好書試閱

第一章 宇宙誕生時的情景

詩人僅需仰望天空抒發情懷,而邏輯學家卻要探索天空尋找其中的秘密。
——G.K.賈斯特(G. K. Chesterson)


當我是一個孩子的時候,我內心的信仰有衝突。我的雙親是在佛教的傳統下長大的。但我每週去主日學校上課,我喜歡這裡講的有關鯨魚、方舟、鹽柱、肋骨和蘋果的聖經故事。這些古老的寓言讓我著迷,這些內容是我最喜歡主日學校的地方。對我來說,有關大洪水、燃燒的叢林和逝去的流水,比起佛教的聖歌和沉思默想更讓我激動不已。事實上,這些古代有關英雄事蹟和悲劇的傳說,給我上了一堂生動的道德和倫理課,這些教育伴隨了我的一生。
在主日學校裡,有一天我們學習「起源」。讀到上帝在天上雷鳴般地說:「讓世界充滿光明!」這些話語聽起來比有關「涅槃」的沉思默想更為生動。出於好奇,我問我的主日學校老師:「上帝有母親嗎?」平時她回答問題總是很果斷,每次都給我深刻的道德教育。然而,這一次她被問住了,她遲疑地說上帝大概沒有母親吧。我問她:「那麼上帝是從哪來的呢?」她咕噥著說,關於這個問題她要問問牧師。
我當時沒有認識到我意外地觸及到一個重大的神學問題。我迷惑了,因為在佛教中根本沒有上帝,只有無始無終的永恆宇宙。後來,當我研究有關世界的神話時,我知道了在宗教上有兩種類型的宇宙論:一種理論是上帝在一瞬間創造了宇宙,另一種理論是宇宙過去、現在和將來都永遠如此。
我想,兩種理論不可能都是對的。
後來,我開始發現這些共同的主題貫穿在很多其他的文化中。例如,在中國的神學中,開始時有一個宇宙蛋。幼兒期的造物主盤古幾乎是永久地居住在這個漂浮於無形混沌海上的蛋中。當他最終孵化出世後,他長得無比地大,每天長十英尺多[三公尺多],蛋殼的上半部分變成了天,下半部分變成了地。一萬八千年後,他死了,誕生了我們的世界,他的血變成了河,他的眼變成了太陽和月亮,他的聲音變成了雷。
盤古神話以各種方式反映了一個在其他宗教和古代神學中所建立的主題,即宇宙是從無到有創造的。在希臘神學中,宇宙起源於混沌狀態。事實上,混沌一詞來源於希臘詞彙,意思為「深淵」。這個毫無特色的空洞通常被描繪為一個海洋,在巴比倫和日本的神學中就是這樣描繪的。這個主題也出現在古埃及神學中,太陽神Ra是從漂浮的蛋中出現的。在玻利尼西亞神學中,宇宙蛋被一個椰子殼代替。瑪雅人相信的故事又有一些變化,宇宙誕生,但五千年後最終死亡,然後又一次一次復興,誕生和毀滅無休止地循環。
這些從無到有的神話是與佛教的宇宙論及某種形式的印度教截然不同的。在這些神學中,宇宙是永恆的,無始無終的。存在的級別有很多,最高的是「涅槃」,它是永恆的,只有通過沉思冥想才能達到。在印度佛教的教義中寫道:「如果上帝創造了世界,在創造世界之前他在哪裡呢?……要知道世界不是創造的,就像時間那樣沒有開始和終結。」
這些神學明顯地互相矛盾,不能明確地說出誰對誰錯。他們是相互排斥的:宇宙或者有開始,或者沒有,顯然沒有折衷的餘地。
然而今天似乎出現了一個解決方案,這是由全新的科學世界發展,由新一代翱翔於外太空的強大科學儀器所得出的結果。古代神學依賴的是講故事的人的智慧解釋世界的起源。今天,科學家則利用一組衛星、雷射、重力波探測器、干涉儀、高速超級電腦和網際網路,革新我們對宇宙的理解,給我們有關宇宙起源的更加引人注目的描述。
從科學探測資料逐漸得出的是兩種相互對立的神學的合成。科學家推測,「起源」也許在無止境的「涅槃」海洋中重複發生。在這個新的圖片中,我們的宇宙可以比做漂浮在巨大「海洋」上的一個氣泡,在這個「海洋」上不斷有新的氣泡形成。根據這個理論,宇宙像開水中形成的氣泡,在不斷地產生,漂浮在一個更大的舞臺上,即一個11維的超空間「涅槃」上。越來越多的物理學家認為我們的宇宙的確是從一次火災中,從一個大霹靂中產生的,但它也與其他宇宙的永恆的海洋並存。如果我們是對的,大霹靂甚至就在你讀這本書時正在發生。
全世界的物理學家和天文學家現在都在推測這些並行的世界會是什麼樣子,服從什麼規律,它們怎樣誕生,最終如何死去。這些世界大概是荒無人跡的,沒有生命的基本要素。或者它們也許只是看上去像我們的宇宙,但被單一的量子事件分隔,使這些宇宙與我們的宇宙相異。一些物理學家推測,也許有一天,隨著我們生存的宇宙變老和變冷,生命難以繼續維持,我們將不得不離開它,逃到另一個宇宙中去。
驅動這些新理論的動力,是從太空衛星拍攝宇宙創建時留下的殘跡所得到的大量資料。最顯著的是,科學家現在將零點定在大霹靂發生後僅三十八萬年後所發生的事情。那時,宇宙創建時的餘暉首次充滿了宇宙。這種從宇宙創建所產生的輻射,最引人注目的描述大概是從WMAP衛星的新儀器得來的。

WMAP衛星

二○○三年二月,一些通常持保留態度的天文物理學家在談論從最近一顆衛星得到的精確資料時,異口同聲地讚歎道:「不可思議!」「一個新的里程碑!」WMAP(威爾金森微波各向異性探測器)是以宇宙學家大衛.威爾金森(David Wilkinson)的名字命名的,於二○○一年發射升空,已給予科學家前所未有的、精確年齡僅有三十八萬年的早期宇宙的詳細圖片。從誕生星星和星系的原始火球留下的巨大能量,環繞了我們的宇宙幾十億年。今天,它最終被WMAP衛星異常詳細地捕捉在影像上,產生了一幅以前從未見過的天空照片,驚人地、詳細地呈現大霹靂所產生的微波輻射。這些輻射被《時報》雜誌稱做「創世的回波」。天文學家再也不會以同樣的方式看待天空了。
普林斯頓高等學術研究所的約翰.巴寇(John Bahcall)說:「WMAP的發現代表了宇宙學從推測到精密科學的跨越。」從宇宙歷史的早期得到的這些資料使宇宙學家首次能夠精確回答遠古時代的所有問題,自從人類第一次看到夜晚天空的美麗景色,這些問題就一直困惑著人類,並激起他們的好奇心。宇宙有多大年紀了?宇宙是由什麼構成的?宇宙的命運是什麼?
(一九九二年的前一顆COBE〔宇宙背景探測者衛星〕給了我們這些充滿天空的背景輻射的第一張聚焦不好而模糊不清的圖片。儘管這個結果是革命性的,但是因為它提供的早期宇宙圖片太不清楚了,所以令人失望。但這並沒有妨礙出版界將這張照片激動地稱為「上帝的臉」。然而,從COBE得到的這張模糊照片,更確切的說法應該是代表宇宙幼年的「嬰孩照片」。如果今天宇宙是一個八十歲的老人,則COBE和後來的WMAP所得到的照片是一個新生不到一天的宇宙。)
WMAP衛星能夠給我們前所未有的宇宙幼年的照片的原因是,夜晚的天空像一架時間機器。因為光傳播的速度是有限的,我們在夜晚看到的星星是它過去的樣子,而不是現在的樣子。光從月球到達地球需要一秒多鐘,因此當我們凝視月亮時,我們看到的是它一秒鐘以前的樣子。光從太陽到達地球需要大約八分鐘。同樣,我們在天上看到的很多熟悉的星星是如此之遠,光從這些星星到達我們的眼需要十到一百年。換句話說,它們距離地球十到一百光年。一光年大約是六兆英里[約九.六五六兆公里],或光一年走過的距離。從遙遠星系來的光可能有幾億到幾十億光年之遠。結果,這些光代表了「化石」光,有些甚至是在恐龍出現之前就發射出來的光。我們用天文望遠鏡能夠看到的某些天體叫做類星體,它們是巨大的發動機,在可見宇宙邊緣附近發出難以想像的能量,這些類星體離地球一二○億到一三○億光年。現在,WMAP衛星已檢測到甚至是在此之前從創造宇宙的原始火球所發出的輻射。
為了描述宇宙,宇宙學家有時採用從曼哈頓一百多層高的帝國大廈向下看的例子來說明。當你從頂層向下看時,你僅僅能夠看到街道水平面。如果帝國大廈的基礎代表大霹靂,那麼從頂層向下看,遙遠的星系將位於第十層。通過地球望遠鏡看到的遙遠的類星體將位於第七層。WMAP衛星所測量的宇宙背景則僅高出街道半英寸(約一.二七公分)。這樣WMAP衛星測量得出的宇宙年齡為一三七億年的準確性達到令人吃驚的百分之一。
WMAP完成的使命是十幾年來天文物理學家艱苦工作所達到的頂點。WMAP衛星的設想是在一九九五年首次提交給NASA(美國國家航空暨太空總署)的,兩年之後得到認可。在二○○一年六月三十日,NASA將WMAP衛星搭載在德爾塔Ⅱ(Delta II)火箭上,將它發射到位於地球和太陽之間的太陽軌道上。目標仔細選在拉格朗日點2(或L2點,一個特殊而靠近地球的相對穩定點)。從這一有利的地點,該衛星總能背向太陽、地球和月亮,因此能夠得到完全不受障礙的宇宙視野,它每六個月完全地掃描一次整個天空。
它的儀器是最新式的。利用它強大的感測器,能夠檢測大霹靂所留下充斥宇宙的微弱微波輻射,但是這些輻射大部分被我們的大氣吸收掉了。這顆由鋁合金和複合材料製造的衛星內徑三.八公尺(一一.四英尺),外徑五公尺(十五英尺),重八四○公斤(一,八五○磅)。它有兩架背靠背望遠鏡聚焦來自周圍天空的微波輻射,它最終將資料用無線電發回到地球。它的電源僅四一九瓦,相當於五顆普通的燈泡。離開地球一百萬英里(約一六一萬公里),WMAP衛星位於地球大氣的干擾之外,微弱的微波背景輻射不會被地球大氣遮擋,並且能夠持續不斷地觀察整個天空。二○○○年四月,該衛星完成了對整個天空的首次觀察。六個月後做了第二次整個天空的觀察。今天,WMAP衛星給了我們最完善的、詳細的微波輻射圖,這是以前從來沒有得到過的。一九四八年,喬治.伽莫夫(George Gamow)和他的小組曾首先預言了WMAP所檢測的微波背景輻射。他還指出這一輻射有一個與其相關的溫度。WMAP測量的這個溫度比絕對零度(負二七三.一五℃)高一點,在絕對溫度二.七二四九至二.七二五一度之間。
WMAP所拍攝的天空圖用肉眼看上去並不怎麼有趣,只是一群隨機分佈的斑斑點點。然而,這些斑斑點點卻讓一些天文學家激動得落下眼淚,因為它們代表了在宇宙創造之後不久所發生的大霹靂所產生的原始火災的波動和不規則。這些小的波動就像「種子」一樣從此以後無限擴展,就像宇宙本身向外爆炸一樣。今天,這些小的種子發展成我們所看到的照亮天空的星團和星系。換句話說,我們所在的銀河系(Milky Way galaxy)和我們周圍的星團曾經是這些波動之一。通過測量這些波動的分佈,我們看到星團的起源就像畫在天上的宇宙織錦上的小點。
今天,大量的天文資料積累的速度超過了科學家建立理論的速度。事實上,我認為我們正進入一個宇宙理論的黃金時代。(儘管WMAP衛星給人深刻的印象,與歐洲二○○七年要發射的普朗克〔Planck〕衛星相比,它可能會成為一個矮子。普朗克衛星將給天文學家更加詳細的有關微波背景輻射的圖片。)在多年的思索和瘋狂的猜想之後,今天宇宙論終於成熟。在歷史上,宇宙學家因名聲不是太好而感到痛苦。他們滿懷激情所提出的有關宇宙的宏偉理論僅僅符合他們的一點可憐的資料。正如諾貝爾獎得主列夫.蘭道(Lev Landau)所諷刺的:「宇宙學家常常是錯誤的,但從不被懷疑。」科學界有句格言:「思索、更多的思索,這就是宇宙學。」
二十世紀六○年代後期,我在哈佛大學主修物理,我考慮是否有研究宇宙學的可能性。從童年開始我就對宇宙的起源著迷。然而,只要看一看這個領域就知道它令人困窘。它根本不是一門實驗科學,不能用精密的儀器檢驗你的假設,而是一些不精確的猜測理論。宇宙學家忙於激烈地爭論,世界是在宇宙大霹靂時誕生的?還是自始至終以穩定的狀態一直存在?但是由於資料太少,各種理論的數量超過了資料的數量。事實上,資料越少,爭論越激烈。
在整個宇宙學的歷史中,由於可靠資料太少,導致天文學家長期的不和和痛苦,他們常常幾十年憤憤不平。例如,就在威爾遜山天文臺的天文學家艾倫.桑德奇(Allan Sandage)打算做一篇有關宇宙年齡的演講前,先前的發言者辛辣地說:「你們下一個要聽到的全是錯的。」當桑德奇聽到反對他的人贏得了很多聽眾,他咆哮著說:「那是一派胡言亂語。它是戰爭——它是戰爭!」

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