對稱的宇宙

人們都熱愛、崇尚並且追求美好的事物,在對自然界的,尤其是在對整體宇宙的探索中更是如此。以和諧、統一和完美作為信仰的科學家們在理論上構造出了簡單和對稱的宇宙模型,因為人們都相信對稱是完美的特征。那麼,事實上是否如此呢?

隨著科學技術的日新月異,天文觀測手段也有了驚人的突破,從傳統的光學波段遍及到整個電磁波譜的探測,使我們對宇宙大尺度結構有了長足的認識。觀測表明,相對我們自己的星係,宇宙在大尺度上是各向同性的。雖然在較小的範圍內物質的分布是不均勻的,有成團性。但如果把這些局部的起伏平滑地去掉,則整體上表現出均勻性。在最大望遠鏡所及範圍內,星係的分布是非常均勻的。換句話說,從我們的星係看去,宇宙在大尺度上不存在任何優越的方向(即這個方向與眾不同)。對我們來說,宇宙所表現出的是各向同性的,對稱的。

然而我們並不知道其他星係的觀測者觀測到的宇宙是否是各向同性的,沒有任何方法可以直接驗證這個結果。但是我們可以作一個簡單的邏輯推理。如果其他星係的觀測者所看到的與我們的觀測結果不符,那麼,我們得到的是各向異性的情況,也就是說“上帝”在創造宇宙時,在整體結構上把地球或我們的星係放在了最優越的地位,宇宙僅對我們來說是各向同性的——我們是宇宙的中心。

古代的人們是這樣認為的,然而當代的科學徹底打破了這一神話。因為“以自我為中心”和“自以為是”思維方式被證明是錯誤的。而原則上,其他星係的觀測者們也會發現,宇宙是如此的均勻、對稱。

當然,觀測結果與均勻結構一致是對於我們所能達到的宇宙範圍而言,但觀測並未證實情況必須如此,而更大尺度上的均勻對稱性還隻是天文學家們的一種美好的願望而已。

宇宙的對稱性並不僅僅包含空間分布這一事實。而作為四維時空中必不可少的時間也是宇宙對稱性的一個重要因素。現代科學理論已經否認了牛頓絕對時間的正確,因而不存在為所有觀測者都接受的統一時間係統,每個觀測者所測的時間是不一樣的。由於考慮到宇宙整體均勻性和各向同性以及把星係聯係起來的哈勃定律,可以得到一個美妙的結論,每個星係的觀測者所得的時間是同步的,我們得到了一種類似牛頓的宇宙時係統。宇宙在時間上也是對稱的。

由於對稱時空的完美組合,使我們所認為的宇宙和諧、迷人。然而對稱與美畢竟隻是我們的夢想,宇宙會滿足我們的夢想嗎?我們隻剛剛開了個頭。

開普勒的定律

說到伽利略為了天上那遙遠的星星竟被判刑受罪,其實在那茫茫星海的探索中,蒙受同樣遭遇的又何止他一個。1601年,在奧地利國的布拉格一座古堡裏正氣息奄奄地躺著一個人,他叫第穀·布拉赫(1564~1601年),丹麥人。14歲那年,第穀正在哥本哈根大學讀書。在這年,天文學家預告8月21日將有日蝕發生,果然那天他看到了這個現象。他感到很奇怪,那些天文學家何以能如此神機妙算,於是決心去觀測天象,究其原因。他從小由伯父收養,老人原想讓他學法律,但是任性的他根本就不聽這些,每晚隻睡幾個小時,其餘時間都在舉目望夜空,直到天亮。到17歲時,他已發現了許多書本上記載的行星位置有錯誤,便決心要繪製出一份準確的星表。腓德烈二世把離首都不遠的赫芬島撥給他,建造起一座當時在世界上最先進的天文台供他使用。20年後新王即位,卻逼迫他離開了這座辛苦經營的基地。幸好1599年奧地利國王魯道夫收留了他,並給他在布拉格又重修了一座天文台,他才得以繼續從事自己熱愛的工作。第穀能言善辯,恃強好鬥。年輕時他曾為一個數學問題爭執與人相約決鬥,被對方一劍削掉了鼻子,所以不得不裝上一個金銀合金的假鼻子。別看他鼻子有傷,眼睛卻極好使,20多年來,他觀察各行星的位置誤差不超過0.67度。就是數百年後有了現代儀器的科學家也不能不驚歎他當時觀察的準確。他一生的精力不是花費在觀天上,就是記錄星辰上。當他再也不能爬起來工作時,急忙從德國招來一個青年繼承他的事業。這人叫開普勒(1571~1630年),身體瘦弱,眼睛近視又散光,觀天自然很是不合適,但是他卻有一個非常聰明的數學哲學頭腦。第穀就是在1596年看到他出版的《宇宙的奧秘》一書後,才感到他是一個人才。