宇宙之书:从托勒密、爱因斯坦到多重宇宙-第5部分
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Ｓ钪嬗纱罅啃窍担ɑ颉暗河钪妗保┕钩桑颐堑囊酉抵皇瞧渲兄弧Ｆ鸪酰庋南敕ú⒚挥斜蝗嗣侨贤５搅�1920年，华盛顿的史密森尼学会举办了一场著名的大辩论，两位美国天文学家希伯·柯蒂斯（Heber Curtis，1872～1942）与哈罗·沙普利（Harlow Shapley，1885～1972）各执己见。他们争论的焦点是，夜空中看到的螺旋状星云是不是像银河系一样的遥远星系。沙普利声称，银河系就是整个宇宙，但这并不能让当时的天文学家信服。
图2。3 伊曼努尔·康德
具有讽刺意味的是，赖特的高瞻远瞩之所以会被铭记，是因为它以某种方式被后来的科学家所发扬。后来的科学家有了更先进的仪器，于是进一步丰富了赖特的模型。赖特随后将精力转移到了建筑设计领域，并没有为天文学观测作出更多贡献。＇6＇但是，一位思想敏锐的年轻读者对他提出的宇宙图景十分着迷。1751年，27岁的伊曼努尔·康德（1724～1804）在汉堡市的报纸上读到一篇关于赖特的理论的（不完全可信的）二手说明。四年以后，作为回应，康德匿名写了一本关于宇宙的著作，题为《宇宙发展史概论》。这本书的流传并不广，因为出版商破产了，印好的册子最后也被执行法官拿走了。不过，仅仅一个世纪之后这本书就声名鹊起，当时德国物理学家赫尔曼·冯·亥姆霍兹（1821～1894）在德国的一次公众演讲时提到了它，遂引起了天文学家的注意。＇7＇
康德满腔热情地发扬了赖特的银河图景。他提出，赖特的恒星环状结构其实是一个恒星组成的自转盘面，其中向内的万有引力被绕星系中心旋转时产生的向外离心力所抵消。没有引力，这个恒星圆盘就会烟消云散；而没有旋转，所有的恒星就会向星系中心崩塌。康德认为，天文学家在望远镜中看到的所有星云＇8＇实际上是自转的恒星圆盘。
宇宙中万事万物之间都存在某种相似性，这反映出牛顿引力和运动定律是普适的客观规律。星系之间的差别只体现在视亮度上，也就是反映出它们同我们的距离有远有近；天上的星系千姿百态，又可以解释为它们的朝向与我们视线不平行——就像从不同的角度看一个橄榄球。于是，康德更进了一小步，试图寻找更多星系有可能拥有的形状。如果恒星聚集成像银河系这样的星系，也许星系就会陆续聚集成巨大的星系群，后者再聚集成星系群的星系群，依次类推以至无穷。这个方案并不完全自洽，因为它要求星系围绕星系群的中心旋转，形成盘状结构，而这些星系群之间也都要形成巨大的旋转盘面。不过说到用牛顿定律理解太阳系以外的宇宙结构，这是一次绝妙的尝试。＇9＇
康德的图景最突出的特点就是宇宙在演化，它就像生生死死的恒星一样会随时间变化。＇10＇康德的宇宙无边无际，所以并没有真正意义上的中心。但也会有一些特殊的位置，那里的物质密度最大，我们的太阳系就在这样的一个位置。可以看出，生命和有机体像球面波一样，从中心向外传播，所到之处焕发勃勃生机。在每一个尺度上，新形成的结构都在向内的万有引力和向外的离心力作用下保持平衡，就像银河系那样。＇11＇球面波的前缘布满了其他的太阳系，而其后缘则被耗尽了所有资源、陷入腐朽的死去世界所占据（图2。4）。丰富的新结构在膨胀球面的外部演化着，这是宇宙物质创生的前沿。中心区域的古老腐朽物质是第一批结构形成的残渣。但这不仅仅是个宇宙坟场，这些物质可以重新组合自己，循环利用，将来可以用于产生有序的恒星和行星系统，像是“凤凰涅槃”。因此宇宙可以永远演化下去，“创生永远不会完成或终结，它确实有个开端，但永远不会停止”，并且“各个世界和世界体系毁灭了，被吞进了永恒深渊，但同时创生也总是在天上忙着构建新的结构，好好地弥补那些逝去之物”。＇12＇
图2。4 康德的演化宇宙模型由无数个像这样的膨胀球面组成，其中每个球面的前缘都能产生恒星，然后渐渐变暗，而其后缘则标志着恒星的消亡①
① 作者来信指出，这张图只画出了前缘，而并没有画出后缘。——译者注
康德认为，上帝在不断地创造新的更大的世界，演化的宇宙应该被看作这个神圣伟大计划的一部分。所有已知生命的寿命都是有限的，我们不可能奢望违背这个法则。但大自然是无与伦比地丰富，允许“各个世界和世界体系在扮演过各自的角色之后，退出宇宙的舞台”，同时逐渐探索物质的所有可能组合。
康德把最古老的结构率先腐烂，同时新的结构不断形成的循环叫做“一定的规律”（a certain law）。因此，“已形成的世界被局限在已被消灭的自然之废墟和还未成形的自然之混沌中间”。
在以后的职业生涯中，康德的追求不再是天文学和牛顿物理学，而是批判哲学，这使他成为世界最著名哲学家之一。在1781年撰写的《纯粹理性批判》中，他对实在（reality）和主观实在（perceived reality）进行了重要的划分。我们必须区别客观真理和那些符合我们头脑中特有的范畴而为我们所理解的真理。康德将自己的哲学思辨自比于天文学中的哥白尼革命：①
① 此处参照了蓝公武的译本。——译者注
从前，人们假设我们的知识必须与对象保持一致……［但］为了在形而上学上取得进一步的进展，现在我们想试着假设对象必须与我们的知识相一致……这样我们正是沿着哥白尼的思想主线在前进。当假设闪闪发光的漫天星斗在围绕观测者转动时，他就无法对天体运动作出更恰当的解释，于是他把成功的希望寄托在这个假设的反面，即星星是静止的，而观察者在转动。关于对象的直观性，我们也可以在形而上学中进行同样的试验。＇13＇
对康德来说，事物的绝对真理是不可知的。只有部分，当它符合我们头脑中的范畴时，才可以被我们理解。＇14＇
星云假说
黑暗是永恒的，光明只不过是把黑暗隐藏了起来。
——丹尼尔·K。麦基南（Daniel Kian McKiernan）
康德对这个宇宙学理论的对立面也作出了贡献。在1755年的《宇宙发展史概论》中，他描绘了另一种图景：太阳系是由自转的气体和尘埃形成的。在1796年的流行读物《宇宙体系论》当中，法国天文学家皮埃尔·拉普拉斯（1749～1827）把这个想法发展成一个更精确的理论。这个关于宇宙本质的想法具有极高的可读性，并对法国（乃至欧洲）的知识界产生了巨大影响。
拉普拉斯可谓法国的大名人，他是拿破仑的科学顾问，杰出的天文学家、数学家和物理学家，并最终被皇帝授予侯爵。他也是个坚定的理性主义者，想要证明不借助任何超自然的力量，也可以解释行星如何形成。他在那本书的最后一章里解释了太阳系的起源。一团自转的云状物质收缩，形成了一系列行星，在同一个平面上绕太阳公转，同时这些行星也以相同方向围绕各自的对称轴自转。＇15＇这个理论被称为拉普拉斯的“星云假说”。后来，这个观点在当时的天文学家中很流行，他们认为夜空中每一块发光斑点都是正在形成的行星系统。这与赖特的理论非常不同，后者认为这些发光物应该是像银河系一样的星系，每一个都包含数以亿计的恒星和行星系统。
拉普拉斯侯爵的理论成为了维多利亚时期的宇宙学标准模型。1890年，当时最杰出的天文史学家艾格尼丝·克勒克（Agnes Clerke，1842～1907）曾如此断言：
现在完全可以这么说，没有任何合格的思想家……还能坚称任何单个星云都是与银河系相同级别的恒星系统。实际上可以肯定的是，天体中所有的星状和星云状的东西都属于同一个巨大集团。＇16＇
维多利亚时期的宇宙是由众多恒星构成的大轱辘，也就是我们所见到的银河。“夜空里的点点星光也许是河外星系”的观点暂时运交华盖了。
爱德华时期的宇宙中的生命
“为什么我们在这儿？因为我们不总是在那儿。”
——BBC电视剧《探案新窍门》＇17＇
艾尔弗雷德·罗素·华莱士（Alfred Russel Wallace，1823～1913）是19世纪一位伟大的科学家，他发现生命在自然选择的过程中会发生演化。不过，他并没有为此得到应有的赞誉。达尔文也在一直思考相同的想法，并经过很长一段时间独立地搜集了有关证据。但达尔文幸运的是，华莱士没有简单地先把自己的想法发表出来，而是写信告诉了达尔文。后来华莱士和达尔文的自然选择理论同时公布于世。华莱士对物理学、天文学和地球科学都感兴趣，在很长一段时期内把达尔文当作自己的同事，为了支持他的工作从很远的地方寄来标本。1903年，在《人类在宇宙中的位置》一书中，华莱士广泛研究了地球成为宜居之地的原因以及从宇宙的状态可以得出的哲学结论。＇18＇
华莱士对开尔文的一个简单的宇宙模型印象非常深刻。开尔文男爵＇19＇是当时英国科学界的领军人物，皇家科学学会的主席（1890～1895）。这个模型从牛顿引力理论发展而来，可以预测宇宙中巨型云状物质的命运。开尔文的兴趣格外广泛，并且都是从很小的时候就开始的：他从10岁起就在格拉斯哥大学听课，15岁时就写出了关于地球结构的重要研究论文；他发展了能量守恒定律和热力学定律的学说，引入了绝对温标；他也搞过仪器，并于1858年参与了跨太西洋海底电报电缆的研制和调试；他还抽空设计了标准水龙头，设计了中央暖气和空调的热泵，并对第一条电气化铁路的设计作出了重要贡献。
当他转而研究宇宙时，思想的锋芒同样锐利。他证明了，一团球状物质最终会由于自身引力而向中心塌缩，唯一能避免落入中心的方法就是绕着它旋转，而这正是康德提出的设想。开尔文的模型包含了约十亿颗太阳大小的恒星，这些恒星产生的引力导致恒星的公转速度正好与我们在附近的太空中所观察到的符合。＇20＇
图2。5 华莱士在1903年画的开尔文宇宙模型，其中太阳系（黑点所示）不在中心位置
图 2。5 是华莱士所画的开尔文宇宙模型。＇21＇华莱士对于开尔文宇宙模型的讨论的有趣之处在于，他采取了一种表面上看起来非哥白尼的观点，因为他认为宇宙中一些地方比其他地方更有利于生命的出现，并且我们因而并非生活在万物的中心，而是在靠近中心的地方。
在开尔文的宇宙模型里，物质将向着中心掉落，并与已经在那里的恒星融合，从而释放出热量，维持着漫长时间的能量输出。华莱士对宇宙广袤尺寸的解释值得大段摘录：
我们已经发现了，能够合理地解释太阳以及恒星群中其他同等地位的恒星得以长时间发光发热的原因。起初，原始宇宙核心部分弥漫的物质缓慢地运动着，逐渐会聚集成巨大质量的天体。但一段时间之后，会有物质以极高的速度，从周边区域稳步地、均匀地流进来，补充物质以产生和维持像我们的太阳那样的高温，并足以延续生命持续发展所需的漫长时间。对生命这个演化的最终产物来说，原始宇宙弥漫的物质的巨大质量和体积（这由开尔文勋爵假设提出）有着极为重要的意义，因为如果不是这样，中心区域就会相对缓慢而寒冷，不足以持续产生必要的热量；同时，到目前为止占有更大比重的、聚集在银河巨大的旋转环中的大部分物质也同样重要，可以防止有物质过多过快地流入中心区域……对于那些［恒星周边的行星］来说，如果它们的物质演化过快或过慢，就不曾有或不会有足够的时间让生命得以发展。＇22＇
华莱士看到，宇宙的总体性质和生命出现并欣欣向荣所必需的条件之间存在一定的联系：
我们可以隐约看到恒星宇宙的所有重大特性都与生命的成功发展有关系。这包括，广袤的空间、所形成的银河大圆环的形态，以及我们的位置比较接近它的中心但又不是完全落在中心上。＇23＇
同时他也发现，物质流入中心，并将引力势能转化为恒星热能的过程是不连贯的，先是很长一段时间的流入，加热了恒星，输出了热量，然后会冷却一段时期，也就是我们正处的时期。
华莱士最后将注意力转移到了地球的地质和历史方面，以讨论生命演化所需的宇宙条件。在那里，他看到的情况远比天文学中的复杂得多。他高度评价了历史的偶然性在人类演化轨迹中所起的主导作用，并认为生命所需的�
