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《从大爆炸到黑洞-史蒂芬·霍金的宇宙观》(二)

(三)我们的宇宙
  宇宙是无比的神秘,以致于当每一个人抬头仰望星空的时候,他都会不禁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是驮在一只大象的背上。
  
  在公元前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:一、月食是由于地球的影子投到月球上所致。
  
二、由于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。
三、地球是宇宙的中心。太阳、月亮、行星和其它恒星分别附在八个天球上,以完美的圆形轨道绕地球旋转。
  
  基督教将亚里士多德的理论完全接纳,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,为天堂和地狱留出了空间。
  
  1514年,教士尼古拉·哥白尼提出了"日心说",认为太阳静止地位于宇宙的中心,而地球和其它的行星围绕着太阳作圆周运动。由于害怕教会的迫害,哥白尼只能秘密地传播他的学说。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,这表明其它星球不一定围绕着地球旋转。继而开普勒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空间和时间中运动的问题。
  
  人们利用他的理论,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的,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,他解释说: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,因为这时引力分布是均匀的,不存在任何一个使它们聚集的中心。
  
  其实这是我们所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作是一个中心,因为在它的每个方向上都有无限多颗恒星。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的星体,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。
  
  于是我们遇到了一个不小的问题:无限静态的宇宙不存在!
  (待续)

《从大爆炸到黑洞-史蒂芬·霍金的宇宙观》(二)
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