现在,我们所有人在某个时候都想到过一个问题:如果你旅行到宇宙的边缘,然后,可以这么说,把头伸出帷幕,会发生什么?如果你的头不再在宇宙中,它会在哪里?你会发现什么?令人失望的答案是,你永远到不了宇宙的边缘。这并非因为到达那里需要太长时间——当然确实需要——而是因为即使你沿着直线向外、再向外、无限地、顽强地旅行,你也永远不会到达一个外部边界。相反,你会回到你开始的地方(那时,大概你会对这个练习失去信心而放弃)。其原因在于,宇宙是弯曲的,以一种我们无法充分想象的方式,这符合爱因斯坦的相对论(我们稍后会谈到)。目前,知道我们并非漂浮在某个巨大、不断膨胀的气泡中就足够了。相反,空间是弯曲的,以一种允许它无限但有限的方式。甚至不能恰当地说空间在膨胀,因为正如物理学家、诺贝尔奖得主史蒂文·温伯格指出的那样,“太阳系和星系没有在膨胀,空间本身也没有在膨胀。”相反,星系正在飞速分开。这一切都对直觉构成了挑战。或者正如生物学家 J. B. S. 霍尔丹曾著名地观察到的那样:“宇宙不仅比我们想象的更奇怪;它比我们能够想象的还要奇怪。”

通常用来解释空间曲率的比喻是,试着想象一个来自平面宇宙的人,从未见过球体,被带到地球上。无论他在地球表面漫游多远,他都永远找不到边缘。他最终可能会回到他开始的地方,当然会完全困惑于解释这是如何发生的。嗯,我们在空间中的位置就如同我们那困惑的平面人一样,只是我们被更高的维度弄糊涂了。

正如没有地方可以找到宇宙的边缘一样,也没有地方可以站在中心说:“这一切都始于此。这是这一切的中心点。”我们都在这一切的中心。实际上,我们并不确定这一点;我们无法在数学上证明它。科学家们只是假设我们不可能真的是宇宙的中心——想想那意味着什么——但这种现象对于所有地方的所有观察者来说必然是相同的。尽管如此,我们实际上并不知道。

对我们来说,宇宙只延伸到自宇宙形成以来的数十亿年里光所走过的距离。这个可见的宇宙——我们所知并能谈论的宇宙——直径有一百万万亿英里(即 1,000,000,000,000,000,000,000,000 英里)。但根据大多数理论,广阔的宇宙——有时被称为元宇宙——还要宽敞得多。根据里斯的说法,到这个更大、未见宇宙边缘的光年数,后面跟着的不是“十个零,甚至不是一百个,而是数百万个”。简而言之,已经有比你能想象的更多的空间,无需费力去想象某个额外的彼岸。

长期以来,大爆炸理论有一个巨大的漏洞困扰着许多人——那就是它无法解释我们是如何来到这里的。虽然现有物质的 98% 是在大爆炸中产生的,但这些物质完全由轻气体组成:我们前面提到的氦、氢和锂。对于我们自身存在至关重要的重元素——碳、氮、氧以及所有其他元素——没有一个是从创世的气体混合物中产生的。但是——这里是令人困扰的一点——要锻造这些重元素,你需要大爆炸那样的热量和能量。然而,只发生过一次大爆炸,而且它并没有产生这些重元素。那么它们是从哪里来的呢?

有趣的是,找到这个问题的答案的人是一位宇宙学家,他由衷地鄙视大爆炸理论,并讽刺地创造了“大爆炸”这个词来嘲笑它。我们很快就会讲到他,但在我们转向我们如何来到这里的问题之前,或许值得花几分钟思考一下“这里”到底在哪里。

万物简史

第二章:欢迎来到太阳系

如今的天文学家能做最令人惊叹的事情。如果有人在月球上划一根火柴,他们就能发现那火焰。从遥远恒星最微小的悸动和摇摆中,他们可以推断出那些远得无法看见的行星的大小、特征,甚至潜在的宜居性——这些行星如此遥远,我们乘坐宇宙飞船到达那里也需要五十万年。用他们的射电望远镜,他们可以捕捉到荒谬微弱的辐射细流,以至于自收集开始(1951 年)以来,所有望远镜从太阳系外收集到的总能量,用卡尔·萨根的话来说,“还不如一片雪花撞击地面的能量多”。

简而言之,宇宙中发生的事情,只要天文学家有心去寻找,就很少有他们找不到的。正因如此,回想起来才更令人瞩目:直到1978年,竟无人注意到冥王星有一颗卫星。那年夏天,亚利桑那州弗拉格斯塔夫美国海军天文台的一位年轻天文学家詹姆斯·克里斯蒂,在对冥王星的照片进行例行检查时,发现那里有些东西——模糊不清,但肯定不是冥王星本身。他咨询了一位名叫罗伯特·哈灵顿的同事,得出结论:他看到的是一颗卫星。而且这不仅仅是任何一颗卫星。相对于这颗行星来说,它是太阳系中最大的卫星。

这对冥王星作为行星的地位实际上是个打击,其地位本来就不怎么稳固。由于此前认为卫星占据的空间和冥王星占据的空间是同一个,这意味着冥王星比任何人想象的都要小得多——甚至比水星还小。事实上,太阳系中有七颗卫星,包括我们自己的月球,都比它大。

现在一个自然而然的问题是,为什么花了这么长时间才有人在我们的太阳系里发现一颗卫星?答案是,这部分取决于天文学家将仪器指向何处,部分取决于他们的仪器设计用来探测什么,还有一部分只是冥王星本身。最主要的是他们将仪器指向何处。用天文学家克拉克·查普曼的话说:“大多数人认为天文学家晚上在天文台外出,扫描天空。那不是真的。世界上几乎所有的望远镜都是设计用来观察遥远天空中非常微小的碎片,去看类星体、寻找黑洞或观察遥远的星系。唯一真正扫描天空的望远镜网络是由军方设计和建造的。”

我们已经被艺术家的渲染图惯坏了,想象出一种实际天文学中不存在的分辨率清晰度。克里斯蒂照片中的冥王星模糊不清——一块宇宙的绒毛——而它的卫星并非你在《国家地理》绘画中看到的那种浪漫背光、轮廓清晰的伴星,而只是一个微小且极其模糊的额外模糊暗示。事实上,这种模糊性如此之大,以至于花了七年时间才有人再次发现这颗卫星,从而独立证实了它的存在。

克里斯蒂的发现有一个不错的细节,那就是它发生在弗拉格斯塔夫,因为正是在那里,1930年首次发现了冥王星。天文学上这一开创性事件主要归功于天文学家珀西瓦尔·洛厄尔。洛厄尔来自波士顿最古老、最富有的家族之一(就是那首关于波士顿是豆子和鳕鱼之乡,洛厄尔家族只与卡伯特家族交谈,而卡伯特家族只与上帝交谈的著名打油诗中提到的那个家族),他捐赠了以他名字命名的著名天文台,但最令人难以磨灭的记忆是他坚信火星上覆盖着由勤劳的火星人建造的运河,目的是将水从极地地区输送到靠近赤道的干燥但富饶的土地。

洛厄尔另一个根深蒂固的信念是,在海王星之外的某个地方,存在着一颗未被发现的第九颗行星,被称为 X 行星。洛厄尔的这一信念基于他在天王星和海王星轨道上探测到的不规则性,并将他生命的最后几年奉献给了寻找他确信存在的那个气态巨行星。不幸的是,他于 1916 年突然去世,至少部分原因是他的探索使他精疲力竭,而洛厄尔的继承人则因遗产问题争执不休,搜寻工作陷入停滞。然而,1929 年,部分是为了转移人们对火星运河传奇(此时已成为严重的尴尬)的注意力,洛厄尔天文台的主管们决定重新开始搜寻,并为此雇佣了一位来自堪萨斯州的年轻人,名叫克莱德·汤博。

汤博没有受过正规的天文学训练,但他勤奋而敏锐,经过一年耐心的搜寻,他不知怎地发现了冥王星,在闪烁的苍穹中一个微弱的光点。这是一个奇迹般的发现,而更引人注目的是,洛厄尔预测海王星之外存在行星的观测结果被证明是完全错误的。汤博立刻看出这颗新行星与洛厄尔设想的巨大气体球毫无相似之处,但他或其他人对新行星性质的任何保留意见很快就被那个容易兴奋的时代几乎任何重大新闻报道所伴随的狂热所淹没。这是美国发现的第一颗行星,没有人会被它实际上只是一个遥远的冰点这个想法分心。它被命名为冥王星,至少部分原因是因为前两个字母组成了洛厄尔姓名首字母的字母组合。洛厄尔被各地追授为一流的天才,而汤博则在很大程度上被遗忘了,除了行星天文学家们,他们倾向于尊敬他。