|
果然，不遠處已經聚集了好幾個人。他倆靠了過去，發現有位白髮的東方長者剛好開始講故事：
“很久很久以前，宇宙裡天、地不分，到處是霧霾濁流。就在這混混沌沌之中，有一團精氣在渦動騰挪，虹吸周圍精華。它經過了一萬八千年的凝聚修煉，造就了一個力大無窮的巨神，他的大名叫盤古。
“盤古如夢方醒，睜眼四顧，朦朦朧朧，什麼也看不清。於是他站起來，瞪著眼睛，發出一陣吼叫。接著，他一邊旋轉著身子，一邊掄動神斧狂砍。所到之處，電閃雷鳴，混沌分離，那輕而清的東西向上飄升，逐漸形成了藍天，重而濁的東西向下沉去，逐步形成了大地。盤古手托藍天，腳蹬大地，挺立在天地之間，努力將天、地撐開。從而天每日增高一丈，地每日增厚一丈，盤古也每日長高一丈。這樣又經過一萬八千年，天地遠離，各成系統。盤古自己也變成了九萬里高的巨人，他終於難以支撐，轟然倒下。他的頭化做了高山，四肢化成了擎天之柱，眼睛變成太陽和月亮，血液變成了江河，毛髮肌膚變成了花草，呼吸變成了風，喊聲變成了雷，淚水變成了甘霖雨露，滋潤著大地。”
“呵呵，大爆炸宇宙學與這則神話故事倒有點兒一脈相承。”愛因斯坦心裡發笑。
“天、地遠離，萬物繁衍，神州大地，三皇五帝到如今。傳說帝堯發明圍棋後，有弈者將天、地景觀歸納成一句話：天圓如張蓋，地方如棋局。這是700年前最初的蓋天說。後來，人們意識到天圓地方有紕漏，於是提出：天似蓋笠，地法覆盤。他們還進一步根據一些假設和圭表測影的資料，並利用勾股弦定理進行了推算，設計出了七衡六間圖。具體些說，太陽在天蓋上的周日（視）運動，在不同的節氣是沿不同的軌道進行的。以北極為中心，在天蓋上間隔相等地畫出大小不同的同心圓，這就是太陽運行的七條軌道，稱為‘七衡’，七衡之間的6個間隔稱為‘六間’。最內的第一衡為‘內衡’，為夏至日太陽的運行軌道，即‘夏至日道’；最外的第七衡為‘外衡’，是冬至日太陽運行的軌道，即‘冬至日道’。內衡和外衡之間塗以黃色，稱為‘黃圖畫’，即所謂‘黃道’，太陽只在黃道內運行。這可以說明日月星辰的周日運動，晝夜的長短變化和四季二十四節氣的迴圈交替。”
“他是誰？說的是最古老的宇宙說？”愛因斯坦問。
“這位演說者是西元前4世紀的《周髀算經》作者之一，陳子。他說的蓋天說起源於西元前11世紀，可以說是最早的宇宙說吧。”
“嗨，有趣，有趣。西元前11世紀就有了宇宙說。算來，陳子比古希臘的亞里斯多德還早了1個多世紀，能有這般見識，真是智者啦。”愛因斯坦客觀地評論著。
“哎，說曹操，曹操就到，那位不就是亞里斯多德嗎？”
愛因斯坦順著小張的手指望去，看到離人群不遠處有一位穿古希臘長袍，方臉盤，滿臉絡腮鬍子的長者。他正端詳著一頭動物，很激動地自言自語：
“是它，是它，正如賽蒂薩斯所說，人頭、獅身、龍尾；上、下顎都有3排牙齒；像獅子那麼大，毛茸茸的，有著像人一樣的臉和耳朵……”
亞里斯多德是古希臘的哲學大家，是哲學、邏輯學、生物學等等方面的集大成者。他是在西元前328年的一次午睡時被“請”過來的。那天一早，他的學生亞歷山大大帝又給他送來了一批戰利品，其中有一些他從未見過的動物。因此，他在動物園裡興致勃勃地觀察了二個小時，午飯後就睡了一覺。現在，他還以為這頭獅身龍尾獸是新送來的禮品之一呢。在沒見到這獸之前，他對賽蒂薩斯的話總有點將信將疑。
“亞里斯多德先生，您好！”
愛因斯坦的問好聲把亞里斯多德從夢境裡喚出來了。亞里斯多德面對一群衣著打扮異常的人，感到有點茫然；又注意到四周景象煥然一新，遍地都是陌生的花草樹木，蟲豸禽獸，作為邏輯學始祖的他，頓覺詭異。
“你們是誰呀？這裡是什麼地方？”
“亞里斯多德老師，不勝冒昧，我們把您請到西元70世紀來了。他是20世紀的愛因斯坦；我是70世紀的張絡。”
“啊，啊？”亞里斯多德沒有西元、世紀之類的觀念。
“您是我們幾千年前的聖賢。我們想聽聽您對宇宙的看法。”小張盯著亞里斯多德的眼睛說，並將他引入了人群裡。
“宇宙？嗯，這個嘛，我可以說上幾句。”亞里斯多德緩過神，來了興致，“宇宙包括了天地萬物。白天，我們可以看到太陽在繞著地球轉；晚上還能發現月亮和星星也都在圍著地球轉。通過仔細地長期觀察，可以進一步發現水星、金星、火星、木星、土星等各自在快慢不同地繞著地球轉，但大多數星星是在同步地繞著地球轉。因此，我們人類生活的地球是宇宙的中心，它是靜止不動的。地球之外有9個透明的等距天層，由裡到外依次排列著月球天、水星天、金星天、太陽天、火星天、木星天、土星天、恒星天和原動力天；每個天層都在繞地球轉，但快慢不同。”亞里斯多德很有條理地說。
圖3 亞里斯多德（西元前384～前322）
“哦，大地是球形的？星星不是繞著北極轉，而是繞著地球轉？”陳子不解地問。
“是呀，原來有人認為：地球可能像圓盤狀。但是我發現，月食時，地球投射到月亮上的影子總是圓的，這表明了地球必定是球狀的，因為，如果地球是圓盤狀的，它在月亮上的影子將是橢圓形的。”
圖4 克羅狄斯‧托勒密（約90年—168年）
“亞里斯多德老師說得好！”托勒密從愛因斯坦身後站上前來說，“做夢都沒想到能夠見到您老人家，真是太幸運啦。關於地球是宇宙中心的學說嘛，它的初步理念是在米利都學派中形成的，後由歐多克斯明確提出，是您，亞里斯多德老師將它加以完善。我繼承了您的學說，寫成了8卷本的《偉大論》。不是嗎，以地球為中心的宇宙是多麼的偉大、壯麗啊！各個行星都在一個被稱為‘本輪’的較小的圓周上運動，而每個本輪的圓心則圍繞地球作稱為均輪的圓周運動……”
圖5 地心說的本輪與均輪
古希臘的前賢們都相信畢達哥拉斯關於天體運動是圓周的和均勻的論斷，但如果天體只沿著均輪繞地球轉，顯然與觀察到的天象不一致，於是就在均輪上加了本輪；如果仍有誤差，再加更小一級的本輪；如此等等。結果，隨著天文觀察越來越細緻，精確，本輪-均輪體系越來越複雜了。
圖6 張衡（78年—139年）
”是的，地球是宇宙的中心。如果把宇宙比作一個雞蛋，那麼，天好比蛋殼，地球為蛋黃，天地之間充滿了氣和水，日月星辰在氣的作用下有規律地運動，大地浮在水上……”
“他的‘日月星辰在氣的作用下有規律地運動’的說法，倒有點‘場’的影子。”愛因斯坦心裡想，就問小張，“這位說話的是誰呀？”
“他是中國古代著名天文學家張衡。”小張說，“他生於西元78年，比托勒密大12歲。”
只見張衡指著身後說：
“瞧，那邊是我製作的一架水動渾天儀。”
大家圍了過去。這渾天儀的主體是幾層均可運轉的圓圈，最外層周長一丈四尺六寸。各層分別刻著內、外規，南、北極、黃、赤道，二十四節氣，二十八列宿，還有“中”、“外”星辰和日、月、五緯等等天象。
“大家看，渾天儀上附著兩個漏壺，壺底有孔，滴水推動圓圈，圓圈按著刻度慢慢轉動。於是乎各種天文現象能按時出現在實際位置上。”
圖7 渾天儀
這渾天儀獨具匠心的設計和精巧的製作，贏得了一片讚歎聲。它油漆未幹，是張衡“剛”完成的得意之作。他是在入神地自我欣賞時，聽到有人對他說：
“有群古人和西域人要參觀您的新作。”
於是他就來到了一群高談闊論的人群中間。
“先生，冒昧問一下，您的每一個圓圈，代表的是一個透明的天殼吧？在您的最外層的恒星天以外，還會有什麼嗎？”托勒密問。因為，在他的宇宙結構裡，恒星天外面還有晶瑩天、最高天和淨火天。
“應該有吧，宇之表無極，宙之端無窮嘛。”張衡說，“天殼可能是不存在的。在我們東方，除了最早的蓋天說和我們的渾天說外，還有一種宣夜說，它認為：人們看到的天殼並不是真的，天色蒼茫，是由於我們看得非常遙遠的緣故，猶如遠山色青，深谷色黑，青與黑都不是它們的本色；日月眾星自然地存在於虛空之中，它們的運行靠的是氣的作用。宣夜說的說法很有道理，不過，它只是一些籠統的看法，沒有具體地描述日月星辰的運動規律，因此缺乏實用性。”
“唔，了不起，1900年前就能夠認識到不存在‘天殼’。”愛因斯坦在心裡讚歎著。
“各位前賢，幸會，幸會！”
愛因斯坦順聲音望去，喔，原來是身體瘦弱的哥白尼冒了出來，在向大家作揖說：
“晚輩是16世紀的哥白尼。剛才，各位有理論模型，也有實物模型，精彩紛呈。大家都認為：地球是宇宙的中心。這種地球中心說是對眼見為實的直接描述，很有影響力。從亞里斯多德時代算起，流行了1800年之久。不過，隨著天文觀察資料越來越豐富、精確，本輪-均輪系統的圓圈也越來越多，到我們時代，這圓圈數已達80個左右了。”
“嚄——”亞里斯多德、托勒密等人一臉無奈的樣子。
“我想，大自然應該是簡單而和諧的，宇宙一定會有我們還不知道的奧秘。於是，我對天文現象進行了觀察、搜集和分析，發現每個行星都有三種共同的週期運動，即一天，一年和相當於歲差的週期運動。如果將宇宙中心讓位給太陽，那麼，這三種週期運動就可以分別對應於地球的自轉、地球繞太陽的公轉、黃道面與赤道面不重合而引起的地軸迴旋，這樣可以使行星的運動一下子簡化很多，因此，更為合理。”哥白尼說，“因此，我認為，太陽是宇宙的中心，水星、金星、地球、火星、木星、土星和恒星都在繞著太陽轉，而月亮是繞地球轉的衛星。”
圖8 哥白尼（1473年—1543年）
1514年，哥白尼就寫成了《天體運行論》一書，但是否將它出版，他久久猶豫不決。因為地心說已在人們心中深深紮根，而且得到了教廷的完全支援，所以他擔心這部書出版後會遭受到地心說信徒們的攻擊，及受到教廷的壓制。20多年後，在朋友和學生的支持、鼓勵下，哥白尼終於決定出版這部著作。1543年5月24日，彌留之際的哥白尼終於摸到了剛剛出版的《天體運行論》，可惜當時的他，已經因為腦溢血而雙目失明，他興奮地撫摸著新書的封面，與世長辭了，並被直接“送”進了70世紀的露天會場。
“哥白尼老弟，你剛才說的有邏輯性。”亞里斯多德說，“不過，如果地球在繞太陽轉，而且還在自轉，那麼地面上勢必會形成一股經久不息的東風，但實際上沒有呀。”
“是的，那是因為空氣和大地一脈相承，互為一體。地球轉動時，大氣也隨著一起轉動，自然不會出現大風。”哥白尼答道。
“哦，我沒聽錯吧，剛才是哥白尼老師在講話？”一位垂頭喪氣的老人說，“是的，地球在動，地球在動呀！”他邊說邊抬起了頭——噢，原來是伽利略！
圖9 伽利略（GalileoGalilei，1564-02-15—1642-01-08）。
1633年6月22日，在羅馬宗教裁判所裡，伽利略在淫威下，被迫把雙手按在《聖福音書》上宣誓：“……我現在宣佈並發誓：地球並不環繞太陽而運行……”。看來，他是在宣誓後被請到這裡來的。
“哇——原來亞里斯多德、托勒密等等諸位先輩也都在哪！”伽利略的精神頓時振作起來，“我記得阿基米德曾經指出，古希臘的阿裡斯塔克斯也曾經提出過日心宇宙模型，其要點是：太陽與固定的恒星不會運動；地球沿著圓形軌道繞太陽運行；太陽位於該圓的中心；固定的恒星離開地球和太陽都很遙遠。現在看來，阿裡斯塔克斯的宇宙觀相當正確，但他遠遠走在了時代的前面，因而得不到公眾的承認，甚至有人想控告阿裡斯塔克斯的瀆神之罪。唉，我就是因為支持哥白尼老師的日心說，被羅馬宗教裁判所，以‘反對教皇、宣揚邪學’的罪名，判處了終生監禁。”
“伽利略先生，340多年後的1979年11月10日，羅馬教皇在一次公開集會上宣佈：1633年對伽利略的宣判是不公正的。這是得到平反時間最長的冤假錯案啦，您老可以釋懷了。”小張說
“哦，真的？歷史是公正的呀。”伽利略高興地說，“眼見為實是吧，各位先賢，我做了一架望遠鏡，當夜幕降臨，透過它，我們將發現遙遠的星宿如在眼前。”
在大家的驚訝和期望聲中，夜幕降臨了，一架伽利略自己製作的天文望遠鏡出現在人群中間。它升起來，物鏡指向天空，目鏡朝向人們，每個人都覺得自己剛好在貼著目鏡觀察。
“哇——真的沒有天殼?！”
“喲，天河是無數星星構成的呀。”
“呀，月亮的表面原來跟我們的大地差不多，坑坑窪窪，高低不平。”
……
先賢們本來都居於各自的認知高地上，面對看到的景象，瞬間跌了下來，驚異萬分。
“伽利略老兄，實在對不起呀。您曾邀請我用望遠鏡看一看月球和行星，因我有事，讓我的學生馬丁‧霍爾過來。那小子回來說：您的望遠鏡用來觀察地面上的物體確實很棒；但是指向天空時會產生‘幻影’。我竟信了他的鬼話！抱歉啊，抱歉！”說話的是比伽利略小7歲的開普勒。
“啊！我親愛的開普勒，我多麼希望你我能夠在一起開懷大笑地欣賞這些奇怪的事情！”伽利略真誠地說。
“通過望遠鏡看到的天體確實與我們的想像大不一樣，但並不能確定地球在動哪。”托勒密有點不服氣地說，
“我的老師第谷‧布拉赫留下了非常詳細的天文觀察記錄，在這基礎上，經過反反復複的分析、計算和進一步的觀察，我發現了行星繞日運動的三大定律。這能夠進一步說明日心說的客觀性” 開普勒說。
圖10 約翰尼斯‧開普勒1571年12月27日—1630年11月15日
“哦，說來聽聽。”哥白尼饒有興趣地說。
“第一條定律是關於行星運行的方式。前賢們都遵循畢達哥拉斯關於天體運動是圓周的和均勻的論斷，從而產生了行星運動的本輪-均輪複雜系統。即使是哥白尼先生的日心說，本輪、均輪的總數也有幾十個。而且，我發現，無論怎樣努力，都無法用圓形軌道來描述火星的運行。於是，我嘗試用橢圓軌道來描述，結果非常理想，只需要一個橢圓，而且適用於任何行星！第一條定律就是：行星在橢圓形的軌道上繞太陽運動，太陽處於橢圓的一個焦點上。”
在場的前賢們聽得目瞪口呆了。愛因斯坦知道，將流行了2000年的圓形軌道改成橢圓形軌道，看來變化不大，其實是古代天文學和現代天文學的一條分界線。
“另外兩條定律呢？”有人問。
“第二條定律是：行星和太陽的連線在相等的時間間隔內掃過相等的面積。第三條為：所有行星繞太陽一周的恒星時間的平方與它們軌道長半軸的立方成比例。”
愛因斯坦心裡清楚，如果把彗星的?物線軌道也包括進來，開普勒第一定律可進一步表述成：所有行星和彗星的軌道都屬於圓錐曲線，而太陽則在它們的一個焦點上；而第二、第三定律是近似的，只在行星品質比太陽品質小得多的情況下才比較精確。
“開普勒先生，你是通過大量的計算得出三大定律的，我們應該相信你。不過，這些關係只是一些表像，請問它們為什麼能夠成立呢？”亞里斯多德問。
“亞里斯多德老師問得好。我的三大定律確實是些形式上或定量上的關係，這顯示了太陽的中心地位，至於它們的具體機制，我也百思不得其解。”開普勒老實回答。
“這個問題應該去問那個人。”小張指著不遠處的一個人說。
大家順著小張手指的方向望去，看見50米外站著一個人，他有著一頭漂亮的長卷髮，臉型方正而豐滿，目光炯炯，鼻子挺直。
“這位不就是牛頓先生嗎？！”愛因斯坦心裡有點激動。
只見牛頓的右手拿著一根雪茄煙，在左手拿著的一個什麼東西上頓了一頓，就湊到嘴裡吸了起來——呀，他不是在吸雪茄煙，竟是在吹肥皂泡！瞧，一個個肥皂泡從他那雪茄煙似的管子裡產生出來，飄蕩開去，很快就在他面前形成了一個閃爍著五光十色的泡泡世界。
“他怎麼吹起泡泡來了？”愛因斯坦大惑不解。
牛頓是位空前絕後的科學巨匠，在他之前，力學的成果零零落落不成體系；是他將力學提煉、夯實成完整的科學體系。他還將自由落體與天體的運行統一起來，悟出了宇宙的定律。他說：“宇宙的定律就是品質與品質之間的相互吸引。”
這樣的一位物理學大師，怎麼會喜歡上小孩子的玩意兒呢？
圖11 牛頓（1643年1月4日—1727年3月31日）
“牛頓先生的思緒還沒有從1687年的春天裡解脫出來呢。”小張開心地說。
原來，牛頓寫完了劃時代的科學巨著《自然哲學的數學原理》的最後一卷“關於宇宙的構造”後，他就到離劍橋大學不遠的一個地方去休養。一天，在旅館的院子裡，他，一個快50歲的紳士，竟像小孩子一般，整天吹起肥皂泡來了。
“看來，牛頓對來到70世紀還毫無意識。也許，他的思想還在繼續著關於宇宙構造的推究，那一個個肥皂泡好比一個個星球，他正在苦苦地思索著：造就星球永恆運動的‘第一推動力’究竟是大自然本身還是‘神’。偉大的牛頓啊，看來您在‘第一推動力’的問題上，只能遭受那肥皂泡的命運了。”愛因斯坦一邊想著，一邊向牛頓走去。
“您好！牛頓先生。”愛因斯坦恭敬地打招呼。
牛頓看到一群衣著打扮各異的人向他走來，有點驚詫。接著，他發現其中有哥白尼、伽利略、開普勒等等似曾相識的人，更感到愕然了。
“牛頓先生好！歡迎您來到70世紀，參加《宇宙學歷史交流會》。”
“啊？噢，噢……”牛頓先是詫異，繼而，在小張的炯炯目光感應下，就不置可否地點了幾下腦袋。
“牛頓先生，我是開普勒，根據大量的觀察資料，總結出了行星運行的三大定律，但不知道它們是如何造就的。聽說您知道其中的奧妙，特來向您請教。”
“呵，您就是開普勒先生！那麼，這位是伽利略先生；那位是哥白尼先生；還有亞里斯多德先生、托勒密先生，諸位先賢彙聚一堂，在下實在榮幸！至於我嘛，就是站在你們諸位巨人的肩膀上，才有所新的發現。”牛頓開心而謙虛地說，“有一天，我坐在樹旁的椅子上， 思考開普勒先生的三大定律問題。突然，一個蘋果從樹上掉下來，砸在我的身上，頓時開啟了我的靈感：蘋果掉下，可以認為是地球在吸引蘋果，也可以說地球和蘋果會相互吸引，對，萬物都會相互吸引！兩個大小一樣的物體，相互吸引時，靠近的速度一樣大；兩個一大一小的物體相互吸引，大的速度慢，小的速度快，看起來是小的被大的吸引過去了。這樣一來，蘋果落地和行星繞太陽轉都有可能在遵循著同一個自然規律。想到這裡，我非常興奮，馬上回到書房，寫下了萬有引力公式。後來，我結合力學三大定律進行演繹，果然能夠推導出開普勒先生的三大定律！”
先賢們如夢方醒，紛紛豎起了大拇指！
“萬物都在相互吸引，一語定乾坤！不過，如此看來，宇宙萬物最終不是全將聚集到中心了嗎？”張衡稱讚之餘，有點疑惑地問。
“如果宇宙有中心，情況確實如此。”牛頓說，“但是，宇宙是沒有中心的，我們看到的天上的繁星，其實是非常非常遙遠的大大小小的太陽。在總體上，星球在無邊無際、無始無終的時空中，均勻分佈，引力相互抵消；它們遵循力學的自然法則，永恆地運動著，變化著。”
“一般看來，宇宙應該是無限的。但仔細想一想，其中存在矛盾。比如說，無限宇宙，星光燦爛，我們無論往那兒看，總會看到星光，夜空理應顯得相當明亮。而實際上，我們看到的夜空是黑暗的，這似乎也表明宇宙是有限的吧。” 開普勒說。
“開普勒先生指出的問題，後來稱之為‘奧伯斯佯謬’。另外，1894年，塞裡格爾首先指出，如果假設萬有引力定律在宇宙的各個地方都起作用,並且物質的平均密度處處都不等於零,那麼,對於整個物質世界來說,計算出的引力勢在空間每一點上都會是無限大，這被稱之為引力佯謬。” 瑞典天文學家沙利葉說，“十八世紀中期，德國物理學家朗伯特曾提出過天體逐級成團分佈的概念。他把太陽系叫作第一級，第二級是比太陽系大得多的星團，第三級是銀河系。在這種天體逐級成團分佈的思想基礎上，我於1908年提出了等級式宇宙模型，認為在銀河系以上還會有第四級、第五級等等的天體團集現象存在。這樣的話，當第n+1級與n級的半徑比大於n+1級所包含的n級天體的個數的平方根時，天體到達地面的總光通量就是有限的，或者說遠處天體對光通量的貢獻可以是任意小的數值，因而不會發生‘黑夜和白天一樣亮’的所謂奧伯斯佯謬現象了。”
“牛頓先生以為天體是均勻分佈的；這位先生——喔，沙利葉先生認為天體是逐級成團分佈的。這裡的關鍵是要能夠測量遙遠星星的距離。”伽利略說，“我曾經想：地球在繞太陽轉，那麼，相隔半年，它將分別在繞日直徑的兩端。在這兩端，觀察同一顆恒星，就應該會產生視差。這樣就可以根據視差來計算恒星天有多高了。我設法進行觀察，但沒有發現恒星的視差，這有可能是恒星離我們實在太遠了的緣故吧。”
“伽利略先生，恒星的視差確實存在，由於它非常小，直到你以後的200年，即1837年，才被人們測出來。恒星是遙遠的大大小小的太陽，它們離我們的距離一般用光年表示。1光年就是光走一年的距離，它大約是日地距離的6萬3千倍。離我們最近的是比鄰星，它離我們4.2光年遠；最亮的恒星，天狼星是8.6光年。我們平時看到的恒星絕大多數都在幾百光年以內。肉眼可見的最遠的天體是仙女座大星雲，離地球254萬光年。” 法國20世紀天文學家沃庫勒說，他是等級式宇宙學的推動者。
“離地球245萬光年也能用視差法測出來？”開普勒發問。
”呵，當然不能。仙女座大星雲在銀河系以外，是一個比銀河系更大的星系。它在我們看來很小，其實包含了將近一萬億顆恒星，是我們銀河系恒星數的2倍以上。這是利用造父變星來測距的。造父變星是一類高光度週期性脈動變星，即它的光度會週期性地變化，而且其光變週期，即亮度變化一周的時間，與它的光度成正比。當我們在仙女座星系裡找到造父變星，就可以根據它的光變週期，獲知它的實際亮度，再根據實際亮度以及距離與其觀察亮度之間的關係，就能夠知道它的距離了。”
“看起來一成不變的恒星天，原來是遠近各異，千姿萬態呀。真是想不到，想不到哪。”亞里斯多德感慨萬千。
“用造父變星量天，這個方法高，實在高明！它能探測到的天體，最遠是多少？”托勒密問。
“造父變星亮度有限，上千萬光年遠的就難以觀察到了。不過，可以獲知實際亮度的天體被稱為‘標準燭光’，造父變星只是其中之一。還有一種標準燭光，IA型超新星，它的亮度比造父變星高得多，是太陽亮度的10億倍，因此可用來測量上億光年外的天體距離。到20世紀末，人類已經探測到了百億光年外的天體了。從中，人們發現，太陽系、星團等會團集成銀河系那樣的星系；星系之間也會團集成星系團。不能設想一旦大於這一計數的總尺度，成團性就會消失而表現為均勻分佈。因此，宇宙應該是無限的，而且其物質結構是成等級式的。認為宇宙在大尺度上是均勻的和各向同性的宇宙學原理是由於美學上的偏見和數學上的簡化而提出來的。”沃庫勒說。
“等級式宇宙模型有一定的道理。但它沒有考慮到物質之間的相互作用，不能描述宇宙的演化。牛頓先生的萬有引力定律描述了萬物之間最基本的引力相互作用。但是，在描述宇宙時，根據萬有引力定律，恒星世界確實只能是無限的空間海洋裡的一個有限的島嶼。”愛因斯坦接過了話題。
“哦，為什麼呢？”牛頓不解地問。
“如果星球在無邊無際、無始無終的時空中，均勻分佈，那麼，我們在這樣的空間裡畫個大球，其中的星球的品質之和正比于球半徑的立方，而根據你的萬有引力公式，球面上引力場強度反比于半徑的平方，因此，總的說來，球面上引力場強度正比於半徑。當畫的大球的半徑趨向于無窮大時，其球面上的引力場強度也趨向於無窮大，而這是不可能的，而且與均勻性的前提相矛盾。所以，根據你的引力定律，宇宙只能是有限大。”
“噢，這方面我倒沒有考慮過。”牛頓思索了一下說，“人類的知識總是後人超前人的。剛才沙利葉先生和沃庫勒先生，他們以天體的團集性維護了宇宙的無限性。愛因斯坦先生對此有何高見呢？”
“我的宇宙觀與你一樣，也是從引力場方程出發來進行描述的。結果是宇宙有限而無界。”愛因斯坦說。
“有限無界？有點玄。”伽利略咕嚕了一句。
愛因斯坦想進一步用高維世界中的球面來進行說明，但意識到如此會更加顯得“玄”了，就轉而對牛頓說：
“在你的力學公式中有兩種品質，力學第二定律裡的是慣性品質；萬有引力定律裡的是引力品質，它們應該是相等的。在這個基礎上，我建立了廣義相對論。它認為，空間的幾何性質不是獨立的，而是由物質來決定，形象地說，有品質的物質使周圍的空間彎曲了。”
“啊？——”眾人一片驚訝聲。
圖12有品質的物質使周圍的空間彎曲了
“彎曲是一種形狀的變化。空間無所謂形狀大小，何來彎曲呢？”亞里斯多德問。
“您說的不無道理，我在理論上邁出這一步，思想上也經過了一番掙扎。”愛因斯坦說，“但是，數學是公正的，計算結果表明，如果物質是均勻分佈的，宇宙就必然是球形（或橢圓形）的。”
“宇宙要麼是團集而無限，要麼是有限而無界。”牛頓無奈地說。
“嘿嘿，廣袤宇宙奧妙無窮。應該會有層出不窮的問題等著人類去探索的吧。”亞里斯多德感慨地說。
“是呀，我們根據廣義相對論對宇宙進行了探討，期間也經歷了反復。”愛因斯坦說，“最初我以為物質應該呈准靜態分佈，所以在引力場方程中附加了一個宇宙項。而比利時的勒梅特，則根據我的引力場方程，提出了大尺度宇宙空間隨時間膨脹的預言。那麼，宇宙究竟是靜態的還是膨脹的呢？後來哈勃得出的定律給出了一個答案。大家知道，車輛向我們迎面駛來時，它鳴叫聲的頻率變高了；反之，它駛離我們時，其聲頻變低了，這被稱之為多普勒效應。光是一種波，發光的天體也會產生多普勒效應：迎面而來的天體，其光譜產生了紫移；離我們而去的天體其光譜則是紅移。1929年，哈勃發現：銀河系以外的星系普遍存在著紅移現象，它們離開我們的視向速率正比於其與我們之間的距離，這就是哈勃定律。它告訴我們，整個宇宙處於膨脹之中，而且這種膨脹速度與距離成正比，因而，宇宙既是處處沒有中心，又是處處為中心。看來，我在引力場方程中增補了一個宇宙項，是個很大的錯誤。”
“哈哈，愛因斯坦先生，後來有人指出，你的附加項是個偉大的預言呢。”愛因斯坦逝世時才10歲的月弓插進來說，“開始，人們以為引力會使得宇宙的膨脹速度逐漸減緩。然而在1998年，兩個研究小組通過對Ia型超新星的觀察分析，共同得出了宇宙正在加速膨脹的結果。從而認為：存在著大量的暗能量，是它們使宇宙加速膨脹，而愛因斯坦先生的附加項正代表了暗能量!”
“宇宙在膨脹，而且正在加速膨脹，這聽起來很有趣。那麼，它為什麼膨脹?什麼時候開始膨脹?有更有說服力的證據嗎？“
“亞里斯多德先生問得好！科學就是要尋根問底。”愛因斯坦說，“由於宇宙在膨脹，勒梅特和喬治‧伽莫夫認為：它應該始於一次大爆炸。大爆炸發生時，宇宙物質密度極大。對於很大的場的密度和物質的密度，場方程以及這些方程中的場變數，都不會有真實意義，因此，我心裡對此總感到有點不踏實。”
“愛因斯坦先生的擔憂是種先見之明。不過，到了20世紀下半世紀，大爆炸宇宙學有了很大的發展。”月弓說。
“既然說我的擔憂是種先見之明，那麼，大爆炸理論確有不少問題吧。”
“是啊，許多人指出，大爆炸宇宙學的發展，看起來是在用新的疑難掩蓋舊的疑難。”
“哦，說來聽聽。”愛因斯坦饒有興致地對月弓說。
“情況是這樣的：用大爆炸宇宙學來探討初始宇宙時，存在著四大疑難。一是奇點疑難，大爆炸始于一個時空奇點，而一切物理定律在奇點處都無效，這真讓人摸不著頭腦。二是視界疑難，大爆炸造成了許多無因果聯繫的視界，而目前宇宙具有普遍性的因果聯繫，從而難以自洽。三是平直性疑難，目前我們的宇宙是平直的，這要求早期的宇宙更有平直性，但是初始宇宙的物質密度非常大，半徑又相當小，怎麼會是平直的呢？四是磁單極疑難，根據有關理論，宇宙大爆炸後，在不同視界的相交處將會產生磁單極，它們品質大，數量多，早就應該被發現了，但實際上卻從未發現一個！為了消除這些疑難，20世紀80 年代，出現了 “暴脹”理論。它是這樣描述的：我們的宇宙是在大爆炸後，由一個原始視界的暴漲形成的，它在10的負33次方秒的瞬間，擴大了2的100次方倍!”
“哇，2的100次方倍可是個天文數字呀，如來佛也沒有這等功力吧。“張衡驚歎道，大家紛紛咋舌。
“不過，暴漲能消除奇點以外的3個疑難: 因為宇宙是由一個視界暴脹起來的，視界疑難自然不再存在；磁單極也成了個別現象，至今沒有發現就不足為奇；在暴脹中，宇宙的曲率半徑瞬間變大，所以，無論初始宇宙如何彎曲，暴脹後，它都將是平直的。因此，它很受當時宇宙學家的青睞。但其本身無疑是更個大的疑難。”月弓說，“暴漲時間短，擴張範圍大，常見的物質來不及形成，於是宇宙學家說，宇宙中的物質，我們能夠觀察到的，或通過儀器能夠探測到的常見物質只占5%左右，而絕大多數是我們看不見，摸不到的暗物質、暗能量。但是，暗物質、暗能量究竟是什麼？卻一直沒有明確的答案。另外，可見宇宙是一個原始視界的暴脹結果，那麼其他原始視界是否也會暴脹呢？按照邏輯，這當然有可能。於是就出現了平行宇宙之類的多宇宙說。這其實是對有限宇宙論的否定，將宇宙學降格成了局部宇宙學。而其他的平行宇宙的存在性又成了比天更大的疑難!”
“呵呵，這有點像越滾越多的本輪、勻論體系，但顯得更為怪誕，不可思議。”哥白尼搖搖頭。
“嗨，宇宙學後來竟發展成了這種模樣？”愛因斯坦有點懵。
“理論的發展呈現出用新的疑難掩蓋舊的疑難，這從邏輯上來看，很可能出發點就錯了。”亞里斯多德分析說。
“是呀，看來問題出在20世紀宇宙學的源頭上。這個宇宙學的理論基礎是愛因斯坦先生的廣義相對論，它其實是一種引力論。用廣義相對論的引力場方程去描述整個宇宙的演化，實際上就是將引力場當作了可以支配所有物質運動的‘宇宙場’了。”
“你的話外之意是：引力場不能支配全宇宙的物質運動？”愛因斯坦說。
“是的。實際上，在20世紀已知的相互作用場中，已經可以發現，它們的作用都有一定的區間性：在原子核內，強相互作用起主要作用；在原子世界，則由電磁相互作用發揮主導作用；到了太陽系世界，引力相互作用才占絕對優勢。由此推測，引力相互作用到了宇觀世界有可能被新的相互作用超越或替代。”
“唔，這個觀點挺新鮮的，有證據嗎？”愛因斯坦關切地問。
“有呀，在星系、星系團的宇觀世界裡存在著‘品質缺失’現象，這個您聽說了吧？”
“噢，聽說了，就是已知的星系品質所具有的引力，遠遠地不足以說明一些天體的運動狀態是吧。對此，有人認為存在著大量的看不見的暗物質，也有人提出，在星系尺度上，萬有引力定律所表述的引力與距離的關係應當修正。”
“這兩種看法其實都是囿於引力場是宇宙場的觀點。跳出這一思路，根據場作用的區間性，品質缺失現象是存在宇觀場的表現，這很自然，而不是存在暗物質。實際上，20世紀後期到21世紀初，人們花了大量的人力、物力，上天、入地設法探測暗物質，結果還是一無所獲。”月弓說。
“不過，哈勃定律顯示宇宙在膨脹。這個觀察事實應該是可靠的吧。”愛因斯坦說。
“銀河外星系普遍存在著紅移，這確是事實。不過，哈勃定律把這紅移全看成是由視向退行速度引起的多普勒效應，這是有問題的。”
“有點道理，哈勃定律中的速度和距離均是間接得到的量。直接的觀察量是紅移和視星等。”愛因斯坦說，”但如果不是多普勒效應，銀河外星系的普遍性紅移會是怎麼回事呢？”
“不少人提出了光子能量耗散說。光在幾十萬年以上的長時期傳播過程中，能量耗散引起紅移是有可能的。比如說，太空中普遍存在著宇宙背景輻射，它就有可能會與星光發生一定的作用。還有一個更大的可能是：宇觀場對光的作用。在宇觀世界，這種作用持續不斷，它的累積造成了宇宙學紅移。”月弓回答說。
“等等，你剛才說的‘宇宙背景輻射’是什麼意思？”
“哦，大爆炸宇宙學認為，既然宇宙起源於一次大爆炸，那麼，爆炸引起的熱輻射必然充斥於整個宇宙而成為宇宙背景輻射。它會隨著宇宙的膨脹而不斷降溫，即發生紅移。”
“噢，原來指的是這個。聽說伽莫夫的兩位學生計算出大爆炸火球遺留下來的輻射應該具有僅僅5K的溫度。伽莫夫自己在他撰寫的《宇宙創生》一書中公佈的數字則要稍稍大些。後來這宇宙背景輻射真的發現了？”
“是的。二十世紀六十年代，科學家彭齊亞斯和R.W.威爾遜發現，存在消除不掉的電磁背景雜訊，其波長為微波級，相當於絕對溫度3K。”
“這是對大爆炸宇宙學的一個有力支持啊。”
“不錯，大爆炸宇宙學家確實為此歡呼雀躍。”月弓說，“不過，宇宙無限論者也可以這樣解說：任何天體都在不停地輻射、反射、折射、吸收著電磁波。這些電磁波持續不斷地搗騰，在宇宙背景中形成了基本穩定的輻射，即造成了太空的一定溫度，是很自然的。它可看成是太空中的宏觀的真空起伏，是乙太海洋裡的‘無風三尺浪’的表現，本來如此，以後也會如此。”
“乙太，就是存在於天上的元素？”亞里斯多德問。他認為地上的物質由水、火、氣、土四大元素構成，而天上還存在著第5種元素——乙太。
“亞里斯多德先生，我們已瞭解到，天上的星球與我們地球的物質構成是差不多的。而在實物以外的真空裡，也充斥著非實物性的物質，這種真空態的物質，我們稱之為乙太。它不僅存在於太空中，也存在於你、我之間，身體內外。”
“哦，世界真是豐富多彩呀。”亞里斯多德感歎說。
“看來，大爆炸宇宙學不一定能夠成立。那麼，你對宇宙學問題的看法如何呢？“愛因斯坦問月弓。
“我想，任何時期的物理學總會有一定的局限性，一定的適用範圍。因此，想用已知的物理學知識，去科學地描述宇宙的整體演化是不切實際的。人類的認識總是有限的，而宇宙是無限的。我們可以不斷地加深對宇宙的認識，但不可能窮盡它。”
“老實說，我也曾經有這方面的顧慮：我們不清楚思維的具體機制，不知道全身器官是如何協調的，連自己的身體還搞不清楚，竟能描述整個宇宙的演化？不過，勇於探索是人類的天性，有一絲希望，就值得嘗試。噢，請你繼續。”
“我想，我們可以逐步描述宇宙的物質構架。我把實物的分割階層：……星系-星團-太陽系-星球-物體-分子-原子-粒子……，稱為‘一階等級式宇宙模型’
“場是物質連續分佈的一種形態。真空中的場現象是由乙太造成的。場作用的區間性，意味著存在一系列的區間場乙太。它們是比實物高一階的物質基本存在形式，其系列構成了“二階等級式宇宙模型”。在區間場乙太之上，還會有更高一階，高二階等等，及至無窮階的物質基本存在形式存在。因此，整個宇宙應該是種‘無窮階等級式宇宙模型’。”
“哈哈，這樣的模型有點意思，但有些玄啊。”愛因斯坦說，先賢們都感覺有點摸不著頭腦。
“我來打個比方吧。”月弓說，“拿植物界來說，植物在長期的進化過程中，‘等級式’地形成了成千上萬個物種，在種之上可分成屬；在屬之又上可分為科；而在科之上還可以依次地分出目、綱、門等等，這些“種”、“屬”、“科”、“目”、“綱”、“門”等等就代表了植物的一些基本特性。這就是植物界的“多階等級式”現象。局部的物質界是有限的，宇宙是無限的，整個宇宙的物質構架應當是無限延伸的“無窮階等級式”的。”
“唔，有道理，只是太抽象了。如果我們能上天入地實際考察一番就好啦。”愛因斯坦開玩笑似地說。
“可以呀，諸位坐好啦，現在我們先上天去吧。”
閱讀: 716141
|
