伽利略的望遠鏡——只是開始而已！

當年伽利略把他新發明的望遠鏡朝向天際，他所目睹的一切使他眼界大開。他觀察到的天體比從前任何人所見的多十倍。銀河不再是一片模糊不清的星雲了。反之，它是由無數大小不一的恆星集合組成的。藉著望遠鏡之助，伽利略留意到月球的表面不是平滑光亮得有如瓷器一般，而是有山巒、火山口和無水的海洋散布各處。

幾個月後，伽利略發現了木星的四個衛星。接著，他目睹土星亮麗的環帶。當他把望遠鏡朝向金星時，他察覺到這顆行星的若干盈虧變化，由於在照明方面的微妙改變，因而呈現出不同的形狀。除非這顆行星是環繞著太陽運行的，否則就無法解釋這種盈虧現象。可是，在他看來，如果一顆行星繞日而行，其他的行星——包括地球在內——也必然同樣行。他的推斷是對的。因此，雖然以往地球一向被視為宇宙的中心，它在1609年終於失去了這個崇高地位。

但是，要推翻受人崇敬的信念絕非易事。羅馬天主教會宣布說：「認為地球不是宇宙中心，或甚至是天天自轉的，……這個見解……至低限度是一種錯誤的信仰。」伽利略被帶到異端裁判所面前受審，晚年一直被軟禁在家中。可是，宗教的教條主義並不能抑制望遠鏡發明後所引起的好奇心。有越來越多科學家受到吸引，願意接受挑戰設法揭開宇宙的奧祕。

現在，經過差不多四百年的深入研究之後，我們對宇宙的認識已有戲劇性的增加。不同種類的星體，諸如紅巨星、白矮星、脈衝星等，已被人鑑定。最近，在宇宙的外圍地區，科學家探察到有類星的存在；它們是謎一般的物體，不斷發出巨量的能。現在科學家也相信，有神祕莫測的黑洞——有如強勁到無法想像的隱形宇宙漩渦一般——潛伏在許多星系的各處。

強力的光學望遠鏡使天文學家能夠深入窺探宇宙。這在實際上等於使時光倒流數十億年，來到可見的宇宙的邊際。天文學家發現了巨量的星體和星系。其中有些離我們這麼遙遠，據估計它們的亮光，要150多億年才能抵達地球。a

縱然，一般恆星只發出微弱的無線電波，可是其他天體，例如脈衝星和類星，卻主要靠無線電望遠鏡之助才被人發現。顧名思義，這種望遠鏡所接收的是無線電波而非肉眼所見的光波。自1961年以來，有數以百計的類星被人探測出來，其中許多位於已知宇宙的遙遠邊緣。

把宇宙繪成地圖比伽利略所能想像的艱巨得多。惟獨在本世紀，人類才開始意識到宇宙及其中數以十億計的星系是多麼龐大無垠，各星系之間的距離是何等遙遠。

為了幫助我們想像宇宙的龐大，物理學家羅伯特·賈斯特羅作了以下的比喻。試想像把太陽按比例縮至一個橙子那麼大。這樣，地球便會像一粒砂那麼細小，以9米的距離環繞太陽運行。木星會有如一顆櫻桃核，以相當於一個城市街口的距離繞著橙子旋轉。冥王星則會是另一粒細砂，與想像的橙子——意即太陽——相隔十個城市街口的距離。按同樣的比例計算，太陽最鄰近的恆星半人馬座會位於2100公里以外。整條銀河會成為一簇疏鬆的橙，每個之間相距3200公里，整體的直徑則達3000萬公里。即使將各物按比例縮小，所牽涉的數字仍達到難以想像的地步。

令人驚訝的不僅是龐大的距離而已。隨著科學家逐漸揭開宇宙的奧祕，一些獨特的自然現象開始顯露出來。科學家發現有中子星存在。中子星所含的物質密度奇高，一茶匙的物質重量竟相當於2億頭大象。也有細小的脈衝星，以每秒鐘600次的頻度間歇地發出電波。當然，還有在科學家當中引起許多猜測的神祕黑洞。黑洞本身是我們看不見的，可是，它們會把光和物質無饜地吸進其中，由此顯示出它們的存在。

當然，鑑於宇宙的廣大無垠以及難以斗量的時間，還有很多事仍然是奧祕。可是，至今科學家對宇宙所知有多少呢？他們所知的事實能夠幫助他們明白宇宙是怎樣和為何存在的嗎？

［腳注］

［第4頁的圖片］

1957年在英國興建的喬德雷爾班克無線電望遠鏡是最早完全可變向的望遠鏡

［鳴謝］

Courtesy of Jodrell Bank Radio Telescope

宇宙的奧祕——有些已被揭露出來

1054年7月4日早晨，中國的宮廷天文學家楊惟德舉目望天。他小心翼翼地觀察星體的運行。突然，在接近獵戶座之處，一團亮光引起了他的注意。

當時有一項罕有現象——古代中國人稱之為「客星」——發生。楊惟德將事情稟告皇帝之後，他提及「客星」照耀得如此明亮，甚至金星也顯得相形見絀。它在白晝時分也清楚可見，這種情形延續了數週之久。

直至九百多年後，人才能充分解釋這項奇觀的因由。現在科學界人士相信，上述天文學家所目擊的乃是一顆超新星，而超新星則意味到一顆巨大的恆星正經歷劇變而行將死亡。究竟什麼導致這種不尋常的現象呢？這正是天文學家試圖揭開的宇宙奧祕之一。以下的解釋是天文學家仔細研究所得資料之後，所提出的理論。

雖然像我們的太陽一類的恆星可以具有非常長久和穩定的壽命，它們的形成和死亡卻在太空中引發極為壯觀的景象。科學家們相信，恆星的一生開始於星雲之內。

星雲。這是指星際間的一團氣體塵埃雲而言。星雲是夜空中最為悅目的物體之一。本期雜誌封面所展示的是三葉星雲（意即有三個裂口的星雲）。在這個星雲裡曾有新的恆星誕生，結果令星雲呈現紅色的光芒。

看來在萬有引力的影響下，擴散的物質被凝聚為持續收縮的氣團，於是便有新的恆星在星雲內形成。這些巨大氣團的溫度一旦升至在星雲中心產生核子反應，氣團便會穩定下來而不再繼續收縮。這樣，一顆恆星就誕生了。常常也有其他恆星同時產生，組合成群而成為星團。

星團。在第8頁的照片中我們見到一個稱為「首飾盒」的小星團，科學家認為它只是在數百萬年前形成的。它的名字來自19世紀的天文學家約翰·赫謝爾所作的生動描述：「一個載滿五光十色的寶石的首飾盒。」單是我們的銀河系就據稱有逾千個類似的星團。

恆星的能源。恆星內的核子爐一開始發動，初生或發展中的恆星便會穩定下來。藉著熔合的過程，它開始把氫轉變為氦，過程與氫彈爆炸有點相似。一個像太陽一般的典型恆星所含的質量如此巨大，以致即使燃燒了十億年之久，所含的核子燃料仍未耗盡。

可是，恆星若終於用盡了它的氫燃料，那便會有什麼事發生呢？隨著中心部分的氫耗盡，核心會收縮，溫度會上升。與此同時，外層則劇烈膨脹，使恆星的半徑擴大50或甚至更多倍。於是恆星便成為一顆紅巨星。

紅巨星。紅巨星是一顆恆星。它的表面溫度比較低，因此呈現紅色而非白色或黃色。在恆星的一生歷程中，這個階段比較短。一旦大部分的氦供應用盡了，它就會發出像煙花般的燦爛光焰而分解。這時恆星仍然燃燒著氦，它拋散外殼而外殼會形成一團行星狀星雲。憑著從母體恆星獲得的能量，行星狀星雲熾熱發光。最後，恆星會劇烈塌縮而變成一顆光芒微弱的白矮星。

可是，如果原本的恆星夠龐大，最後的結果會是恆星本身發生爆炸。這就是超新星。

超新星。超新星是一個原本比太陽大得多的恆星在死亡時所發生的爆炸。強烈的震波把巨量的灰塵和氣體，以每秒逾一萬公里的高速拋進太空裡。爆炸所促成的眩目亮光比十億個太陽還明亮。從地上望去，活像一粒閃閃生光的鑽石。超新星一次爆炸所發出的能量相當於太陽在九十億年間所發出的能量總和。

在楊惟德目睹超新星之後九百年，天文學家仍然可以見到這次爆炸拋散各處的碎片，就是稱為巨蟹座的星雲結構。不過，爆炸遺留下來的並非僅限於星雲而已。在星雲的中央，天文學家發現了一個以每秒33次轉動的細小物體，稱為脈衝星。

脈衝星和中子星。天文學家認為脈衝星是一個密度極高的旋轉物體的核心。它是由一顆體積不超過太陽三倍的恆星發生超新星爆炸後遺留下來的。脈衝星的直徑不及30公里，因此很少被光學望遠鏡所察出。可是它們卻能夠憑著無線電望遠鏡之助加以鑑定。這類望遠鏡能夠收到脈衝星的快速旋轉所產生的無線電訊號。有一束無線電波隨著星旋轉，就像燈塔的射光一樣。對觀察星象的人來說，這種現象彷彿脈搏一般，因此便將星稱為脈衝星。脈衝星又名中子星，因為它們主要由緊密地擠在一起的中子所構成。這造成了它們那難以置信的密度——每立方厘米的重量超過一億噸。

如果有一個真正巨大的恆星發生超新星爆炸，那便會有什麼事發生呢？據天文學家計算，核心會繼續崩塌，甚至越過中子星的階段。從理論上說來，由於擠壓核心的萬有引力如此巨大，結果便產生了所謂的黑洞。

黑洞。據稱黑洞好像強有力的宇宙漩渦一般，沒有任何東西可以逃離它的吸力。萬有引力所造成的凝聚力極為強勁。以致太接近這些漩渦的光和物質都會無可抗拒地被吸進其中。

沒有人曾經直接見過黑洞。從黑洞的定義來說，這樣行是不可能的。既然如此，物理學家仍希望藉著黑洞對鄰近物體所生的影響，證明它們的確存在。若要揭開宇宙的這個奧祕，就可能要有新的觀察技術才行。

星系的祕密

星系是由數以十億計的恆星所形成的宇宙結構。在以往，人把太陽視為我們這個銀河系的中心。這項假設已在1920年被人推翻了。其後不久，強力的望遠鏡顯示有其他很多星系存在。這使人開始體會到宇宙的龐大無垠。

我們稱為銀河的朦朧天幕其實只是這個龐大星系的邊緣部分。如果我們能夠從遠處望過來，就會見到銀河好像一個巨大的旋轉輪一般。曾有人把它的形狀比作兩隻背對背的煎蛋。當然，兩者的大小有如天淵之別。即使以光速飛行，也要花10萬年的時間才能橫越我們的銀河系。太陽位於銀河系的邊緣上，太陽在軌道上環繞銀河系的中心運行一週需時二億年。

像恆星一樣，星系仍然有很多祕密是科學界人士感到大惑不解的。

類星。1960年代，有人收到強烈的無線電波。它們來自一些在我們所隸屬的星系群以外極遠之處的物體。這些物體由於與恆星相似，所以稱為類星（英文quasars, 即“quasistellar radio sources”［類星無線電源］一詞的縮寫）。但是使天文學家感到困惑的是，這些物體發射出極為巨大的能量。其中較明亮的比銀河系光亮一萬倍，至今探測到最遙遠的類星位於一百億光年之外。

經過二十年的深切研究，天文學家所得到的結論是，這些遙遠的類星是外圍星系中非常活躍的核心。可是，在這些星系的核心裡究竟有什麼事發生，以致產生這麼巨量的能呢？有些科學家認為，類星所發出的能來自萬有引力作用而非來自星內部發生的核聚變。目前的理論認為類星與巨大的黑洞有關。可是現時仍未能肯定這項理論是否屬實。

類星和黑洞只是其中兩個有待解答的謎而已。事實上，宇宙有些奧祕可能是我們永遠無法洞悉的。然而我們卻能夠從已經揭開的奧祕學得一些深刻的教訓，這些教訓的意義遠超越天文學的範疇。

［第7頁的圖片］

螺旋型星系M83

［鳴謝］

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

［第8頁的圖片］

首飾盒

開放式的星團，金牛座的昴星團M45

［鳴謝］

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

［第8頁的圖片］

獵戶座大星雲，框內所示稱為馬頭星雲

［鳴謝］

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

從宇宙吸取教訓

「我不會假裝熟悉宇宙，我委實渺小得多。」——托馬斯·卡萊爾，1795-1881。

百多年後的今天，現在我們曉得宇宙實在比我們自己巨大得多。縱然科學家在這方面的認識的確較前增進了不少，但他們的處境，正如一位天文學家評論，仍仿似「十八世紀的植物學家，要在叢林裡找出所有未經發現的花卉」一般。

儘管我們所知十分有限，我們仍可以得出若干結論。這些結論有助於解答兩個至為重要的問題：宇宙如何運作？它的起源如何？

秩序井然而非雜亂無章

對宇宙本質的研究，稱為宇宙論。這個字詞源於兩個希臘字，科斯莫斯和羅戈斯的組合，意思是『對秩序或和諧的研究』。這是一個恰當的名稱。因為無論天文學家是觀察天體的移動，抑或研究構成宇宙的物質，他們必然會發現宇宙確實井然有序。

在我們的宇宙裡，每樣東西都是不斷移動的。它們的運動絕非不規律或不能預測。各行星、恆星和星系都根據精確的物理法則運行。這些律則使天文學家能夠以準確無誤的方式推算出某類天文現象。更令人難以置信的是，控制極細微的原子的四種基本力量，同時也支配著宏大無比的眾星系。

甚至構成宇宙本體的元素也顯示出秩序來。《劍橋文學圖集》解釋說：「物質……各方面都組織得有條不紊，從極小的到極大的莫不皆然。」不論是原子核中子與電子質子的聯繫方式，還是維繫巨大星系群之間相互的吸力，一切都不是盲目隨機安排的。反之，物質的構造是極有秩序的。

何以宇宙會顯出這種秩序與和諧呢？為何會有超凡卓越的法則支配著整個宇宙？這些法則必然在宇宙開始前即已存在，否則它們便無法控制宇宙的秩序。因此，合理的問題是：這些律法是從哪裡來的呢？

著名的科學家牛頓總結說：「這個由太陽、行星和彗星組成的星系真是絢麗無比。它只可能在一位聰慧大能的個體督導和掌管下，才能產生。」

物理學家弗雷德·霍伊爾評論說：「宇宙的起源，就像要化解魔術方一樣，需要智慧。」藉著對宇宙起源有更深刻的認識，我們進一步證實了一個結論，那就是必定有一位超自然的立法者存在。

最根本的問題是：宇宙從何而來？

理論物理學家霍金解釋說：「早期的宇宙蘊含著解答一個最根本問題的答案，那就是我們今日所見的萬物，包括生命在內，是怎樣開始的。」關於初期的宇宙，現時最新的科學觀點是什麼呢？

自1960年代以來，科學家從天際各方探測到若干微弱的背景輻射。這些輻射被視為來自遠古宇宙爆炸的反響效應，天文學家稱之為大爆炸學說。這場爆炸如此猛烈以致在數十億年後，我們仍可探測到它的回響。a

可是，如果正如大多數物理學家所相信的一般，在150億至200億年前，宇宙是在一場大爆炸中突然形成的（雖然這個理論引發激烈的爭議），那麼這引起了一個關鍵性的問題。最初的能量是從哪裡來的呢？換言之，有什麼東西在大爆炸之前早已存在？

很多天文學家對這個問題總是避而不答。其中一位天文學家卻承認說：「科學證實了世界是由各種巨大力量發揮作用而產生的，也許科學永遠也無法將這個謎清楚解釋出來。這使科學家大感困惑，因為事情與他們的科學信仰有所抵觸，他們相信有因必有果，有果必有因。現在我們發現宇宙的誕生這個最重大的果，竟然與我們的這項信仰有所抵觸。」

牛津大學一位教授直截了當地寫道：「宇宙誕生的首因是什麼這個問題只好留待讀者自行判斷好了。但是若缺乏了他的存在，我們所得的圖像無論如何是不完整的。」可是，聖經卻一針見血地指出「首因」是誰，聖經說：「起初，上帝創造天地。」——創世記1:1。

人極渺小

宇宙教曉我們一個最簡單、最明顯的道理。中古時期那些自命不凡的人故意對這個道理不屑一顧。但數千年前聖經中的詩人早已謙卑地承認這個千古不易的道理——人是極其渺小的。

最近的發現使大衛王的評論顯得尤其真實，他寫道：「我觀看你指頭所造的天，並你所陳設的月亮星宿，便說：人算什麼，你竟顧念他？世人算什麼，你竟眷顧他？」——詩篇8:3,4。

天文學揭示出宇宙多麼廣大無垠，莊嚴榮美。碩大無朋的恆星、難以想像的距離、無法理解的億萬年時光、產生百萬度高熱的宇宙洪爐，所爆發出的能量就是十億個核子彈也相形見絀。然而，這一切早已在約伯記一書裡以中肯的方式描述出來：「看哪，這不過是上帝工作的些微；我們所聽於他的是何等細微的聲音！他大能的雷聲誰能明透呢？」（約伯記26:14）我們對宇宙越了解，我們在這方面的見識就越顯得孤陋寡聞，我們在宇宙中的位置就越顯得渺小。對客觀公正的觀察者來說，這真是一項嚴肅而發人深省的教訓。

牛頓承認說：「我只像個在海邊玩耍的小孩，偶爾找到一塊異常平滑、漂亮的小圓石或貝殼時便自得其樂。可是在我面前的卻是一片充滿真理而尚未為人所知的汪洋。」

既然認識這件事，這就應當促使我們表現謙卑的態度，而謙卑則可以幫助我們承認有一位創造者，一位不但創造宇宙萬物，而且更制定宇宙法則、遠較我們偉大和聰慧的個體存在。正如約伯記提醒我們：「在上帝有智慧和能力；他有謀略和知識。」（約伯記12:13）這的確是一個至為重要的教訓。

隨著有更多宇宙奧祕逐漸揭示出來之際，還有更多神祕疑團尚待探索。不久將來，本刊會發表一篇文章討論一下若干令天文學家感到大惑不解的最新發現，而這些發現又引發了一連串新問題，結果使宇宙論學家為此爭論不休。

［腳注］

［第10頁的圖片］

這些儀器專門用來探測宇宙大爆炸理論中所說的背景輻射

［鳴謝］

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