伴随着中国神舟八号的顺利发射及其与天宫一号的成功对接,人们将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,宇宙是何等神秘和壮观。期待着中国空间站在不远的将来建成,憧憬着中国载人航天及深空探测事业的美好未来,作为中国人自然无比自豪。
然而我要告诉大家:天上没有星星。大家一定会说这是胡扯,无数的星星就悬在天空中,怎么能说没有呢。别急,容我解释。
随着现代科技的发展,我们越来越了解到宇宙的浩渺。在大尺度空间里,距离都是以光年为单位计算的。光年,顾名思义,就是光在一年内所走过的距离,而光速每秒就达30万公里,可见光年是多么长的距离。遥望星空,大多数星体距离我们都非常远,有上万光年甚至上百万光年,这也就意味着我们看到的是它几万年或者几百万年前的样子。即使距离地球最近的恒星α-半人马座,离我们也有约4.2光年,而目前人类能够观测到的最远星体距离我们137亿光年,我们看到的只是它137亿年前的景象。也许对于大多数星体,我们永远无法知晓它“现在”的样子乃至存在与否。
既然我们只能看到星星过去的样子,那么对于“现在”它们是否存在,我们就不能确定,所以星星都不存在了也是一种可能。当然,这只是一种极端的可能。我也无意证明它们是否真的不存在,只想引起大家对宇宙的好奇与探究,而正是这种好奇与探究促使人们不断深化对宇宙的认识。
比如,刚开始人们都认为“天圆地方”,人们生活在方形的大地上很安全。还有人认为世界实际上是驮在一只大乌龟背上的一块平板。后来亚里士多德通过观测计算认为地球是一个圆球而不是一块平板,近代航海事业的发展则进一步证明了这一点。亚里士多德与托勒密建立的地心说统治人们的观念近两千年,后来才被哥白尼与伽利略的日心说所取代。随着现代科技的发展,我们了解到,以人类现有认知能力,无法找到宇宙的中心,太阳不过是银河系中上千亿颗恒星中的普通一个,太阳系与亿万个类似的星系共周围绕着银河系的中心旋转。而银河系也只不过是宇宙中亿万个星系之一。
那么为什么月亮会绕着地球转,地球为什么会绕着太阳转,天体间的围绕转动是什么原因引起的呢?一颗从树上掉下的苹果砸在牛顿的头上,激发了他的灵感,继而有了万有引力定律。从此人们知道了天体间的作用力和日常生活中的作用力是同一性质的,人们的认识得到了统一。牛顿经典力学奠定了之后三个世纪物理世界的科学观点,并成为现代工程学的基础。牛顿经典理论的一个显著特征是速度可以叠加,例如你和朋友逛商场时乘坐滚梯,你同时还迈步向前走,就像走普通楼梯一样,那么你的速度就是滚梯和迈步速度之和,这就是速度叠加原理。但是速度叠加原理在测量光速时失效了,好比在地面上和正在升空的长征火箭上分别发射两束光,按传统理论,火箭上发射的光应该比地面上的快,但实际却不然。经过一系列实验证明,光总是以一个确定的速度传播,这速度同发射体的运动状态无关。
光速不变原理与牛顿经典理论的冲突给人们带来巨大的困惑,而爱因斯坦的狭义与广义相对论应运而生,很好地解决了这个问题。通过相对论我们知道,牛顿的运动定律所描述的是宏观物体低速运动时的很好近似。爱因斯坦的相对论颠覆了人们传统的时空观,时间和空间不再是绝对的,“钟慢尺缩”、“时光倒转”在理论上成为一种可能,而以此为题材的科幻电影开始大行其道。爱因斯坦的相对论也改变了人们对质能关系的认识,传统观念认为质量和能量是井水不犯河水,各自独立。而爱因斯坦提出质量和能量彼此关联且可以相互转化,并给出了著名的质能公式:E=mc(E代表能量,m代表质量,c代表光速)。这个理论也解决了一直困扰人们的一个疑问,那就是如果按照传统燃烧理论,太阳早就应该在几百万年前熄灭了,然而现在,它刚到生命周期的一半,还可以再稳定燃烧50亿年,原因就是它内部进行的是核反应,消耗很小的质量,就可以释放巨大的能量。通过爱因斯坦的理论,人们还可以推导出宇宙是动态不稳定的,然而爱因斯坦本人和牛顿一样,认为宇宙是静态稳定的。为了得到静态宇宙的结论,他试图引入一个宇宙常数,以达到平衡作用。后来,哈勃通过星系光谱的红移,发现星系看起来都在远离我们而去,从而得出了宇宙不断膨胀的结论。当哈勃将膨胀宇宙的天文观测结果展示给爱因斯坦时,爱因斯坦说,引入宇宙常数是他一生所犯下的最大错误。
现在,人们已经普遍接受了宇宙膨胀的理论,宇宙变得越来越大,这也意味着宇宙曾经很小很小,甚至会有个开端。那么宇宙是怎么开始的呢?有一种理论就是宇宙大爆炸理论,认为宇宙是150亿年前一个质量无限大、体积无限小、温度无限高的点爆炸后膨胀形成的。爱因斯坦广义相对论本身就预言了时空在大爆炸点开始,并会在宇宙坍缩的大挤压点或在黑洞中结束。斯蒂芬·霍金在《时间简史——从大爆炸到黑洞》等著作中,系统论述了宇宙大爆炸理论,并进一步提出和论证了黑洞的性质。黑洞是一种体积无限小、密度高到难以想象的物质,其引力极强,贪婪地吞噬并撕碎一切事物,就连光也不能逃脱,黑洞成为其周遭物质的噩梦。霍金的著作进一步改变了人类对宇宙的观念。
宇宙从爆炸点开始到坍缩点结束,一度似乎成了人们的共识。但事实是这样吗?按照宇宙大爆炸理论,爆炸后不断膨胀的物质,会在重力的作用下,逐渐减慢膨胀速度。然而现在通过观测和研究表明,宇宙膨胀不但没有减速,反而不断加快。这表明某种更神秘的力量在发挥作用,天文学家把这种反重力的能量叫做暗能量。当然也有人认为宇宙膨胀的幕后推手可能是物质和反物质间相互排斥的“反重力”。答案并不唯一,但宇宙膨胀加速已经成为共识。
宇宙膨胀加速的结果是什么呢?科学家研究认为,随着宇宙的高速膨胀,一切物质都会被极速抛出,从而土崩瓦解不复存在,哪怕是分子、原子乃至更小的都不例外。物质的形式彻底消失,只留下微弱的能量散布于无穷无尽的宇宙空间,宇宙达到一种虚无的状态。
无论是坍缩还是瓦解,都意味着宇宙的终结。这就是宇宙演化的命运吗?也许是,也许不是。即便宇宙真的通过坍缩或瓦解而终结了,那么也许意味着新的演化周期就要开始了。一切都不确定。
最近看了一部表现中国航天事业的电影《飞天》,里面有一句台词:宇宙很大很大,人类很小很小。的确,宇宙还有太多我们未曾认知和理解的东西,需要人类不断去钻研和探索。我们觉得“看”到了星星,也许它们已不存在,我们看到的只是它的过去;也许宇宙又诞生了漫天星斗,但要看到它们“此时此刻”的光辉,需要等到遥远的未来。所以对于宇宙,耳听为虚,眼见也为虚。我们看到的是这样,而实际可能是那样;我们以为有,实际可能无;我们以为很大,而在宏观上微不足道,我们以为很小,而在微观上是绝对的主导。看来对宇宙的认识,不能仅凭听和看,更多的是需要我们进行哲学的思考。比如我们只知道大爆炸发生了,但它为什么会发生?大爆炸之前是什么样?我们不知道。宇宙从渺小到浩大,从无序到有序,是不是也像人的生命一样演化?如果绚烂的宇宙正当壮年,那么是否终将如人的生命一样衰退陨落?或许我们的宇宙本身就是一个生命体?我们看到的很大很大的宇宙,是否只是更大宇宙的一部分?或者我们宇宙以外更遥远的地方,还有另外的宇宙存在?
宇宙的秘密还深藏在太空,也许今天我们看到的星星已经消亡,但是刚刚诞生的星星正在向我们走来,我们的探索才刚刚起步。正如爱因斯坦所说:“宇宙最不可理解的事情就是它是可以理解的。”相信智慧的人类,通过永不止步的追寻和探索,终将揭开神秘宇宙的层层面纱。
(宣传部 闫志军)
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第799期

