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学点宇宙学可以收获什么?

来源:科技日报 2017-10-16     

  顾名思义,宇宙学是研究宇宙的一门学问,想当然尔令人肃然起敬,因为宇宙“至大无外”,无所不包无所不容。姑且不论宇宙学有多么高深莫测的内涵,这门学问本身就相当耐人寻味,因为它有两大看似互相矛盾的特点:“既古老又年轻,既深奥又浅显”。这样说绝非故弄玄虚,而是事实的确如此。

  且从“既古老又年轻”说起,任何民族都有自己的创世神话,这些神话便是宇宙学的滥觞。而自古希腊时代开始,便有人尝试以理性探讨宇宙的起源和结构,于是宇宙学逐渐进入哲学领域,成为哲学中的“宇宙论”。至于真正符合科学的宇宙学,则是大约半个世纪前,物理学和天文学联姻后的爱情结晶,而天体物理学则是它的同胞姊妹。

  那么,“既深奥又浅显”又是什么意思呢?宇宙学结合了高深的物理学和天文学,内容深奥自然不必多加解释。偏偏它又有最浅显的一面,刚会说话的小孩也能问出宇宙学最基本的问题:宇宙有多大?宇宙有多老?宇宙是怎么来的?宇宙外面还有什么?换句话说,宇宙学的基本问题和答案应该都很简单,真正深奥之处在于追求答案的过程和方法。因此之故,只要避免讨论中间的细节,大家都能轻轻松松地一窥现代宇宙学的堂奥。

  前面已经说过,宇宙学研究的当然就是宇宙本身。可是宇宙这个概念有没有严格的定义呢?其实中文的“宇宙”两字本身就有既明确又科学的定义:上下四方谓之宇,古往今来谓之宙。换言之,宇宙就是所有的空间加上所有的时间。在此必须强调的是,一般人常常以为宇宙就是所有空间的总和,而完全忽略了时间的部分。

  既然也要研究古往今来所有的时间,宇宙学和考古学还真有几分相似。其实我们可以这样说,宇宙学家把宇宙的起源和演化当成一个(唯一的)历史事件来研究,他们设法寻找宇宙演化的遗迹,再根据这些遗迹来还原宇宙的演化史。这方面最重要的成绩,就是解答了“宇宙有多老”这个问题。根据目前公认的理论,宇宙并非永恒存在,而是有个诞生的时刻。这个通称为“大爆炸”的一刻距离现在并不太远,只有100多亿年而已。以地球的年龄(约46亿岁)当标准,我们可以很肯定地说,宇宙年龄大约是地球年龄的3倍。

  至于“所有的空间”这方面,宇宙学家需要解答的问题则包括宇宙有多大、宇宙是什么形状等等。可惜在这两个问题上,宇宙学家碰到了前所未有的困难,至今尚未达成共识。但至少已经肯定的是,宇宙正处于一个扩张期,也就是一天比一天大;至于会不会有一天开始收缩,宇宙学家目前的看法倾向于不会。

  相较之下,另一个与空间相关的问题“宇宙各个角落有什么不同”,则是早就有了肯定的答案──就宇宙的尺度而言,任何角落都是平等的,没有哪一点具有特殊的地位。这就是所谓的“平凡原理”:宇宙各个角落尽皆平等,因此科学定律放诸宇宙皆准。事实上,平凡原理可说是宇宙学最基本的出发点;正是由于平凡原理,我们才能放心大胆在地球表面和附近的太空研究宇宙,丝毫不用担心得到的结果会有任何狭隘的“地域性”。

  (作者系台湾著名科幻作家、翻译家。台湾大学电机系毕业,美国加州大学伯克利分校理论物理博士。长期致力推广中文科幻与通俗科学。著有科幻小说集《卫斯理回忆录》、《时空游戏》等。科幻译作包括阿西莫夫科幻经典《基地系列》、《帝国系列》、《机器人系列》等。)