宇宙的起源2

實證主義方法研究宇宙問題 我們按照我們構造世界的模型來解釋自己感官的輸入 如果宇宙隨時間本質上不變，正如20世紀20年代之前一般認為的那樣，就沒有理由阻止在過去任意早的時刻定義時間。人們總可以將曆史往更早的時刻延展，在這個意義上，任何所謂的宇宙開端都是人為的。於是，情形可以是這樣，這個宇宙是去年創生的，但是所有記憶和物理證據都顯得它要古老得多。這就產生了有關存在意義的高深哲學問題。我將采用所謂的實證主義方法來對付這些問題。在這個方法中，其思想是，我們按照我們構造世界的模型來解釋自己感官的輸入。人們不能詢問這個模型是否代表實在，隻能問它能否行得通。首先，如果按照一個簡單而優雅的模型可以解釋大量的觀測；其次，如果這個模型作出可能被觀察檢驗，也可能被證偽的明確預言，這個模型即是一個好模型。 根據實證主義方法，人們可以比較宇宙的兩個模型。第一個模型，宇宙是去年創生的，而另一個是宇宙已經存在了遠為長久的時間。一對孿生子在比一年前更早的時刻誕生，已經存在了久於一年的宇宙的模型能夠解釋像孿生子這樣的事物。 哈勃發現星係飛離我們 恒星並非均勻地分布於整個空間 另一方麵，宇宙去年創生的模型不能解釋這類事件，因此第二個模型更好。人們不能詰問宇宙是否在一年前確實存在過，或者僅僅顯得是那樣。在實證主義的方法中，它們沒有區別。 在一個不變的宇宙中，不存在一個自然的起始之點。然而，20世紀20年代當埃德溫.哈勃在威爾遜山上開始利用100英寸的望遠鏡進行觀測時，情形發生了根本的改變。哈勃發現，恒星並非均勻地分布於整個空間，而是大量地聚集在稱為星係的集團之中。 哈勃測量來自星係的光，進而能夠確定它們的速度。他預料向我們飛來的星係和離我們飛去的星係一樣多。這是在一個隨時間不變的宇宙中應有的。但是令哈勃驚訝的是，他發現幾乎所有的星係都飛離我們而去。此外，星係離開我們越遠，則飛離得越快。宇宙不隨時間不變，不像原先所有人以為的那樣。它正在膨脹。星係之間的距離隨時間而增大。 最重要發現：宇宙在膨脹 宇宙膨脹是20世紀或者任何世紀最重要的智力發現之一 宇宙膨脹是20世紀或者任何世紀最重要的智力發現之一。它轉變了宇宙是否有一個開端的爭論。如果星係現在正分開運動，那麽，它們在過去一定更加靠近。如果它們過去的速度一直不變，則大約150億年之前，所有星係應該一個落在另一個上。這個時刻是宇宙的開端嗎？ 許多科學家仍然不喜歡宇宙具有開端。因為這似乎意味著物理學崩潰了。人們就不得不去求助於外界的作用，為方便起見，可以把它稱作上帝，去確定宇宙如何起始。因此他們提出一些理論。在這些理論中，宇宙此刻正在膨脹，但是沒有開端。其中之一便是邦迪、高爾德和霍伊爾於1948年提出的穩恒態理論。 在穩恒態理論中，其思想是，隨著星係離開，由假設中的在整個空間連續創生的物質形成新的星係。宇宙會永遠存在，而且在所有時間中都顯得一樣。這最後的性質從實證主義的觀點來看，作為一個可以用觀測來檢驗的明確預言，具有巨大的優點。在馬丁.萊爾領導下的劍橋射電觀測天文小組，在20世紀60年代早期對弱射電源進行了調查。這些源在天空分布得相當均勻，表明大部分源位於銀河係之外。平均而言，較弱的源離得較遠。 穩恒態理論與觀測衝突 微弱的源比預言的更多，這表明在過去源的密度較高 穩恒態理論預言了源的數目對應於源強度的圖的形狀。但是觀測表明，微弱的源比預言的更多，這表明在過去源的密度較高。這就和穩恒態理論的任何東西在時間中都是不變的基本假設相衝突。由於這個，也由於其它原因，穩恒態理論被拋棄了。 還有另一種避免宇宙有一開端的企圖是，建議存在一個早先的收縮相，但是由於旋轉和局部的無規性，物質不會落到同一點。相反，物質的不同部分會相互錯開，宇宙會重新膨脹，這時密度保持有限。兩位俄國人利弗席茲和哈拉尼科夫實際上聲稱，他們證明了，沒有嚴格對稱的一般收縮總會引起反彈，而密度保持有限。這個結果對於馬克思主義列寧主義的唯物辯證法十分便利，因為它避免了有關宇宙創生的難以應付的問題。因此，這對於蘇聯科學家而言成為一篇信仰的文章。電視雪花竟因宇宙微波 在熒幕上看到的雪花的百分之幾就歸因於這個微波背景 當利弗席茲和哈拉尼科夫發表其斷言時，我是一名21歲的研究生，為了完成博士論文，我正在尋找一個問題。我不相信他們所謂的證明，於是就著手和羅傑.彭羅斯一起發展新的數學方法去研究這個問題。我們證明了宇宙不能反彈。如果愛因斯坦的廣義相對論是正確的，就存在一個奇點，這是具有無限密度和無限時空曲率的點，時間在那裏有一個開端。 在我得到第一個奇點結果數月之後，即1965年10月，人們得到了確認宇宙有一個非常密集開端的思想的觀察證據，那是發現了貫穿整個空間的微弱的微波背景。這些微波和你使用的微波爐的微波是一樣的，但是比它微弱多了。它們隻能將匹薩加熱到攝氏負270.4度，甚至無法將匹薩化凍，更不用說烤熟它。實際上你自己就可以觀察到這些微波。把你的電視調到一個空的頻道去，在熒幕上看到的雪花的百分之幾就歸因於這個微波背景。早期非常熱和密集狀態遺留下的輻射是對這個背景的僅有的合理解釋。隨著宇宙膨脹，輻射一直冷卻下來，直至我們今天觀察到它的微弱的殘餘。 雖然彭羅斯和我自己的奇性定理預言，宇宙有一個開端，這些定理並沒有告訴宇宙如何起始。廣義相對論方程在奇點處崩潰了。這樣，愛因斯坦理論不能預言宇宙如何起始，它隻能預言一旦起始後如何演化。人們對彭羅斯和我的結果可有兩種態度。一種是上帝由於我們不能理解的原因，選擇宇宙的啟始方式。這是約翰.保羅教的觀點。在梵蒂岡的一次宇宙論會議上，這位教皇告訴代表們，在宇宙起始之後，研究它是可以的。但是他們不應該探究起始的本身，因為這是創生的時刻，這是上帝的事體。我暗自慶幸，他沒有意識到，我在會議上發表了一篇論文，剛好提出宇宙如何起始。我可不想象伽利略那樣被遞交給宗教裁判廳。