第六章 挑個宇宙吧 I ─ 陪你讀霍金《大設計》The Grand Design

陳以聖 / 原載:κrazian

我們這宇宙是何時誕生的?你可知道,就連能問這個問題,都已經是多大的進步!

清朗的夏夜,仰望星空,難免對這「亙古不變」的宇宙,既神往又感傷。然 1929 年 Edwin Hubble 的論文卻說,極目四眺,這周遭所有銀河系都正不斷的、快速的棄我們而去。而且,那愈遠的跑得還愈快!也就是說,宇宙這當下正持續的膨脹著,全然不是「亙古不變」那回事。

照這個道理,那麼,很久很久以前,這宇宙該是很小很小的囉!依現在的膨脹速度,反推回去,勢必可找到宇宙縮回一小點的時候;那不正是「開天闢地」的太初嗎?那鬼哭神號的「大霹靂 Big Bang」確有其事?我們的宇宙,真的曾經「誕生」囉?!

原來我們真的都是「一家人」,曾經是那麼不分彼此、難分難捨、你儂我儂的同一團東西哩。如今卻搞得冷漠疏離、你爭我奪。思之不免令人感嘆再三。

談到宇宙膨脹,要先聲明:膨脹的只是空間,其內的物體並不跟著膨脹。要不,太陽、地球、你我、尺規,甚麼都跟著膨脹,就沒法子量了:因為我們將無從感知「它」在膨脹。好像你蒸個芝麻饅頭,發得好的話,可以脹好幾倍大,愈靠近表面的還脹得愈兇,但是芝麻的大小並不會變,只徒然顯得稀疏落寞而已。所以,芝麻可以「感知」它的宇宙變大了。反之,如果政府宣布,趕明兒起所有的錢和價格都變兩倍,或更豪邁些,全加上一個零,如此德政並不會讓人興奮得睡不著覺。因為,甚麼都變大就等於什麼都沒變是一樣的。當然,天真無邪和頭殼壞去者除外。

「大霹靂」並非全然憶測。至今殘存的「宇宙微波背景輻射 CMBR: Cosmic Microwave Background Radiation」,正是爆炸之初的遺留。這 CMBR 跟家用微波爐加熱東西時用的微波,是同樣的東西。「宇宙微波背景輻射」聽起來很遙遠,但其實你「見」過它的芳蹤:當電視訊號沒了,螢幕上那些煩人的雪花就有部分是那 CMBR 的傑作。儘管這幅射如是古老,宇宙持續的膨脹也冷卻了它,它仍然無所不在,不停的穿梭遊蕩在這無垠的太空之間,重複訴說著那段淒美的歷史。下次看到「雪花」,記得發發思古之幽情啊!

1997 的電影「Contact」,女主角 Jodie Foster 收到從織女星回傳的地球電視訊號,嚇了一大跳。算算時間和距離,以光速傳播的早期電視訊號,也差不多該可以「去回」織女星一趟了。

電視訊號是近代的產物,光線可不是。如果有人以為他做事神不知、鬼不覺,勸他最好機靈點。你只要找個住在半人馬星座的朋友,請他在四年後的某一天,擎起超級巨型望遠鏡看地球,就可以當場「目擊」活逮。什麼槍擊疑案、什麼齷齪勾當、什麼不倫情事,全都一一曝光,現場真人真事實況演出,連錄影監視都沒這個好用。當不同遠近方位的星球都有人類移居時,辦案將易如反掌:僅須根據時間地點,通知合適的星球,屆時注意觀看、報告即可。當然,你得先以超越光的速度,通知夥伴們戒備,這難度要稍微高些。

George Orwell 小說《1984》,那無所不在、監視你一舉一動的「老大哥」,其實亙古以來就存在了。你只需跑得夠遠,年代再久遠的古老事件,都得以還原真相。那時,很多「考古」類型的工作都要消失了。「人在做,天在看」,不再只是一種隱喻;「凡走過必留下痕跡」,也變得真實得嚇人‧‧‧

關於大霹靂,另外還有證據。大霹靂之初,那個「小」宇宙肯定比現存任何恆星的內部都要熱。那完全就是個核融爐。科學家便據此推斷:宇宙中的主要元素應該會是氫;其次是氦,約佔 23%;以及一些鋰。其他更「重」的元素,則是後來才產生的。這推論完全吻合目前宇宙觀測的結果。

再者,就目前理論的了解,大霹靂初時,宇宙並非均質的擴張。也就是說,在各個不同方向上,其擴張的情況是有些微差異的。因為,一個完全均勻的宇宙,不會有我們存在的餘地。而證據,應該就在宙微波背景輻射CMBR裡:從不同方向量測它的溫度,必不相等。話雖這麼說,但由於這差異實在太細微了,以至於要等到 1992 NASA 的 COBE 人造衛星發射後,才真正量測到,證實理論的預測。

而「大體上」溫度還算「均勻」的宇宙,竟也是曾經發生大霹靂的又一明證。因為,溫度要從不均勻到均勻,顯然需要時間;範圍愈大,就需要愈久的時間;如果宇宙亙古不變,一向都這麼大,那可沒法兒那麼「快」就這麼均勻。所以,很久很久以前,宇宙一定小很多很多;大家擠在一起取暖,有如嚴冬南極企鵝圍成個圈,大夥兒使勁的往內擠,溫度才有辦法迅速傳遞得較為均勻。大霹靂至此愈發顯得可信了。

不過,這裡有個很大的難題。由於重力的緣故,星體之間會互相吸引牽制,導致宇宙膨脹的速度逐漸減緩。照這道理反推回去,愈回到過去,其膨脹速度理應愈快。一直推下去,大霹靂發生當時,瞬間膨脹速度算起來竟然大大超越光速。愛因斯坦的一般相對論這下遇到麻煩了,已經無法解釋這大霹靂初的景況,因為愛因斯坦說,任何物體都無法超越光速。況且,這時的溫度、密度、宇宙的捲曲度,照推論,都將是「無限大」!這完全說不通了。問題出在哪兒呢?前面提到的,那一直難產的「量子重力理論」,顯然就是那解答之鑰。

量子現象在日常生活的尺度上,起不了作用,所以我們習慣不關心它;但是在原子的微觀尺度裡,它可是決定性的要素,容不得你逃避。大霹靂之初的微小尺度,顯然必須用量子理論解釋,才合理。如果我們老是搞不定重力的量子理論,大概就甭想解開大霹靂之謎。

Comments

看到"芝麻饅頭"的比喻不禁笑了出來
巧妙的比喻...讚讚...

copyright © 2008~2018, κrazian.com
原創著作 版權所有:轉載應註明作者與出處,商業用途須取得書面同意