被人推翻了。其后不久，强力的望远镜显示有其他很多星系存在。这使人开始体会到宇宙的庞大无垠。

我们称为银河的朦胧天幕其实只是这个庞大星系的边缘部分。如果我们能够从远处望过来，就会见到银河好像一个巨大的旋转轮一般。曾有人把它的形状比作两只背对背的煎蛋。当然，两者的大小有如天渊之别。即使以光速飞行，也要花10万年的时间才能横越我们的银河系。太阳位于银河系的边缘上，太阳在轨道上环绕银河系的中心运行一周需时二亿年。

像恒星一样，星系仍然有很多秘密是科学界人士感到大惑不解的。

类星。1960年代，有人收到强烈的无线电波。它们来自一些在我们所隶属的星系群以外极远之处的物体。这些物体由于与恒星相似，所以称为类星（英文quasars, 即“quasistellar radio sources”［类星无线电源］一词的缩写）。但是使天文学家感到困惑的是，这些物体发射出极为巨大的能量。其中较明亮的比银河系光亮一万倍，至今探测到最遥远的类星位于一百亿光年之外。

经过二十年的深切研究，天文学家所得到的结论是，这些遥远的类星是外围星系中非常活跃的核心。可是，在这些星系的核心里究竟有什么事发生，以致产生这么巨量的能呢？有些科学家认为，类星所发出的能来自万有引力作用而非来自星内部发生的核聚变。目前的理论认为类星与巨大的黑洞有关。可是现时仍未能肯定这项理论是否属实。

类星和黑洞只是其中两个有待解答的谜而已。事实上，宇宙有些奥秘可能是我们永远无法洞悉的。然而我们却能够从已经揭开的奥秘学得一些深刻的教训，这些教训的意义远超越天文学的范畴。

［第7页的图片］

螺旋型星系M83

［鸣谢］

图片：D.F.Malin, courtesy of Anglo-Australian Telescope Board

［第8页的图片］

首饰盒

开放式的星团，金牛座的昴星团M45

［鸣谢］

图片：D.F.Malin, courtesy of Anglo-Australian Telescope Board

［第8页的图片］

猎户座大星云，框内所示称为马头星云

［鸣谢］

图片：D.F.Malin, courtesy of Anglo-Australian Telescope Board

从宇宙吸取教训

“我不会假装熟悉宇宙，我委实渺小得多。”——托马斯·卡莱尔，1795-1881。

百多年后的今天，现在我们晓得宇宙实在比我们自己巨大得多。纵然科学家在这方面的认识的确较前增进了不少，但他们的处境，正如一位天文学家评论，仍仿似“十八世纪的植物学家，要在丛林里找出所有未经发现的花卉”一般。

尽管我们所知十分有限，我们仍可以得出若干结论。这些结论有助于解答两个至为重要的问题：宇宙如何运作？它的起源如何？

秩序井然而非杂乱无章

对宇宙本质的研究，称为宇宙论。这个字词源于两个希腊字，科斯莫斯和罗戈斯的组合，意思是‘对秩序或和谐的研究’。这是一个恰当的名称。因为无论天文学家是观察天体的移动，抑或研究构成宇宙的物质，他们必然会发现宇宙确实井然有序。

在我们的宇宙里，每样东西都是不断移动的。它们的运动绝非不规律或不能预测。各行星、恒星和星系都根据精确的物理法则运行。这些律则使天文学家能够以准确无误的方式推算出某类天文现象。更令人难以置信的是，控制极细微的原子的四种基本力量，同时也支配着宏大无比的众星系。

甚至构成宇宙本体的元素也显示出秩序来。《剑桥文学图集》解释说：“物质……各方面都组织得有条不紊，从极小的到极大的莫不皆然。”不论是原子核中子与电子质子的联系方式，还是维系巨大星系群之间相互的吸力，一切都不是盲目随机安排的。反之，物质的构造是极有秩序的。

何以宇宙会显出这种秩序与和谐呢？为何会有超凡卓越的法则支配着整个宇宙？这些法则必然在宇宙开始前即已存在，否则它们便无法控制宇宙的秩序。因此，合理的问题是：这些律法是从哪里来的呢？

著名的科学家牛顿总结说：“这个由太阳、行星和彗星组成的星系真是绚丽无比。它祇可能在一位聪慧大能的个体督导和掌管下，才能产生。”

物理学家弗雷德·霍伊尔评论说：“宇宙的起源，就像要化解魔术方一样，需要智慧。”借着对宇宙起源有更深刻的认识，我们进一步证实了一个结论，那就是必定有一位超自然的立法者存在。

最根本的问题是：宇宙从何而来？

理论物理学家霍金解释说：“早期的宇宙蕴含着解答一个最根本问题的答案，那就是我们今日所见的万物，包括生命在内，是怎样开始的。”关于初期的宇宙，现时最新的科学观点是什么呢？

自1960年代以来，科学家从天际各方探测到若干微弱的背景辐射。这些辐射被视为来自远古宇宙爆炸的反响效应，天文学家称之为大爆炸学说。这场爆炸如此猛烈以致在数十亿年后，我们仍可探测到它的回响。a

可是，如果正如大多数物理学家所相信的一般，在150亿至200亿年前，宇宙是在一场大爆炸中突然形成的（虽然这个理论引发激烈的争议），那么这引起了一个关键性的问题。最初的能量是从哪里来的呢？换言之，有什么东西在大爆炸之前早已存在？

很多天文学家对这个问题总是避而不答。其中一位天文学家却承认说：“科学证实了世界是由各种巨大力量发挥作用而产生的，也许科学永远也无法将这个谜清楚解释出来。这使科学家大感困惑，因为事情与他们的科学信仰有所抵触，他们相信有因必有果，有果必有因。现在我们发现宇宙的诞生这个最重大的果，竟然与我们的这项信仰有所抵触。”

牛津大学一位教授直截了当地写道：“宇宙诞生的首因是什么这个问题只好留待读者自行判断好了。但是若缺乏了他的存在，我们所得的图像无论如何是不完整的。”可是，圣经却一针见血地指出“首因”是谁，圣经说：“起初，上帝创造天地。”——创世记1:1。

人极渺小

宇宙教晓我们一个最简单、最明显的道理。中古时期那些自命不凡的人故意对这个道理不屑一顾。但数千年前圣经中的诗人早已谦卑地承认这个千古不易的道理——人是极其渺小的。

最近的发现使大卫王的评论显得尤其真实，他写道：“我观看你指头所造的天，并你所陈设的月亮星宿，便说：人算什么，你竟顾念他？世人算什么，你竟眷顾他？”——诗篇8:3,4。

天文学揭示出宇宙多么广大无垠，庄严荣美。硕大无朋的恒星、难以想象的距离、无法理解的亿万年时光、产生百万度高热的宇宙洪炉，所爆发出的能量就是十亿个核子弹也相形见绌。然而，这一切早已在约伯记一书里以中肯的方式描述出来：“看哪，这不过是上帝工作的些微；我们所听于他的是何等细微的声音！他大能的雷声谁能明透呢？”（约伯记26:14）我们对宇宙越了解，我们在这方面的见识就越显得孤陋寡闻，我们在宇宙中的位置就越显得渺小。对客观公正的观察者来说，这真是一项严肃而发人深省的教训。

牛顿承认说：“我只像个在海边玩耍的小孩，偶尔找到一块异常平滑、漂亮的小圆石或贝壳时便自得其乐。可是在我面前的却是一片充满真理而尚未为人所知的汪洋。”

既然认识这件事，这就应当促使我们表现谦卑的态度，而谦卑则可以帮助我们承认有一位创造者，一位不但创造宇宙万物，而且更制定宇宙法则、远较我们伟大和聪慧的个体存在。正如约伯记提醒我们：“在上帝有智慧和能力；他有谋略和知识。”（约伯记12:13）这的确是一个至为重要的教训。

随着有更多宇宙奥秘逐渐揭示出来之际，还有更多神秘疑团尚待探索。不久将来，本刊会发表一篇文章讨论一下若干令天文学家感到大惑不解的最新发现，而这些发现又引发了一连串新问题，结果使宇宙论学家为此争论不休。

［脚注］

［第10页的图片］

这些仪器专门用来探测宇宙大爆炸理论中所说的背景辐射

［鸣谢］

Courtesy of the Royal Greenwich Observatory and the Canary Islands Institute of Astrophysic