宇宙物理學(xué)家馬里奧．利維奧博士：哈勃的視野非常小，因此它看什么東西的時(shí)候就很專注。它看哪里，是由全世界的宇宙學(xué)家們決定的。他們提供申請(qǐng)報(bào)告，建議哈勃應(yīng)該看什么，我們?cè)谶@里匯集這些報(bào)告，由各個(gè)專業(yè)的宇宙學(xué)專家決定哈勃到底應(yīng)該觀測(cè)什么。每年我們大概收到上千的申請(qǐng)報(bào)告，只有大約六分之一被選中。那些就是哈勃觀測(cè)的目標(biāo)。
【旁白】雖然相對(duì)于廣袤的宇宙來(lái)言，只有一只眼睛的哈勃所能捕捉到的信息顯得微不足道。但到目前為止，它已經(jīng)通過(guò)向地面上的天文學(xué)家們發(fā)送無(wú)線電波的方式提供了無(wú)數(shù)極有價(jià)值的圖片。哈勃發(fā)回的觀測(cè)數(shù)據(jù)，使科學(xué)家們對(duì)宇宙的研究不斷取得突破性的進(jìn)展。2006年7月，利維奧博士 (Mario Livio)從哈勃16年來(lái)的赫赫功績(jī)中，精心篩選出10項(xiàng)最突出的貢獻(xiàn)。他表示，哈勃不僅為天文學(xué)家提供了前所未有的細(xì)節(jié)，還讓全世界的人在家中也能一睹宇宙的奇景。歷史上，很少有望遠(yuǎn)鏡能夠像哈勃望遠(yuǎn)鏡這樣，對(duì)天文學(xué)研究產(chǎn)生如此深遠(yuǎn)的影響。
宇宙物理學(xué)家馬里奧．利維奧博士：我應(yīng)該說(shuō)哈勃發(fā)現(xiàn)了許多東西，有超過(guò)6千篇科學(xué)論文是在哈勃提供的數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上寫(xiě)出來(lái)的。如果我要從中選出其中最激動(dòng)人心的發(fā)現(xiàn)，是發(fā)現(xiàn)了我們稱之為“暗能量”的東西。從1920年代開(kāi)始，我們就知道我們的宇宙在膨脹，但我們認(rèn)為這種膨脹會(huì)逐漸減慢下來(lái)，因?yàn)橐Φ木壒?。就像如果你仍什么東西上去，引力會(huì)使上去的速度降低，是不是? 但從1998年開(kāi)始，我們發(fā)現(xiàn)宇宙的膨脹不僅沒(méi)有減慢，反而在加速。是被一種我們叫做“暗能量”的東西推動(dòng)的。而宇宙中四分之三的能量，都是以這種暗能量的形式存在的，但我們卻不知道它是什么。這是哈勃發(fā)現(xiàn)的最激動(dòng)人心的現(xiàn)象。
【旁白】利維奧博士介紹說(shuō)，科學(xué)家們從比較這兩張哈勃照片中，發(fā)現(xiàn)了宇宙的加速膨脹和暗能量的存在。
宇宙物理學(xué)家馬里奧．利維奧博士：我們不知道它是什么，但顯然它散布在空間的各個(gè)方面，充滿整個(gè)空間。你知道引力通常將物質(zhì)吸入，兩個(gè)物質(zhì)互相吸引。但暗能量有一種擴(kuò)展的力量，因此將宇宙加速推動(dòng)。比如說(shuō)我把鑰匙拿出來(lái)，像這樣往上扔。引力使它向上的速度減慢，又把它吸回來(lái)了。但這種暗能量，則會(huì)把扔上去的鑰匙向上加速的推。這就是暗能量現(xiàn)在對(duì)整個(gè)宇宙起到的作用。因此整個(gè)宇宙的膨脹在加速。這就是我們所看到的。
【旁白】對(duì)于暗能量的本質(zhì)，目前科學(xué)家們?nèi)耘f一無(wú)所知。但最近的發(fā)現(xiàn)顯示，宇宙中四分之三的能量來(lái)自于暗能量，而這個(gè)人們現(xiàn)在還看不見(jiàn)的能量，卻主宰了宇宙的未來(lái)。
宇宙物理學(xué)家 馬里奧．利維奧博士：這個(gè)發(fā)現(xiàn)絕對(duì)是對(duì)今天物理學(xué)家的一個(gè)最大的挑戰(zhàn)。要搞清楚這種暗能量是什么。全世界的物理學(xué)家都在撓頭，試圖發(fā)現(xiàn)這個(gè)暗能量到底是什么。
【旁白】宇宙加速膨脹和暗能量的發(fā)現(xiàn)，對(duì)傳統(tǒng)的宇宙大爆炸理論，構(gòu)成了巨大的挑戰(zhàn)。許多物理學(xué)家都在重新審視現(xiàn)在流行的宇宙形成和演化理論。1998年以來(lái)，普林斯頓大學(xué)的施泰恩加德教授(Paul Steinhardt)和英國(guó)劍橋大學(xué)的圖爾克教授(Neil Turok)提出了循環(huán)宇宙模型，認(rèn)為宇宙一直經(jīng)歷著從生長(zhǎng)到消亡的“生死輪回”過(guò)程。目前被人們普遍接受的140億年前的宇宙大爆炸，并非宇宙誕生的絕對(duì)起點(diǎn)，那只是宇宙的一次新生。
普林斯頓大學(xué)施泰恩加德教授：標(biāo)準(zhǔn)的大爆炸理論設(shè)想宇宙中的所有物質(zhì)，全部的物體、射線、和空間本身，都是從大約130億年前開(kāi)始的。突然從什么都沒(méi)有變成有東西了。這是理論的最初設(shè)想。而循環(huán)宇宙理論認(rèn)為，或許存在一個(gè)好像大爆炸的事件發(fā)生了，但那不是空間和時(shí)間的開(kāi)始，也不是物質(zhì)的起源。而是一次制造了大量物質(zhì)和射線，構(gòu)成了我們今天看到的宇宙。而這種事件是有規(guī)律的階段性發(fā)生的。不只發(fā)生了一次，而是有規(guī)律的階段性發(fā)生的。之前也發(fā)生過(guò)，之后也會(huì)發(fā)生，大約每千億年發(fā)生一次。我們過(guò)去認(rèn)識(shí)的大爆炸只是最近的一次。
【旁白】宇宙大爆炸理論是俄裔美國(guó)科學(xué)家伽莫夫在1948年提出來(lái)的。這個(gè)理論認(rèn)為，宇宙開(kāi)始是個(gè)高溫致密的火球，它不斷地向各個(gè)方向迅速膨脹。當(dāng)溫度和密度降低到一定程度，這個(gè)火球發(fā)生了劇烈的核聚變反應(yīng)。隨著溫度和密度的降低，宇宙早期存在的微粒在引力作用下不斷聚集，最后逐漸形成今天宇宙中的各種天體。
普林斯頓大學(xué)施泰恩加德教授：這個(gè)理論始終有疑問(wèn)，如果向回追溯，按照愛(ài)因斯坦的物質(zhì)動(dòng)理論，你會(huì)遇到一個(gè)問(wèn)題，就是宇宙的溫度和密度似乎是無(wú)限的。物理學(xué)家把這叫做 “奇點(diǎn)”(Singularity)。是錯(cuò)誤的，是一個(gè)數(shù)學(xué)上的錯(cuò)誤。這是愛(ài)因斯坦理論的一個(gè)問(wèn)題，它預(yù)言在創(chuàng)始時(shí)，物質(zhì)的密度和溫度是無(wú)限的。所以我們相信之后發(fā)生的膨脹、加速等，但向回追溯時(shí)總是有一個(gè)疑問(wèn)，那是空間和時(shí)間的起點(diǎn)嗎? 這是愛(ài)因斯坦的理論想告訴我們的嗎? 是否可能有別的東西? 我們知道愛(ài)因斯坦理論不足夠回答所有這些問(wèn)題。我們需要一個(gè)新的引力理論，我們現(xiàn)在還沒(méi)有這樣一個(gè)引力理論。這就是我們最初的設(shè)想，我們特別從一個(gè)現(xiàn)在被理論學(xué)家公認(rèn)為最有可能取代愛(ài)因斯坦理論的設(shè)想，就是“弦論”。就是從這些設(shè)想出發(fā)，我們認(rèn)為可能大爆炸不是開(kāi)始，而是在多重空間范圍內(nèi)兩個(gè)世界的碰撞造成的。
【旁白】施泰恩加德介紹說(shuō)，弦論的基本內(nèi)容是，宇宙物質(zhì)已知是由各種極小粒子組成?？茖W(xué)家假設(shè)這些粒子是極小的弦，也就是曲線，然后據(jù)此描述基本物理定律。弦論還涉及了多維空間的問(wèn)題。認(rèn)為人類所在的宇宙之外還有另外一個(gè)無(wú)限大的平行宇宙。這兩個(gè)宇宙在多維空間中互相區(qū)分開(kāi)來(lái)。而一些科學(xué)家認(rèn)為，基于某些數(shù)學(xué)上的原因，弦論必須有二十六維空間才行。到目前為止，弦論能夠完美解釋其他的基本理論無(wú)法解釋的物理現(xiàn)象，被認(rèn)為具有廣闊的發(fā)展前景。
普林斯頓大學(xué)斯坦因哈特教授：暗能量的發(fā)現(xiàn)，使我們驚訝的發(fā)現(xiàn)宇宙在加速膨脹。你當(dāng)然可以人為的將暗能量放入大爆炸模型，假設(shè)還存在另一種物質(zhì)。但如果這么做，顯得非常人造。勉強(qiáng)將兩樣?xùn)|西堆砌在一起。雙方并不融合，沒(méi)有理由解釋為什么我們需要暗能量，它為什么在宇宙中扮演主要角色。我們現(xiàn)在想，既然我們發(fā)現(xiàn)了暗能量，或許它真的在起中心作用，或許我們需要從新考慮整個(gè)的故事。
【旁白】 長(zhǎng)期以來(lái)，科學(xué)界一直都在試圖解釋的一個(gè)問(wèn)題是為什么自然界中的那么多常量的值都是那么正好，剛好讓生命存在。如果真空中的能量太大，那么宇宙就會(huì)在大爆炸后立刻迅速膨脹并撐破，就像吹爆的氣球，那么生命就不可能在百億年后存在了。科學(xué)界甚至出現(xiàn)了“人擇原理”，即宇宙常量恰當(dāng)?shù)剡x擇了人類生存，而人類也恰好選擇了在這樣一個(gè)常量條件下出現(xiàn)，而人類又回頭研究著為什么宇宙常量大小會(huì)剛好讓人類生存。
美國(guó)布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(BNL) 莫海定博士：2003年的時(shí)候有一個(gè)美國(guó)科學(xué)院院士，他是斯坦福大學(xué)教授，叫做蘇士侃(Leonard Susskind)。他提出我們現(xiàn)在的宇宙理論肯定還忽略了什么東西，要按照我們的理論宇宙要形成這個(gè)樣子，需要一種外部力量的干預(yù)。他在文章中用的是 “上帝的干預(yù)”。就是一種未知力量的干預(yù)?，F(xiàn)在有很多我們不能解釋的是為什么地球是現(xiàn)在這個(gè)樣子? 因?yàn)榈厍蜻@個(gè)條件對(duì)我們?nèi)水a(chǎn)生非常重要。物理常數(shù)其它的條件稍微一變，根本就不可能有這樣的環(huán)境。
【主持人】近年來(lái)天文觀測(cè)的結(jié)果已經(jīng)使人們對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)發(fā)生了很大的變化。為了適應(yīng)新的發(fā)現(xiàn)，新的理論也應(yīng)運(yùn)而出，因而對(duì)宇宙未來(lái)的推測(cè)也大不相同?？茖W(xué)家們普遍相信，宇宙天體的生成、衰敗和運(yùn)行，是有其規(guī)律的。長(zhǎng)期以來(lái)，人們都在不懈的思考、找尋和推測(cè)這些運(yùn)作規(guī)律究竟是什么，從而能夠預(yù)測(cè)未來(lái)宇宙的狀態(tài)，以及所需要的時(shí)間。休息一下之后，我們將繼續(xù)給大家介紹目前科學(xué)界的研究方向和手段，以及中國(guó)傳統(tǒng)科學(xué)對(duì)宇宙規(guī)律的認(rèn)識(shí)和研究方法。歡迎你繼續(xù)收看。
【旁白】 2005年2月18日，美國(guó)宇航局宣布，天文學(xué)家觀測(cè)到迄今來(lái)自太陽(yáng)系外最為明亮的伽馬射線爆發(fā)現(xiàn)象。宇航局在一份聲明中說(shuō)，此次伽馬射線爆發(fā)來(lái)自于銀河系人馬星座一顆距地球５萬(wàn)光年的中子星爆發(fā)。在十分之一秒的時(shí)間里釋放出的巨大能量，比太陽(yáng)在１５萬(wàn)年內(nèi)釋放的總能量還要多。爆發(fā)發(fā)出的大量Ｘ射線和伽馬射線十分強(qiáng)烈，以致在到達(dá)月球時(shí)發(fā)生彈射，改變了路線。大量伽馬射線還干擾到了地球大氣層的頂端。
馬里蘭大學(xué)研究員 瑞秋奧斯汀博士(Osten) ：這些伽馬射線爆發(fā)，我們知道它們存在，我們已經(jīng)觀測(cè)有40年了。但是我們不知道它是什么。因此科學(xué)家要研究出新觀點(diǎn)，新的可能性來(lái)解釋伽馬射線爆發(fā)是怎么回事。許多理論需要證明，但很多都證明失敗。因此科學(xué)家要研究出新的解釋來(lái)讓我們能了解我們所看到的現(xiàn)象。我們知道看到了東西，但卻無(wú)法了解是怎么回事。
【旁白】雖然伽馬射線爆發(fā)發(fā)生的具體原因目前科學(xué)家們還不清楚，但是過(guò)去十幾年來(lái)的觀測(cè)表明，伽馬射線爆發(fā)均勻而又隨機(jī)的分布在宇宙空間中，爆發(fā)頻率是每天一次，而現(xiàn)在觀測(cè)到的超新星爆發(fā)頻率也為大約每天一次。由于伽馬射線爆發(fā)均勻而又隨機(jī)分布，大多數(shù)爆發(fā)我們觀測(cè)不到?？茖W(xué)家們估計(jì)伽馬射線爆發(fā)每天發(fā)生的實(shí)際數(shù)目約為500次。頻繁的星系和星系團(tuán)簇的碰撞、重組，一個(gè)接一個(gè)星系的誕生或毀滅，天文觀測(cè)正在為人類見(jiàn)證著一個(gè)變化中的宇宙。
馬里蘭大學(xué)研究員 瑞秋 奧斯汀博士(Osten) ：想想看挺有意思的，許多人看到星空時(shí)感到很祥和寧?kù)o，但仔細(xì)想想，那些我們能看到的星星，它們大多少或許正在進(jìn)行迂j烈的爆發(fā)，更加劇烈的爆炸，超新星在我們的銀河系爆發(fā)，伽馬射線也在爆發(fā)等等。實(shí)際上并不是一個(gè)祥和寧?kù)o的宇宙。
【旁白】除了頻繁的超新星爆發(fā)和伽馬射線爆發(fā)，科學(xué)家們還在碰撞星系和其它星系中發(fā)現(xiàn)了大量星體的誕生或毀滅。甚至在我們銀河系內(nèi)和與我們近臨的星系，也發(fā)現(xiàn)了大量新星迅猛誕生(Starburst)。
美國(guó)布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(BNL) 莫海定博士：象星體星系演化，科學(xué)家原來(lái)以為已經(jīng)了解的很清楚了，認(rèn)為像我們銀河系這么大的星系，是有一些小星系碰撞融合，經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)時(shí)間聚合成我們銀河系這么大的星系。按照這種理論銀河系這么大的星系形成需要幾十億年的時(shí)間。但是在2006年NASA的科學(xué)家就觀測(cè)到一個(gè)很大的星系，質(zhì)量是我們銀河系的8 倍還大，這個(gè)星系形成是宇宙大爆炸之后的8億年時(shí)間，這個(gè)就使原來(lái)的理論根本就沒(méi)法解釋了。還有其它一些比如銀河系附近，科學(xué)家在2005年發(fā)現(xiàn)幾乎在同時(shí)形成了幾十個(gè)星系，類似的星系。它們的質(zhì)量啊、年齡啊、還有組成啊都很相似。這是科學(xué)家也沒(méi)有辦法解釋的，因?yàn)樾窍敌纬蓱?yīng)該是很少的。應(yīng)該是宇宙產(chǎn)生的早期就形成這樣的星系，但是現(xiàn)在就發(fā)現(xiàn)在銀河系附近就形成這種星系?？茖W(xué)家覺(jué)得很難解釋。
【旁白】2006年10月31日，美國(guó)航天局宣布，將在2008年下半年再次對(duì)哈勃太空望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行維修。雖然這項(xiàng)花費(fèi)相當(dāng)昂貴而且失敗率高的項(xiàng)目之前曾遭受各種反對(duì)意見(jiàn)。但研究太空宇宙的科學(xué)家們卻認(rèn)為這是進(jìn)行科學(xué)研究所必須要付出的代價(jià)。
宇宙物理學(xué)家馬里奧．利維奧博士：在2008年5月，會(huì)再有一次對(duì)哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的維修。這次維修會(huì)安裝2個(gè)新的儀器，一個(gè)是新的照像機(jī)，可以讓我們看到更深的宇宙空間，看到更廣的天空范圍，這會(huì)讓我們看到距離我們少于10億光年的宇宙，現(xiàn)在我們宇宙的是137億年的，我們看到的是5億光年的星系。這是一件事。第二件是我們要安裝一個(gè)光譜繪圖儀，它會(huì)區(qū)分光，像彩虹一樣。它可以讓我們研究星系之間物質(zhì)的結(jié)構(gòu)。這是2008年要做的。然后到2013年，我們研究院會(huì)發(fā)射下一代的太空望遠(yuǎn)鏡，叫做詹母士韋伯望遠(yuǎn)鏡，那是非常大的望遠(yuǎn)鏡，哈勃的直徑是2.4米，那個(gè)望遠(yuǎn)鏡會(huì)是6米半。它會(huì)距離地球一百萬(wàn)英里，它會(huì)看到熱射線，可以讓我們看到更深的宇宙空間，看到宇宙最早的星系，那會(huì)是在2013年發(fā)射。
【旁白】除了哈勃，美國(guó)、歐洲和日本等國(guó)近年來(lái)也在相繼發(fā)射和研制了紅外太空望遠(yuǎn)鏡、“克羅特”追星望遠(yuǎn)鏡、“光譜-紫外線”望遠(yuǎn)鏡以及“光譜-射電天文”望遠(yuǎn)鏡等。
美國(guó)布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(BNL) 莫海定博士：現(xiàn)在的天文學(xué)研究主要是望遠(yuǎn)鏡，一個(gè)是地面望遠(yuǎn)鏡，一個(gè)是發(fā)到太空上的望遠(yuǎn)鏡，實(shí)驗(yàn)手段主要是這兩種。另外一個(gè)是理論研究，就是通過(guò)物理理論然后加上計(jì)算機(jī)模擬。然后通過(guò)初始條件，加上一個(gè)方程，然后運(yùn)行?？纯吹贸鰜?lái)什么樣的結(jié)果。這種研究方法也是很有局限的，因?yàn)槲覀儸F(xiàn)在宇宙學(xué)研究，有很多東西觀察不到。像暗物質(zhì)、暗能量，也就是大多少東西都觀察不到。
【旁白】這是2006年在亞太地區(qū)轟動(dòng)一時(shí)的“韓流”代表作“大長(zhǎng)今”中的一個(gè)片段。劇中醫(yī)學(xué)博士申教授所講的中醫(yī)理論，正是中國(guó)傳統(tǒng)文化科學(xué)中最具代表性的思維方式。這就是所謂“天人感應(yīng)”，“天人合一”思想的根本出發(fā)點(diǎn)。
美國(guó)布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(BNL) 莫海定博士：中國(guó)人歷來(lái)認(rèn)為天人合一。宇宙就是一個(gè)整體一樣。就是宇宙天象變化，你可以對(duì)應(yīng)到人間的變化。從天象變化可以預(yù)測(cè)到人間的變化。這在歷史書(shū)上可以找到很多例證。比如司馬遷寫(xiě)的《天官書(shū)》，李淳風(fēng)、袁天罡寫(xiě)的《乙巳占》。他們對(duì)這些都有很好的總結(jié)。比如象超新星就屬于有兵亂啊這些不好的天災(zāi)現(xiàn)象。
【旁白】在中國(guó)歷史上，由國(guó)家設(shè)立天文臺(tái)持續(xù)有二千多年，天文觀測(cè)一直是政府的一個(gè)重要部門(mén)。儒家經(jīng)典《周禮》的官制中就有這方面的記載。無(wú)論朝代更迭還是外族統(tǒng)治，但負(fù)責(zé)觀測(cè)天象的官職卻沒(méi)有變化。中國(guó)古代不少著名的科學(xué)家如張衡，沈括，郭守敬等都曾經(jīng)負(fù)責(zé)過(guò)天象觀測(cè)?！兑捉?jīng)》中說(shuō)： “觀乎天文，以察時(shí)變，觀乎人文，以化成天下。”
美國(guó)布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(BNL) 莫海定博士：在微觀領(lǐng)域，像量子力學(xué)也好，它認(rèn)為簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，有兩個(gè)粒子是屬于一個(gè)系統(tǒng)。如果你把它分開(kāi)了，有一個(gè)粒子在我這，一個(gè)粒子有幾千光年遙遠(yuǎn)，就是非常遙遠(yuǎn)。你對(duì)任何一個(gè)粒子擾動(dòng)，瞬間那個(gè)粒子就能知道，就能有所反應(yīng)。它不需要像現(xiàn)在認(rèn)為的，擾動(dòng)以后等到很久信號(hào)傳遞到那邊，那邊才會(huì)知道?，F(xiàn)在量子力學(xué)發(fā)現(xiàn)，這種擾動(dòng)是瞬時(shí)的。這邊一動(dòng)那邊就知道了。根本不需要時(shí)間上有差異。
【旁白】20世紀(jì)90年代，美國(guó)天文學(xué)家林德 (Linde)提出了“分形宇宙(Fractal Universe)模型”，這種理論認(rèn)為宇宙在不同的尺度上，有著驚人的重復(fù)性結(jié)構(gòu)。如原子和銀河系的類比，原子和中子星的類比，它們都在各個(gè)方面 --比如半徑、周期、振動(dòng)等--展現(xiàn)出了十分相似的地方。這種理論還認(rèn)為，宇宙中的任何一個(gè)原子，也包含了整個(gè)宇宙的某些信息，正如現(xiàn)在生物學(xué)中發(fā)現(xiàn)的，一個(gè)人體細(xì)胞中，就包含了全部人體的基因信息。中國(guó)有一句古話：“一滴水可以折射出三千大千世界。”。宇宙、人體、時(shí)空、生命，現(xiàn)代科學(xué)的新發(fā)現(xiàn)，似乎正逐步驗(yàn)證角什窷□峎儩□云澈銩Q和觀點(diǎn)。
【主持人】“觀其著者以知微，察其顯者而見(jiàn)隱，此格物致知之要道也。不研其情，不索其破，梏于耳目而止，非知天人者矣。”這是明朝開(kāi)國(guó)宰相和著名預(yù)言家劉伯溫在他最有代表性的一部寓言兼議論散文集《郁離子》中《論物理》中的一段話。它體現(xiàn)了中國(guó)古老科學(xué)對(duì)事物的宏觀與微觀，顯現(xiàn)出的和其隱含在后面的現(xiàn)象，需要全面認(rèn)識(shí)了解的指導(dǎo)思想。這種思維方式恐怕對(duì)我們當(dāng)今探索宇宙規(guī)律和人類社會(huì)變化都是一個(gè)重要的啟示。
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