大家來學宇宙學

  顧名思義,宇宙學是研究宇宙的一門學問,想當然爾令人肅然起敬,因為宇宙「至大無外」,無所不包無所不容。姑且不論宇宙學有多麼高深莫測的內涵,這門學問本身就相當耐人尋味,因為它有兩大看似互相矛盾的特點:「既古老又年輕,既深奧又淺顯」。這樣說絕非故弄玄虛,而是事實的確如此。

  且從「既古老又年輕」說起,任何民族都有自己的創世神話,這些神話便是宇宙學的濫觴。而自古希臘時代開始,便有人嘗試以理性探討宇宙的起源和結構,於是宇宙學逐漸進入哲學領域,成為哲學中的「宇宙論」。至於真正符合科學的宇宙學,則是大約半個世紀前,物理學和天文學聯姻後的愛情結晶,而天體物理學則是它的同胞姊妹。

  那麼「既深奧又淺顯」又是什麼意思呢?宇宙學結合了高深的物理學和天文學,內容深奧自然不必多加解釋。偏偏它又有最淺顯的一面,剛會說話的小孩也能問出宇宙學最基本的問題:宇宙有多大?宇宙有多老?宇宙是怎麼來的?宇宙外面還有什麼?換句話說,宇宙學的基本問題和答案應該都很簡單,真正深奧之處在於追求答案的過程和方法。因此之故,只要避免討論中間的細節,大家都能輕輕鬆鬆地一窺現代宇宙學的堂奧。

  前面已經說過,宇宙學研究的當然就是宇宙本身。可是宇宙這個概念有沒有嚴格的定義呢?其實中文的「宇宙」兩字本身就有既明確又科學的定義:上下四方謂之宇,古往今來謂之宙。換言之,宇宙就是所有的空間加上所有的時間。在此必須強調的是,一般人常常以為宇宙就是所有空間的總和,而完全忽略了時間的部分。

  既然也要研究古往今來所有的時間,宇宙學和考古學還真有幾分相似。其實我們可以這樣說,宇宙學家把宇宙的起源和演化當成一個(唯一的)歷史事件來研究,他們設法尋找宇宙演化的遺跡,再根據這些遺跡來還原宇宙的演化史。這方面最重要的成績,就是解答了「宇宙有多老」這個問題。根據目前公認的理論,宇宙並非永恆存在,而是有個誕生的時刻。這個通稱為「大霹靂」的一刻距離現在並不太遠,只有一百多億年而已。以地球的年齡(約四十六億歲)當標準,我們可以很肯定地說,宇宙年齡大約是地球年齡的三倍。

  至於「所有的空間」這方面,宇宙學家需要解答的問題則包括宇宙有多大、宇宙是什麼形狀等等。可惜在這兩個問題上,宇宙學家碰到了前所未有的困難,至今尚未達成共識。但至少已經肯定的是,宇宙正處於一個擴張期,也就是一天比一天大;至於會不會有一天開始收縮,宇宙學家目前的看法傾向於不會。

  相較之下,另一個與空間相關的問題「宇宙各個角落有什麼不同」,則是早就有了肯定的答案──就宇宙的尺度而言,任何角落都是平等的,沒有哪一點具有特殊的地位。這就是所謂的「平凡原理」:宇宙各個角落盡皆平等,因此科學定律放諸宇宙皆準。事實上,平凡原理可說是宇宙學最基本的出發點;正是由於平凡原理,我們才能放心大膽在地球表面和附近的太空研究宇宙,絲毫不用擔心得到的結果會有任何狹隘的「地域性」。





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