我们所观察到的宇宙不是黑洞(至少不是以黑洞为主),这暗示着宇宙的初始不是偶发事件造成的。不仅如此,宇宙大尺度的结构和运动也同样不同寻常。宇宙的累积引力使宇宙的膨胀受到抑制,使膨胀随着时间减速。在初始阶段,宇宙膨胀的速度要比今天大得多。大爆炸造成了向外的冲力,而引力又使劲要把爆炸的碎片向后再拉到一起去,于是,这两种力量的较量就造成了宇宙。近年来,天文物理学家们才意识到这较量是多么微妙地保持了平衡。假如当初大爆炸的力量不那么强,宇宙便会很快在一场大崩塌中缩回去。然而,假如当初大爆炸的力量更强一些的话,宇宙物质便会如此迅速地离散开去,星系就不会形成了。无论怎样说,宇宙现今的结构似乎非常微妙,全系于大爆炸造成的外冲力和向内的引力的精确平衡。
这平衡到底有多么微妙已由计算揭示了出来。在所谓的普朗克时间(即10-43秒,这是时空概念具有意义的最初的时刻),这平衡精确到了[插图]。这就是说,假如初始时的爆炸力有[插图]的差异,我们现在所观察到的宇宙便不会存在。为了玩味一下这个数字的意义,你可以设想你要从可见宇宙的另一端,也就是从200亿光年以外的地方,射中一个1英寸的靶。你若想真的射中,瞄准的精度就得要精确到[插图]。
除了这总体的精确性之外,还有一个未解之谜,就是为什么现今的宇宙无论在物质分布上还是在膨胀速度上这么均匀。大部分爆炸都是没有秩序的,人们理应预期大爆炸的冲击力会处处不同。但事实并非如此。我们这边宇宙的膨胀速度与另一头的速度没有分别。
当我们考虑到所谓光视界时,整个宇宙行为的这种一致性似乎就更加不同寻常了。光在宇宙中散布开去时,它必须追赶因宇宙膨胀而向后退去的星系。一个星系的退行速度要视该星系与观察者的距离多大而定。遥远的星系退行得要快一些。现在,我们设想在宇宙创生的那个时刻,一束光从某处射了出来。到现在为止,这束光行程大约已200亿光年了。200亿光年以外的那些宇宙区域现在尚未接收到这束光。在那些区域的观察者将看不到该光的光源。反过来说,靠近光源的观察者也看不见这些区域。于是,宇宙之中没有哪个观察者现在能够看到200亿光年以外去。空间之中有一种视界,它把在它之外的一切都掩藏了起来。因为没有哪种信号或影响传播得比光还快,于是,宇宙间各处于彼此的视界之外的那些区域之间就不可能存在任何的物理联系。
当我们把望远镜指向可见宇宙的外围区域时,我们所探测的显然就是彼此间从未有过因果联系的宇宙区域。这是因为,那些从地球上看去是天各一方的区域相距是如此遥远,以至彼此都在对方的视界之外了。这种情况很类似于日常生活中的地平线的情况。海上的一只船上的瞭望员可能正好刚能够看到一前一后的两只船在靠近地平线的地方,但这两只船却彼此看不见,因为它们相距过远。同样,天各一方相距遥远的星系也这样彼此处于对方的视界之外。因为一切物理影响或通信都是受光速限制的,所以,这些星系是不可能协调它们的行为的。
我们刚才说到的未解之谜是,为什么宇宙这些没有因果联系的区域在结构和行为上这么相似?为什么它们的星系平均大小以及形状都相同?而且为什么它们以同样的速度彼此相离而去?这种协调行为在星系最初形成的时候就有了,当我们意识到这一点时,上述的未解之谜就更意味深长了。但是在过去,自宇宙创生以后,光的行程不是那么远,因而各视界也不那么大。宇宙创生100万年以后,各视界就是100万光年,宇宙创生100年以后,各视界就是100光年,依此类推。假如我们再回到普朗克时间,各视界的大小就只有10-43厘米了。即使把宇宙的膨胀考虑进去,按照标准理论来看,这些如此之小的区域到现在也膨胀不到可以看到的尺度。现在看来,当时整个可观察到的宇宙似乎是分成至少1080个彼此没有因果联系的区域。怎样才能解释这种没有联系的协调呢?
与此相关的另一个难题是,宇宙具有极高的各向同性的性质,即方向上的均匀性。从地球上向外看,宇宙在大尺度上是一样的,不管我们朝什么方向看都是一样。仔细测量残留的宇宙背景热辐射之后,人们发现从各个方向来的辐射通量具有精确的均衡,相差仅千分之一多一点。假如大爆炸是一个随机事件,这种异乎寻常的均匀性几乎是绝对不可能的。
考虑过这些情况之后,人们得出的结论是,宇宙的引力排列之规则、均匀是令人迷惑不解的。似乎不存在任何明显的理由能够说明,为什么宇宙没有乱了套,没有以无秩序无协调的方式膨胀开去产生众多的黑洞。把大爆炸的巨大威力导入这样一种有规则有组织的运动模式,这似乎是个奇迹。难道真是奇迹吗?我们现在来仔细探讨一下对这未解之谜的各种反应。
-----------隐藏的原理-------------
当某个量被发现具有一个非常接近零的值时,物理学家们就倾向于猜想,因为某种深刻的原因,其值就是零。他们就会去寻找某种基本原理,好据以确认该量肯定恰好为零。例如,不同的电子所携带的电荷没有可辨别得出来的差别。于是,物理学家们就得出结论说,那些电荷是恰好相同的,即它们之间的差别为零。这就是由电子的不可分辨性的基本原理导出的推论。另一个例子是,一切一同下落的物体都一同触地(在没有阻力的情况下)。它们到达地面的时间差别被看作正好为零,这就是所谓相等原理的推论。这个引力的基本原理规定,一个物体对引力做出的反应与该物体自身的性质无关。
我们可以设想有一原理(或一套原理)规定,大爆炸的冲击力正好处处与其引力相称,于是退行的各个星系正好摆脱了它们自己的引力。这就意味着,宇宙的膨胀方式恰好处于那个分界线上,一方面是宇宙物质的彻底离散,另一方面是宇宙停止膨胀,接着崩溃。这样的一个原理也可以保证,宇宙从大爆炸中降生时就具有分布均匀的物质,而不是爆炸出些黑洞。同样,这样的一个原理能够保证,宇宙的膨胀在所有的方向上都是恰好均匀的。尽管我们一点也不知道这些原理会是什么样子,然而,当我们知道宇宙在其各个不同区域及方向上的膨胀速度的差异非常接近于零时,我们就难免这样认为:有一个大自然的原理使得这些差异必定恰好为零。
不幸的是,事情不可能这么简单。假如宇宙果真是完全均匀的,那也就不会形成任何星系了。照人们现在的理解来看,星系从原初的星云中形成似乎只能形成在自宇宙创生到现在的这段时间里,假如星系的雏形一开始就有的话。星系从其周围的宇宙环境中积累物质积累得很慢,而宇宙膨胀的速度却相对很快。星系只有早一点起始,才能克服宇宙膨胀带来的离散倾向。假如真有一个基本原理,那么,似乎该原理必定允许恰好充足的偏离均匀状态的情况发生,使星系得以生长起来,同时却不产生出黑洞。这确实是个微妙而复杂的平衡行为!
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