伴隨著中國神舟八號的順利發(fā)射及其與天宮一號的成功對接,人們將目光再次聚焦到浩瀚的太空。在晴朗的秋夜,凝望漫天的星斗,宇宙是何等神秘和壯觀。期待著中國空間站在不遠的將來建成,憧憬著中國載人航天及深空探測事業(yè)的美好未來,作為中國人自然無比自豪。
然而我要告訴大家:天上沒有星星。大家一定會說這是胡扯,無數(shù)的星星就懸在天空中,怎么能說沒有呢。別急,容我解釋。
隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展,我們越來越了解到宇宙的浩渺。在大尺度空間里,距離都是以光年為單位計算的。光年,顧名思義,就是光在一年內(nèi)所走過的距離,而光速每秒就達30萬公里,可見光年是多么長的距離。遙望星空,大多數(shù)星體距離我們都非常遠,有上萬光年甚至上百萬光年,這也就意味著我們看到的是它幾萬年或者幾百萬年前的樣子。即使距離地球最近的恒星α-半人馬座,離我們也有約4.2光年,而目前人類能夠觀測到的最遠星體距離我們137億光年,我們看到的只是它137億年前的景象。也許對于大多數(shù)星體,我們永遠無法知曉它“現(xiàn)在”的樣子乃至存在與否。
既然我們只能看到星星過去的樣子,那么對于“現(xiàn)在”它們是否存在,我們就不能確定,所以星星都不存在了也是一種可能。當然,這只是一種極端的可能。我也無意證明它們是否真的不存在,只想引起大家對宇宙的好奇與探究,而正是這種好奇與探究促使人們不斷深化對宇宙的認識。
比如,剛開始人們都認為“天圓地方”,人們生活在方形的大地上很安全。還有人認為世界實際上是馱在一只大烏龜背上的一塊平板。后來亞里士多德通過觀測計算認為地球是一個圓球而不是一塊平板,近代航海事業(yè)的發(fā)展則進一步證明了這一點。亞里士多德與托勒密建立的地心說統(tǒng)治人們的觀念近兩千年,后來才被哥白尼與伽利略的日心說所取代。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展,我們了解到,以人類現(xiàn)有認知能力,無法找到宇宙的中心,太陽不過是銀河系中上千億顆恒星中的普通一個,太陽系與億萬個類似的星系共周圍繞著銀河系的中心旋轉(zhuǎn)。而銀河系也只不過是宇宙中億萬個星系之一。
那么為什么月亮會繞著地球轉(zhuǎn),地球為什么會繞著太陽轉(zhuǎn),天體間的圍繞轉(zhuǎn)動是什么原因引起的呢?一顆從樹上掉下的蘋果砸在牛頓的頭上,激發(fā)了他的靈感,繼而有了萬有引力定律。從此人們知道了天體間的作用力和日常生活中的作用力是同一性質(zhì)的,人們的認識得到了統(tǒng)一。牛頓經(jīng)典力學奠定了之后三個世紀物理世界的科學觀點,并成為現(xiàn)代工程學的基礎。牛頓經(jīng)典理論的一個顯著特征是速度可以疊加,例如你和朋友逛商場時乘坐滾梯,你同時還邁步向前走,就像走普通樓梯一樣,那么你的速度就是滾梯和邁步速度之和,這就是速度疊加原理。但是速度疊加原理在測量光速時失效了,好比在地面上和正在升空的長征火箭上分別發(fā)射兩束光,按傳統(tǒng)理論,火箭上發(fā)射的光應該比地面上的快,但實際卻不然。經(jīng)過一系列實驗證明,光總是以一個確定的速度傳播,這速度同發(fā)射體的運動狀態(tài)無關。
光速不變原理與牛頓經(jīng)典理論的沖突給人們帶來巨大的困惑,而愛因斯坦的狹義與廣義相對論應運而生,很好地解決了這個問題。通過相對論我們知道,牛頓的運動定律所描述的是宏觀物體低速運動時的很好近似。愛因斯坦的相對論顛覆了人們傳統(tǒng)的時空觀,時間和空間不再是絕對的,“鐘慢尺縮”、“時光倒轉(zhuǎn)”在理論上成為一種可能,而以此為題材的科幻電影開始大行其道。愛因斯坦的相對論也改變了人們對質(zhì)能關系的認識,傳統(tǒng)觀念認為質(zhì)量和能量是井水不犯河水,各自獨立。而愛因斯坦提出質(zhì)量和能量彼此關聯(lián)且可以相互轉(zhuǎn)化,并給出了著名的質(zhì)能公式:E=mc(E代表能量,m代表質(zhì)量,c代表光速)。這個理論也解決了一直困擾人們的一個疑問,那就是如果按照傳統(tǒng)燃燒理論,太陽早就應該在幾百萬年前熄滅了,然而現(xiàn)在,它剛到生命周期的一半,還可以再穩(wěn)定燃燒50億年,原因就是它內(nèi)部進行的是核反應,消耗很小的質(zhì)量,就可以釋放巨大的能量。通過愛因斯坦的理論,人們還可以推導出宇宙是動態(tài)不穩(wěn)定的,然而愛因斯坦本人和牛頓一樣,認為宇宙是靜態(tài)穩(wěn)定的。為了得到靜態(tài)宇宙的結論,他試圖引入一個宇宙常數(shù),以達到平衡作用。后來,哈勃通過星系光譜的紅移,發(fā)現(xiàn)星系看起來都在遠離我們而去,從而得出了宇宙不斷膨脹的結論。當哈勃將膨脹宇宙的天文觀測結果展示給愛因斯坦時,愛因斯坦說,引入宇宙常數(shù)是他一生所犯下的最大錯誤。
現(xiàn)在,人們已經(jīng)普遍接受了宇宙膨脹的理論,宇宙變得越來越大,這也意味著宇宙曾經(jīng)很小很小,甚至會有個開端。那么宇宙是怎么開始的呢?有一種理論就是宇宙大爆炸理論,認為宇宙是150億年前一個質(zhì)量無限大、體積無限小、溫度無限高的點爆炸后膨脹形成的。愛因斯坦廣義相對論本身就預言了時空在大爆炸點開始,并會在宇宙坍縮的大擠壓點或在黑洞中結束。斯蒂芬·霍金在《時間簡史——從大爆炸到黑洞》等著作中,系統(tǒng)論述了宇宙大爆炸理論,并進一步提出和論證了黑洞的性質(zhì)。黑洞是一種體積無限小、密度高到難以想象的物質(zhì),其引力極強,貪婪地吞噬并撕碎一切事物,就連光也不能逃脫,黑洞成為其周遭物質(zhì)的噩夢?;艚鸬闹鬟M一步改變了人類對宇宙的觀念。
宇宙從爆炸點開始到坍縮點結束,一度似乎成了人們的共識。但事實是這樣嗎?按照宇宙大爆炸理論,爆炸后不斷膨脹的物質(zhì),會在重力的作用下,逐漸減慢膨脹速度。然而現(xiàn)在通過觀測和研究表明,宇宙膨脹不但沒有減速,反而不斷加快。這表明某種更神秘的力量在發(fā)揮作用,天文學家把這種反重力的能量叫做暗能量。當然也有人認為宇宙膨脹的幕后推手可能是物質(zhì)和反物質(zhì)間相互排斥的“反重力”。答案并不唯一,但宇宙膨脹加速已經(jīng)成為共識。
宇宙膨脹加速的結果是什么呢?科學家研究認為,隨著宇宙的高速膨脹,一切物質(zhì)都會被極速拋出,從而土崩瓦解不復存在,哪怕是分子、原子乃至更小的都不例外。物質(zhì)的形式徹底消失,只留下微弱的能量散布于無窮無盡的宇宙空間,宇宙達到一種虛無的狀態(tài)。
無論是坍縮還是瓦解,都意味著宇宙的終結。這就是宇宙演化的命運嗎?也許是,也許不是。即便宇宙真的通過坍縮或瓦解而終結了,那么也許意味著新的演化周期就要開始了。一切都不確定。
最近看了一部表現(xiàn)中國航天事業(yè)的電影《飛天》,里面有一句臺詞:宇宙很大很大,人類很小很小。的確,宇宙還有太多我們未曾認知和理解的東西,需要人類不斷去鉆研和探索。我們覺得“看”到了星星,也許它們已不存在,我們看到的只是它的過去;也許宇宙又誕生了漫天星斗,但要看到它們“此時此刻”的光輝,需要等到遙遠的未來。所以對于宇宙,耳聽為虛,眼見也為虛。我們看到的是這樣,而實際可能是那樣;我們以為有,實際可能無;我們以為很大,而在宏觀上微不足道,我們以為很小,而在微觀上是絕對的主導??磥韺τ钪娴恼J識,不能僅憑聽和看,更多的是需要我們進行哲學的思考。比如我們只知道大爆炸發(fā)生了,但它為什么會發(fā)生?大爆炸之前是什么樣?我們不知道。宇宙從渺小到浩大,從無序到有序,是不是也像人的生命一樣演化?如果絢爛的宇宙正當壯年,那么是否終將如人的生命一樣衰退隕落?或許我們的宇宙本身就是一個生命體?我們看到的很大很大的宇宙,是否只是更大宇宙的一部分?或者我們宇宙以外更遙遠的地方,還有另外的宇宙存在?
宇宙的秘密還深藏在太空,也許今天我們看到的星星已經(jīng)消亡,但是剛剛誕生的星星正在向我們走來,我們的探索才剛剛起步。正如愛因斯坦所說:“宇宙最不可理解的事情就是它是可以理解的?!毕嘈胖腔鄣娜祟?,通過永不止步的追尋和探索,終將揭開神秘宇宙的層層面紗。
(宣傳部 閆志軍)