有物混成，

先天地生。

寂兮寥兮，

独立不改，

周行而不殆，

可以为天下母。

音不知其名，

字之曰“道”，

强为之名曰“大”。

大曰逝，

逝曰远，

远曰反。

（中国，大约公元前600年）

老子（道德经·第二十五章）

在晴朗的天空中，高悬着一条引人注目的大道，它自身发光，灿烂辉煌，称为银河。沿着这条银河，众天神来到伟大的朱庇特的住所和他的堂皇的宫苑。这里正是声名显赫威力无比的天神之家园，我斗胆称之为伟大的天窗。

（罗马）奥维德《蜕变》（1世纪）

有些愚人妄称是造物主创造了世界，

这种信条实不可取，理应不屑一顾。

倘若是上帝创造了世界，

那在创世之前，上帝独自栖身何界？

上帝岂能无米成炊、创世而无需以物凭借？

倘若你说上帝先备料、后创世，

那你将永远不能自圆其说，而只能无休止地节节败退。

须知世界并非某人创造而成，

而是无始无终，如时间本身无缘无界。

正是基于这种理论……

——（印度）德富《伟大的故事》1（9世纪）

100亿或200亿年前，一件了不得的事情发生了宇宙大爆炸，炸出了我们的这个宇宙。大爆炸为什么会发生，这对我们来说是最大的奥秘。毫无疑问，大爆炸确实发生了。现在宇宙中的一切物质和能量也许都以极高的密度——一种令人联想到许多民族文化中关于天地万物的种种神话的宇宙蛋——集结成完全无量纲的数学点。这并不是说把所有的物质和能量硬塞人当今宇宙较小的一隅，而是说，整个宇宙、物质和能量以及它们所充斥的空间、只占很小很小的一点体积，这就没有多少余地可供种种事件在其间发生了。

在那次巨大的宇宙爆炸中，宇宙开始了一种至今从未停止的膨胀过程。把宇宙爆炸描述为从外部观察到的一种膨胀泡，这容易引起误解。就定义而言、我们所说的外部其实什么也不是，所以最好还是从内部来考虑它。也许可以用想象中依附于空间运动结构且向各个方向均匀膨胀的格线来表示。当空间扩展时。宇宙中的物质和能量随之膨胀并迅速冷缩那个过去和现在一样充满整个空间的宇宙火球的辐射，通过光谱——从γ射线到x射线再到紫外光，通过可见光谱的虹色，进人红外区和射电区、现在，用射电望远镜可以探测到那个火球的残骸。即从天空各处散发出来的宇宙本底辐射。在早期的宇宙中，太空是灿烂辉煌的。随着时间的流逝，太空的结构继续膨胀。辐射停息了。在普通可见光中。太空第一次变得黑暗起来了。就像今天这个样子。

早期的宇宙充满了辐射和最初由氢和氦组成的充实的物质团。这些物质团是由原始致密火球中的基本粒子形成的。如果当时附近有人去观察，那是几乎什么也看不见的。然后，少量气囊——不均匀的小囊开始增大。巨大而轻薄的卷须状气态云形成了。一群群发出隆隆响声的。缓慢旋转的物体，平稳地发着光，最后形成了含有亿万个闪光点的各种天体。宇宙中最大的可辨认的结构就这样形成了。我们今天见到了它们，我们自己就居住在它们中一个默默无闻的角落，后来，我们把它们叫做星系。

在大爆炸发生约10亿年之后，大概是因为大爆炸本身的非均匀性，宇宙中的物质形成了略微凹凸不平的块状分布。物质在这些块状结构中比在其他地方更为稠密。它们的引力把附近大量的气体引向它们，从而增大了必将成为星系团的氢和氦的云。后来，极小的初始的非均匀性又使得物质形成了坚固的凝块。

当引力坍缩继续时，因为角动量守恒，初生星系的旋转便不断加快。有的变平，在离心力不能抵消重力的地方，沿着自转轴把自己压扁。这些就变成了第一个漩涡星系，即一种在广袤太空中快速旋转着的轮状物质。其他一些引力较弱或自转初速度较小的原始星系只稍微变平，结果变成了第一批椭圆星系。因为万有引力和角动量守恒这些简单的自然定律在整个宇宙都一致不二，所以宇宙中有相类似的星系存在，就好像用同一个模子冲压出来的一样。为地球这个微观世界中的自由落体和花样滑冰尽力提供理论根据的物理学，造就了宇宙这个宏观世界中的种种星系。

在新生星系里，小得多的云块也经历了引力坍缩，内部温度变得非常高，激发了热核反应，第一批恒星也就开始运行。灼热而巨大的年轻恒星迅速演化，像浪子一样，毫不在意地挥霍其氢燃料资源，很快就在辉煌的超新星爆炸中结束了它们的生命，将热核尘埃——氦、碳、氧和种种较重的元素——还原为不断生成一代代新恒星的星际云。大量早期恒星的超新星爆炸，在紧邻的气体中产生了连续重选的冲击波，挤压着星系间的媒介物质，从而加速星系团的形成。引力是有机必乘的，即使是很小的物质凝块，它也会使之扩大膨胀。超新星爆炸的冲击波也许已经以各种规模促成了物质的增大，宇宙演变的史诗已经开始，即开始了对大爆炸产生的下列气体物质的凝缩进行分类：星系团、星系、恒星、行星，还有最终出现的生命，以及能认识一点导致生命起源奇妙过程的智慧生物——人。

今天的宇宙充满各种星系团。其中有些只是几十个星系毫无意义的、微不足道的集合体。被亲切地称之为“本星系群”中只包含两个还算大的星系，即两个漩涡星系：银河系和m31。其他星系团则大到含有数以千计的相互吸引旋转的巨大星系群。有线索表明，室女座星系团含有成千上万个星系。

从宏观着眼，我们居住在一个充满星系的宇宙之中，这些星系是1000亿个宇宙形成和衰变的优美楷模，有的井井有条，有的杂乱无章，二者都一目了然：正常的旋涡形，与我们地球视线成不同角度的旋臂（从正面我们见到的是旋臂，从侧面看还可以看到贯穿旋臂中心的气体，如尘埃所形成的暗带）；棒旋星系，有一条气体尘埃和恒星的河，流过中心并连接两头的旋臂；稳定的椭圆巨星系，包含上百万颗恒星，因为它们已吸收或与其他星系汇合，因此变得非常大；许多矮椭圆体，星系中的矮子，每一个包含有千百万无足轻重的太阳；许许多多各种各样的神秘的不规则星系，表明了在星系世界中有许多已出现毛病的地方；而互绕星系如此接近，以致它们的边缘因它们的伴星系引力作用而扭曲，还有这样的情况，引力拉出一条条气体和恒星的长条，成为星系间的桥梁。

有些星系团中的成员星系是按球面几何体排列起来的，它们主要由椭圆体组成。其中又常以一个巨椭圆体（即假定的银河野人）处于支配地位。其他那些以更无规则的几何体排列的星系团，比较而言，拥有相当多的旋涡形和不规则形的星系。星系碰撞的结果，改变了原始球状星系团的形状，同时可能促进从椭圆形往旋涡形和无规则形演变的过程。星系的形态及其数量足以向我们讲述一个可能是最为壮观的有关古代事件的故事，一个我们刚开始的故事。

高速计算机的发展，使我们有可能对几十或几万个集体运动点进行数值实验，每一动点代表一颗恒星，每个星都处在其他诸点的引力作用之下。在某些情况下，在已扁化为圆盘的星系中，旋臂完全以其自身的力量而形成。偶尔也有个把旋臂是由两个各自足足含有几十亿颗恒星的星系间的近距引力冲突而造成的。通过这种星系而弥漫扩散开来的气体和尘埃，会互相碰撞而变暖。但是当两个星系碰撞时，由于一个星系主要是空虚的，而且各恒星间的空间距离又很大，所以恒星就像子弹穿过蜂群一样。毫不费力地互相穿越。虽然如此，星系的外观还是会发生严重的变形。一个星系对另一个星系的直接撞击，能使该星系的成员恒星流入星系际空间，这样。一个星系就瓦解了。当一个小星系在正面撞上一个较大的星系时，它能产生一个最壮丽罕见的不规则星系，一个跨度达数千光年宽的环形星系，反衬着星系际空间的天鹅绒背景。它是星系池中一种飞溅、崩裂瓦解后的恒星的一种暂时的外貌。一个被拔除了核心的星系。

不规则星系的结构不清的黑斑，漩涡星系的旋臂，以及环形星系的环面，在宇宙影中只闪现在不多的几个镜头中，然后就消散了，而后往往又重新形成。我们感觉中的星系是极重的坚固天体，这其实是一种错觉。它们是由1000亿个星状成分组成的流体结构。正如一个人。他是由100万亿个细胞组成的集合体，很有特征地处于合成和衰变间的稳定状态，整个人体大于其各部分的总和。星系也是这样。

星系中的自杀率很高。强大的x射线源、红外辐射和射电波源就是一些近例。距离约有数千万或几亿光年远。它们有着极度发光的核，在光亮中波动达数星期之久。有些显示出辐射流、1000光年长的羽状物和在混沌中的尘埃盘，这是一些正在炸毁自己的星系。在诸如ngc625和m87一类的巨形椭圆星系的核中、可能存在质量比太阳大几百万倍到几亿万倍的黑洞。在m87里面。有些从比太阳系小的区域来的质量巨大、密度极高而体积又很小的东西，像钟表似地在持续活动，并且呜呜作响。黑洞很复杂，而在数10亿光年之外则是更为混杂的天体——类星体，它们可能是一些年轻星系的大爆炸，即自宇宙大爆炸本身发生以来宇宙史上最大的事件。

“quasar”（类星体）这个词是“quasiselrradiosource”（类—恒星的射电源）的缩略词。在它们并不都是强大的射电源这一事实弄清楚后、它们就被称为qsos（类恒星天体quasiselrobjec）了。因为它们表面像星，所以人们曾自然而然地认为它们是我们这个星系中的恒星了。但用分光仪对它们的红移现象进行观察表明。它们的距离可能极为遥远。它们似乎朝气蓬勃地参与了宇宙的膨胀，有些正以90%的光速退离我们。如果它们确实非常遥远，那么它们必定本身就极为明亮。才可能在那么远的距离外还能被看见，其中有的就像1000颗同时爆炸的超新星一样亮，正如“天鹅座x—1”一样，它们的迅速波动，表明它们的巨大亮度被封闭在一个很小的容积内。这样它就小于太阳系的体积了。一定有某些巨大的活动使类星体内的能量大量外泄。对此有各种假说，其中包括（1）类星体是巨型的脉冲星、有一个与强磁场相连的迅速自转的超大型的核；（2）类星体是由于密集于星系核心内的数百万颗恒星多次碰撞而撕开了其外层。把巨大恒星内部高达1o亿度的温度暴露在整个视野之下而出现的；（3）一个与此有关连的观点是：类星体也是一种星系，在这种星系内，恒星如此紧密地聚集在一起，以致一个类星体内的超新星爆炸会掀掉另一个类星体的外层而使它变成一颗超新星，从而产生恒星链锁反应；（4）类星体是从始至今日还多少保存于类星体内的物质和反物质相互间的激烈的湮灭中获得动力的；（5）类星体是一种当气体、尘埃及恒星落入该星系核中的巨大黑洞时释放出来的能量，这个星系本身也许就是较小的黑洞长年累月的碰撞和凝聚过程的产物；（6）类星体是作为黑洞的反面的“白洞”，一种使注入宇宙其他部分甚至别的宇宙的大批黑洞中去的物质汇集和显示的过程。

在考虑类星体时，我们遇到了许多深奥的秘密。不论类星体爆炸的原因何在，有一点似乎是很明显的：这样的极端猛烈的事件必定造成不可言状的大破坏。在每次类星体爆炸过程中，都有几百万个世界——其中有的世界有生命和能够理解所发生的事件的智力存在——可能被彻底毁灭。对星系的研究揭示了宇宙的秩序和宇宙之美，同样也向我们显示了一种至今连做梦也想象不到的剧烈的混乱。我们能生活在允许生命存在的宇宙中，这是非同寻常的；我们生活于其中的是一个毁灭星系，毁灭恒星和毁灭种种世界的宇宙，这也同样是非同寻常的。这个宇宙对诸如我们人类这样的微不足道的生物来说，似乎既无善意，也无恶意，只是漠不关心罢了。

甚至像银河系那样，看起来彬彬有礼的行星，也自有其激动起舞的时候。射电观察表明，有两片足以制造几百万个太阳的巨大氢云从银心骤然跌落，就好像那儿不时在发生轻度爆炸似的。一个在地球轨道上运行的高能天文台已经发现，银心是某种独特的γ射线谱线的巨大源泉，这完全符合那种认为在银心隐藏着巨大黑洞的观点。像银河系这样的星系也许正处于不断演化进程中的稳重的中年；这种星系，在其激烈的青春期中包含有类星体和爆发星系，因为这些类星体距离如此遥远，以致我们见到的只是它们的青春期，是它们几十亿年前的模样。

银河系的恒星运动起来优美雅致，自成流派。球状星团冲过银面，并从另一边出来，此后，它们就降低速度，返身冲回。如果我们能够尾随一个个具体的恒星看它们在银面上疾驰的独特运动，就会发现它们像是一锅炒玉米花。我们从未看见某个星系较明显地改变其形式，这是因为这个变化过程需要很长时间。银河每自转一次要25亿年。如果我们使之加速自转，我们会见到银河系是一个活动的、几乎是有机的实体，有几分像一个多细胞有机体。星的任何一张天文照片，只不过是它笨重缓慢的运动和演化过程中某一阶段的一张快照而已。2星系内部区域像固体一样自转。但是，此外其外层地区的自转运动逐步变慢，就跟太阳周围的行星遵循开普勒第三定律而自转一样。它的旋臂有缠绕其核的趋向，并且旋涡在不断紧缩，而气体和尘埃则以更大密度的旋涡型式而聚积，它们又成了那年轻、炽热和光亮的恒星的形成场所，这些恒星勾出了其旋臂外形的轮廓。这些恒星照耀1000万年左右，只相当于银河系自转周期的5％。但当那些勾出了旋臂外部轮廓的恒星燃烧殆尽时，新的恒星和相联星云便随后形成，而旋涡型式则持续不变。那些勾勒出旋臂外部轮廓的恒星的生命比银河自转一次的时间短得多，留下的只有旋涡型式。

绕银心转动的任何一个特定恒星的速度，通常与旋臂中恒星的速度不同。太阳一直以每秒200公里（大约每小时50万公里）的速度绕银河系中心旋转，而它进出旋臂的速度则经常是前者的20倍。平均说来，太阳和它的行星在一个旋臂里要花4000万年时间，在外面要花8000万年时间，进去还要花4000万年，循环往复。旋臂勾勒出最近正在形成的许多新恒星的区域，但并不一定是像太阳一样的中年恒星所在的区域。在这个纪元，我们住在旋臂之间。

太阳系穿过旋臂的周期也许对我们具有很重要的影响。大约在1000万年前，太阳从猎户旋臂的谷德带***来。猎户旋臂现在的距离略远于1000光年（猎户臂的内部是人马座臂；而英仙座臂则在猎户座臂之外）。当太阳穿过旋臂时，与现状相比则更能进入气体星云和星际尘埃云、并更可能遇到次星质量的天体。已经有人提出，我们行星上的主要冰川期，也许是由于太阳和地球间星际物质的介入造成的。大概每隔1亿年左右重现一次。w·纳皮尔和s·克拉波已经提出太阳系中的许多卫星、小行星、彗星和绕行星旋转环，曾在星际空间自由徘徊，直到太阳冲过猎户旋臂时，它们才被捕获。虽然这也许不大可能。但却是一种引人入胜的想法，也是能测定的。我们所要做的一切，就是设法得到像火星的内卫星或彗星那样的取样，然后检验其镁同位素。相当丰富的镁同位素，（都有相同数目的质子。但有不同数目的中子）取决于产生了镁的任何特殊标本的恒星核聚变事件的精确结果。其中包括邻近超新星爆炸的时限。在银河系的不同角落，本会出现事件的不同结果，并总会出现不同比率的镁同位素。

大爆炸的发现和星系的退行，来自一种叫做多普勒效应的常见的自然现象。对于声物理学的多普勒效应，我们是习惯的。从我们身边疾驰而过的汽车，当司机按响喇叭时，司机在车内听到的是一种固定音调的平稳的嘟嘟声；而我们在车外听到的则是音调的特有变化。在我们听来，喇叭声从高频向低频逝去。以每小时200公里的速度行驶的一辆高速汽车，几乎是空气中一高一低、一高一低的连续波，波与波离得越近，音调就越高。如果一辆汽车驶离我们而去，它便拉长了声波，在我们看来，它便使声波降到较低声调，产生了我们所熟悉的特有的声音。如果汽车向我们驶来，声波就会被压缩，其频率就增高，我们就会听到一阵高音调的声音。我们闭上眼睛也能从其音调的变化来推定汽车的速度。

多普勒效应。一个静止的光源或声源发射出一组圆形波。如果其源从右向左移动。波的中心便由1渐进到6。在b处的观察者看到波拉长了，而在a处的观察者则看到波缩短了。远去的源被看做红移（波长拉长）近来的源被看作蓝移（波长缩短）。多普勒效应是宇宙学的关键。

光也是一种波。与声音不同的是，光极易穿过真空。多普勒效应在此也起作用。如果汽车由于某种原因向前方发射出一束纯黄色的光，而不是发出声音。那么汽车向我们逼近时，光频就会稍微降低。在通常速度下一这种效应难以觉察。然而，如果设法使汽车以几分之一的光速行驶，我们便能观察到向高频变化的光色，即当汽车逼近我们时，光色接近于蓝色，当汽车退离我们时，这向低频变化的光色就接近于红色。我们能觉察到以非常高的速度向我们逼近的天体具有蓝移的谱线色彩；以极高速度退离我们的天体则具有红移谱线。3在遥远星系谱线中观察并解释为多普勒效应的这种红移，是宇宙学的关键。

本世纪初，为眺望当时还是晴朗的洛杉矾上空，以便发现遥远的星系的红移现象，在威尔逊山上建造世界上最大的望远镜。望远镜的大部件必须运送到山顶上，这项工作是由骡马队干的。一位名叫弥尔顿·哈马森的年轻骡皮商，帮助把望远镜的机械和光学设备、科学家、工程师以及种种显贵人物运送上山。哈马森经常骑马指挥他的骡马队。马鞍后边站着他的白色小猎犬，它的前爪就搭在他的肩膀上。他是一个刁着烟斗的杂工、一个赌场老手、弹子戏行家，是一个当时被称为好对妇女献殷勤的男子。他受的正规教育不过8年，但他聪明好奇、天生好学，对被自己艰难地运到高山顶上去的设备很感兴趣。哈马森那时与天文台一位工程师的女儿相好，而这位工程师看到自己的女儿看中一个只甘当骡皮商而没有更大抱负的小伙子，便持保留的态度。因此，哈马森在天文台干一些杂活，诸如电工助理、看门、擦地板等。真是无巧不成书，一天夜里，值夜班的望远镜助理身感不适，便问哈马森是否可以暂代他的岗位。哈马森便趁机显露了他对于仪器的精湛技巧，小心照管好仪器，结果很快成为一名固定的望远镜操作员和助理观察员。

第一次世界大战后，埃德温·哈布尔（扫校者注：即埃温德·哈勃，哈勃定律的提出者）来到威尔逊山，并且很快就出了名。他是一位文雅、善于交际的天才学者，说话带有浓厚的英国腔，在短短一年里就获得牛津大学的罗兹（rhodes）奖学金。正是这个哈布尔，提出了这样一个确定的论断，即：旋涡星云实际上就是“宇宙岛”，像我们自己的银河系一样，是由无数个恒星组成的集合体。他计算出了用来测量星系距离所需的恒星标准烛光。哈布尔和哈马森合作得很好，是一对难得的和谐共事的望远镜工作者。他们效法洛韦尔天文台天文学家v·m·斯莱弗，开始测量遥远星系的光谱。不久，哈马森就明显地表现出比世界上任何一个职业天文学家更具有才智去测得遥远星系的高质量的光谱。他成了威尔逊天文台的正式工作人员，学会了他工作上所需要的许多科学基础知识。他逝世时颇受天文学界的尊敬。

来自某个星系的光是该星系内几十亿颗恒星所发射的光的总和。当光离开这些恒星时，恒星最外层的原子就吸收了它的一定频率和某些颜色。最后，这些光谱线向我们表明数百万光年远的恒星含有与我们的太阳及其邻近恒星所含的相同化学元素。哈马森和哈布尔惊奇地发现所有遥远星系的光谱都有红移，他们更为惊讶的是，星系离我们越远，谱线红移就越多。

对红移的最明确的解释要依据多普勒效应：星系在远离我们，星系离我们越远，其远离速度就越大。但是，星系为什么会逃离我们呢？难道我们在宇宙中所处的位置有什么特殊，银河在星系社会生活中似乎表现了某种漫不经心而又令人不快的举动吗？似乎更为可能的是，宇宙本身在膨胀，从而影响了星系。逐渐澄清的事实是：哈马森和哈布尔发现了大爆炸——它即使不是宇宙的起源，至少也是宇宙起源的最新化身。

几乎所有的现代宇宙学——特别是关于膨胀宇宙和大爆炸的观点——都是基于这么一个观点的，即：遥远星系的红移是多普勒效应，并起因于它们的远离速度。但是，自然界中还存在着其他种种红移。例如引力红移，在这种红移中，有一种离开强引力场的光，必须做许多功才能摆脱强引力，这样，它在其行程中便失去能量。这是一个被遥远的观察者理解为逸散光移为较长波长和更红颜色的过程。因为我们认为在某些星系中心可能有一些巨大的黑洞，所以这是对它们红移现象的一种可信的解释。然而，观察到的特殊谱线经常具有非常轻薄的扩散气体的特色。附近黑洞并非一定出现很高的密度。或者，红移也许是多普勒效应，并不是由宇宙的一般膨胀引起的，而是由一个较小和局部的星系爆炸引起的。不过。这么一来，我们就应指望飞向我们的爆炸碎片与飞离我们的一样多，指望蓝移与红移一样多。然而，不管我们把望远镜对准本星系群以外的多么遥远的天体，我们实际上看到的几乎只有红移，别无它物。

不过，关于从多普勒效应到星系红移以及宇宙在膨胀的推导是否完全正确。一些大文学家对此抱有吹毛求疵的怀疑态度。天文学家霍尔顿·阿尔普发现了种种不可思议的和混乱的情形，即：处在明显自然共生组中的一个星系和一个类星体，——或一对星系，具有极不相同的红移。偶尔似乎有连结它们的气体、尘埃和恒星桥的存在。如果红移是由宇宙的膨胀而引起的。那么极不相同的红移寓示着极不相同的距离。但自然连结着的两个星系几乎不可能又彼此离得很远，有时竟相隔有10亿光年远。持怀疑态度的人说这个共生的说法纯属统计学上的认识。例如。邻近亮星系和遥远得多的类星体只是偶尔沿视线排列。每个都有极不相同的红移和极不将同的远离速度；它们之间并没有真正形体上的联系。这种统计排列一定会不时地偶尔发生。这种争论的中心在于巧合的数目是否大于偶然的数目。阿尔普提到了其他情况，在这些情况下，红移小的星系的两侧有两个具有几乎相同的大红移的类星体。他认为，类星体不在宇宙论距离上，而被处在“前景”的星系或左或右地逐出去。这种红移是某种尚未探明的作用过程的产物。持怀疑态度的人论证了偶然巧合的排列和传统的哈布尔——哈马森对红移的解释。如果阿尔普是正确的，那么，用来解释遥远类星体能源的外来机理——超新星链式反应、超大黑洞等等——就证明是没有必要的了。那么，类星体就不一定是非常遥远的、这就需要某些其他外来机理来解释红移。在任何一种情形中，太空深处都正在发生着一些非常奇怪的事。

用多普勒效应解释的具有红移的星系视退离，并不是大爆炸的惟一证据。独立而又相当有说服力的证据来源于宇宙黑体背景辐射，即来源于以我们纪元中所期望的强度，相当均匀地来自宇宙中的各方向电波模糊的静电干扰，以及来自现在实际上冷却了的大爆炸的辐射。但在这点上也同样存在着令人困惑的东西。用u—2飞机把敏感的无线电天线送到接近地球大气层顶部所进行的观察已经表明，背景辐射大体上在所有方向都一样强，好像大爆炸火球相当均匀地膨胀一样，具有很准确。很对称的宇宙起源。但背景辐射一经更精确的检查，便证实并非完全对称。如果整个银河系（也许还有本星系群的其他成员）以每小时100多万英里（每秒600公里）的速度朝室女座星系团疾驰，则有一个可能被理解的很小的系统效应。以这种速率。我们将在百亿年内到达室女座星系团，那么研究河外天文学也就会容易得多了。室女星团是已知的最丰富的星系集团，充满了旋涡、椭圆体和不规则体，真是天空中的上个珠宝盒。但为什么我们会朝着它疾驶而去呢？乔治·斯姆特和他的同事们进行了这些高空观察，指出在引力作用下，银河系正被拖向室女座星团的中心，该星团有着比我们以前已探测到的多得多的星系；更令人惊讶的是，这个星系团具有巨大的容积，能跨越10亿或20亿光年远的巨大空间。

可探测的宇宙本身只有数百亿光年宽，要是室女座群星有一庞大的超星系团，那么在遥远得多的距离中大概还有其他相类似的超星系团存在，相对来说，要探测到这类超星系团就更困难了。在宇宙生命史中，初始引力多相性显然没有足够时间来聚积似乎存在于室女座超星系团中的大量的物质，因此，斯姆特试图得出这么一个结论，即大爆炸的一致性要比他从其他观察中所发现的少得多，宇宙中的原始物质是以多块状播散开来的（某些小块度是在预料之中的，而且甚至确实是了解星系的凝缩时所必需的。但在这个尺度上小块度却是一种意外）。或许只能通过设想有两个或更多个几乎同时发生的大爆炸，才能解答这个难题。

即使对膨胀宇宙和大爆炸的整个描述是正确的，我们也一定还会遇到更加棘手的难题。大爆炸时的种种情形是怎样的呢？在此之前发生过什么情况呢？是否有一个极小的宇宙，它没有任何物质，然后物质突然从虚无中冒了出来？那一切又是怎样发生的呢？许多民族的文化惯于用上帝从虚无中创造世界来回答这个问题。但这种解释只是暂时成立的。如果我们有勇气打破砂锅问到底的话，当然我们就要接着提出上帝又是从哪儿来的问题，要是我们觉得这是一个无法解答的问题那为什么不直截了当地断定：宇宙的起源同样也是一个无法解答的问题呢？换一句话说，如果我们认为上帝一直就固有存在，那为什么又不直截了当地肯定宇宙也是一直就固有存在的呢？

每一种民族的文化都有其创世之前和创造世界的神话，这些神话往往又配上神明或安排一个“宇宙蛋”。通常，宇宙又被天真地想象为遵循人或动物的先例。这里列举5个太平洋海盆区的神话，这些神话的复杂程度各不相同：

最初，一切都在永恒的黑暗中休眠：夜幕就像不能穿越的灌木丛一样笼罩着一切。

中澳大利亚阿拉达族创世祖神话

一切都处于悬疑之中，平静而默然；一切都静止不动；天空浩瀚而空荡。

玛雅族克丘亚人神话

那·阿里安像一朵在虚无中飘浮的云彩一样，孤独地坐在太空之中。他不睡，因为不知睡为何物；他不饿，因为他不知饿为何感；于是他就这样不吃不睡地过了很长时间，直到一个思想在他脑海中浮现。他自言自语地说：“我要创造出一件东西来。”

吉尔伯特群岛迈亚纳岛神话

起先有一个很大的宇宙蛋。蛋内是一团混沌：这混沌中漂浮着发育不全的神圣胚胎盘古。盘古从宇宙蛋中迸发出来。后来，身材比现在任何人大4倍，手握他用来开天辟地的锤子和凿子。

中国的盘古神话（大约3世纪）

天空和大地成形之前，一切都含混而无形……那些清澈而轻盈的东西飘扬而上，变为天空；而那些混浊而沉重的东西凝固下来，变为大地。那些纯洁、精细的物质很容易聚集在一起，而那些沉重混浊的物质则极难凝固成形。所以，天空先完整地形成了，而后才形成大地。当天空和大地在虚无中接合起来时，一切都还是原始而朴素。就这样，未经任何创造，事物就出现了。这就是大同。一切事物都出自这个大同，但都变得互不相同了……。

中国《淮南子》（大约公元前1世纪）

这些神话歌颂了人类的胆识。这些神话与我们关于大爆炸的现代科学神话之间的主要差别在于，科学是自问自答的，我们能进行实验和观察来验证我们的设想。而那些关于创世的故事只值得我们深深地敬佩。

人类各种文化都喜欢自然界中的循环现象。但是，有人认为，如果神不授意于它们，那些循环又怎能出现呢？如果在人类漫长的岁月中存在着循环，那么在永恒的神境里就不可以有循环吗？在致力于阐明宇宙本身经历了许多次，实际上无限多次的消亡和再生方面，印度教是世界上惟一享有盛誉的宗教。它是惟一的一种，其时间尺度无疑是偶然地与现代科学宇宙学的时间尺度相一致的宗教。其循环周期是我们平常的一天一夜到婆罗门的一天一夜，864亿年，比地球或太阳的年龄还长，大约是大爆炸发生以来的时间的一半，而且还有长久得多的时间尺度。

有一种十分引人的深奥信念，说宇宙只不过是一种神的梦境，这神在100个婆罗门年后，自己将消失在无梦的睡眠中。宇宙随着神而消失，直到另一个婆罗门世纪时，他动起来，重整旗鼓又开始做伟大的宇宙梦。同时，别处还有无穷多的其他宇宙，各有自己的神在做着各自的宇宙梦。这些伟大的设想被另一个或许更为伟大的想法所冲淡。据说，人不可能成为神梦的对象，相反，神却能成为人梦的对象。

印度有许多神，并且每个神又都有多种表现形式。11世纪铸造的青铜像就铸有主神湿婆的几种不同化身。这些不同化身中最高雅、最尊贵的就是体现每个宇宙周期之始创造宇宙的一种化身，即称为主神湿婆的宇宙之舞。在这个叫做纳塔拉亚，即舞王的化身中，湿婆神有4只手。其右上手中拿着的是一面其声音就是创世音的鼓；其左上手中拿着的是火舌，暗示新近创造的宇宙会在数十亿年后被彻底摧毁。

我喜欢把这些深奥而动人的图像想象为现代天文学的前兆。自大爆炸发生以来4，宇宙很可能一直在膨胀，但绝非表明它将长此不懈地膨胀下去。这种膨胀过程可能逐渐减慢，停止下来，然后便自行收缩。如果宇宙中的物质少于某一临界量，退行星系的引力就不足以使膨胀停止下来。这样，宇宙就会永远失去控制。但如果宇宙中的物质比我们所见到的要多，比如说藏在黑洞或藏在星系之间的热而不可见的气体中，那么，宇宙就会因引力作用而保持一体，略带一个印度式的连续周期，膨胀之后出现收缩，宇宙之外还有宇宙，宇宙是无终结的。如果我们生活于其中的是这么一个不断地膨胀、收缩、再膨胀、再收缩的振荡宇宙，那么，大爆炸就不是宇宙的创始，而只是前一个周期的终结，也就是宇宙最新化身的毁灭。

上述两种现代宇宙学没有一种能让我们十分喜爱。其中一种认为，宇宙是以某种方式在100亿或200亿年之前被创造出来的，永远不停地膨胀，星系互相远离，直到最后一个星系在我们的宇宙地平线上消失为止。那样一来，星系天文学就无事可干了。恒星冷却并且消亡了，物质本身腐烂了，宇宙则成了一缕冷薄的基本粒子的烟雾。另一种学说。即振荡宇宙学说则认为，宇宙既无始也无终。我们处在宇宙死亡和再生的无限循环之中，没有任何信息流过这种振荡的顶峰。宇宙前一化身中演化了的星系、恒星、行星、生命形式或者文明，无一能够徐徐地进入顶峰，颤悠悠地飘过大爆炸而为我们现今的宇宙所知。两种宇宙学说所论的宇宙命运，似乎有点令人失望，但我们可以在有关的时间表中获得安慰。这些事件的发生需要数百亿年或更多的时间，而人类和我们的子孙后代——无论他们是些什么人——在宇宙消亡前的数百亿年里能够完成许多光辉业绩。

如果宇宙确实振荡，那便产生了更奇怪的问题。一些科学家认为，当膨胀之后收缩的时候，当遥远星系的光谱都发生蓝移的时候，因果就会颠倒，效应会先于起因，就好像先有涟漪从水面一点向四处蔓延，而后我才投石于池塘中；也好像先有出现火把熊熊燃烧而后我才点着它。这种因果倒置意味着什么，对此，我们不能不懂装懂。难道人们能在同一时间中从坟墓中诞生，并从母腹中别世吗？时间会倒退吗？提这些问题有什么意义呢？

科学家们极想知道的是：从收缩到膨胀的转换过程中，到底振荡着的宇宙在顶峰发生了什么情况？有的认为，那时自然规律任意做了重新安排，管理这个宇宙的物理学和化学只代表范围无穷大的诸多自然法则中的一条法则。不难看出，只有范围有限的几条自然规则与星系以及恒星、行星、生命和智能的实际相一致。如果种种自然规则在顶峰不可预测地进行再分类，那么只有通过最特殊的巧合，宇宙自动售货机才会提供一个与我们相一致的宇宙。5

我们到底是居住在一个永远膨胀的宇宙之中，还是在有一组无限循环周期的宇宙之中呢？有种种方法可以找到这个答案：既可以通过对这个宇宙中的物质的总量进行精确的普查的办法，也可以通过查看宇宙边缘的方法。

射电望远镜能探测到非常模糊而又非常遥远的天体。当我们遥望九霄云外的空间时，同时也就在追溯远古的时间。离我们最近的类星体大概离我们5亿光年远，最远的可能离我们100亿或120亿甚至更多一些光年。如果我们看到120亿光年远的天体，那实际上我们就是看到了它120亿年前的样子，通过遥望九霄云外的空间，我们就是在追溯遥远的过去，追溯到宇宙的地平线，追溯到大爆炸的纪元。

正大天线阵（v）是在美国新墨西哥州的一个偏远地区上的27个各自独立工作的射电望远镜集合群体。它是一个相控阵，由电子装置把一个个独立工作的望远镜连结起来，就像是一个大小同其最微小的元件一般无二的望远镜，又像是一个几十公里宽的射电望远镜。正大天线阵（v）能分辨或识别光谱射电区的细小清晰度，可与地面最大望远镜在电磁波谱中光学区所能做到的相匹敌。

有时候，这种射电望远镜与地球另一侧的望远镜连结一起，形成了可与地球直径相比的一个基线，在某种意义上说，就是一架像地球这个行星一样大的望远镜。将来，我们也许会有绕向太阳另一端的地球轨道望远镜，效果上相当于一架与内太阳系一样大的射电望远镜。这种望远镜可以揭示类星体的内部结构和本质。也许将得出类星体的标准烛光，并测定类星体的距离确与它们的红移无关。知道了最遥远的类星体的结构和它们的红移，我们也许就能弄清几十亿年以前宇宙膨胀的速度是否更快些，现在是否正在变慢，宇宙是否会在某一天毁灭。

现代射电望远镜灵敏度很高，遥远的类星体如此模糊不清，以致所探测到的辐射大约相当于千万亿分之一瓦特。地球上所有射电望远镜已经收到的来自太阳系外的总能量，要少于一片雪花落地所产生的能量。在探测宇宙背景辐射，计算类星体数、搜索空间智能信号的过程中，射电天文学家们正在研究处理的，只是少得几乎根本不存在的能量。

某些物质，特别是恒星中的物质、在可见光中发光，显而易见。其他物质，如星系界外的气体和尘埃，就难以探测到。虽然它好像在发射电波，但它却不发射可见光。正是由于这个原因。我们才需要利用外来仪器以及和我们肉眼敏感的可见光不同的频率，来解释宇宙学之谜。在地球轨道中所进行的观察，已经发现星系间有强x射线辉光。起先认为它是热的星系际氢，以前从未见过如此大量的氢——大概足以闭塞整个宇宙，足以保证使我们陷于振动宇宙的困境。但是吉亚科尼进行的最新观察，已经能够把x射线辉光分辨成许多单个的点，大概是遥远类星体巨群。这也为宇宙提供了前所未知的质量。当宇宙财产目录制成的时候，所有的星系、类星体、黑洞、星系际氢、引力波，还有太空外来居民统统被总结起来时，我便就会知道我们居住在什么样的宇宙之中了。

在讨论宇宙的大规模结构时，天文学家总喜欢假定空间是弯曲的，或者说宇宙没有中心。或者宇宙是有限而无边际。他们究竟在谈论什么？让我们来设想我们居住在一个奇怪的国家，那里人人都是平展展的。跟随住在维克多利亚时期的英格兰的一个研究莎士比亚的学者艾勃特，我们来到称为“平面国”的一个地方。我们中有些人是正方形，有些是三角形，有些具有更复杂的外形。我们匆忙进出于我们的平面建筑，从事平面公务，荒唐度日。平面国的每一个人只有宽度和长度，却没有一点高度。我们只知道前后左右，但若没有提示，一点儿也不理解什么是”上和下”——只有平面数学家才知道它。他们说：“听着，这事真是非常容易。想象一下左右方向，想象一下前后方向。这样想象不难吧。呃？现在来想象另一种维度，与其他两边成直角。”而我们则莫名奇妙，问：“你们在说些什么呀？‘与其他两边成直角’，是吗？可世上只有两维。要我们指向的那个第三维，可它在哪儿呢？”这些数学家们一听就泄了气，没精打采地走了。谁也不去理睬什么数学家。

平面国上的每一正方形伙计只看到另一正方形的某条线的一段，即只看到离它最近的那一面。稍微走开点它才能看到正方形的另一面，但正方形的内部却永远是个谜，除非某个意外事件或对它进行解剖而打破它的各个面。使其内部状况暴露出来。

有一天，一个三维生物——假定外形像个苹果——来到“平面国”’。在其上空盘旋。当它观察到有个特别引人注目并令人赏心说目的正方形正进人它平面房子的时候，这个苹果形的生物便拿定主意要向这个正方形致意——用维际间友好的手势表示问候：“您好！”第三维的访问者说道：“我是来自第三维的访问者。”可怜的正方形环顾了一下它关闭着的房子，什么也没看见。更糟糕的是，在它看来，从上方进来的问候声似乎是从它自身的平面体内发出来的。也许它此刻兴致勃勃细地想到：神经有点错乱正是它这个家族世代相传的通病。

苹果的问候竟然被正方形误认为是其本身的一种心灵失常，这大大激怒了这个苹果。于是，它降落到“平面国”上来。在“平面国’”上，三维伙计只能部分存在。只有一个截面能被看到，即那些与平地的乎面所接触的点。一个在平地上蜿蜒滑动的苹果，首先总是作为一点出现的，然后逐渐变大，成为近乎环形的薄片。正方形看到了在它的二维世界的紧闭房间***现了一个点，这个点慢慢变大，逐渐成了一个圆形。一个不断变化形状的陌生伙计蓦地出现了。

由于对这个平展展的愚笨家伙感到失望和不满、苹果便撞了正方形一下，让它腾空而起，飘飘然旋而进入那个神秘的第三维。起先，正方形对正在发生的一切感到莫名其妙，它从未经历过这种事情。但它终于意识到自己正从一个独特的有利角度上观察平面国，即“居高临下”。它可以透视关闭的房间，透视它的平面伙伴们。它正从一个独特而绝妙的视角上观察着世界。穿过另一维，这一动作的附带利益是使正方形获得了一种x射线视觉。最后，我们的正方形像一片落叶一样慢慢降回到平面上，在它的平面国同胞们看来，这个正方形先是已经莫明其妙地从紧闭的房间中消失，而后又令人费解地蓦然显形了。它们说：“天哪！你到底怎么啦？”“我觉得”，它不由自主地答道：“我在上面来着。”它们轻轻拍打着它的各个边，安慰它。幻觉始终是它的家族病。

在这些维际设想中，我们不必局限于两维。遵照艾勃特的观点，我们可以设想一个一维世界，在那里每个人只是一条线的切段，或者甚至可以设想一个零维兽，即许多点的奇妙的世界。但多维的问题也许更为有趣。还能有第4维度吗？6

我们可以设想用如下的方法来组成一个立方体：取一定长度的一段线，沿直角以其相同长度移动，这样就得到了一个正方形。然后又以相同的长度把这个正方形移到与其本身成直角的位置，这样就可得到一个立方体。我们认为，这个立方体会有一片投影，我们通常把这片投影画成其各角顶相连结的两个正方形。如果我们以两维来检查立方体的投影，就会看到：并不是所有的线都等长，它们的角也并非都是直角。这个3维体在其两维变体中并未得到完美的体现。这就是在几何投影中失去一维的代价。现在，让我们把这个3维立方体取出来，按与其本身成直角的角度，使之穿过一个第4物理维，既非前后、左右挪动，也非上下升降。而是同时与前后、左右、上下等这些方向成直角。我无法向你表明那到底是什么方向，但我却能想象这种方向确实存在。在这种情况下，我们准能造出一个4维的超正方体来，也叫做四方体的4维模拟。因为我们把自己限死在3维之中，所以我无法让你们看看田形体（四方体的4维模拟）是个啥模样。而我所能给你看的只是田形体的3维投影：它类似于两个套装在一起的立方体，其各角顶以线连结。但是，作为真实的4维田形体，它所有的边应等长，所有的角都为直角。

设想一个完全像“平面国”那样的宇宙，它们的两维宇宙是随第3物理维而弯曲的，只是不为其居住者所知罢了。当平地居民们作一次短途旅行时，它们的宇宙看起来是很平的。但如果它们中的某个人沿着似乎是一条很直的线走很长很长的一段路，它就会发现一个伟大的奥秘：虽然它并未遇到障碍，也从未走回头路，但它莫明其妙地又回到了它出发的地点。它的二维宇宙一定已经变弯了，随神秘的第3维而变得弯曲了。它无法想象那个第3维是个什么模样，但它能推断它，使本故事中所有各维增加一维，你就会得到与我们相符的情形。

宇宙的中心在哪里？宇宙是否有边缘？边缘之外又有什么？在两维宇宙里，由于它随第三维而弯曲，所以没有什么中心，至少在球体表面上没有中心。这样的一个宇宙中心并不在那个宇宙里，令人费解的是它处于第3维中，即球体内部。尽管球体表面只有这么多面积，但这个宇宙却没有边缘——它是有限而无边际的。所以，在它之外有些什么的问题是毫无意义的。平面生物不能依靠自身的力量逃离它们的二维世界。

在所有各维上增加一维，结果就会得到可能与我们相符合的情形：作为宇宙，4维超球体没有中心，也没有边缘，在它之外什么也没有。那么，为什么所有的星系似乎正在远离我们呢？超球体从一点开始膨胀，像一个胀大的4维气球一样，每时每刻都创造更多的宇宙空间。膨胀开始后的某个时候，星系凝缩了，并在超球体表面向外移动。每一星系中有许多天文学家，他们所见到的光也局限在超球体弯曲表面上。由于球面膨胀，任何星系上的某个天文学家都会以为所有的其他星系正在远离它。不存在任何特许的参照系。7星系离得越远，退行就越快。星系嵌于空间，附于空间，而空间结构在膨胀，问题是大爆炸曾发生在现在宇宙什么地方？显然答案是：到处发生。

如果没有充足的物质来阻止宇宙永远膨胀下去，那么它必定会有一个开口形状，像一个弯曲的马鞍，其表面以我们的3维数学比例而无限延伸。如果有足够的物质，那么宇宙就会有一个闭合的形状。像以我们3维模拟那样弯曲的球面。要是宇宙是闭合的，光就会陷于其中。在本世纪20年代，观察家们在与m31相反方向上发现了一对遥远的旋涡星系。他们极想弄清这是否可能是他们从另一方向看到了银河和m31——这像用一种环射宇宙的光看见你自己的后脑一样。现在，我们已经知道，宇宙要比他们在20年代所想象的大得多，光要花费比宇宙的年龄还长的时间才能环航宇宙。而星系则比宇宙年轻。但是，如果宇宙是闭合的，并且光不能从中逃离出来，那么，把宇宙描绘成黑洞可能就完全正确了。如果你想知道黑洞的内幕，那就请你环顾你的四周吧。

前面我们已经提到过这么一种可能性，即：蛀洞可能穿过黑洞从宇宙的一个地方到另一个地方，而无须走过其间的路程。我们可以把这些蛀洞想象为贯穿第4物理维的管子。我们并不知道有这些蛀洞存在。但是，如果它们确实存在，它们就非得总是与我们宇宙的另一地方挂上钩吗？或者，蛀洞是否完全可能与其他一些宇宙（否则，我们永远到达不了的一些地方）相连结？据我们所知道的一切情况而论，可能还有其他许多宇宙存在。从某种意义上说，它们大概是互相镶套着的。

有一种十分新奇、令人难以忘怀并令人深省的观点——一种科学上或宗教上的最绝妙的推测——这个观点还根本未经证实，也许永远也无法得到证实。但它却能激起人们的热情。据说，有一个无限大的宇宙层次，所以在我们宇宙中像电子一类的基本粒子，一经穿透，将自我显示为一个完全闭关自守的宇宙。在其内部，数量极大而体积小得多的其他粒子，组成星系和种种结构更小的本地对等物，这些更小的基本粒子本身就是低一级的宇宙。永远以此类推下去——无止境地向低一级退行下去——宇宙中的小宇宙，无穷无尽。反向高一级类推，道理也一样。我们所熟悉的包含有星系、恒星、行星和人的宇宙，则是向另一个方向上的无限退行的第一步——高一级宇宙中的单个基本粒子。

在我所知道的宗教观点中，只有这个观点超过了印度教宇宙论中无限老的循环宇宙的无穷尽的数目。其他那些宇宙会是什么模样呢？它们是否是基于不同的物理学定律而建立起来的呢？它们是否也有恒星、星系和人类世界或一些完全不同的东西？它有可能与一些不可想象的不同生命形式相一致吗？要进入那些宇宙，我们就得设法穿过第4物理维，那可不是一件轻而易举的事情。不过，黑洞也许会给我们提供一条途径。太阳系周围可能有许多小黑洞。在遥远的尽头保持好平衡，我们就将跳离……

1《伟大的故事，亦译为《故事广记》。印度古代长篇叙事诗。公元11世纪以后失传。——译注

2这不完全确实。一个星系的近侧要比其远侧离我们近几万光年，因此我们现在看见的前面事实上要比其后面早几万年。但是银河动力学中的典型事件占据几千万年时间，所以，把某一星系图像想象为一瞬间的冻结图像，其误差是很小的。

3天体本身可以有任何颜色，甚至可能是蓝色。红移仅指每一谱线比天体处于静止状态时所发出的波长更长；红移的量分别与速度和天体静止时的谱线波长成正比。

4玛雅碑铭的日期既涉及远古的过去也涉及遥远的将来。尽管玛雅学者中对此有争论，但一个碑位涉及到100万年以前，而另一碑铭或许涉及4亿年前发生的事。它所纪念的事件也许是虚构的，但时间表却大得惊人。欧洲人在1000年以前就乐意放弃自己的宇宙只有数千年历史的圣经观，玛雅人却认为有数百万年的历史，而印度人则认为有数十亿年。

5种种自然规则是不能在顶峰随意转换的。如果宇宙已经经历了多次振荡，那么，许多可能存在的万有引力就只能是非常弱，以至于对某个特定的最早的膨胀来说，宇宙本来就不会连为一体了。宇宙一旦遇到这样一个万有引力，就会飞离，从而失去了经历另一次振荡、另一个顶峰和另一组自然规律的机会。这样，我们就能从事实出发，推断出：宇宙的存在不是在一个有限的年代里，就是在每次振动所允许的自然规则的严格控制之中。如果物理学定律不会随意在顶峰转换，那就一定会有一条规则。一组法则来确定哪些规则是可行的，哪些是不可行的。这样一组法则应包含一门超越现有物理学的新物理学。我们的语言贫乏，似乎找不到一个合适的词来为这种新物理学命名。类物理学（paraphysics）和玄学（meaphsic）已被其他相当不同、并很可能是完全无关的活动抢先滥用了，或许可以叫做“超物理学”（ransphysics）。

6世上要是有一个4维的生物存在，它就能在我们这个3维世界***现并任意隐形明显地变形，把我们从锁好的房间中弹出去，使我们神出鬼没。它同样能使我们内外翻转。使我们内外翻转的方法有几种：最令人沮丧的结果是我们的五脏六腑将翻到肚子外面来。而整个宇宙——发光的星系际气体、星系、行星和一切东西则翻到我们的肚子里面去。我不清楚自己是否喜欢这个主意。

7就我们所知，是吉奥尔达诺·布鲁诺首先提出了这个观点：不管我们碰巧在哪里观察宇宙，它看起来都是大体相同的。

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