Home / 學術叢書 / 【科學】知識漫遊系列 / 【作者導讀】《宇宙起源》導讀
banner_theoriginofuniverse_web

【作者導讀】《宇宙起源》導讀

撰文◎李傑信

五百年前,人類還為地球是不是宇宙的中心爭論不休。通過對火星軌道的觀測,尤其開始使用犀利的望遠鏡後,太陽是我們宇宙中心的事實,終於塵埃落定。望遠鏡也像魔鏡一樣,打開人類的視野,直直伸向幾近無窮的蒼穹。

人類看到的滿天繁星,都是靜止不動的,但萬有引力卻是無遠弗屆,本應造成天體互動連連,甚或互撞崩盤。而天庭,看起來則是萬古靜止堅固,紋絲不動,真是令人費解。即使相對論下的宇宙,本質上是運動不息,但在靜止宇宙的緊箍咒下,仍得使用數學手段,把運動下的天體緊緊按住,以期達到在表面上看來,還是靜止宇宙的假象。

20世紀初,人類發現宇宙竟然是膨脹的。膨脹的宇宙,解決了靜止宇宙的迷惑。宇宙在膨脹,就不會馬上崩盤,令人類安心了。但是,膨脹宇宙牽引出來的,卻是一個更大的迷惑。
膨脹的宇宙,朝昨天的方向往回看,宇宙的體積應是愈來愈小,終有一天回至小到不能再小的地步,那天就該是宇宙的生日,宇宙起源的時刻。

先不談有生日的宇宙有多難理解,尤其是宇宙生日的前一天,宇宙躲到哪裡的大問題。

就先想像目前這麼一個大塊頭的宇宙,被壓縮到體積小到不能再小的地步,它所處的溫度環境,應是在一個極高能量的狀態。在這樣一個難以想像的高能環境,宇宙在生日那天,應會來個大爆炸,或一般稱為的大霹靂。

高能物理學家推論,宇宙大霹靂的過程中,宇宙中的物質,應遵從物理定律,依序出現。更重要的,宇宙大霹靂一定會留下一些電磁波的蛛絲馬跡。人類在1965年,終於聽到了宇宙大霹靂後殘留下來的微弱的宇宙嬰啼。嬰啼在微波頻道範圍,以漫山遍野架勢,覆蓋了我們930億光年大小的宇宙。

更多的仔細觀測,發現這個宇宙電磁微波,以強度變化比萬分之一還小的超均勻分布,遍布於我們宇宙的每個角落。這個超均勻分布,給人類帶來深沉的困惑。

以現在宇宙年齡約一百多億年估計,在目前930億光年大小的宇宙,這些電磁微波已無可能在過去接觸溝通過。過去沒有接觸溝通,就不可能有今天的超均勻,這是人類熟悉的因果邏輯關係。

暫時把困惑放在一旁,且說依理推論。這個超均勻分布的宇宙電磁微波,肯定攜帶著宇宙起源時的一份極機密文件。從表面現象看來,這個超均勻分布的電磁微波像是黑體輻射。人類對黑體輻射知之甚詳。如果宇宙電磁微波果真是黑體輻射,那人類至少可以開始和這個既陌生但又似曾相識的超均勻宇宙微波打交道。

科學家經由衛星觀測,確定了宇宙電磁微波是由黑體輻射而來。這份資訊向人類提供了一幅珍貴的尋寶圖。黑體輻射的電磁微波數據肯定了宇宙出身於一個原始電漿球的解說。物理學家對電漿物理也知之甚詳,原始電漿球的豐富物理內涵,也應在超勻均的宇宙微波中留下雪泥鴻爪。這些物理內涵,能向人類提供更多的宇宙起源訊息,如超均勻中的不均勻部分,還有宇宙平直的幾何特性等。這些在宇宙起源時就烙下的胎記,甚至還可能存在於凝聚以後的宇宙之中。

當然,以人類在宇宙中已經安全地、快樂地生存著的事實出發,人類也幾乎可以向宇宙直接索取電磁微波要有不均勻和平直的特質。

和電磁微波超均勻分布一樣,不均勻和平直的特性,也該是宇宙在起源時的大動作下,留下的無法湮沒的現場證據。宇宙本身的確也想以超均勻的假相,企圖湮沒這兩份證據,但人類鍥而不捨地追尋,終於將它們挖掘出來。

為了理解這些宇宙電磁微波的超均勻、不均勻和平直的詭異現象,人類發明了理論,深深探入宇宙起源後的一千億億億億分之一秒(10-35秒)內,幾近目前物理的極限,才能獲得這些新觀測資料的合理解釋。

解釋好像是相當合理了,但又衍生出來了另一個更大的困惑:宇宙需要一般物質、暗物質和暗能量,各盡所能、同心協力,為平直的宇宙打拚。打拚不是壞事,但宇宙這個撲克老千,又發出了暗物質和暗能量兩張蓋住的黑色王牌,把人類又帶進了另一個更深的迷宮。

換句話說,以熟悉的物理定律,人類只能解釋4%的物質宇宙,其他23%的暗物質和73%的暗能量,不在人類所知的物理範圍之內。所以,目前的情況是,人類發掘出愈多的宇宙知識,但對宇宙卻知道的愈少。

本書以〈靜止的宇宙〉為切入點,利用〈宇宙膨脹了〉一章,先將現代人類對宇宙起源的追尋,從頭到尾簡略地敘述一遍。從〈宇宙有多大?〉章起,開始細述宇宙起源的故事。人類的確被宇宙電磁微波〈超均勻〉的詭異現象震懾了。理解了〈宇宙電磁微波〉的來龍去脈後,人類先行以衛星觀測數據,驗證了宇宙電磁微波是從〈黑體輻射〉而來,的確出身於原始電漿火球。人類信心大增之餘,接著就認準了宇宙在大霹靂起源時製造出來的超均勻電磁微波中,應有〈不均勻〉和〈平直〉的特性。這兩個預測,終能如黑體輻射一樣,以衛星觀測數據證實。但這些嶄新的宇宙知識,也牽引出了一個以暗能量和暗物質為主要成分的〈黑暗的宇宙〉,再次把人類圈入一個更深沉的困惑之中。

書中簡單介紹了目前占主導地位的宇宙起源〈暴脹〉理論,並用它來解釋宇宙電磁微波的超均勻、不均勻和平直的觀測現象。暴脹理論解釋這些宇宙中詭異的現象,易如反掌。但超高能量的暴脹理論,完美地解釋了我們930 億光年大小宇宙中的詭異現象後,也順手帶出了一大片我們宇宙外的天外天宇宙。理論估計,這些天外天的宇宙數目幾近無窮,我們應可通過在理論上無所不在的宇宙重
力波,和那些天外天的宇宙溝通。

這些觀測數據加上理論推測對宇宙起源的敘述,只能回溯到宇宙大霹靂起動後的一千億億億億分之一秒(10-35 秒)。宇宙起源的零時,人類物理目前無能力處理,筆者僅以〈何去何從〉章,略表看法。

內文也描述了科學大師們的排除萬難,鍥而不捨的治學精神。天下成就無不勞而獲,除了聰明才智之外,還須經歷生命中的背水戰役、絕地反攻、死而後生的拚搏,才能摘得人類智慧瑰寶的桂冠。

為了使讀者能放鬆心情閱讀,本書沒有列出繁瑣的延伸閱讀參考資料,但提供了足夠的關鍵辭句,有心讀者可輕易上網爬文深究。

發表迴響

你的電子郵件位址並不會被公開。 必要欄位標記為 *