宇宙诞生于大爆炸 或被推翻

伤我心太深

UFO中文网报道：宇宙大爆炸理论虽然在上个世纪一直被科学界奉为圣经，可随着研究得深入，不少科学家已经提出了质疑！或许，在不久的将来，宇宙大爆炸理论或被推翻！
宇宙诞生于大爆炸的观点似乎已被奉为权威，任何质疑都是对它的冒犯。然而，现在的多项实际观测结果令这幢壮美的理论大厦产生了裂痕。凭什么怀疑这一理论？就凭超级天文望远镜的观测，它们的出现至关重要。

反大爆炸论者的声音

    这封《致科学界的公开信》得到了34位科学家和工程师的签名，于 2004年5月22日发表于英国的《新科学家》（NeW Scientist）杂志。我们将它翻译过来，目的是让读者对大爆炸理论的人的论据有所了解。这封公开信被贴到网上（www.cosmologystatement.org）后，又得到了185位科学家的网络签名（现在已四百多人了）：
    如今，大爆炸理论越来越多地以一些假设，一些从未被实证观察的东西作为自己的论据：暴胀、暗物质和暗能量等就是其中最令人震惊的一些例子。没有这些东西，我们就会发现，在实际的天文学观测和大爆炸理论的预言之间存在着直接的矛盾。这种不断求助于新的假设来填补理论与实现之间鸿沟的做法，在物理学的任何其他领域中都是不可能被接受的。这至少反映出这一来历不明的理论在有效性方面是存在着严重问题的。
    然而，没能这些牵强的因素，大爆炸理论就无法生存。离开了暴胀之类的假设，大爆炸理论就无法解释实际观测中发现的同质的、各向同怀的宇宙背景辐射。因为那样的话，它就无法解释宇宙中相距遥远的各部分何以会有着相同的湿度并发出同量的微波辐射。离开了那种与我们20多年来辛苦努力在地球上观察到所有物质都格格不入的所谓暗物质，大爆炸理论的预言与宇宙中实际的物质密度就完全是矛盾的。暴胀所需的密度是核聚变所需的20倍，这也许可以作为大爆炸理论中较轻元素来源的一个理论解释吧。而离开了暗能量，根据大爆炸理论计算出来的宇宙年龄就只有80亿年，这甚至比我们所在的这个星系中许多恒星的年龄还要小几十亿岁。




    更重要的是，大爆炸理论从来没有任何量化的预言得到过实际观测的验证。该理论捍卫者们所宣称的成功，统统归功于它擅长在事后迎合实际观测的结果，它不断地在增补可调整的参数，就像托勒玫（Ptol m e）的地心说总是需要借助本轮和均轮来自圆其说一样，其实，大爆炸论并不是理解宇宙历史的唯一方式。“等离子宇宙论”和“稳恒态宇宙模型论”都是对这样一个持续演化着的宇宙的假设，它们认为宇宙既无始也无终。这些模型，以及其他一些观点，也都能解释宇宙的基本现象，如较轻元素在宇宙中所占的比重、宇宙背景辐射以及遥远星系谱线红移量随着距离增加等问题，它们的一些预言还甚至得到过实际观测的验证，而这是大爆炸理论从未做到过的。大爆炸论的支持者们强辩说这些理论不能解释观测到的所有天文现象。

但这并没有什么奇怪的，因为它们的发展严重缺乏经费的支持。实际上，直到今天，这样一些疑问和替代理论都还不能被拿出来进行自由的辩论和检验。绝大多数的研讨会都在随波逐流，并不允许研究者们进行完全公开的观点交流。理查德·费曼（Richard Feynman）说过，‘科学就是怀疑的文化’，而在今天的宇宙学领域，怀疑和异见得不到容忍，年轻学者们即使对大爆炸这一标准模型有任何否定的想法也不敢表达。怀疑大爆炸论的学者如果把自己的疑问说出来就会失去经费资助。连实际的观测结果也要被筛选，要依据其能否支持大爆炸理论的标准来筛选。这样一来，所有不合标准的数据，比如谱线红移、锂元素和氦元素在宇宙中所占的比例、星系的分布等，都被忽视甚至歪曲。这反映出了一种日益膨胀的教条主义，完全不合乎自由的科学研究精神。如今在宇宙学研究领域，几乎所有的经费和实验资源都被分配给以大爆炸理论为课题的项目。科研经费来源有限，而所有主管经费分配的评审委员会都被大爆炸论的支持者们把持着。结果就造成了大爆炸理论掌握该领域的全面主导地位，这一局面与该理论在科学上的有效性毫无关系。

只资助从属于大爆炸论的课题，这种做法抹杀了科学方法的一个基本原则：就是必须持续不断地用实际观察来对理论加以检验的原则。这样一种束缚使任何探讨都无法进行，也使任何研究都无法进行，为了治疗这一顽症，我们呼吁资助宇宙学研究的机构将相当部分的经费留给那些替代性理论的研究课题，留给那些与大爆炸理论存在矛盾的实证观测。为避免经费分配不公的问题，掌管经费分配的评审委员会可以由非宇宙学领域的天文学家和物理学家组成。将经费公平地分配给针对大爆炸理论有效性进行的研究项目，以及其替代性理论的研究项目，这将能使我们以科学的方式找到关于宇宙历史演变的最可信的模型。


被动摇的理论


    凭借三大观测证据的支撑，“大爆炸”理论早在40年前就已成为关于宇宙起源的“权威”学说。然而，该学说现在已经出现了一些裂痕。而且，这些裂痕还越来越明显。
    大家都听过有关“大爆炸”（Big Bang）这个优美动听、构思巧妙的故事，它极具冲击力，毫不费力地抓住了大家的心。这个讲述宇宙起源及演化的传奇故事不仅让普通听众深信不疑，也昨到了科学界的认可，他们认为这个故事——真实可信！40年来，它成了解释宇宙起源的唯一标准版本，故事的开头总是这样的：“在137亿年以前……”
    后来呢？大爆炸理论提供的故事情节简单明了：137亿年前，一次神秘的爆炸之后，宇宙出现了。关于这次爆炸，我们只知道它的强度和温度超乎人类的想象，也是当前物理学所无法触及的。大爆炸也并不像人们通常认为的那样是一次爆炸，而是某种神奇的能量促使宇宙发生急速膨胀，之后空间和时间出现。整个宇宙在其最初时刻，即理论假设的零点之后，都还只是一团炙热的、不断发生着快速膨胀和冷却的等离子体，由于这次急速的膨胀，这一炙热均匀的流体开始变得致密，渐渐形成了原子、恒星、星系……



三大证据

    当然，这样一个剧本并不是天上掉下来的，该设想由比利时的一位牧师兼天文学家乔治·勒梅特（Georges Lema tre）在上世纪20年代末提出。短短几十年间，他的观点逐步得到了绝大多数科学家的支持。到了20世纪60年代末，这一设想开始变成一门几乎无懈可击的理论。该理论之所以得到认同，是因为它拥有三大观测证据作为基础。第一项证据是在1929年发现的：埃德温·哈勃（Edwin Hubble）发现星系之间的距离在拉大，而星系之间相互远离的现象正是大爆炸理论关于宇宙膨胀的一个标志；第二项证据名为“原初核聚变”：上世纪60年代，人们观察到宇宙中各种原子所占的比例（氢原子占75%、氦原子占24%、较重的元素仅占1%）与大爆炸理论的预言值基本吻合。因为根据该理论，在宇宙形成之初，只存在那些最轻的原子（氢和氦），而较重的原子则是后来才在各恒星中形成的，数量也要少得多；第三项证据则是在1965年发现的宇宙背景辐射，这种表明整个宇宙沉浸在-270℃（也就比绝对零度高3℃左右）的温度之中的微弱辐射来自何方？唯一合理的解释似乎就是：这是当宇宙还是一团炙热气体时所散发出的巨大光辐射在经历了宇宙膨胀而冷却之后的余烬。换句话说，宇宙背景辐射就是宇宙大爆炸时发出的辐射，用大爆炸自身的辐射来证明大爆炸的发生，这是何等强有力的证据啊！最终使得大爆炸理论大受欢迎的正是这项伟大的发现。


    大爆炸理论主宰天文学界已经40余年，已经成为知识领域无人能够撼动的圣殿。

   有了这些支柱，大爆炸理论便顺理成章地主宰了天文学界，到如今已经40余年了，甚至已经成为知识领域一座无人能够撼动的圣殿。不过，一旦我们走近这座圣殿，就会发现上面已经出现了些许观测上的裂缝或理论上的缺口……这不由让人担心“圣殿”是否摇摇欲坠。应该看到，这些裂痕尽管有着扩大的趋势，但仍然不成气候。那么，它们究竟只是一些很容易修正的建筑瑕疵，还是可能危及这一理论的严重缺陷呢？


    有一件事是确定的，几个月前，也就是在2005年末，有一道裂痕悄悄地扩大了。当时，马克·迪金森（Mark Dickinson）领导的国际研究组发现了一个们于鲸鱼座的星系HUDF-JD2。科学家们在发现了这一星系后，立即组织了全球数台大望远镜对其进行观测，其中有哈勃空间望远镜，欧州的VLT望远镜（VLT：Very Large Telescope）以及NASA（美国国家航空航天局）的斯必泽（Spitzer）空间望远镜等，它们一刻不停地注视着茫茫苍穹中这个极微小的亮斑。在使用了如此众多的技术手段后，人们成功地获得了关于HUDF-JD2的数据资料，这些数据资料显示，该星系有着超乎常规的属性！据计算，它与地球的距离达到130亿光年，这个数字如此接近大爆炸发生的时间，不禁令人瞠目结舌。如果大爆炸理论成立的话，这就意味着，我们观测到的HUDF-JD2星系正是它在大爆炸发生仅仅7亿年后的模样。


“物理学上来讲这是不可能的！”



    这样一来，问题就复杂了。因为根据计算得出，该星系的质量相当于6000亿个太阳的质量，约为我们所处的银河系质量的4倍。而天文学家一向认为，银河系已经是星系中非常巨大的一个了。奇怪的是，根据目前有关星系演化的理论，即所谓“层级模型理论”，现有的星系都是逐渐由小型星云和小型星系聚集形成的——那么如此巨大的一个星系怎么可能在大爆炸之后这么快就形成了呢？


    这并不是唯一的问题。科学家们在测算构成HUDF-JD2星系的恒星年龄时，碰到了更奇怪的事。根据他们在计算机程序中建构的恒星形成模型，他们发现，这个星系最晚大概形成于大爆炸后的2亿年，而最早则有可能形成于大爆炸之前的1亿年！换句话说，这个星系Z“可能比宇宙还要老”，马克·迪金森说。他急忙又补充道：“当然，这在物理学上是不可能的”。他甚至怀疑过是不是计算机出了错，竟算出这样一个荒诞的结果……目前，马克·迪金森正在从理论方面寻找突破口，以期缩短恒星及星系形成所需的时间，30多年来，很多科学家都是这样做的……实际上，“星系年龄大于宇宙年龄”的问题并不是今天才出现的。随着天文观测技术的发展，这个问题变得越来越突出……而这一次，问题也许变得更加尖锐了，因为HUDF-JD2很可能只是冰山一角。一些天文家认为，随着观测技术的不断改进，人们一定会发现一些更老的天体。果真如此的话，根据大爆炸理论编制的宇宙演化时间表就有可能要被彻底改写……问题还不止于此。宇宙背景辐射因其反映了宇宙在大爆炸发生后38万年的状态（即温度高达3000℃的浓密粒子雾），其提供的证据一向被视作大爆炸理论最牢靠的支柱，然而这些证据也发生了动摇。特别是2003年以来，人造卫星WMAP对这一辐射进行了准确的测量，得出的结论是：在原始宇宙中，各部分的温差不会超过0.0002℃。那么，仅仅几亿年后，星系间真空与恒星内部的温差却过到了宇宙形成之初的数万亿倍，这怎么可能？一个原本同质的环境怎么可能如此迅速地转变成一个几乎全部由真空构成、其中零散分布着一些巨大的物质结块（比如星系）的环境呢？依据大爆炸理论编写的星系形成剧本无法对此作出回答……

伤我心太深

精神分裂的宇宙学研究

宇宙辐射是大爆炸理论的主要支柱，但它真的像人们所认为的那样可靠吗？


    这就出现了另一个问题：宇宙辐射真的像宇宙学家们所期望那样可信吗？它是大爆炸理论的主要支柱，但它真的像人们所认为的那样可靠吗？今天的宇宙学家们费尽了心力对它进行研究，并据此计算出宇宙及宇宙中最古老恒星的理论年龄，而且精确度达到了令人难以置信的程序。但要知道，对这种辐射进行测量是何等困难，谁敢保证在测量中没有误差和曲解呢？欧洲孩子研究中心（CERN）是欧洲一家专门从事粒子物理研究的实验室，位于日内瓦附近。那里的科学家们首先向天文学同行们发出了警示，提醒他们注意在宇宙研究中可能存在的错误。多米尼克·施瓦兹（Dominik Schwarz）和格兰·斯塔克曼（Glenn Starkman）于2004年11月在《物理评论快报》(Physical Review Letters)上发表文章指出，WMAP的科学家们在对数据的分析研究上就已经犯了错误！他们认为，有一部分所谓的宇宙辐射其实和宇宙学研究毫无关系，因为这些辐射其实是来自太阳系自身！这两们科学家敢于挑战权威的精神鼓舞了后来者。2005年4月，阿拉巴马大学的理查德·留（Richard Lieu）和乔纳森·米塔兹（Jonathan Mittaz）在《天文物理期刊》(Astrophysical Journal）上发青天了一篇观点更加激进的文章。他们认为，有关宇宙辐射的所有数据都需要重新加以分析和诠释！在理查德·留看来：“有一部分宇宙辐射很可能与大爆炸毫无关系，而是由局部物理现象造成的。”比如行星际尘埃、恒星际尘埃和星系际气体等，都有可能产生此类辐射。这与欧洲核子研究中心的警示如出一辙……糟糕的是，通 过WMAP观测获得的参数（比如宇宙的年龄、密度、曲率和宇宙膨胀的速度等）已成为大爆炸理论的依据。如果说这些参数都是错的，那么大爆炸这座理论大厦很可能会像沙砾堆积的城堡一样崩塌。因为所有这些参数都是环环相扣、休戚与共的，如果否定其中之一，就会造成牵一发而动全身的效应！


如果要相信大爆炸理论是成立的，那就不得不相信关于暗物质和暗能量的假设。


    随着观测技术的日益进步，这样的质疑越来越多，导致宇宙学研究行将陷入精神分裂的境地。美国的WMAP研究组对批语声置若罔闻，还坚称“我们的宇宙学研究已经进入了一个精神的时代”，并提供了一系列数据来论证自己的观点。令人感到滑稽的是，这些数据的精确度达到了超现实的程度，不由得令质疑者们哑然失笑。WMAP研究组认为，宇宙中能量和物质“内容”的5%由恒星、星云、星系和行星等构成，25%由人们尚不了解性状的“暗物质”构成。70%由一种神秘的“暗能量”构成。一句话，该理论所要解释的宇宙的95%的部分的性质都是尚不为人所知的！这便是大爆炸论的第三道惊人裂痕——原来它为我们所描绘的宇宙，归根到底只是占宇宙5%的局部。


未知的暗物质


   那么这所谓的“暗物质”和“暗能量”到底是什么呢？它们的名称本身就透露了宇宙学家们无所适从的心境。先谈谈暗物质吧。它的存在首先是由弗里茨·兹威基（Fritz Zwicky）在1938年提出的。这位美籍瑞士天文学家经过观测发现，邻近星系之间相互间的引力要远远大于根据对组成这些星系的恒星观测数据而计算出的引力……由此，他推断星系中存在着大量无形的物质。如果没有这种物质，引力就无法将有形的物质聚集，那么构筑了宇宙的众多星系就无法形成，至少在大爆炸剧本设定的时间内无法形成。简单地说：没有暗物质，就没有星系。如今，绝大多数的天文学家都同意他的观点，认为这种所谓的“暗物质”是确实存在的。然而它存在的唯一表现只有引力干扰，除此之外，任何天文望远镜的宏观观测和任何粒子加速器的微观研究都未能揭示其真实的性质。它到底是极微小的恒星？还是黑洞？抑或是无形的星云？应该都不是，否则人类通过这30多年的努力应该能够发现它的一些蛛丝马迹。或许它是一种质量巨大然而无影无形的粒子流？也许吧，反正到目前为止没有任何粒子加速器能够复制这种粒子……那么，到底该如何签别它呢？人们之所以无法接受对它毫不了解的现实，是因为这种“暗物质”的影响极其巨大——它能够将一个星系的质量增加到其可见部分质量的近百倍。这可不是个小数字！因此，现在有一部分科学家正在进行反思，他们认为有关暗物质的问题有可能是一种“伪问题”，人们应该摆脱它的束缚，去对大爆炸理论的一些支柱比如引力规律，加以重新审视。


    比如暗物质，暗能量就更加离奇了。它指的是促使宇宙加速膨胀的一种性质不明的力量。和暗物质一样，科学家们发现实际观测和理论之间存在着一些不一致性，于是便提出了暗能量存在的假设。1998年，数个国际研究组在对一些非常遥远的超新星（爆发的恒星）进行观测时都发现，宇宙膨胀正在“剧烈地”加速进行，而大爆炸理论完全无法解释宇宙的这种加速膨胀现象。于是他们便想到，可能存在着一种性质不明的能量在推动宇宙的自然膨胀加速进行。


令人生疑的暗能量


    直到如今，还没能任何人知道暗能量到底是什么，而理论研究者们竟然已经将其在宇宙中所占的比例以百分比的形式确定了下来，且与WMAP研究组的数据十分吻合！其实暗能量的假设有多大的可靠性呢？要知道，世界最著名的物理研究中心之一——芝加哥的费米实验室（Fermilab）的主任爱德华·考勃（Edward Kolb）就不相信这一假设！麻烦的是，今后，如果要相信大爆炸理论是成立的，那就不得不相信关于暗物质和暗能量的假设。

    大爆炸理论有着这么多的裂痕，所以不难理解为什么有人质疑它根本无法解释星系的形成，因为其最坚固的支柱即宇宙背景辐射可能并不像人们原本以为的那样可信，或者说，它所解释的只是占到宇宙5%的一小部分，而给我们留下了95%的未解之迹。罗伯托·亚伯拉罕（Roberto Abraham）及其领导的美加联合研究组在2004后对众多星系进行了一次大规模的调查研究，发现宇宙在理论假设的诞生之后的不到30亿年之间，就已经拥有了大量年龄很老的星系（占到宇宙系星系总量的3/4），而组成这些星系的恒星年龄在当时也已经达到了数十亿岁。他一针见血地揭示了宇宙学家们的心态：“这些理论研究者们还没有为此感到恐慌，但这种恐慌终究会到来的……”



大爆炸学说的抵抗


    尽管受到质疑，大爆炸宇宙论还是得到了绝大多数天文学家的认同。这是因为是目前有关宇宙演化的最严密的一种理论，而且至今尚无更可信的理论可以取而代之。
    星系比宇宙老，对宇宙背景辐射解释上的分歧以及用数学技巧掩饰严重缺陷……大爆炸理论中这些问题越来越明显，但并未触及它在天文学界的主宰地位。为什么？首先，这是因为“大爆炸模型是理解宇宙整体现象的最简洁的一种模型”，巴黎天文物理研究所的研究员阿兰·里亚泽罗（Alain Riazuelo）分析道；首次，直到今天，这一理论还没有碰到什么真正的对手。
    诚然，对手还是有的，不过这些对立的理论通常局限于对大爆炸理论的某一小部分（比如宇宙的膨胀、宇宙的年龄、星系的演化或类星体的来源）加以重新诠释。总之，这些对立理论都不能针对宇宙的起源和演化作出全面的、严密的描绘……而这恰恰是大爆炸理论的强项，所以天文学家们对此津津乐道。不过，也曾经有两种理论登上过宇宙学研究的角力场与大爆炸理论过招。其一是“稳恒态宇宙论”，它是由英国天文学家弗雷德· 霍伊尔（Fred Hoyle）、赫尔曼·邦迪（Hermann Bondi）及托马斯·戈尔德（Thomas Gold）在1948年后提出的。它的长处是什么呢？这是一门形式美妙的理论，充满了纯哲学的观念。该理论认为，宇宙并不是在某个瞬间诞生的，而是一直存在的，是无限和永恒的。和大爆炸理论中的宇宙一样，稳恒态宇宙也是在自发地持续地膨胀着：星系之间相互远离，并不断被新的星系取代，而新的星系则是由自发诞生的粒子组成的，这些粒子来自虚无，并受到一种未知规律的支配。
   大爆炸模型是理解宇宙整体现象的最简洁的一种模型，直到今天，这一理论还没有碰到什么真正的对手。



被奉为教条



    然而，宇宙背景辐射的发现推翻了稳恒态宇宙论：它无法解释这种“宇宙背景中的声音”，而在1965年被天文学界最终抛弃。战斗至此结束了吗？没有，这一理论在今天有了一个变相的继承者，即所谓的准稳恒态宇宙论，是由印度人贾扬·纳利卡尔（Jayant Narlikar）和美国人乔弗雷·伯比奇(Geoffrey Burbidge)于2000年提出的。根据这一理论，宇宙仍然是永恒的而不是在某个瞬间创造出来的，但它持续在密度和温度两个临界相之间摇摆，经过这种“巧妙”的构思，这一理论就能够与实际观测结果“完美吻合”……

     另一个对立理论的代表人物是1970年诺贝尔物理学奖的获得者瑞典人汉内斯·阿尔文（Hannes Alfven）。这一理论名为“等禽子体宇宙论”（Universplasma），直到目前还有一不部分科学家在对其进行研究。和稳恒态宇宙论一样，阿尔文的宇宙也是没有起源的。但在这一理论中，对宇宙演化起到主导作用的不是引力而是电磁力。在阿尔文看来，人们大大低估了电磁力在宇宙演化中的影响，而正是它塑造了星系和整个宇宙。既然宇宙的其他部分是我们无法触及的，那么所谓的膨胀涉及的也就只是我们的局部空间。这一理论认为宇宙的绝大部分是以等离子体，即电离离子的形式存在的，如今仍受到一些学者的支持。但它并没有能令绝大部分的宇宙学家们信服，因为他们坚信宇宙是由引力主宰的……
    总之，这两种理论和众多其他想要推翻大爆炸理论的理论一样并没有获得成功，因为它们都没有能够对宇宙的整体现象作出全面的解释。但这并不能使大爆炸论的怀疑者们缴械投降。因为他们又提出了一项论据，一项关于原则的论据。他们指责大爆炸理论背离了科学的方法，已变成了一种教条，成了“科学上的原教旨主义”——这一尖刻的批评是贾扬·纳利卡尔提出的，这位稳恒态宇宙论的捍卫者现在是浦那天文物理学中心的主任及英国皇家天文协会（Royal Astronomical Society）的会员。在他们看来，当代天文学不接受也不能容忍任何与大爆炸理论相左的观测结果和理论假设，有变成一台“为证明大爆炸理论而存在的机器”的危险。



    2004年5月，34位知名的科学家和工程师共同在一封“致科学界同仁的公开信”上签了名。他们所表达的主要意思如下：“各种能够促进理论发展的方法都得不到允许，我们的理论如何可能完善？”他们所说的并非毫无道理。如今有志投身于天文物理学研究的大学生们只能在一下单一的研究领域里选择课题，比如“炙热的大爆炸”、“冷却的大爆炸”、“标准模型”、“协调模型”等。简而言之，这些都是大爆炸理论的变体。好奇心和探索精神本该是科学研究者的立身之本，但在宇宙研究领域，若有人胆敢对这一占主导地位的理论提出对立的理论，那无异于学术上的自杀。所以，没有人会冒这个险……
    不过，说到底，质疑者对大爆炸理论的批评究竟是什么？他们批评的主要是，这门理论太圆滑，能够轻易地与任何新数据兼容，甚至能够创造出一些参数为己所用；这门理论霸占了所有的自由，而不与任何对立理论分离。

伤我心太深

科学的宇宙学……

    今天的科学家们之所以难以舍弃大爆炸理论，有可能是因为他们为了接受这一理论已经花费了不少时间。要知道，广义相对论最早为科学家们提供了一个框架，使他们得以对世界整体性进行思考，科学的宇宙学就是在1951年随着相对论诞生的。然而，问题在于，爱因斯坦对此是有一个预设条件的：他认为宇宙是永恒不变的。当他通过自己的方程式发现宇宙的自发活动非常活跃时，他情愿向自己的模型里增加了一个项——宇宙常数，目的是使这个模型能够反映他对世界的看法，即这个宇宙是稳定的、永恒的、没能变化的。1929年，美国天文学家埃德温·哈勃指出了爱因斯坦的错误，因为他通过观测发现了宇宙是活跃的；他在威尔逊山的天文台观测到似乎所有的星系都在彼此远离，而这种远离的速度与它们之间的距离存在一定的比例关系。然而，直到1956年去世，哈勃都和他那个时代众多的天文学家一样，谨慎地使用“表面运动”来指称宇宙的这种活动，而这个词在今天只被极少数对此持怀疑态度的人使用。哈勃并不相信宇宙的膨胀，可能也不相信大爆炸理论……为了拯救宇宙永恒不变的观点，霍伊尔、邦迪和戈尔德在1948年提出了稳恒态宇宙的理念。不过，该理论由于无法解释于1965年发现的宇宙背景辐射，很快就被科学界抛弃了。


万能的答案


    比如，如果说最新的理论发现一些恒星年龄达到了180亿年，那么只要把指针向左调一点，对宇宙的膨胀率做一点小小的修正，宇宙大爆炸的发生就正当其时。如果你说我们刚才搞错了，这些怛星的年龄其实不超过130亿年，那就把指针向右调一点，大爆炸的发生就又和新的模型曲线完美吻合了。如果说方程式里算出的宇宙太“重”了，没问题，这是因为有“暗物质”的存在。宇宙的膨胀太快了？用“暗能量”就能对此加以解释。宇宙的膨胀又太慢了？那么就不考虑暗能量的因素！宇宙太均匀同质了？呵呵！这些宇宙理论学家们的大脑里冒出了暴胀的概念。大爆炸理论之所以能够占据这样一个主导地位，是因为“所有在独立观测中提出的总是都汇集到了这里”，法国原子能委员会（CEA）的天文物理学家马克·拉谢兹-雷伊（Marc Lachi zeRey）坚称：“大爆炸理论的这种高度协调性在天文学的各个领域都得到证明，这便是这一理论的力量所在。”而在阿兰·里亚泽罗看来，“很简单，因为我们根本没有必要去寻找别的理论”。


    然而，我们还是能够感觉到他们底气并不是很足，即使是那些“最坚定的大爆炸论者”，他们都不愿意触及大爆炸理论的一大弱点——这一理论建立在两大互不兼容的物理理论基础之上！事实就是如此，天体物理学家们的必读书目中，一部分是关于无限大的广义相对论著作，另一部分分则是关于无限小的量子力学理论作品。问题的关健就在于，前者忽视了基本粒子，而后者不考虑时空的存在……然而，在大爆炸理论的剧本中，相对论和量子力学联袂演出了第一幕戏，而这一幕对理解整部影片极为关健，那就是“零时刻”，也即宇宙大爆炸的时刻。在这幕戏中，大爆炸发生之际，宇宙所有大的物理特性，如体积、密度、温度这些通常受到相对论决定的因素，在那一时刻是受到量子力学理论支配的！让一马克·波内-华铎（Jean-Marc Bonnet-Bidaud）认为，关于大爆炸理论的最终论战将会在这里，即这个无限大与无限小之间无人涉及过的领域展开。在法国原子能委员会的这位天文学家看来，他的同行们“操之过急了。他们以为大爆炸理论告诉了他们宇宙历史的前历后果，自以为找到知识领域中的高速公路，但真实的宇宙很可能比他们用数学模型构筑的宇宙要复杂得多”。


    大爆炸理论的支持者和反对者之间唯一的共识就在于——目前的宇宙学研究走进了死胡同。在整整一个世纪中带来了丰富科学成果的相对论已经枯竭了，量子力学也面临窒息。尽管物理学家们狂热地在自己的计算机中创造出了各种越来越奇特的粒子，但他们却无法在真实世界中发现这些粒子……要想有所前进，就需要物理学家们超越相对论和量子理论，找到它们的断裂处，这样才可能有所作为……



    现在，已经有人在未知的道路开始了探索。他们的目的不再是调和20世纪这两大指导理论之间的分歧，而是想要饶过它们。“如今人们的思维真的发生了改变”，让-马克·波内-毕铎欣喜地说：“几十年来，无人敢于触及物理学的这两座理论大厦，即相对论和量子力学论。然而，今天的年轻科学家们打破了这一禁忌，他们毫不犹豫地走向了全新的道路。”
全球性的起义


    这是一条大无畏的道路——对物理学的基础提出质疑，或者说对物理学的基本常数提出质疑！越来越多的著名科学家，比如葡萄牙的乔奥·马古悠（Joao Magueijo）、英国的约翰·马罗（John Barrow）或美国的李·施莫林（Lee Smolin）就对神圣的光速提出了疑问，他们认为光速并不是恒定的，而是可变的！还有一些科学家对万有引力定律是否放之四海而皆准表示了怀疑。法国的克里斯蒂昂·马里诺尼（Christian Marinoni）和意大利的费德里柯·皮亚扎（Federico Piazza）就认为引力是会随着引力常量的某种易变性发生变化的……而美国的罗伯特·谢勒（Robert Scherrer）和以色列的莫尔德海·米勒格洛姆（Mordehai Milgrom）则提出了自己的引力常量！在当代物理学家眼中，再没有什么是神圣不可侵犯的了！而物理常量的改变可能会颠覆我们对于世界的看法。比如，对神圣的万有引力定律的改变，不仅会让九泉之下的牛顿和爱因斯坦不得安息，而且可能使我们对引力场的认识发生改变，从而解决那恼人的暗物质之谜……同样，对光速认识的改变也将意味着我们对世界的一贯认识是被扭曲了的；暗能量、暴胀，甚至包括宇宙的起源，所有这一切都可能受到质疑！话说回来，目前所有对宇宙演化过程中物理常量变化的质疑都遭到了失败。这意味着，除非找到相反的证据，否则，自然规律似乎从宇宙大爆炸以来，就从未发生过变化！



答案在天上


    星系的年龄、来自原始宇宙的辐射……为了搞清楚这一切，人们使用了许多前所未有的新工具时刻监视着宇宙空间。实际观测的结果将是大爆炸理论的试金石！
   眼见为实！这句格言也许应该被铭刻在宇宙学研究的殿堂之上。天文学家们无法亲手触摸到他们所怀疑的事物是否真实。只有光线充当着宇宙间的信使，因而只能对光线提供的画面进行观测并作出理论上的解释，以此来推知宇宙的真相。这既是天文学家的光荣，也是他们的负担。他们知道自己可能永远也无法搭乘时空飞船去看看最初的恒星如何闪耀，无法亲身感受大爆炸那炙热的湿度，无法亲耳聆听宇宙时钟那每一声清脆的“滴嗒”，也永远无法知道宇宙的巨幕后到底发生着什么……没关系！天上的光线会说话。在99%以上的天空物理学家们听来，它正在讲述着一段已经完成的故事：宇宙一直在膨胀，随着宇宙的膨胀，出现了粒子，然后出现了星系、恒星、行星。


    天文学家们应该向天空的各个角落去寻找答案，因为有关大爆炸的论战的战场就在天上。


    这个宇宙大爆炸的剧本受到了如此普通的认同，多年以来，一直是不容侵犯的堡垒。然而它之所以站得住脚，是因为有这样一些概念在支撑着它：暗物质、暗能量、暴胀……这些概念花样繁多，法国原子能委员会的天文物理学家让-马克·波内-毕铎诙谐地说，这使得它看起来挺像是“一幢巴洛克风格的建筑”。他的意思是说，这幢理论建筑出了些问题。是什么问题呢？天文学家们应该意识到问题就藏在细节里，应该向天空的各个角落去寻找答案，因为有关大爆炸的论战的战场就在天上，天空会满足他们的愿望。1600年，不正是因为第谷·布拉赫（Tycho B）发现了火星位置的细微偏差而引导约翰内斯·开普勒（J K）发现了行星演化的规律吗？一丝一毫的粗心都可能会使科学家与伟大发现擦肩而过。再比如，正是水星在天空中位置的极其微小的一个差别（人们直到20世纪初还无法理解这个差别）的预言将牛顿的万有引力理论与爱因斯坦的广义相对论区别开来。
    这就是那些敢于质疑大爆炸理论的人的希望所在——找到一颗微小的沙砾去卡住整台理论机器。500多年前，人们坚信源于古希腊的地心说，认为地球是宇宙的中心。当时，尽管天文学家根据越来越精确的观测已经提出了怀疑，但地心说还是借助“本轮和均轮”的概念得以自圆其说。但到1543年，随着哥白尼提出日心说的假设以及1619年开普勒发表行星运行理论，地心说对宇宙所作的描绘便慢慢被瓦解、消失，被日心说取而代之。他们头顶的天空并未发生一星半点的变化，但人们的观念却被完全转变了。谁能说我们现在不是处在一个宇宙观即将发生如同日心说取代地心说般彻底变革的前歹？暗物质、暗能量和暴胀这些概念会不会就是今天的“本轮和均轮”？



即将产生初步的判断




    这正是“反大爆炸论者”们脑中所想。他们已经决心向天空索取问题的答案。而“大爆炸论的坚定支持者”们也接受了挑战，他们准备以同样的方式使他们那么爱的理论变得更加严密。从何开始呢？我们已经看到，作为大爆炸理论基础的广义相对论已经成为了宇宙学研究的一个累赘，爱因斯坦的所有预言已经得到证实，甚至是在十万亿分之一量级单位上得到证实，因而这一过于完美的理论得到证实已经枯竭。于是一些太空领域的强国决心投巨资去寻找能够挑战相对论的现象，也就是去挑一些“毛病”。因此，美国发射的“引力探测器B”（Gravity Probe B）最近刚刚在地球轨道完成了对相对论中那些最复杂的效应的实验，吸引了全世界的注意力。它在首次尝试对广义相对论于1918年所预言的“兰斯-蒂林”(Lense Thirring)效应进行测量后，将会返回地面。根据这一效应，一个有着巨大质量的物体（比如地球）在转动时会使周围时空发生扭曲。几个月后就能得出初步的判断。

    法国卫星“星微镜号”（Microscope）也在准备之中，预计将在2008年发射。它由法国国家空间研究中心（CNES）建造，使命是千万亿分之一量级单位上对相对论的基础——伽利略在1600年左右提出的等效原理，即所有的物体在同一引力场中表现都相同。“显微镜号”将重做传说中伽利略在比萨斜塔做过的实验，以测量物体在失重状态下的自由落体运动。
    当然，对于物理学家而言，如果能够对将引力理论和量子理论统一起来的设想——比如超引力、量子引力、弯曲量子引力甚至弦理论进行验证，当然最理想不过了。不过，现在要做到这一切为时尚早，这些理论都还难以进行实际的实验。而今天的物理学家们主要目标是：找到一些变通的办法来检验自己的理论，而不必建造体积达到整个太阳系那么大的粒子加速器。



越来越精确


    引力探测器B的实验结果也许能够协调或超越相对论与量子力学这间的分歧，从而导致一种新理论的诞生。但在此之前，想要更好地理解宇宙或对我们已有的宇宙观进行反思的最好办法，可能来自于“传统”的天文学及其虽陈旧但优良的望远镜。因为这些仪器的功能日益强大、精确且专业。未来几年可能是最关健的几年。首先在太空探索方面，欧洲航天局（ESA）设计的“普朗克”（Planck）卫星将从2008年开始对著名的宇宙背景辐射展开研究，其精确度将是美国的WMAP卫星的10倍。到那时，我们就能够知道这种辐射是不是像绝大多数天文学家们所坚信的那样是来自于宇宙形成之初的，因为根据“普朗克”卫星探测到的该辐射的种种细微变化，我们将能直观地描绘星系的形成！特别值得一提的是，“普朗克”将能使各种宇宙参数——宇宙的体积、年龄及结构精确到几个百分点的水平。这样，如果正如某些科学家们在研究了WMAP的数据后所认为的那样，如果我们原来得到的参数是错误的话，“普朗克”是决不会放过它们的。



    想要更好地理解宇宙的最好办法可能来自于“传统”的天文学及其虽陈旧但优良的望远镜。
    至于星系年龄比宇宙古老的问题，将由美国和欧洲联合研发的天文仪器“阿尔玛”（Alma）负责解决。它将在2010年开始投入运行，是由60个直径达到 12米、能捕捉到毫米波的雷达构成。这组巨大的射电干涉仪将被安装在智利的安第斯山脉，能够探测到来自宇宙形成后最初10亿年间的波动。“阿尔玛”标志着天文学技术上的一个里程碑——天文学家们从来没有能够看得如此清晰，获得如此准确的数据！这些射电干涉仪的总面积将超过7000平方米！而且由于这个绵延100公里的巨大网络是建在海拔5100米的山地之上，所以可以享受迄今这个世界上最纯净的天空作为便利条件。而到了2013年，“阿尔玛”将得到另一台超常规机器的协助：那就是美国的红外空间望远镜“詹姆斯· 韦伯”，其直径为6米，将运行于距离地球150万公里的太空。这两组仪器每组造价都达到10亿欧元，在它们的帮助下，到2015年，我们也许就能找到大爆炸产生的原始光芒与如今这个由原子、行星、恒星、星系构成的宇宙之间那些“失落的环节”。这将是一个了不起的壮举，它正鼓舞着国际上各大天文研究所从现在就开始行动起来，纷纷在地球上建造“超级巨大”的望远镜。
走向新世界？


    和新一代的仪器摆在一起，如今的一些庞然大物——比如直径8米的欧洲甚大望远镜以及直径10米的美国凯克望远镜（Keck）简直就像是玩具。美建造的大麦哲伦望远望(GMT:Giant Magellan Telescope)直径将达到25米，而30米望远镜(TMT:Thirty Meter Telescope )的直径则将达到30米，有望在2015年投入使用。欧洲人在这方面也有着更为雄心勃勃的计划。理论上，这支巨大的科学探索“舰队”应该能够探测到最初的恒星和星系从大爆炸的烟尘中诞生的情形……这样就能够证明暴胀、暗物质、暗能量都并非像大爆炸理论的反对者们所设想的那样只是今天的“本轮和均轮”，而且能制止这些反对者们对这一最著名的科学理论的亵渎了……不过，如果未来的这些望远镜发现大爆炸理论和500年前的地心说一样其实只是个骗局，那就将意味着至今的天文学研究都搞错了方向，也将标志着天文学家意义上新世界的到来。这将为新时代的哥白尼、伽利略或爱因斯坦创造一片广阔的新天地，或者说是科学家们的梦幻工场。

伤我心太深

大爆炸之前的宇宙是什么模样?若你问宇宙学家，他们通常会搪塞说，这个问题没有意义。如著名物理学家霍金，便对此反问道：“北极之北是什么地方?”故按现代宇宙学的主流思想，大爆炸意味着宇宙的真正开始，空间和时间由此而出现，决不存在“之前”这样的问题。  
　　但这可能并非真实，就有一位物理学家敢于挑战这个问题。若他说的正确，那么在大爆炸之前，宇宙已经历了一个不可想象的久长时期。欧洲核子研究所的G?范纳奇奴说：“大爆炸远不是时间的开始，它仅是宇宙历史的一个转折点。”  
　　范氏早在20世纪90年代初，就开始对“大爆炸之前”进行探索。当时，他跟同事盖斯拍立宁对标准大爆炸模型中的一些缺点做了研究。例如，若你想象宇宙膨胀在时间上逆行(就如反向放电影)，那么它的密度和温度将不断增大，直至无限。这个无限密度的点，称为奇点，是物理学上的一个大问题。范氏说，“奇点”告诉我们，现行理论(爱氏广义相对论)不适用于宇宙的最初时刻。这是因为有一个所谓普朗克时期(大爆炸后10－43秒)，此时，引力跟自然界的其他基本力的强度大致相当，因此，要想研究奇点的物理状况，就必须用量子引力理论，而这种理论尚不存在。  
　　但物理学家确已提出了应用量子论于引力的构想，其中最有希望的可能是弦论。按照此说，自然界的基本粒子，皆为在九维空间中振盈着的极小的“弦”。而在这九维中，除三维外，其他的维皆蜷缩到比原子还小。这种振盈的基本模式之一，表现为一种无质量的粒子，颇似假想的携带引力的“引力子”。这也是范氏要用弦论来解决奇点问题的原因。他说：“我相信，早期宇宙学是运用和检验弦论的最好地方。”  
　　范氏发现，弦论能在零时刻，把讨厌的奇点除去，因为弦具有尺寸。若时间逆行，宇宙虽收缩，但它不致到达零体积，故奇点不会出现。在大爆炸标准模型中，奇点就像一圈砖墙，而在弦宇宙学中，则没有这样的墙，你可进入大爆炸之前的时代。  
　　大爆炸之前具有时间，还解决了标准模型的另一问题。若你想象空间膨胀逆行(即收缩)到最早期(指10－43秒时刻)，按广义相对论，现在可观察到的宇宙中的全部物质和能量，将压缩到仅1毫米大小的容积之内。光从t=0到t=10－43秒所跑过的路程，只有10－34米。这一点对早期宇宙十分重要。空间中一个区域能“通知”别个区域的惟一途径，是所加的影响(或信息)需具有在区域间往返的时间，而任何影响的最大速度即为光速。由于早期时刻光仅跑了10－34米， 故在10－3米大小的原始宇宙中，拥有完全分隔的10 93个区域，并且它们之间不可能有因果关系上的联系。  
　　问题在于现在的宇宙是均匀的，这不仅在物质密度上，而且在大爆炸留下的辐射温度上也是如此。可是这1093个区域不相连接，那么它们之间是如何取得均匀的呢?  
　　在标准大爆炸模型中，这些区域没有相互了解的足够时间，故无法在从宇宙诞生至普朗克时代的极短时间内，使它们的温度、密度均等化。宇宙学家无可选择，只能拼凑出一个超快膨胀相，使宇宙从一个单一的、信息上相联系的区域，“暴胀”成整个可观察宇宙。但暴胀却无法解释宇宙的均匀性，暴胀虽为放大量子起伏变成现在宇宙中的星系密集提供了机制，但此理论具有自身的问题。例如膨胀空间(即暴胀场)的机制，欲使运行，需极度小心地对待场的初始态，这显然极不自然。  
　　所有这些都意味着，在普朗克时代之前，具有很长的时间，足以使1093个区域中的密度、温度均匀化，而不需拼凑一个暴胀。范氏说：“对宇宙的均匀性来说，前历史(时期)是一条明显的道路。”  
　　前大爆炸时期究竟是怎样的呢?这可从宇宙的对称性中看到线索。标准宇宙学解(弗里得曼大爆炸模型)具有一个十分简单的对称性，它们在时间逆行的情况下不变。换言之，若取负的时间，你将获得另一个解，这个时间逆行的宇宙将收缩到一个大挤压之点，而大爆炸也始于一个密实之点。  


弦论的宇宙学解也具有相同的对称性。若使时间逆行，并同时置换宇宙的标量因子(决定宇宙的尺寸)，你将获得一个一般的膨胀宇宙，并且膨胀是加速的。换言之，这是一个暴胀宇宙。范氏说：“对每一个大爆炸解，它们都表明，空间从t=－∞暴胀至t=0，也即暴胀至大爆炸。”  
　　所以弦论暗示出，宇宙从t=－∞直到t=0之前，处于加速膨胀期。而在t=0之后，它转变为弗里得曼大爆炸模型的更为缓慢的减速膨胀。  
　　现在让我们用新眼光来看大爆炸，我们是处在从暴胀转变为膨胀的时期。范氏说：“在大爆炸开始时，宇宙具有最大的曲率、最大的膨胀率和最高的温度。从大爆炸中涌现出来的，并非是一个(时空)开始，而是宇宙历史的一个转折点。”  
　　对于范氏的看法，有的支持，有的反对。密歇根大学的物理学家凯恩说：“我想，很可能大爆炸实际上是宇宙最近的一个阶段。”弦论的一个大优点是，前大爆炸时代具有一种自动的暴胀，有了足够的暴胀时间，便可以均匀宇宙中的密度和温度。但对前大爆炸时代空间演化的描述，仅是事情的一半，我们需知悉，宇宙从什么状态开始演化?其初始条件是什么?它在t=－∞时是什么模样?  
　　在标准模型中，宇宙始于一个非常特殊的态，其温度、密度需是经精密调整，以便在1093个区域内能保持精确地一致。而物理学家总是要去寻找更一般的状态。例如，大家知道，晶体中原子的排列较奇怪，但它是从十分无定形的、远非奇怪的液态演化而来的。范氏说：“同样的，宇宙也是从最简单、最一般的形态演化而来。”  
　　那么宇宙最简单的状态又是怎样?按范氏之见，那是无限的、真空的、寒冷的和扁平的。所谓扁平，是说空间曲率很小。范氏和其同事们，把这种状态称为“过去渐近平凡性”。  
　　并非每个人都同意范氏之说，普林斯顿大学的宇宙学家斯坦哈特说：“这等于假设，在第一地方就是均匀的。范氏并没有解决任何初始条件问题，他只是‘平凡’地把自己的初始条件加在它们身上。”  
　　宇宙并非处在平凡之中，否则，我们今天就不会在这里。随着时间的流逝，就会出现较大的起伏，从而造成具有大于平均能量密度的区域，就像今日之宇宙。这些量子起伏足以产生黑洞，也正是如此，我们看到了宇宙的真正诞生。据范氏所说，适用于黑洞内部的弦论解，也同样可以预言前大爆炸时代的那种加速膨胀。他说：“我们的宇宙是黑洞内部的一块。”  
　　范氏和盖斯拍立宁过去几年来一直指出，在宇宙膨胀到接近t=0时，时空曲率日益增大，这导致了温度和能量密度的急剧上升。在零时刻后的一瞬间，在一个毫米尺度的三维区域内的巨大膨胀，看上去颇似标准暴胀理论中的超密、超热那一幕。  
　　当然，任何理论要存活下去，必须提供今日可见的物质粒子。据范氏说，诸如电子、正电子和光子，因空间几何上的起伏，它们魔术般地从虚无中进入存在，这是量子机制的作用。就如在强电场中，能产生电子－正电子时，急变的引力场会导致全部粒子的量子产生。更有甚者，创生的粒子还带有很大的动能，这使得宇宙逐渐变热。范氏说：“这与标准模型不同，在该模型中，暴胀之后才产生粒子并热起来。”  
　　关于前大爆炸时代的情景，几乎跟科幻一样，所不同的是，它提出了几个可供测试的预言，这些都跟标准暴胀论不同。若范氏正确，那么宇宙中应充满引力波的混沌海洋。这是从平凡的过去留下来的。这些引力波很微弱，使用现在的探测器，观测到它们的可能性不大，但范氏认为，第三代的探测器，应能看到这些引力波背景。  
　　前大爆炸的效应，在宇宙微波背景中应能看到。范氏推测说，在微波背景的波谱中，用其不同角度的峰值位置，跟标准理论做一比较，就可得知结果。美国发射的MAP卫星(于2000年11月升空)和拟于2007年发射的欧洲普朗克探测器，都可进行这种测试。前大爆炸概念仍有问题。把宇宙的开始推以更早时期，许多人可能指责范氏过于简单，因为他没有做更多地解释。范氏解释说，这对他太苛刻了。他说：“在前大爆炸理论中，起始(t=0)仍具有意义，但更为平凡和自然，没有像标准理论中那样特殊。我相信，这对标准大爆炸模型是一个重大的改进。”  
　　另一个问题是，在t=0时发生了什么?为什么会从前大爆炸时代的加速膨胀天衣无缝地进入到更为平和的膨胀?这两者的衔接，正是弦论要解决的，但迄今尚不大清楚。  
　　范氏虽至今未找到全部答案，但许多宇宙学家认为，他已为人类做了大量工作。奥白兰切说：“对此，许多人有一种怀疑倾向，而另一些人则乐于听到：已有人打算把弦论与宇宙学结合起来。”  
　　凯恩称赞说：“范氏的想法真好，不过还不清楚他是否正确。但最重要的一点是，认真研究关于前大爆炸物理的可测试模型，是目前的好物理学。”  
　　还有一些人对范氏的态度没有如此积极，斯坦哈特说：“每个人都会赞赏范氏的创造性和魅力。但我想，他走错了路，或者，是一条靠不住的路，已多年了。”  
　　这个风险(走错路)并没有使范氏气馁，他承认，这是可能的。但他说：“我们已砸碎了一座墙(指奇点)。”我们要知道，大爆炸前究竟是什么模样?这不再是禁忌了。   

大屁人

写这么多，谁看？