□作者: 徐冬松
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從大爆炸到黑洞-史蒂芬•霍金的宇宙觀(2)
(三)我們的宇宙
宇宙是無比的神秘,以致于當每一個人抬頭仰望星空的時候,他都會不禁想了解繁星點點的背後到底隱藏著什麼。我們的祖先認為"天似蒼穹,地如棋秤",而古印度人的祖先認為大地是馱在一只大象的背上。
在公元前340年,古希臘哲學家亞里士多德在他的《論天》一書中,闡述了以下觀點︰一、月食是由于地球的影子投到月球上所致。
二、由于月食時看到的地球的影子總是圓的,可以推斷地球應該是一個球體,而不是圓盤狀。三、地球是宇宙的中心。太陽、月亮、行星和其它恆星分別附在八個天球上,以完美的圓形軌道繞地球旋轉。
基督教將亞里士多德的理論完全接納,認為與《聖經》的宇宙觀一致,符合上帝創世的理論。這個宇宙模型的最大優點,就是在最外層的恆星天球之外,為天堂和地獄留出了空間。
1514年,教士尼古拉•哥白尼提出了"日心說",認為太陽靜止地位于宇宙的中心,而地球和其它的行星圍繞著太陽作圓周運動。由于害怕教會的迫害,哥白尼只能秘密地傳播他的學說。後來,伽利略觀測木星時,發現木星的幾個行星圍繞著木星旋轉,這表明其它星球不一定圍繞著地球旋轉。繼而開普勒修正了哥白尼的理論,用橢圓軌道取代了圓周軌道,使其很好的符合觀測結果。他們的公開支持,最終宣告了亞里士多德學說的終結。
1687年,伊薩克•牛頓出版了舉世聞名的《原理》。在書中提出了著名的萬有引力定律。《原理》一書解決了物體如何在空間和時間中運動的問題。
人們利用他的理論,甚至可以精確地計算星球運行的軌道。
但是問題又出現了。根據萬有引力定律,星球間總是相互吸引的,它們似乎不能保持大尺度上的相對靜止,而終將落到一起。牛頓也意識到了這點,他解釋說︰如果有限顆行星分布在一個有限的區域中,這種情形的確會發生。但如果存在無限顆行星,均勻的分布在無限的空間,這種情形就不會發生,因為這時引力分布是均勻的,不存在任何一個使它們聚集的中心。
其實這是我們所經常遇到的一個理論陷阱。實際上在一個無限的宇宙中,每一顆恆星都可以看作是一個中心,因為在它的每個方向上都有無限多顆恆星。正確的方法應該是︰先考慮有限空間的情形,恆星會坍塌到一起。在這個區域外均勻地加上更多的恆星。按照牛頓定律,這些加上的恆星對原先的區域沒有什麼影響,所以恆星還是會落到一起。我們任意地加上更多的星體,願意加多少都可以,它們總是會坍縮到一點。換言之,宇宙的局部區域總是不均勻的,應該出現局部性的坍縮,並且這種趨勢會逐漸擴大。而觀測到的結果並不存在這種情形。
于是我們遇到了一個不小的問題︰無限靜態的宇宙不存在!