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平行宇宙:穿越創世、高維空間和宇宙未來之旅
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商品簡介

作者簡介

目次

書摘/試閱

加來道雄(Michio Kaku)
日裔美籍科學家,哈佛大學畢業,加州大學柏克萊分校物理博士。紐約市立大學的理論物理學教授、暢銷書作者。也是國際公認的理論物理學權威,「超弦理論」的奠基者,主要研究弦理論、超對稱以及萬有理論。
他同時是Discovery頻道《科幻成真》的節目主持人,還主持了兩個科學廣播節目:《探索》和《奇幻科學》,在超過一百四十個廣播電台播出。也常在《夜線》、《60分鐘》、《早安美國》以及《賴利金現場》等全國性電視節目中亮相。數度出現在美國公共電視的紀錄片中,並且為BBC、TechTV、SciFi、Channel等頻道製作專題。
《華爾街日報》說他善長將最為玄妙難解的思想解釋得通俗易懂。他也很重視科學的推廣,幾部科普著作廣受讚譽,其中包括《NEXT 20 years and after》(Visions)、《超越愛因斯坦》和《穿梭超空間》,均被《紐約時報》和《華盛頓郵報》提名為當年的最佳科學讀物之一。其他著作有《量子場論》、《超弦與M理論入門》及《2100科技大未來》、《愛因斯坦的宇宙》、《電影中不可能的物理學》、《心智的未來》、《2050科幻大成真》等。
在《平行宇宙》一書中,他以引人入勝的方式,講述過去一個世紀、特別是過去十幾年間宇宙學的非凡進展,迫使全世界的科學家重新思考我們對宇宙起源及其最終命運的理解,他帶領讀者遍覽宇宙學和M理論,深刻理解其對宇宙命運的意義。

蟲洞、多維空間、星際旅行、多重宇宙、平行世界有無數的自己?
不只是遐想,現實世界絲毫不亞於最離奇的科幻小說。
加來道雄,世界知名物理學家、暢銷書作者
帶領我們漫遊奇妙的宇宙,將無窮的想像力推向極致。

我們的宇宙正在死亡嗎?
還可能有其他的宇宙嗎?
其他的宇宙看起來會是什麼樣子?
有可能找到通往另一個宇宙的通道嗎?

當天文學家不辭辛勞地分析了從WMAP衛星得到像雪片一樣多的資料之後,一幅新的宇宙圖景顯現了。到目前為止,有關宇宙起源的最重要理論是「暴脹宇宙理論」,對大霹靂理論作了重大改進。在這個理論中,我們的宇宙只不過是眾多宇宙中的一個,像泡泡一樣漂浮在無邊無際的泡沫宇宙之海中,隨時都有新的宇宙在誕生。一個平行宇宙也許就懸浮在我們的頭頂上,相隔不過公釐之遙。
對於平行宇宙這一想法,以及對於解釋平行宇宙存在的弦理論,科學家一度以懷疑的眼光看待,認為它是神秘主義者、假充內行,以及行為怪誕的人所感興趣的領域。但是今天,已有壓倒多數的理論物理學家在支持弦理論和它的最新版本M理論。因為,如果這個理論被證明是正確的話,它將能夠以簡單優雅的方式把宇宙的四種力歸結在一起,同時能夠回答「在大霹靂之前發生了什麼?」這個問題。
加來道雄博士解釋說,世界上最重要的物理學家和天文學家正利用高度精密的波檢測器、重力透鏡、衛星和望遠鏡來尋找各種方法,以便對多宇宙理論做檢測驗證。M理論的前景非常誘人,其意義難以盡數。如果平行宇宙確實存在,加來道雄博士推測,一萬億年之後,當宇宙變冷變暗,進入科學家所描述的大凍結時,很可能高等文明能找到一種方法乘坐某種「星際救生飛船」逃離我們的宇宙。
探索黑洞、時間機器、另類宇宙、高維空間,這是一次令人難忘的旅程。《平行宇宙》一書講述的是一場席捲宇宙學領域的革命,不可不看。
伍義生
中國翻譯協會資深翻譯家,譯著眾多,其中不乏國外知名作者的作品。

包新周
中國海外工程總公司高級商務師,精通英語。翻譯出版了許多作品。
◆在《平行宇宙》一書中,加來道雄博士以其無與倫比的解說才能,講述了現代物理學得出的一種最令人難以置信、最激動人心的可能性,即,可能存在著廣闊無垠的宇宙之網,裡面排列著許多宇宙,也許是無窮多個宇宙,而我們這一宇宙只不過是其中之一。他運用生動巧妙的類比,幽默的語言,耐心地向讀者介紹有關平行宇宙的種種話題,從量子力學、宇宙學,到最新出現的M理論,一路娓娓道來。讀這本書做一次奇妙的宇宙漫遊吧,在專家引領下,其見解可將我們的想像力推向極限。――布萊恩.格林恩(Brian Greene),哥倫比亞大學理論粒子物理教授,《宇宙結構》和《優雅宇宙》的作者。

◆喜歡宇宙論、時間旅行、弦理論和10維或11維宇宙的讀者,可能不會找到比加來道雄博士更好的引導者了,他既是一位親身從事這方面研究的學者,同時又善於以引人入勝的方式,深入淺出地講解這一難以琢磨的複雜問題,非常難能可貴。――唐納德.戈德史密斯(Donald Goldsmith),《逃亡的宇宙》和《與宇宙聯絡》的作者。

◆可讀性極高,讓你輕鬆涉足在宇宙學前沿而樂不可支。――馬丁.里斯(Martin Rees),《我們宇宙的棲息地》和《我們的最後結局》的作者。

◆穿越宇宙,突破宇宙,目不暇接,五光十色。加來道雄博士,世界上最優秀的科學作家之一,指點你透過物理世界的尋常表象,看到隱藏其下的奇妙世界:不可思議的暗物質及暗能量,空間中隱藏著的高維度,振動著的弦及其微小的環,宇宙就是靠它們才得以維繫。根據加來道雄博士的看法,現實世界其實撲朔迷離,絲毫不亞於最離奇的科幻小說。――保羅.戴維斯(Paul Davies),澳洲雪梨麥覺理大學太空生物學中心,《怎樣建造時間機器》的作者。

◆加來道雄博士的又一力作。在《平行宇宙》中,他巧妙地將物理學的前緣變得如同一座遊樂園,使你能一邊享受樂趣,一邊又學到了愛因斯坦的相對論、量子力學、宇宙學和絃理論。但是本書的真正精髓在於,它告訴你加來道雄是如何運用這些強大的工具,來探究多宇宙是否存在,以及,在我們對上帝以及生命的意義進行認知的過程中,它們能給我們以怎樣的哲學啟迪。――尼爾.德.葛拉司.泰森(Neil de Grasse Tyson),天文物理學家和紐約市海頓天文館主任,《起源:宇宙演變的140億年》一書的合著者。

◆加來道雄以一種親切的風格講述,讓故事變成更易於理解,即使是我們這些連超弦理論和噴霧彩帶之間的區別都搞不清楚的人……迷人且有時簡直令人難以置信。――《Sci Fi雜誌》(Sci Fi Magazine)

◆加來道雄的書涵蓋了大量的資料……以一種清晰、生動的方式。――《洛杉磯時報》書評

◆一百多年前,愛因斯坦徹底革新了宇宙論的科學。而另一位天才加來道雄,在《平行宇宙》中,再次更新了這門科學,並推測了宇宙的未來。――《聖安東尼奧快報》(San Antonio Express-News)

◆知名的物理學家和作家加來道雄(《穿梭超時空》),告訴讀者科學推測可及的最新探究,另一個宇宙可能僅是平行浮動在我們這個宇宙一釐米之外的「膜」而已。但我們無法跳到這個宇宙去看看,因為它存在於超空間,已超出了我們的四維空間。可是,加來道雄寫道,科學家推測這些「膜」──一個創造M理論且可能是我們長久追求的「萬有理論」──最終可能發生碰撞,毀滅對方。這樣的碰撞甚至可能造成我們所說的大霹靂。加來道雄以一貫適於讀者的風格,討論這些從相對論方程式和量子物理學中喚出如鬼魅般的物體:包括蟲洞、黑洞及其另一側的「白洞」;宇宙可能萌生於另一個宇宙;在另一個量子世界的選擇中,也許二○○四年的選舉會全然不同。加來道雄深入研究這個宇宙的過去、現在和未來的可能性,以他的專業視野,激起讀者對僅僅超出我們鼻尖之外的可能存在空間的興趣,但他也承認,這仍是一個高度理論推測的部份,是從現在開始至我們的後代數千年所可能面臨的事;例如,當這個宇宙面臨死亡時(在「大凍結」後),人類也許能夠逃至其他宇宙――《出版人週刊》(Publishers Weekly)

◆最終,當我們的宇宙死亡時,是否能夠將文明移到另一個宇宙?加來道雄,紐約市立大學的理論物理學教授,認為這種可能性的轉變出現在「多元宇宙的新興理論──世界由多重宇宙構成,我們只是其中一個。」我們的宇宙正在擴張中,「如果這個反重力繼續下去,宇宙將最終死亡,形成大凍結。」這是物理學的法則,「但是也有進化定律,當環境改變時生命可以適應環境而生存下去,或者死亡。」逃到另一個宇宙是加來道雄舉出的一種可能性,另一種方法是這個文明可以建立一個「時間隧道」並旅行回到自己的過去,一個大凍結之前的時代。第三種方法是「整個文明可以將它的種子通過空間通道,然後重建它的光輝」。加來道雄擅於解釋這些支撐他論點的宇宙學概念──其中包括弦理論、暴脹說、蟲洞、空間和時間的扭曲,以及高維空間。――《科學人》(Scientific American)

◆物理學家布萊恩.格林恩著作的成功(如《宇宙結構》),證明了對弦和膜理論的關注,而其假設了物質和能量是由10或11維的實體以不同頻率振動構成。作為一名開創性的理論家,加來道雄在這個領域同時也是一位受到大眾喜愛的作家(如《愛因斯坦的宇宙》),能流利的解釋弦的本質和意涵。以純粹的理論構成而言,弦在本質上無法被檢測,但在目前正在開發的某些大科學的觀測描述過程中,加來道雄說,他期望可以發現弦在物理學上存在的證據。從樂觀的層面上說,加來道雄解釋為什麼天文物理學家喜愛弦和膜,這是可以理解的:他們解決了各種使人困惑的宇宙學弔詭,以及,加來道雄評論說,最終可表達我們宇宙的描述,可能只要一個一英寸長的公式。另方面,可能存在無數的宇宙,這是在弦理論的數學參數所允許的範圍內,既然我們注定永遠朝向一個寒冷死亡的命運發展,按照宇宙學家目前的想法,早一點計畫移民到一個溫暖的平行宇宙是有道理的。在時空的逃生路線推斷上,加來道雄採用了弦革命,這個物理學中極有吸引力的流行論述。――吉爾伯特.泰勒(Gilbert Taylor),《Booklist》書評

《平行宇宙》推薦文


葉永烜,中央大學天文研究所教授:

  如果你有時感嘆人生便像是滾滾長江東逝水中的一個泡沫,時生時滅,意義何在?這本書便是為你而設。一閱之後,便會知道原來整個宇宙很可能也是如此。身為絃論的一個先行者,再加上無與倫比的說書人身份,加來道雄教授把整個宇宙論從愛因斯坦的相對論說起,以致當今最夯的M理論,如數家珍,娓娓道來,可以說是一本奇書。更奇妙的是這些聽來像是魔術一樣的多維世界的生滅,很多時候可以套用數學理論描述。又使你覺得不只是宇宙,連生命也有個秩序和方向。特別感動的是看到天文學者瑪格利特.蓋勒教授說:「我爭取做一些有創造性的事。我爭取教育人民。」這可說是《平行宇宙》中最寶貴的訊息!


傅學海,臺灣師範大學地球科學系天文組副教授:

  這是一本描述「已知的未知」之書,物理學家發展出弦論來探討現存的宇宙,認為我們現存的這個宇宙,可能是多平行宇宙中的一個。全書充滿想像力與智力的探索,混雜著觀測資訊、理論解構與學理上可能的時空旅行。
  我與多數人一樣,從電視上的科學頻道上認識加來道雄。他在節目中以學理探討各種目前屬於科幻層次的內容,例如光炮、時間之旅等。加來道雄是理論物理學者,是研究弦論的權威之一,也是知名的科普作家,他在本書中,以物理觀點探討穿越時空的可能性,也從哲學、宗教的觀點來看宇宙,甚至討論宇宙是否與上帝有所牽連。
  本書分為三部分,對宇宙論的源起、發展與最新發展,廣泛而全面性的整理。第一部分從最近的宇宙背景觀測結果出發,探究大霹靂學說,彙整過去對宇宙論的種種探討,並切入多元宇宙與弦論的概念,以及能否在多元宇宙間移動。
  第二部分是重心,以愛因斯坦的廣義相對論的時空結構談起,探討在時空中旅行的學理與最新發展。第三部分則是宇宙終極與生命文明的發展,如果我們現存的這個宇宙終將趨向死寂,文明能否轉換至另一個適合的宇宙存續發展,就如同歷史上的「發現新大陸」般,移民到「發現的新宇宙」。
  過去許多人瘋迷黑洞、蟲洞,現在最夯的則是暗能量、多元宇宙、平行宇宙。加來道雄以深厚的學養、條理分明帶點詼諧的筆觸,帶領讀者進入時空之旅,探索時間機器、高維空間、平行宇宙,是一趟結合觀測數據與理論探索的心靈饗宴。


前 言

宇宙學是研究宇宙整體的科學,包括宇宙的誕生和它的最終命運。毫不奇怪的是,它經歷了緩慢的、痛苦的演變,這種演變常常被宗教的教條和迷信所籠罩。
宇宙學的第一次革命是在十七世紀引進望遠鏡時產生的。在偉大的天文學家尼古拉.哥白尼(Nicolaus Copernicus)和約翰.克卜勒(Johannes Kepler)工作的基礎上,伽利略.伽利萊(Galileo Galilei)藉助於望遠鏡的幫助展示了天空的壯觀,首次為天空的認真科學研究打下了基礎。宇宙學的這個第一階段進展在艾薩克.牛頓(Isaac Newton)的工作中達到了頂點,他最終確定了控制天體運動的基本定律。天體的規律現在不再是魔法和神秘,而是受到可以計算和可以複製的力所支配的。
宇宙學的第二次革命是在二十世紀引進大型望遠鏡產生的。例如威爾遜山上的一架望遠鏡有一面巨大的直徑一百英寸二.五四公尺的反射鏡。在二十世紀二○年代,愛德溫.哈伯(Edwin Hubble)利用這架巨大的望遠鏡推翻了幾個世紀以來有關宇宙是靜態的和永恆的教條。他證明天空中的星系正以巨大的速度離地球而去,即宇宙在擴張。這就證實了愛因斯坦廣義相對論的結果,它說空間─時間的構造不是平的和線性的,而是動態的和彎曲的。這就產生了宇宙起源第一個似乎可信的解釋,即宇宙開始於「大霹靂」,大霹靂將星星和星系飛快地向外送到太空。由於喬治.伽莫夫(George Gamow)有關大霹靂和弗雷德.霍伊爾(Fred Hoyle)有關元素起源的先驅工作,已經出現了一個概括宇宙演化的框架。
現在正在進行第三次革命。大約只有五年時間。它是由新的電池、高技術儀器,如太空衛星、鐳射、重力波探測器、X射線望遠鏡和高速超級電腦產生的。我們現在有了關於宇宙性質的最權威的資料,包括它的年齡、它的組成、甚至它的將來和最終的死亡。
現在,宇宙學家認識到宇宙正以脫韁奔逃的模式在膨脹,無限制地膨脹,速度越來越快,隨著時間越長宇宙變得越來越冷。如果這樣繼續下去,我們將面臨大凍結的前景,這時宇宙將陷入黑暗和寒冷,所有的智慧生命都將死亡。
本書即是寫這個第三次大革命。不同於我先前關於物理的書《超越愛因斯坦》(Beyond Einstein)和《穿越超空間》(Hyperspace),是向大眾介紹高維和超弦理論的新概念。在《平行宇宙》中注意的問題不是空間─時間,而是在過去幾年時間內展現的宇宙學的革命性發展。這些發展是根據從世界各地的實驗室和抵達的最外圍太空得到的新證據和理論物理的新突破。我的意圖是不需要任何以前的物理學和宇宙學的背景,就能讓讀者瞭解這些發展。
書的第一部分集中在對宇宙的研究上,總結宇宙學早期階段的進展,最後談「暴脹」理論,它給了我們至今為止對大霹靂理論的最完善表述。書的第二部分特別集中在多宇宙理論的出現,即世界是由多個宇宙組成,我們的宇宙只是其中之一。討論蟲洞、空間和時間彎曲的可能性,以及高維空間可能會怎樣連接它們。超弦理論和M理論使我們在超越愛因斯坦原始理論的道路上走出重要的一步。它們給我們進一步的證據,說明我們的宇宙只不過是眾多宇宙中的一個。書的第三部分討論大凍結,現在科學家都把它看做是我們宇宙的結局。我也提出一個認真的、儘管是推測的一種可能性。在一萬億年後,遙遠將來的高等文明也許能利用物理定律離開我們的宇宙,進入另一個更友好的宇宙,開始重新誕生的過程,或在時間上回到宇宙溫暖的時期。
隨著我們今天收到的大量新資料,以及新的工具,像是能夠掃描天空的太空衛星,與城市大小般的新原子對撞機接近完成,物理學家感到正在進入一個宇宙學的黃金時代。簡而言之,對物理學家、宇宙起源與命運的探索者來說,一個偉大的時代即將來臨。
致謝
前言

第一部分 宇宙

第一章 宇宙誕生時的情景
WMAP衛星
宇宙的年齡
暴脹
多元宇宙
M理論和11維空間
宇宙的終結
逃往超空間

第二章 荒謬的宇宙
本特利佯繆
奧伯斯佯繆
愛因斯坦的反叛
相對論的矛盾
彎曲空間的「力」
宇宙學的誕生
宇宙的未來

第三章 大霹靂
愛德溫.哈伯,貴族天文學家
都卜勒效應和膨脹的宇宙
哈伯定律
大霹靂
喬治.伽莫夫,宇宙小丑
宇宙的核廚房
微波背景輻射
弗雷德.霍伊爾,反對者
穩恆態理論
BBC演講
星星中的核合成
反對穩恆態理論的證據
星星的誕生
鳥屎和大霹靂
大霹靂的餘震
Ω和暗物質
COBE衛星

第四章 暴脹和平行宇宙
暴脹的誕生
尋找統一
大霹靂理論的統一
虛假真空
磁單極問題
平面問題
地平線問題
對暴脹理論的反作用
混亂的暴脹理論和平行宇宙
宇宙從無到有
其他宇宙會是什麼樣子
對稱性破壞
對稱性和標準模式
可檢測的對稱性
超新星――回到Λ
宇宙的相
將來

第二部分 多元宇宙

第五章 空間入口和時間旅行
黑洞
愛因斯坦─羅森橋
旋轉的黑洞
觀察黑洞
伽瑪射線爆發
范.斯托庫姆的時間機器
哥德爾宇宙
索恩時間機器
負能量問題
臥室中的宇宙
哥特時間機器
時間弔詭

第六章 平行量子宇宙
陰陽魔界
怪物的智力:約翰.惠勒
決定論或不確定?
森林中的樹木
貓的問題
原子彈
路徑之和
魏格納的朋友
去相干
多個世界
存在來自位元
量子計算和遠距傳輸
量子遠距傳輸
宇宙的波函數

第七章 M理論:所有弦理論之母
M理論
弦理論的歷史
10個維度
弦的浪潮
宇宙之音
超空間中的問題
為什麼是弦?
超對稱性
推演標準模型
M理論
超重力之謎
第11個維度
膜世界
二元性
麗莎.藍道爾
相互碰撞的宇宙
微型黑洞
黑洞與訊息弔詭
全息宇宙
宇宙是一個電腦程式嗎?
到盡頭了嗎?

第八章 設計者宇宙?
宇宙意外
人擇原理
多重宇宙
宇宙的演化

第九章 尋找來自第11維度的回聲
GPS與相對論
重力波探測器
LIGO重力波探測器
LISA重力波探測器
愛因斯坦透鏡和愛因斯坦環
你家起居室中的暗物質
超對稱暗物質
史隆巡天觀測
修正大氣熱擾動
將電波天文望遠鏡綁在一起
對第11個維度進行測量
大型強子對撞機
桌面加速器
未來

第三部分 循入超空間

第十章 萬物之終結
熱力學三定律
大崩墜
宇宙的五個階段
智慧生命能夠倖免於難嗎?
脫離宇宙

第十一章 逃離宇宙
Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類文明
Ⅰ類文明
Ⅱ類文明
Ⅲ類文明
Ⅳ類文明
資訊分類
A至Z類
第一步:創立一種萬有理論,並對其進行測試
第二步:找到自然出現的蟲洞和白洞
第三步:發射探測器穿越黑洞
第四步:建立一個慢動作的黑洞
第五步:建立一個嬰宇宙
第六步:建造巨型原子擊破器
第七步:內爆機制
第八步:建造曲速引擎機
第九步:利用來自壓縮態的負能量
第十步:等待量子躍遷
第十一步:最後的希望

第十二章 超越多重宇宙
歷史觀念
哥白尼原理 VS. 人擇原理
量子意義
多重宇宙的意義
物理學對宇宙的意義是怎麼看的
創建我們自己的意義
向Ⅰ類文明過渡

詞彙表
推薦書目
譯名對照表
第一章 宇宙誕生時的情景

詩人僅需仰望天空抒發情懷,而邏輯學家卻要探索天空尋找其中的秘密。
――G.K.賈斯特(G. K. Chesterson)


當我是一個孩子的時候,我內心的信仰有衝突。我的雙親是在佛教的傳統下長大的。但我每週去主日學校上課,我喜歡這裡講的有關鯨魚、方舟、鹽柱、肋骨和蘋果的聖經故事。這些古老的寓言讓我著迷,這些內容是我最喜歡主日學校的地方。對我來說,有關大洪水、燃燒的叢林和逝去的流水,比起佛教的聖歌和沉思默想更讓我激動不已。事實上,這些古代有關英雄事蹟和悲劇的傳說,給我上了一堂生動的道德和倫理課,這些教育伴隨了我的一生。
在主日學校裡,有一天我們學習「起源」。讀到上帝在天上雷鳴般地說:「讓世界充滿光明!」這些話語聽起來比有關「涅槃」的沉思默想更為生動。出於好奇,我問我的主日學校老師:「上帝有母親嗎?」平時她回答問題總是很果斷,每次都給我深刻的道德教育。然而,這一次她被問住了,她遲疑地說上帝大概沒有母親吧。我問她:「那麼上帝是從哪來的呢?」她咕噥著說,關於這個問題她要問問牧師。
我當時沒有認識到我意外地觸及到一個重大的神學問題。我迷惑了,因為在佛教中根本沒有上帝,只有無始無終的永恆宇宙。後來,當我研究有關世界的神話時,我知道了在宗教上有兩種類型的宇宙論:一種理論是上帝在一瞬間創造了宇宙,另一種理論是宇宙過去、現在和將來都永遠如此。
我想,兩種理論不可能都是對的。
後來,我開始發現這些共同的主題貫穿在很多其他的文化中。例如,在中國的神學中,開始時有一個宇宙蛋。幼兒期的造物主盤古幾乎是永久地居住在這個漂浮於無形混沌海上的蛋中。當他最終孵化出世後,他長得無比地大,每天長十英尺多三公尺多,蛋殼的上半部分變成了天,下半部分變成了地。一萬八千年後,他死了,誕生了我們的世界,他的血變成了河,他的眼變成了太陽和月亮,他的聲音變成了雷。
盤古神話以各種方式反映了一個在其他宗教和古代神學中所建立的主題,即宇宙是從無到有創造的。在希臘神學中,宇宙起源於混沌狀態。事實上,混沌一詞來源於希臘詞彙,意思為「深淵」。這個毫無特色的空洞通常被描繪為一個海洋,在巴比倫和日本的神學中就是這樣描繪的。這個主題也出現在古埃及神學中,太陽神Ra是從漂浮的蛋中出現的。在玻利尼西亞神學中,宇宙蛋被一個椰子殼代替。瑪雅人相信的故事又有一些變化,宇宙誕生,但五千年後最終死亡,然後又一次一次復興,誕生和毀滅無休止地循環。
這些從無到有的神話是與佛教的宇宙論及某種形式的印度教截然不同的。在這些神學中,宇宙是永恆的,無始無終的。存在的級別有很多,最高的是「涅槃」,它是永恆的,只有通過沉思冥想才能達到。在印度佛教的教義中寫道:「如果上帝創造了世界,在創造世界之前他在哪裡呢?……要知道世界不是創造的,就像時間那樣沒有開始和終結。」
這些神學明顯地互相矛盾,不能明確地說出誰對誰錯。他們是相互排斥的:宇宙或者有開始,或者沒有,顯然沒有折衷的餘地。
然而今天似乎出現了一個解決方案,這是由全新的科學世界發展,由新一代翱翔於外太空的強大科學儀器所得出的結果。古代神學依賴的是講故事的人的智慧解釋世界的起源。今天,科學家則利用一組衛星、雷射、重力波探測器、干涉儀、高速超級電腦和網際網路,革新我們對宇宙的理解,給我們有關宇宙起源的更加引人注目的描述。
從科學探測資料逐漸得出的是兩種相互對立的神學的合成。科學家推測,「起源」也許在無止境的「涅槃」海洋中重複發生。在這個新的圖片中,我們的宇宙可以比做漂浮在巨大「海洋」上的一個氣泡,在這個「海洋」上不斷有新的氣泡形成。根據這個理論,宇宙像開水中形成的氣泡,在不斷地產生,漂浮在一個更大的舞臺上,即一個11維的超空間「涅槃」上。越來越多的物理學家認為我們的宇宙的確是從一次火災中,從一個大霹靂中產生的,但它也與其他宇宙的永恆的海洋並存。如果我們是對的,大霹靂甚至就在你讀這本書時正在發生。
全世界的物理學家和天文學家現在都在推測這些並行的世界會是什麼樣子,服從什麼規律,它們怎樣誕生,最終如何死去。這些世界大概是荒無人跡的,沒有生命的基本要素。或者它們也許只是看上去像我們的宇宙,但被單一的量子事件分隔,使這些宇宙與我們的宇宙相異。一些物理學家推測,也許有一天,隨著我們生存的宇宙變老和變冷,生命難以繼續維持,我們將不得不離開它,逃到另一個宇宙中去。
驅動這些新理論的動力,是從太空衛星拍攝宇宙創建時留下的殘跡所得到的大量資料。最顯著的是,科學家現在將零點定在大霹靂發生後僅三十八萬年後所發生的事情。那時,宇宙創建時的餘暉首次充滿了宇宙。這種從宇宙創建所產生的輻射,最引人注目的描述大概是從WMAP衛星的新儀器得來的。

WMAP衛星

二○○三年二月,一些通常持保留態度的天文物理學家在談論從最近一顆衛星得到的精確資料時,異口同聲地讚歎道:「不可思議!」「一個新的里程碑!」WMAP(威爾金森微波各向異性探測器)是以宇宙學家大衛.威爾金森(David Wilkinson)的名字命名的,於二○○一年發射升空,已給予科學家前所未有的、精確年齡僅有三十八萬年的早期宇宙的詳細圖片。從誕生星星和星系的原始火球留下的巨大能量,環繞了我們的宇宙幾十億年。今天,它最終被WMAP衛星異常詳細地捕捉在影像上,產生了一幅以前從未見過的天空照片,驚人地、詳細地呈現大霹靂所產生的微波輻射。這些輻射被《時報》雜誌稱做「創世的回波」。天文學家再也不會以同樣的方式看待天空了。
普林斯頓高等學術研究所的約翰.巴寇(John Bahcall)說:「WMAP的發現代表了宇宙學從推測到精密科學的跨越。」從宇宙歷史的早期得到的這些資料使宇宙學家首次能夠精確回答遠古時代的所有問題,自從人類第一次看到夜晚天空的美麗景色,這些問題就一直困惑著人類,並激起他們的好奇心。宇宙有多大年紀了?宇宙是由什麼構成的?宇宙的命運是什麼?
(一九九二年的前一顆COBE〔宇宙背景探測者衛星〕給了我們這些充滿天空的背景輻射的第一張聚焦不好而模糊不清的圖片。儘管這個結果是革命性的,但是因為它提供的早期宇宙圖片太不清楚了,所以令人失望。但這並沒有妨礙出版界將這張照片激動地稱為「上帝的臉」。然而,從COBE得到的這張模糊照片,更確切的說法應該是代表宇宙幼年的「嬰孩照片」。如果今天宇宙是一個八十歲的老人,則COBE和後來的WMAP所得到的照片是一個新生不到一天的宇宙。)
WMAP衛星能夠給我們前所未有的宇宙幼年的照片的原因是,夜晚的天空像一架時間機器。因為光傳播的速度是有限的,我們在夜晚看到的星星是它過去的樣子,而不是現在的樣子。光從月球到達地球需要一秒多鐘,因此當我們凝視月亮時,我們看到的是它一秒鐘以前的樣子。光從太陽到達地球需要大約八分鐘。同樣,我們在天上看到的很多熟悉的星星是如此之遠,光從這些星星到達我們的眼需要十到一百年。換句話說,它們距離地球十到一百光年。一光年大約是六兆英里約九.六五六兆公里,或光一年走過的距離。從遙遠星系來的光可能有幾億到幾十億光年之遠。結果,這些光代表了「化石」光,有些甚至是在恐龍出現之前就發射出來的光。我們用天文望遠鏡能夠看到的某些天體叫做類星體,它們是巨大的發動機,在可見宇宙邊緣附近發出難以想像的能量,這些類星體離地球一二○億到一三○億光年。現在,WMAP衛星已檢測到甚至是在此之前從創造宇宙的原始火球所發出的輻射。
為了描述宇宙,宇宙學家有時採用從曼哈頓一百多層高的帝國大廈向下看的例子來說明。當你從頂層向下看時,你僅僅能夠看到街道水平面。如果帝國大廈的基礎代表大霹靂,那麼從頂層向下看,遙遠的星系將位於第十層。通過地球望遠鏡看到的遙遠的類星體將位於第七層。WMAP衛星所測量的宇宙背景則僅高出街道半英寸(約一.二七公分)。這樣WMAP衛星測量得出的宇宙年齡為一三七億年的準確性達到令人吃驚的百分之一。
WMAP完成的使命是十幾年來天文物理學家艱苦工作所達到的頂點。WMAP衛星的設想是在一九九五年首次提交給NASA(美國國家航空暨太空總署)的,兩年之後得到認可。在二○○一年六月三十日,NASA將WMAP衛星搭載在德爾塔Ⅱ(Delta II)火箭上,將它發射到位於地球和太陽之間的太陽軌道上。目標仔細選在拉格朗日點2(或L2點,一個特殊而靠近地球的相對穩定點)。從這一有利的地點,該衛星總能背向太陽、地球和月亮,因此能夠得到完全不受障礙的宇宙視野,它每六個月完全地掃描一次整個天空。
它的儀器是最新式的。利用它強大的感測器,能夠檢測大霹靂所留下充斥宇宙的微弱微波輻射,但是這些輻射大部分被我們的大氣吸收掉了。這顆由鋁合金和複合材料製造的衛星內徑三.八公尺(一一.四英尺),外徑五公尺(十五英尺),重八四○公斤(一,八五○磅)。它有兩架背靠背望遠鏡聚焦來自周圍天空的微波輻射,它最終將資料用無線電發回到地球。它的電源僅四一九瓦,相當於五顆普通的燈泡。離開地球一百萬英里(約一六一萬公里),WMAP衛星位於地球大氣的干擾之外,微弱的微波背景輻射不會被地球大氣遮擋,並且能夠持續不斷地觀察整個天空。二○○○年四月,該衛星完成了對整個天空的首次觀察。六個月後做了第二次整個天空的觀察。今天,WMAP衛星給了我們最完善的、詳細的微波輻射圖,這是以前從來沒有得到過的。一九四八年,喬治.伽莫夫(George Gamow)和他的小組曾首先預言了WMAP所檢測的微波背景輻射。他還指出這一輻射有一個與其相關的溫度。WMAP測量的這個溫度比絕對零度(負二七三.一五℃)高一點,在絕對溫度二.七二四九至二.七二五一度之間。
WMAP所拍攝的天空圖用肉眼看上去並不怎麼有趣,只是一群隨機分佈的斑斑點點。然而,這些斑斑點點卻讓一些天文學家激動得落下眼淚,因為它們代表了在宇宙創造之後不久所發生的大霹靂所產生的原始火災的波動和不規則。這些小的波動就像「種子」一樣從此以後無限擴展,就像宇宙本身向外爆炸一樣。今天,這些小的種子發展成我們所看到的照亮天空的星團和星系。換句話說,我們所在的銀河系(Milky Way galaxy)和我們周圍的星團曾經是這些波動之一。通過測量這些波動的分佈,我們看到星團的起源就像畫在天上的宇宙織錦上的小點。
今天,大量的天文資料積累的速度超過了科學家建立理論的速度。事實上,我認為我們正進入一個宇宙理論的黃金時代。(儘管WMAP衛星給人深刻的印象,與歐洲二○○七年要發射的普朗克〔Planck〕衛星相比,它可能會成為一個矮子。普朗克衛星將給天文學家更加詳細的有關微波背景輻射的圖片。)在多年的思索和瘋狂的猜想之後,今天宇宙論終於成熟。在歷史上,宇宙學家因名聲不是太好而感到痛苦。他們滿懷激情所提出的有關宇宙的宏偉理論僅僅符合他們的一點可憐的資料。正如諾貝爾獎得主列夫.蘭道(Lev Landau)所諷刺的:「宇宙學家常常是錯誤的,但從不被懷疑。」科學界有句格言:「思索、更多的思索,這就是宇宙學。」
二十世紀六○年代後期,我在哈佛大學主修物理,我考慮是否有研究宇宙學的可能性。從童年開始我就對宇宙的起源著迷。然而,只要看一看這個領域就知道它令人困窘。它根本不是一門實驗科學,不能用精密的儀器檢驗你的假設,而是一些不精確的猜測理論。宇宙學家忙於激烈地爭論,世界是在宇宙大霹靂時誕生的?還是自始至終以穩定的狀態一直存在?但是由於資料太少,各種理論的數量超過了資料的數量。事實上,資料越少,爭論越激烈。
在整個宇宙學的歷史中,由於可靠資料太少,導致天文學家長期的不和和痛苦,他們常常幾十年憤憤不平。例如,就在威爾遜山天文臺的天文學家艾倫.桑德奇(Allan Sandage)打算做一篇有關宇宙年齡的演講前,先前的發言者辛辣地說:「你們下一個要聽到的全是錯的。」當桑德奇聽到反對他的人贏得了很多聽眾,他咆哮著說:「那是一派胡言亂語。它是戰爭――它是戰爭!」

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