大爆炸理论并不是关于爆炸本身,而是关于爆炸以后发生的事。注意,是爆炸以后不久。科学家们做了大量计算,仔细观察粒子加速器里的情况,然后认为,他们可以回顾爆炸发生10-43秒之后的情况,当时宇宙仍然很小,要用显微镜才看得见。对于每个出现在我们面前的非同寻常的数字,我们无须把自己搞得头昏脑涨,但有时候也许不妨理解一个,只是为了不忘其难以掌握、令人惊奇的程度。于是,10-43秒就是0.000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 1秒,或者是一千亿亿亿亿分之一秒。我们知道的或认为知道的有关宇宙初期的大部分情况,都要归功于一位年轻的粒子物理学家于1979年首先提出的膨胀理论。他的名字叫艾伦·古思,他当时在斯坦福大学工作,现在任职于麻省理工学院。他当时32岁,自己承认以前从没有作出过很大的成绩。要是他没有恰好去听那个关于大爆炸的讲座的话,很可能永远也提不出那个伟大的理论。开那个讲座的不是别人,正是罗伯特·迪克。讲座使古思对宇宙学,尤其是对宇宙的形成产生了兴趣。
最后,他提出了膨胀理论。该理论认为,在爆炸后的刹那间,宇宙突然经历了戏剧性的扩大。它不停地膨胀--实际上是带着自身逃跑,每10-34秒它的大小就翻一番。整个过程也许只持续了不到10-30秒--也就是一百万亿亿亿分之一秒--但是,宇宙从手都拿得住的东西变成了至少10亿亿亿倍大的东西。膨胀理论解释了使我们的宇宙成为可能的脉动和旋转。要是没有这种脉动和旋转的话,就不会有物质团块,因此也就没有星星,而只有飘浮的气体和永恒的黑暗。
根据古思的理论,在一千亿亿亿亿亿分之一秒之内产生了引力。又过了极其短暂的时刻,又产生了电磁以及强核力和弱核力--物理学的材料。之后,又很快出现了大批基本粒子--材料的材料。从无到有,突然有了大批光子、质子、电子、中子和许多别的东西--根据标准的大爆炸理论,每种达1079-1089个之多。
这么大的数量当然是难以理解的。我们只要知道,刹那间,我们有了一个巨大的宇宙,这就够了--根据该理论,这个宇宙是如此之大,直径至少有1
000亿光年,但有可能是从任何大小直至无穷大--安排得非常完美,为恒星、星系和其他复杂体系的创建准备了条件。
从我们的角度来看,令人不可思议的是,这个结果对我们来说是那么完美。只要宇宙的形式稍稍不同--只要引力稍稍强一点或弱一点,只要膨胀稍稍慢一点或快一点--那么,也许就永远不会有稳定的元素来制造你和我,制造我们脚底下的地面。只要引力稍稍强一点,宇宙本身会像个没有支好的帐篷那样塌下来,也就没有恰到好处的值来赋予自己必要的大小、密度和组成部分。然而,要是弱了一点,什么东西也不会聚集在一起。宇宙会永远是单调、分散、虚空的。
第一章 如何营造一个宇宙(3)
有的专家之所以认为也许有好多别的大爆炸,也许有几万亿次大爆炸,分布在无穷无尽的永恒里,这就是原因之一;我们之所以存在于这个特定的宇宙,是因为这个宇宙适合于我们的存在。正如哥伦比亚大学的爱德华·P.特赖恩所说:"要回答它为什么产生了,我的敝见是,我们的宇宙只是那些不时产生的东西之一。"对此,古思补充说:"虽然创建一个宇宙不大可能,但特赖恩强调说,谁也没有统计过失败的次数。"
英国皇家天文学家马丁·里斯认为,有许多个宇宙,很可能是无数个,每个都有不同的特性,不同的组合,我们只是生活在一个其组合的方式恰好适于我们存在的宇宙里。他以一家大服装店作为例子来进行类比:"要是服装品种很多,你就不难挑到一件合身的衣服。要是有许多宇宙,而每个宇宙都由一套不同的数据控制,那么就会有一个宇宙,它的一套特定的数据适合于生命。我们恰好在这样的一个宇宙里。"
里斯认为,我们的宇宙受到6个数据的支配,要是哪个值发生哪怕是非常细微的变化,事物就不可能是现在的这个模样。比如,现在的宇宙若要存在,就要求氢以准确而较为稳定的方式--说得具体一点,要以将千分之七的质量转化为能量的方式--转化为氦。要是那个值稍稍低一点--比如从千分之七降至千分之六--那么就不可能发生转化:宇宙只会由氢组成。要是那个值稍稍高一点--高到千分之八--结合就会不间断地发生,氢早已消耗殆尽。无论是哪种情况,只要这个数据稍有变动,我们所知的而又需要的宇宙就不会存在。
我要说,到目前为止,一切都恰到好处。从长远来说,引力也许会变得稍强一点;有朝一日,它可能阻止宇宙膨胀,让自己将自己压瘪,最后坍缩成又一个奇点,整个过程很可能重新开始。另一方面,引力也许会变得过弱,那样的话,宇宙会永远地膨胀,直到一切都互相远离,不再可能发生实质性的相互作用,于是宇宙就成为一个非常空旷呆滞而又没有生命的地方。第三种可能是,引力恰如其分--就是宇宙学所谓的"临界密度"--它把宇宙控制在一个恰当的范围,使事物永远继续下去。宇宙学家有时轻浮地把这称之为"金发姑娘效应"--一切都处于恰如其分的状态。(需要说明的是,这三种可能出现的宇宙分别叫做封闭式宇宙、开放式宇宙和扁平式宇宙。) 大家迟早会想到一个问题,那就是,假设你来到宇宙边缘,把头伸出帘幕,那会发生什么?你的头会在什么地方(要是它不再是在宇宙里的话)?你会看到对面是什么?回答是令人失望的:你永远也到不了宇宙的边缘。倒不是因为去那里要花很长时间--虽然没错儿,的确要花很长时间--而是因为,即使你沿着一条直线往外走,不停地坚持往外走,你也永远到不了宇宙的边缘。恰恰相反,你会回到起始的地方(到了这种地步,你很可能会灰心丧气,放弃这种努力)。其原因是,按照爱因斯坦的相对论(我们届时将会讲到),宇宙是弯曲的。至于怎么弯曲,我们也不大能想像出来。眼下,你只要知道,我们并不是在一个不断膨胀的大气泡里飘浮,这就足够了。确切点说,空间是弯曲的,恰好使其无限而又有限。恰当地说,甚至不能说空间在不断膨胀,这是因为,正如诺贝尔奖获得者、物理学家史蒂文·温伯格指出的:"太阳系和星系不在膨胀,空间本身也不在膨胀。"倒是星系在飞速彼此远离。这对直觉都是一种挑战。生物学家J.B.S.霍尔丹有一句名言:"宇宙不仅比我们想像的要古怪,而且比我们可能想像的还要古怪。"
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