宇宙的五大迷思

　　2017-01-06 08:091

　　人類有著旺盛的求知慾，科學打開了一扇認知之門。但沒有人可以擔保自己掌握的全是真理。我們對這個宇宙的認識也是這樣。許多方面存在著概念的混淆和認知的誤解。

　　

　　宇宙誕生在約138億年前，因此我們看不到460億光年遠處的東西。

　　光是宇宙中跑得最快的東西，與此同時光速也像一條紅線，把宇宙中一切的運動速度作了最高限定。光從太陽到地球大約需要8分18秒，由此我們可以精確地推算出地球和太陽間的距離。但在這個尺度上，地球和太陽間的距離並沒有發生變化。要是同樣的事情發生在整個宇宙身上，狀況就完全不同了。因為宇宙在膨脹。

　　如果宇宙是靜態的，那麼一個離我們100億光年遠的星系發出的光到達地球時，它和我們的距離就是100億光年。但是我們這個宇宙的空間是在膨脹中的，因此當它發出的光到達地球時，它現在的位置距離我們已經遠遠不止100光年了。宇宙的膨脹速度和宇宙的構成有關。綜合考慮宇宙的膨脹和光速的恆定特性，一個誕生在138億年前，由物質、暗物質和暗能量主宰的宇宙，我們所能看到的最遠處今天和我們的實際距離大約是460億光年。比此更遠宇宙發出的光永遠也無法到達我們眼中，但在此範圍之內的一切，只要我們視力夠好，總能看到。

　　

　　沒有人知道引力在基本層面上是怎麼運作的。

　　引力、電磁力、兩種核力是到目前為止我們在宇宙中發現的四種基本作用力。我們用愛因斯坦的廣義相對論來理解引力，用量子場理論來理解其它三種。這些作用力在基本層面上的理論構架是不同的。廣義相對論用時空曲度和物質能量間的關係來解釋引力；量子場理論的解釋對象則是存在於時空內部的粒子間的相互作用。很多人都有這樣一個疑問：引力是否也是自然界中的一種量子作用力？是否是靠所謂的「引力子」發生相互作用的？在量子條件下，引力或引力場究竟是如何起作用的？

　　科學的目的之一是要對我們看到的現象進行解釋，因此每一種理論很自然地會有其有效範圍。廣義相對論非常成功，但它在某些領域仍會失效，比如黑洞內部；量子場理論在普朗克尺度，也就是大約10的負33次方米這一尺度範圍內也是不起作用的。「引力子」也許存在。但它們更可能像光子，有實的、可以檢測到的一面（引力波），也有虛的、無法檢測到的另一面。它可能只是一種計算工具。愛因斯坦的解釋到目前為止仍然是最完美的。被物質和能量彎曲的時空，決定了物體運動的方向。這種從基本層面對引力進行理解的觀點是準確而有效的，能夠很好地解釋我們在觀測中看到的一切。雖然我們也期待，有一天能夠出現一種成功的量子引力論。

　　

　　「宇宙大爆炸」就是空間和時間的起點。

　　根據一個膨脹著冷卻著的宇宙我們可以倒推出一個密度無限大的點。科學家早在20世紀20年代就已經意識到了可能會存在這樣一個點，後來他們管它叫「原初子」，意為它融合了宇宙間的一切。後來人們根據這一框架又預言大爆炸產生的餘暉今天還存在著，只不過它產生的波的波長已經被宇宙的膨脹轉移到了微波波段上。上世紀60年代人們檢測到微波背景后，宇宙大爆炸被再次證實。只要我們倒推得足夠遠，那麼宇宙就會變成一個奇點，一切空間和時間都是從這個奇點開始的。

　　但是這個理論框架並非絕對確定，至少是存在爭議的。假如早期宇宙的溫度和其擁有的能量比某一臨界點高出那麼一點，那麼宇宙微波背景中存在的差異就會比我們今天實際觀察到的結果大。有科學家認為，雖然我們這個宇宙來自大爆炸，但理論上，大爆炸發生之前還應該存在著一個階段。它是宇宙大爆炸的前身。這一階段存在於大爆炸之前，持續時間大約是10的負32次方秒。在此之前發生了什麼則仍是一個謎。

　　

　　空間、時間和引力只是假象。

　　有認認為時間、空間和引力很有可能並不是一種基本的東西，在一定層面上，也許它們根本不存在。它們很有可能是某種更為基本的東西表現出來的特性。正如聲波是分子相互作用的某種結果；原子是各種基本粒子和基本作用力相互作用的產物；行星系統是引力相互作用的結果一樣。在某些新奇理論觀點中，引力甚至於時間和空間都是某種實體以相似的方式產生出來的「假象」。

　　通常我們把引力和粒子視為存在於基本層面上的實體，而熱力學現象是某種大量聚集在一起的更為基礎的東西的整體表現。既然熱力學規律來自更為基礎的統計力學，那麼引力也可能來自更為基礎的理論建構，比如弦。但關鍵的一點是，這些預言都獨立在廣義相對論以外，且至今還沒有任何預言可供驗證。引力實際上並不是假象，即便它不是一種基本層面上的東西，但它也確實存在。空間和時間即便不是最基本的存在，也還沒有人真正說得清它們來自何處，更不用說有可供檢驗的觀點。因此在科學上，籠統地把它們叫做「假象」或「幻覺」可能失之於簡單。

　　

　　這一切都只是理論，只不過是一種說法。

　　一切都是理論，連這個學科也被稱為「理論物理學」。所以這一切真的都只是一種理論？這樣的觀點言下之意可能是：這一切都只是一種說法。

　　但這並不只是一種說法。事實是科學理論的基本要素。觀測結果、測量結果都是科學事實的一種。單一實驗數據是一份事實證據，科學家需要儘可能多地、用不同的方法去收集這樣的證據。一旦我們發現事件之間有著關聯，且這種存在於不同測量和觀測結果間的關聯遵循某種特定的形式或方程，那就算得上是一種規律。當你把這一切聚攏起來，建立某種框架，對事實加以解釋，對規律加以總結，還能作出新的預言，且這種預言是當技術能力可以達到時，可以加以檢驗的，那麼這樣的理論就是一種科學的理論。假如這樣的科學理論經受住了最大程度的檢驗，那麼這個理論就是一個成功的科學理論，比如廣義相對論。

　　一個經受住了檢驗的理論，當然也不是最終的真相。生有涯而知無涯，有太多的科學邊界等待著我們去翻越，有太多的問題等待我們去解答。但一個成功的科學理論卻一定是在某一階段最接近真相的，即便我們仍在通過不斷地努力想要超越它。因此我們需要盡所有可能去了解現實，悉心體會相似中的差異，而不是固守某種迷思。