形形色色的宇宙学说

形形色色的宇宙学说

宇宙无比的神秘，以至于每一个人抬头仰望星空的时候，他都禁不住想了解繁星点点的背后到底隐藏着什么。我们的祖先认为“天似苍穹，地如棋秤”，而古印度人的祖先认为大地驮在一只大象的背上。

古人云：“上下四方为宇、往古来今曰宙”。自古以来，宇宙这个词汇就被定义为一切时间和空间的总和。世间万物都处于宇宙中，它即是万有，它就是一切。“宇宙学”就是研究宇宙本身的学问，具体来说，是借助物理学、天文学、数学等手段研究宇宙演化与结构的一门自然科学。人类对宇宙起源和结构的关注可以追溯到文明的开端。

我国有一个流传已久的古老传说——盘古开天辟地，讲的就是宇宙开始的故事：最初，天地呈混沌状，像一个鸡蛋，只有盘古在里面生存。过了不知多少年，这团混沌分开了，轻的和透明的部分上升形成了天，重的和混浊的部分下沉形成了地，盘古屹立在天地之间。天一日加高一丈，地一日变厚一丈，盘古也一日长一丈。如此又经过了很多很多年，天变得极高，地也极厚，盘古也长得极大……

各民族关于宇宙起源的传说都如出一辙，在此不细述。然而各处对于宇宙结构的看法众说纷纭，可谓仁者见仁、智者见智。

巴比伦人（生活于四千年前的伊拉克两河流域）认为宇宙是一个密封的小室或箱子，大地是它的底板。底板中央矗立着冰雪覆盖的区域，幼发拉底河就发源于这些区域之间。大地四周有水环绕，水之外还有天山，以支撑蔚蓝色的天穹。不过，有些巴比伦星象家已经认识到地球是一个球体，还划分了黄道十二星座。

古埃及人（在尼罗河两岸生活）和巴比伦人心目中的宇宙大体上一样。他们以为宇宙是一个方盒子，南北的长度较长，底面略呈凹形，而埃及就处于凹陷的中心。天是一块平坦的或球形的天花板，四方有四个天柱，即山峰支撑，星星是用链缆悬挂在天上的灯。在方盒的边沿上，围着一条大河，河上有一条船载着太阳往来。尼罗河是这条河的一个支流。显然，这个宇宙模型受古埃及地形的影响很深。

中国古代占主导地位的宇宙模型是“浑天说”。发明地动仪的张衡是其主要拥护者。浑天说认为，天仿佛一个鸡蛋壳笼罩在一片汪洋之上，陆地似蛋黄，浮在蛋青般的水中，恰好位于天的正下方。但是蛋壳、蛋黄的比喻只是为了说明天与地的位置关系，没有古人把脚下的大地看成是球形。尽管唐代僧人一行在大地测量中曾发现用“地平观”不能解释的事实，但他没敢怀疑浑天说。浑天说的最大缺陷还不在此，古人最不明白的是：大地的外面全是汪洋，那么太阳落山后岂不是沉入水中熄灭了吗？为此，有人尝试从五行相生相克的角度出发解释这个问题，但并不成功。毕竟这个模型与现实相差太远。

公元前340年，古希腊哲学家亚里士多德在他的《论天》一书中，阐述了以下观点：

1．月食由地球的影子投到月球上所致。

2．月食时看到的地球的影子总是圆的，可以推断地球应该是一个球体而不是圆盘状。

3．地球是宇宙的中心。太阳、月亮、行星和其他恒星分别附在八个天球上，以完美的圆形轨道绕地球旋转。

基督教完全接纳亚里士多德的理论，认为与《圣经》的宇宙观一致，符合上帝创世的理论，这个宇宙模型的最大优点，就是在最外层的恒星天球之外，为地狱和天堂留出了空间。

1514年，教士尼古拉·哥白尼提出“日心说”，认为太阳静止地处于宇宙的中心，而地球和其他行星绕着太阳做圆周运动。由于害怕教会的迫害，哥白尼只能秘密地传播自己的学说。后来伽利略观测木星时，发现木星的几个行星围绕着木星旋转，这表明其他星球不一定围绕地球旋转。开普勒继而修正了哥白尼的理论，用椭圆轨道取代了圆周轨道，使其很好的符合观测结果。他们的公开支持，最终宣告了亚里士多德学说的终结。

1687年，伊萨克·牛顿出版了举世闻名的《原理》。在书中提出了著名的万有引力定律。《原理》一书解决了物体如何在时间和空间中运动的问题。

利用他的理论，人们甚至可以精确地计算星球运行的轨道。

但是问题又出现了。根据万有引力定律，星球间总是相互吸引，它们似乎不能保持大尺度上的相对静止，而终将落到一起。牛顿也意识到了这点，他解释道：如果有限颗行星分布在一个有限的区域中，这种情形的确会发生。但如果存在无限颗行星，均匀的分布在无限的空间，这种情形就不会发生，因为这时引力分布均匀，不存在任何一个使它们聚集的中心。

其实这是我们经常遇到的一个理论陷阱。实际上在一个无限的宇宙中，每一颗恒星都可以看做是一个中心，因为在它的每个方向上都有无限多的恒星。正确的方法应该是：先考虑有限空间的情形，恒星会坍塌到一起。在这个区域外均匀地加上更多的恒星。按照牛顿定律，这些加上的恒星对原先的区域没有什么影响，所以恒星还是会落到一起。我们任意地加上更多星体，（愿意加多少都可以）它们总是会坍缩到一点。换言之，宇宙的局部区域总是不均匀的，应该出现局部性的坍缩，并且这种趋势会逐渐扩大。而观测到的结果并不存在这种情形。

于是我们遇到一个不小的问题：无限静态的宇宙不存在！

古希腊人正确地认识到脚下的大地是一个球体的表面。大哲人亚里士多德认为地球处于宇宙的中心，包括太阳在内的所有天体都在各自的圆形轨道上围绕地球运转。后来天文学家托勒密借助几何学精确地描述了这个宇宙模型，使之能预测天体位置。由于亚里士多德在学术界泰山北斗般的地位，“水晶球体系”和地心说在中世纪的欧洲深得人心。

后来，伽利略观测木星时，发现木星的几个行星围绕木星旋转，这表明其他星球不一定非得围绕地球旋转。随后开普勒修正了哥白尼的理论，用椭圆轨道取代了圆轨道，使其很好地符合观测结果。众多天文学家的公开支持，最终宣告了亚里士多德学说的终结。

从亚里士多德—托勒密的地心说到哥白尼—伽利略的日心说，人们花了两千年的时间才学会换个角度思考问题——原来太阳东升西落完全可以看做是地球转动的结果。一旦思路打开，便源源不断地从科学家脑海中就源源不断涌出灵感。布鲁诺认为甚至太阳也不是宇宙的中心，它和夜空中的点点繁星一样，是普通的恒星；而宇宙是无限的，星星则散布于无尽的空间里。也许布鲁诺的步子迈得过大，宗教法庭无法容忍其“异端邪说”，于1600年把他烧死在罗马的百花广场，他自此成为最著名的科学殉道者。但是直到1822年教庭才正式裁定太阳是所有行星的运转中心。

令人吃惊的是，尽管人们知道世间的一切都在运动中，直到20世纪20年代美国天文学家哈勃（那台著名的太空望远镜就以他的名字命名）发现红移定律后，宇宙演化的观念才进入人类的考量。人们从来没有想过宇宙也会演化。牛顿的万有引力定律表明，宇宙的物质在引力作用下不可能处于稳定的状态。即使在爱因斯坦的广义相对论里，情况也好不到哪去，为了得到一个稳定的宇宙模型，他曾将宇宙常数引进理论中。他们都希望在自己的理论中找到稳定的宇宙模型。可见，宇宙演化的观念并没有产生在这些天才的头脑之中。

哈勃的红移定律标志现代宇宙学的诞生。他发现，从星系发光的波长可以推断，星系离我们距离越远，离我们而去的速度就越快。这表明整个宇宙处于膨胀的状态。从时间上倒溯到过去，估计大约150亿年前曾经发生过一桩开天辟地的大事件，即宇宙从一个极其致密、高温的状态中爆发产生。伽莫夫在1948年发表的一篇关于热大爆炸模型的文章中做出了一个惊人的预言，早期大爆炸的辐射仍残存在我们周围，只不过由于宇宙膨胀引起的红移，其绝对温度只剩下几度左右，在这一温度下，辐射是处于微波的波段。在1965年彭齐亚斯和威尔逊观测到宇宙微波背景辐射之后，人们开始认真对待这个预言。

于是，“随着理论证据和实验的积累，人们越来越清楚地认识到，宇宙在时间上必须有个开端。”