第一百二十四章 第一百二十五章舊宇宙理論(2 / 3)

可是,我們觀察到的宇宙,就觀察所及的部份而言,它是物理上均等一致的,這就令人費解了!這個“地平線問題”,引起了新的疑問:“為什麼?因為“宇宙從一開始就是物理上均等劃一的”。

假若我們采信焦氏的推論,那麼一切的問題就簡單,甚至不發生問題了,連這個所謂“地平線問題”也不能成立了。

照焦氏一派科學家的看法,在“大爆炸”發生刹那,質點是尚宇宙未能互相作用的。互相作用是使到宇宙物質在物理上均等劃一的。這種作用要到宇宙大爆炸後膨脹擴張才因接觸而發生 ,把物質劃一化。

可是,這個答案顯然並無說服性。大多數科學家都對之表示存疑。

在進一步討論之先,我們必須先了解當前尖端科學的困惑謎團,上麵提到兩大太空物理難題,就是為此。

很流行玩一種巨大的:“月波”(Moon Ball),那是一隻巨大的氣球,大約有十多英尺的半徑,青年人喜歡在海灘上推動這隻“月波”奔跑,或在海水中推玩它。當你身體貼爬在巨大的“月波”上,你感覺到這支巨型氣球的“球麵”是圓的弧形的。溫哥華的小山公園頂上,有一座球狀的全部玻璃溫室,內植熱帶花草,你若攀登球頂,也仍感到球麵的圓形,但是,不會像“月波”的球麵那麼顯著。世界博覽會的標誌,是一座巨大的圓球玻璃建築,你若攀登頂上, 也仍感到球麵的圓形,但是,不會像“月波”的球麵那麼顯著。

溫哥華世界博覽會的標誌,是一座巨大的圓球玻璃建築,你若攀到頂上,會不大感到它是球麵,隻覺到有微微的弧形,如果你是一隻小螞蟻,爬到那頂上,你會完全感覺不到它是球麵,你會感覺到它的表麵是平坦的。倘若你把這座圓球放大或膨脹了幾千幾萬倍,你會認為它的麵是平坦的,倘若將它膨脹係數增大到為1040以上,你在它的圓麵上所見,就是一望無際的大平原,地平線的邊緣,是那麼遙遠,你窮極目力,也看不到它了,也看不到它後麵的情景了。

了解這一點以後,我們就可以接受博列夫博士所提出的“宇宙膨脹學說”,他認為宇宙是一個大泡泡或是大氣球形狀,越膨脹得大,球麵越呈現扁平──當然,這 是就我們渺小的人類尺度觀點而論。若以超級巨大的眼光看它,也仍是球麵的。

博列夫認為,宇宙大爆炸後10-35秒,就開始膨脹,直到1030秒為止,膨脹越大,球麵越扁平。

宇宙在未膨脹之前,他的物質密度,且不去管它。但是,在膨脹之後,密度必定增大,宇宙膨脹到球麵呈扁平之時,密度就增到極大的“臨界密度”。

在標準的舊大爆炸學說模型,大爆炸後的10-35sec 秒鍾,地平線不大,大約小於宇宙當前的規模係數的1027倍,所以,質點沒有可能發生相互作用。反過來說,倘使“地平線”是大了1027倍,或是規模係數小了1027倍,那麼就不會有上述的“地平線問題”出現了。古斯的“新膨脹學說”, 與“舊膨脹學說”不同之處,是新學說認為“規模係數”比“地平線”為小,因而所有的質點都可以相互溝通而改進,成為一致化。新學說的優點,就是一舉而消除了上述的“地平線問題”與“扁平問題”兩大疑團,為宇宙物質的物理結構上一致化提供了一種勉強的解釋。

一種廣為認可的宇宙演化理論。其要點是,宇宙是從溫度和密度都極高的狀態中由一次“大爆炸”產生的。時間至少發生在100億年前。這種模型基於兩個假設:第一是愛因斯坦提出的,能正確描述宇宙物質的引力作用的廣義相對論;第二是所謂宇宙學原理,即宇宙中的觀測者所看到的事物既同觀測的方向無關也同所處的位置無關。這個原理隻適用於宇宙的大尺度上,而它也意味著宇宙是無邊的。因此,宇宙的大爆炸源不是發生在空間的某一點,而是發生在同一時間的整個空間內。有這兩個假設,就能計算出宇宙從某一確定時間(稱為普朗克時間)起始的曆史,而在此之前,何種物理規律在起作用至今還不清楚。宇宙從那時起迅速膨脹,使密度和溫度從原來極高的狀態降下來,緊接著,預示質子衰變的一些過程也使物質的數量遠超過反物質,如同我們今天所看到的一樣。許多基本粒子在這一階段也可能出現。過了幾秒鍾,宇宙溫度就降低到能形成某些原子核。這一理論還預言能形成一定數量的氫、氦和鋰的核素,豐度同今天所看到的一致。大約再過100萬年後,宇宙進一步冷卻,開始形成原子,而充滿宇宙中的輻射則在宇宙空間自由傳播。這種輻射稱為宇宙微波背景輻射,它已經被觀測所證實。除了原始物質和輻射外大爆炸理論還預言,現在宇宙中應充滿中微子,它們是無質量或無電荷的基本粒子。現在科學家們正在努力找尋這種物質。

大爆炸模型能統一地說明以下幾個觀測事實:

(a)理論主張所有恒星都是在溫度下降後產生的,因而任何天體的年齡都應比自溫度下降至今天這一段時間為短,即應小於200億年。各種天體年齡的測量證明了這一點。

(b)觀測到河外天體有係統性的譜線紅移,而且紅移與距離大體成正比。如果用多普勒效應來解釋,那麼紅移就是宇宙膨脹的反映。

(c)在各種不同天體上,氦豐度相當大,而且大都是30%。用恒星核反應機製不足以說明為什麼有如此多的氦。而根據大爆炸理論,早期溫度很高,產生氦的效率也很高,則可以說明這一事實。

(d)根據宇宙膨脹速度以及氦豐度等,可以具體計算宇宙每一曆史時期的溫度。

按照大爆炸理論,宇宙是137億年前從一個極小的點誕生的,從那裏誕生了時間和空間、質量和能量,從而由物質小微粒聚集成大團的物質,最終形成星係、恒星和行星等。在大爆炸發生前,宇宙中沒有物質,沒有能量,甚至沒有生命。

但是,大爆炸理論無法回答現在的宇宙在大爆炸發生之前到底是什麼樣,或者說發生這次大爆炸的原因是什麼。按照大爆炸理論,宇宙沒有開端。它隻是一個循環不斷的過程,便是宇宙創生與毀滅並再創生的過程。

眾所周知,物質是由原子組成,而原子由原子核和電子組成,原子核又由質子和中子組成,質子和中子又由誇克組成。那麼,誇克和電子又是由什麼構成的呢?科學家發現,誇克和電子都不可再分了,似乎是沒有內部結構的點粒子,因此把它們稱為基本粒子。基本粒子是一切物質的基本單元,就像英語裏的“字母”一樣。

但是,已知的基本粒子並不僅僅是誇克和電子兩種,而是多達數百種,而且,每一種基本粒子都有它們的反粒子。我們現在把所有的基本粒子分為三大類,通常稱為 “族”:

(1)輕子族,包括電子、中微子等;

(2)誇克族,包括上誇克、下誇克、粲誇克、奇異誇克、頂誇克和底誇克這六種誇克和各自的反誇克;

(3)媒介粒子族,包括光子、膠子等。

非常奇怪的是,除了誇克和電子外,大部分基本粒子都不組成更大的物質結構,例如,中微子總是在宇宙中獨來獨往,不與其它物質發生相互作用;媒介粒子則隻在其它粒子間傳遞力的作用;還有很多粒子像介子、超子等都極不穩定,通常在極短時間內衰變成其它粒子。

我們知道,電子能像地球繞太陽旋轉那樣繞著原子核運動,但電子能不能也像地球那樣進行自轉呢?按理說,這是不可能的,因為物體在自轉時,其轉軸上有一個固定不動的中心點,電子既然是一個點狀粒子,那它就不會有什麼多餘的“中心點”,它的自旋也就無從談起。但科學家證實,電子仍然像地球那樣,既公轉,也自轉,而且永遠地以固定不變的速率旋轉,這是電子自身固有的性質,稱為“內稟自旋”。而且,所有的基本粒子都有與電子相同的自旋。

然而粒子的自旋與地球自轉是不一樣的,地球的自轉是連續的,粒子的自旋則是間隔性的,也就是說,它的自旋是一跳一跳著進行的。

每一種粒子的所有成員都是相同的,我們不可能把兩個電子或者中微子區別開來。而不同種類的粒子則有著明顯的不同,其主要區別就在於它們的質量、電荷以及內稟自旋都各不相同。

這些基本粒子性質各不相同的原因是什麼?它們為什麼在不停地自旋?這些不同的粒子還能不能找到更深層的、統一的內部結構?這些問題長期以來都在困擾著科學家們。