关于哈勃常数,唯一不变的就是对其取值的争议程度。1956 年,天文学家发现造父变星比他们想象的更具变异性;它们有两种类型,而非一种。这使他们得以重新计算,得出了宇宙的新年龄,介于 70 亿到 200 亿年之间——虽然不太精确,但至少终于足够古老,可以涵盖地球的形成。

在接下来的几年里,威尔逊山的哈勃继承人艾伦·桑德奇和德克萨斯大学的法裔天文学家热拉尔·德·沃库勒之间爆发了一场旷日持久的争论。桑德奇经过多年的仔细计算,得出的哈勃常数值为 50,从而得出宇宙年龄为 200 亿年。德·沃库勒同样确信哈勃常数为 100。[26] 这意味着宇宙的大小和年龄只有桑德奇认为的一半——100 亿年。当 1994 年加州卡内基天文台的一个团队利用哈勃太空望远镜的测量结果提出宇宙可能只有 80 亿年历史时,情况进一步陷入不确定性——即使他们也承认这个年龄比宇宙中的一些恒星还要年轻。2003 年 2 月,马里兰州美国宇航局戈达德太空飞行中心的一个团队,使用一种名为威尔金森微波各向异性探测器的新型、覆盖范围广的卫星,相当自信地宣布宇宙的年龄为 137 亿年,误差大约为一亿年左右。事情暂时就此告一段落,至少目前是这样。

做出最终决定的困难在于,常常存在巨大的解释空间。想象一下,你晚上站在田野里,试图判断两个远处的电灯有多远。使用相当简单的天文学工具,你可以很容易地确定灯泡亮度相同,并且其中一个比另一个远大约 50%。但你无法确定的是,较近的灯是,比如说,一个 122 英尺远的 58 瓦灯泡,还是一个 119 英尺 8 英寸远的 61 瓦灯泡。除此之外,你还必须考虑由地球大气变化、星际尘埃、前景恒星污染光以及许多其他因素造成的失真。结果是,你的计算必然基于一系列嵌套的假设,其中任何一个都可能成为争论的根源。还有一个问题是,望远镜的使用权总是非常宝贵,而且历史上测量红移在望远镜时间上尤其昂贵。可能需要一整夜才能获得一次曝光。因此,天文学家有时被迫(或愿意)基于明显不足的证据得出结论。在宇宙学中,正如记者杰弗里·卡尔所建议的那样,我们有“建立在证据鼹鼠丘上的理论之山”。或者正如马丁·里斯所说:“我们目前的满足感[对我们理解状态的满足感]可能反映了数据的匮乏,而非理论的卓越。”

顺便说一句,这种不确定性既适用于相对较近的天体,也适用于宇宙遥远的边缘。正如唐纳德·戈德史密斯指出的那样,当天文学家说 M87 星系距离我们 6000 万光年时,他们真正的意思是(“但并不经常向公众强调”)它距离在 4000 万到 9000 万光年之间——这并非完全相同的事情。对于整个宇宙来说,情况自然会被放大。考虑到所有这些,如今对宇宙年龄的最佳猜测似乎固定在约 120 亿到 135 亿年的范围内,但我们距离达成一致还有很长的路要走。

最近提出的一个有趣的理论是,宇宙远没有我们想象的那么大,当我们凝视远方时,我们看到的一些星系可能仅仅是反射,是由反弹光线创造的幽灵图像。

事实是,即使在相当基础的层面上,我们也有很多不知道的事情——尤其是宇宙是由什么构成的。当科学家们计算维系事物所需的物质总量时,他们总是严重不足。看起来至少 90% 的宇宙,甚至可能高达 99%,是由弗里茨·兹威基的“暗物质”组成的——这种物质本质上对我们来说是不可见的。想到我们生活在一个我们大部分都无法看到的宇宙中,这有点令人恼火,但事实就是如此。至少,两个主要的可能罪魁祸首的名字很有趣:据说它们要么是 WIMPs(弱相互作用大质量粒子,即大爆炸遗留下来的不可见物质微粒),要么是 MACHOs(大质量致密晕天体——实际上只是黑洞、棕矮星和其他非常暗淡恒星的另一个名称)。

粒子物理学家倾向于支持 WIMPs 的粒子解释,天体物理学家则倾向于 MACHOs 的恒星解释。MACHOs 曾一度占上风,但发现的数量远不足够,因此观点又转回 WIMPs,但问题在于从未发现过任何 WIMP。由于它们是弱相互作用的,(假设它们确实存在)它们非常难以探测。宇宙射线会造成太多的干扰。所以科学家必须深入地下。地下一公里处的宇宙轰击将是地表处的一百万分之一。但即使将所有这些都加进去,“宇宙的三分之二仍然在资产负债表上缺失,”正如一位评论员所说。目前,我们很可能称它们为 DUNNOS(Dark Unknown Nonreflective Nondetectable Objects Somewhere,某个地方的黑暗未知不反射不可探测物体)。

最近的证据表明,宇宙中的星系不仅在飞速远离我们,而且其速度还在加快。这与所有预期都相反。看来宇宙不仅可能充满了暗物质,而且还充满了暗能量。科学家有时也称之为真空能量,或者更富有异国情调地称之为第五元素。无论它是什么,它似乎在驱动着一种无人能完全解释的膨胀。理论认为,空旷的空间并非如此空旷——存在着物质和反物质粒子不断地出现又消失——而这些粒子正在以加速的速度将宇宙向外推。令人难以置信的是,解决这一切的一件事是爱因斯坦的宇宙学常数——他为了阻止宇宙假定的膨胀而加入广义相对论的那一小部分数学,并称之为“我一生中最大的错误”。现在看来,他可能毕竟是对的。

所有这一切的结果是,我们生活在一个我们无法精确计算年龄的宇宙中,周围环绕着我们不完全了解距离的恒星,充满了我们无法识别的物质,运行遵循着我们不真正理解其属性的物理定律。

在那个相当令人不安的注脚之后,让我们回到地球,思考一些我们确实理解的事情——尽管到目前为止,你可能不会惊讶地听到我们并非完全理解它,而我们所理解的,我们理解的时间也不长。

万物简史

第四部分 危险的星球

地球任何一部分的历史,

就像一个士兵的生命,

由漫长的无聊时期和

短暂的恐怖时期组成。

——英国地质学家德里克·V·艾格

万物简史

第十三章:砰!

人们早就知道爱荷华州曼森镇地下的土地有些奇怪。1912年,一个为镇上供水系统钻井的人报告说挖出了大量奇怪变形的岩石——后来在一份官方报告中被描述为“带有熔融基质的结晶碎屑角砾岩”和“翻转的喷出物盖层”。水也很奇怪。它几乎和雨水一样软。以前在爱荷华州从未发现过天然软水。

尽管曼森奇怪的岩石和柔滑的水引起了好奇,但四十一年的时间过去了,爱荷华大学的一个团队才抽出时间去这个社区考察,当时和现在一样,这个镇子大约有两千人,位于该州的西北部。1953 年,在进行了一系列实验性钻探后,大学地质学家们一致认为该地点确实异常,并将变形的岩石归因于某种古老的、未指明的火山活动。这与当时的普遍看法一致,但这也是一个地质结论所能达到的最错误的程度。

曼森地质受到的创伤并非来自地球内部,而是来自至少一亿英里之外。在遥远的古代,当曼森矗立在一片浅海边缘时,一块直径约一英里半、重达一百亿吨、速度可能是声速两百倍的岩石撕裂了大气层,以我们几乎无法想象的猛烈和突然冲入了地球。曼森现在所处的位置瞬间变成了一个三英里深、二十多英里宽的坑。在其他地方赋予爱荷华州硬质矿化水的石灰岩被彻底摧毁,取而代之的是那些在 1912 年让钻井工如此困惑的受冲击基岩。

曼森撞击是美国大陆有史以来发生过的最大的事件。任何类型中。有史以来。它留下的陨石坑如此巨大,如果你站在一边边缘,即使在好天气里也只能勉强看到另一边。它会让大峡谷看起来古雅而微不足道。不幸的是,对于热爱壮观景象的人来说,250万年的冰川流逝将曼森陨石坑填满了丰富的冰碛物,然后将其磨平,以至于今天曼森及周边数英里的景观平坦如桌面。这当然就是为什么没有人听说过曼森陨石坑的原因。