3．眼见不为实

很多时候宇宙看起来是这么一回事，实际上却是另一回事，以至于我有时会怀疑这是不是一场正在进行的阴谋，目的是让天体物理学家们难堪。类似的这种宇宙恶搞的例子很多很多。

现代人都知道地球是圆的，然而对数千年来的思想家们来说，证明地球是平的的证据似乎是再明显不过了。放眼看看四周，如果没有卫星图像，即使是从飞机上看下去也很难说服自己地球不是平的。所有非欧几里得空间里的平滑表面上的情况都和地球表面上的情况一样：任意弯曲表面上的足够小的区域和平面无异。很久以前，当人们的活动区域仅限于居所附近的时候，平坦的地球满足了人们的自大意识，家就是地球的中央，地平线（你的世界的边界）上的每一点与你的距离都相等。正如可以预见到的，几乎所有描绘平坦地球的地图都把绘制者的文明放在地图的中心。

让我们仰望天空。如果不用望远镜，你不知道星星有多远。它们升起落下，总在固定的位置上，就像是粘在一只倒扣的黑色大碗的内壁上。那么何不假设所有的星星都一样远，管它到底有多远？

但事实上它们并不是一样远，当然也没有碗的存在。我们暂且承认星星是散落在宇宙中的，但是，它们落得有多散？裸眼能看到的最亮和最暗的星的亮度相差100倍以上，所以最暗的那些星星到地球的距离就要远100倍以上，是吗？

错！

上面的简单判断大胆地假设所有的星星亮度一样，所以才有近处的星星比远处的亮。然而，星星的亮度差异非常惊人，相差十个数量级以上——10的10次方。因此最亮的星不见得是离地球最近的。事实上，夜空中的大多数星星亮度相差很大，而且都很遥远。

如果我们看见的大多数星星都很明亮，那它们在星系里一定很常见？

再错！

高亮度星是星系里最少的。在确定的空间范围里，它们的数量只有低亮度星的千分之一。高亮度星释放出巨大的能量，才使得从很远的地方都能看到它。

假定两颗星以相同的速率发光（表示它们有相同的光度），但是一颗星比另一颗远100倍，那它的亮度会是1%。错！那样太简单了。实际上，亮度随距离的平方衰减。因此在此例中，较远的星看起来比较近的星暗1万倍（1002）。这个“平方反比律”的影响是纯几何作用。当星光四散传播的时候，它随着经过的空间球壳的增大而减弱。壳的表面积随半径的平方等比例增大（计算公式为：面积=4 πr2），使得光强以相同的比例衰减。是的，星星并不是同样遥远，它们的亮度也不一样，我们看到的星星都是极为特殊的。但是它们一定是静止在太空中的。数千年来，人们一直认为星星是“固定不动的”，从《圣经》到公元150年左右出版的克劳迪亚斯·托勒密（Claudius Ptolemy）所著《天文学大成》，这些非常有影响力的著作里都提到了这一点。《圣经》里说：“上帝就把它们摆列在天上”（创世记1∶17）。而托勒密则非常坚定地声称星星是不动的。

总的来说，如果这些天体能够各自移动，那么它们到地球的距离就必定会改变。这将使得这些星星的大小、亮度以及相对间距逐年变化。但是却观察不到这样的变化，为什么？因为你等待得不够久而已。埃德蒙·哈雷（Edmond Halley，哈雷彗星即以他的名字命名）是第一个指出星星在移动的人。1718年，他比较了“现代”星星的位置和公元前2世纪希腊天文学家喜帕恰斯（Hipparchus）绘制的星象图。哈雷相信喜帕恰斯的星象图是准确的，但也是因为他隔了18个世纪来比较当时和古代的星星位置，这才有所收获。他很快发现牧夫座大角星已经不在以前的位置上了。星星确实在移动，但是如果没有望远镜的帮助，一个人一生的时间都不足以观察到能够分辨的位移。

天空中所有天体之中，有七颗星是明显在移动的；它们看上去是在星空中漫步，因此被希腊人称为行星或“徘徊者”。这七颗星是（英语中的周一到周日即来源于它们的名称）：水星、金星、火星、木星、土星、太阳和月亮。自古以来，人们就正确地认识到这些行星离地球的距离比其他星星更近，但是却以为它们是围绕地球旋转的。

阿里斯塔克斯（Aristarchus of Samos）在公元前3世纪最先提出了日心宇宙模型。但是对那时每个关注天文的人来说，不管行星的运动有多复杂，它们和其他星星都是绕着地球转动的。如果地球动了，我们一定能感觉到。当时的典型论据包括：

●如果地球绕某个轴旋转或是在宇宙中移动，天上的云和飞鸟不会被甩在后面吗？（它们没有被甩开。）

●如果你竖直向上跳，脚下的地面飞快地转动，那你不会落到另一个地方吗？（你没有落到别处。）

●如果地球绕着太阳运动，那我们看星星的角度不会一直改变，使得星星在天空中的位置也发生明显的偏移吗？（它们没有移动，至少不明显。）

反对者的证据是非常令人信服的。关于前两种情况，后来伽利略·伽利莱（Galileo Galilei）的研究证明当你身处空中的时候，你、大气以及周围的所有物体都被在轨道上旋转的地球带着一起前进。出于同样的理由，如果你在飞行中的飞机的走廊里跳起来，你不会一下子飞过所有座椅撞到厕所门上去。在第三种情况中，推理过程没有任何错误——除了一点，就是星星离我们都很远，只有用很好的望远镜才能看到星星的季节性位移。直到1838年，德国天文学家弗里德里希·威廉·贝塞尔（Friedrich Wilhelm Bessel）才观测到了这个现象。

以地球为中心的宇宙模型成为托勒密《天文学大成》的基石。同时这一思想也一直主宰着科学、文化以及宗教的认识，直到尼古拉·哥白尼（Nicolaus Copernicus）在1543年出版的《天体运行论》里提出了日心说。由于害怕这本“异端邪说”会破坏整个体制，主持最后阶段印刷事宜的新教神学家安德莱斯·奥席安德（Andreas Osiander）未经授权就添加了一段未署名的序，他在序中解释道：

现在书中这种新奇的假说已经被广泛地报道，它主张地球是移动的，太阳是宇宙不动的中心。我不怀疑某些有学问的人会感到极度震惊。……但是这假说也不一定是正确的或可能的，不过如果仅仅是作出符合观测结果的计算，它也足够了。（Copernicus,1999年，第22页）

哥白尼本人并非不了解自己将会招致的麻烦。在书中给教皇保罗三世（Pope Paul Ⅲ）的献词中，哥白尼写道：

圣父，我很清楚，一旦那些人发现我在论述宇宙运转的书里指出地球在运动，他们会立刻嚷嚷着把我和我的这些观点统统赶走。（Copernicus ,1999年，第23页）

但是，就在荷兰眼镜工匠汉斯·利伯希（Hans Lippershey）1608年发明望远镜后不久，伽利略用自己制作的望远镜观察到了金星的圆缺变化以及4颗卫星绕着木星而非地球转。这些以及其他观测结果宣告了地心说的终结，使得哥白尼日心说的说服力日渐增长。一旦地球不再处于宇宙中的特殊位置，哥白尼革命（以我们并不特别的原理为基础）即正式开始了。

现在，地球和它的行星兄弟们处在围绕太阳的轨道上，太阳又在哪里呢？宇宙的中心？当然不是。没有人会再次落入同样的陷阱里了，那样就违反了刚刚诞生的哥白尼原理。但是还是让我们再探讨一下，以作确认。

如果太阳系处于宇宙的中心，那么无论我们向天空的哪个方向看，看到的星星数量应该差不多。但是如果太阳系不在宇宙中心，我们可能会看到大量星星聚集在某个方向上——宇宙中心的方向。

1785年，英国天文学家威廉·赫歇耳爵士（Sir William Herschel）在计数了天空中各处星星的数量并粗略地估计了它们的距离之后，得出结论，认为太阳系确实不在宇宙的中心。一个世纪后，荷兰天文学家雅各布·科尔内留斯·卡普坦（Jacobus Cornelius Kapteyn）利用当时计算距离的最好方法，想就此确认太阳系在银河系中的位置。从望远镜里看去，银河系的光带是由密密麻麻的星星聚集在一起形成的。仔细计算它们的位置和距离，发现沿银河的任何一个方向上的星星数量都差不多。在银河的上下，聚集程度的减小也是对称的。不管你向哪个方向看，星星的数目和向反方向看过去都是差不多的。卡普坦花了20年的工夫绘制他的星象图，图上的太阳系果然位于宇宙中心1%之内。我们不在正中心，但是已经近到足以重新确立我们在宇宙中的重要位置。

但宇宙的残忍还没结束。

当时所有的人，尤其是卡普坦，都不知道经过银河系的大部分视线不能到达宇宙的尽头。银河系里充满了大片气体和尘埃组成的云，它们吸收了躲在后面的物体发出的光。当我们向银河系看过去的时候，我们本来能够看见的星星中，有超过99%的星星被银河系里的气体云所遮蔽。认为地球靠近银河系（当时的已知宇宙）中心的念头，就像你走进一片广袤的森林，才走了几十步，就因为你往四周看到的树木数量一致，而断言你已经到达森林的中心。

到了1920年（消光问题仍未解决），即将担任哈佛大学天文台台长的哈罗·沙普利（Harlow Shapley）研究了球状星团在银河系中的分布。球状星团是数百万星星的紧密聚集，较容易在银河的上下方观察到，因为那里吸收的光最少。沙普利认为这些巨大的星团能够帮助他准确定位宇宙的中心——毕竟那点一定质量密度最高、引力最强。沙普利的数据显示太阳系并不接近球状星团分布的中心，因此也不接近已知宇宙的中心。他发现的中心在哪里？6万光年远处，大约是在射手座方向，但距离更远。

沙普利的距离大了2倍多，但他推算出的球状星团系统的中心是正确的，和后来发现的夜空中射电信号最强的位置一致（星际气体和灰尘不吸收无线电波）。天体物理学家最终把射电信号最强的那一点定为银河系的中心，但这已是又一两件“眼见不为实”的事件发生之后的事了。

哥白尼原理再次获得了胜利。太阳系并非位于已知宇宙的中心，而是远离中心地带。对于特别在乎的人来说，这也能接受。宇宙无疑是由我们身处的庞大星系和星云所构成，我们无疑是焦点所在。

错！

夜空中的星云大多如18世纪的瑞典哲学家伊曼纽尔·史威登保（Emanuel Swedenborg）、英国天文学家托马斯·莱特（Thomas Wright）和德国哲学家伊曼努尔·康德（Immanuel Kant）等人预见到的那样，像一个个岛宇宙。例如，在《宇宙起源理论》（1750年）一书中，莱特推测宇宙空间是无穷无尽的，其间充满了类似银河系的天体系统：

我们可以推论……鉴于可见宇宙应该充满恒星系统和行星世界……浩瀚的太空充满了无数与已知宇宙相似的宇宙……这很有可能是真的，我们看到的许多远在已知宇宙之外的云团状的亮点在一定程度上证明了这一点，它们是明亮的发光区域，但是无法分辨出任何星星或特别的天体；那些点极有可能就是外面的宇宙，在我们的宇宙之外，非常遥远，望远镜也不可及。（Wright,1750年，第177页）

莱特提到的“云团状亮点”实际上是数以千亿计星星组成的集合，位于遥远的太空，主要可见于银河的上下方。其他的星云其实是相对较小、较近的气体云，多数位于银河系里。

银河系仅仅是组成宇宙的众多星系之一，这是科学史上一个最重要的发现，不过这个发现也让我们再次感觉到自己的渺小。最早发现这个事实的天文学家是哈勃，“哈勃太空望远镜”就是以他的名字命名的。最早证实这一发现的证据是1923年10月5日晚上拍摄的一张底片，使用的仪器是当时世界上最强大的威尔逊山天文台2.54米望远镜。证实这一发现的宇宙天体是仙女座星云，它是夜空中最大的天体之一。

哈勃在仙女座里发现了一颗非常明亮的星星。天文学家们对仙女座很熟悉，因为他们研究过仙女座里那些非常靠近地球的星星。地球附近那些星星的距离已经知道，它们的亮度只随距离改变。根据星光亮度的平方反比律，哈勃计算出了仙女座星云的距离，它比我们自己星系里任何一颗已知的星都遥远。仙女座星云实际上是一整个星系，由数十亿颗星星组成，都位于200万光年以外的地方。所以不仅我们不是宇宙的中心，一夜之间，连维持我们最后自尊的银河系也缩小成宇宙里亿万个不起眼的小点中的一个，整个宇宙比之前任何人想象的都大得多。

虽然最终发现银河系只是无数星系中的一个，但我们就不能是宇宙的中心吗？就在哈勃把人类的地位降级后的第六年，他收集了所有有关星系运动的数据，发现几乎所有星系都在远离银河系，退行速度与到银河系的距离成正比。

我们终于处于一个大事件的中心了：宇宙在膨胀，而我们就是宇宙的中心。

不，我们不能再被愚弄了。因为我们看起来像是宇宙的中心不代表我们就是宇宙的中心。事实上，自1916年爱因斯坦发表广义相对论（现代引力理论）起，某种宇宙理论就已经成熟。在爱因斯坦宇宙模型里，时空会因质量的存在而扭曲。我们把这种扭曲及由其引发的天体运动解释为引力。当广义相对论应用于宇宙时，就可以解释宇宙空间的膨胀和构成星系的远离。

这一新事实产生的一个惊人后果就是，对每个星系里的观察者来说，宇宙仿佛都是以他们为中心在膨胀。这是自尊自大的终极幻想，自然愚弄的不仅是地球上感性的人类，还包括了宇宙中任何时间地点存在的所有生命体。

但是显然宇宙只有一个——那个让我们快乐地生活在幻觉中的宇宙。到目前为止，宇宙学家们还找不到多个宇宙存在的证据。但如果把几个经过严格检验的物理定律推广到极限（或是超过极限）情况，你就能够把宇宙微小、致密、炽热的开端描绘成时空交错的炙热泡沫，那里容易发生量子涨落，任何一个涨落都可能膨胀为一个独立的宇宙。在这个像葡萄串一样的多重宇宙里，我们占据的只是其中的一元而已，还有其他无数个元宇宙在生生息息。与我们原来的想象相比，这个观点将我们置于一个更加无足轻重的尴尬境地，不知教皇保罗三世会怎么想？

我们的处境未变，但尺度越来越大。哈勃在1936年出版的《星云世界》中进行了总结，这些结论适用于人类自觉过程的所有阶段：

因此对太空的探索止步于不确定……我们非常熟悉我们的近邻，随着距离增加，我们的了解迅速减少，最终触及那模糊的边界——望远镜的视力极限。在那里，我们对影子进行测量，在谬之千里的测量结果中寻找那不可能更准确的标志。（Hubble,1936年，第201页）

我们从这段思想历程中能得到什么启示？人类情感脆弱，永远容易上当受骗，而且令人绝望地无知，做着宇宙中一个微不足道的斑点的主人。

祝您愉快。