互动科普

 对宇宙学家来说，当前是一个激动人心的时刻。新的发现频频爆出，新的设想纷至沓来，而检验这些设想的研究工作也日益成熟。然而，这也是一个令人困惑的时代。宇宙学家们正在探讨的种种设想不可能都是正确的。它们甚至不能彼此相容。那么人们要如何来削断宇宙学的进展呢?下面我提出一点想法。

 尽管流传着这种那种理论已经被推翻的说法，但现代宇宙学的理论基石早已牢牢奠定了。过去70余年间我们收集的大量证据已经证明，我们的宇宙在不断地膨胀并冷却。第一个证据是，来自遥远星系的光向光谱的红端偏移．这证明空间是在不断膨胀的，从而使各个星系彼此相距越来越远。第二个证据是，一种无处不在的热辐射充满整个空间，这证明空间以前的密度较大温度较高。第三个证据是，宇宙中有大量的氘和氦，这证明宇宙的温度一度曾高得多。第四个证据是，几十亿年前的星系看起来显得更年青，这证明它们更接近于没有星系存在的时代。最后一个证据是，时空的曲率似乎与宇宙中物质的量有关，这证明宇宙的膨胀符合爱因斯坦的引力理论(即广义相对论)的预测。

 宇宙在不断膨胀并冷却是整个大爆炸理论的核心。读者们会注意到．我从未提到过“爆发”(explosion)这个词——大爆炸理论描述的是宇宙的演化，而不是它的起源。

 我认为，无论是在宇宙学中还是在其它任何一门科学中，确立这样一些令人信服的结果的过程都可以比作组装一个框架的过程。我们把各种各样的测量结果当作支撑横梁，用来加固我们得到的每一项证据我们关于宇宙膨胀的理论框架已经有了足够牢固的支撑．是站得住脚的大爆炸理论不会遇到严重的挑战，它几乎可以说组织得天衣无缝。即使是最激进的对理论——稳态理论(Steady state theory最新版本——也不敢质疑宇宙是在膨胀并冷却这一事实当然，读者仍然会听到宇宙学中的一些不同观点．但它们只不过涉及对理论的核心部分的补充而已。

 例如，我们不知道宇宙在膨胀之前是什么情况。一种流行的理论(即暴胀理论)是对基础理论框架的颇为吸引人的补充，但它还缺乏支撑横梁。而这样的支撑正是目前宇宙学家们竭力寻找的东西［参看本期《大爆炸的回波》一文]。如果正在进行的测量其结果与暴胀的独特特征吻合，那么我们就可以把这些结果看作是暴胀理论的令人信服的证据。但在那之前，我不愿意对暴胀是否真的发生过下任何赌注。我绝不是在抨击这个理论：我的意思只是说，暴胀理论是一项大胆的开拓性工作．但它仍然需要验证。

 另一种设想是：宇宙的大部分质量由聚集在星系外侧的暗物质构成。它的证据更令人信服，爱因斯坦那不受人欢迎的宇宙常数(或与之类似的其它某种东西)现在也有说得过去的理由。这个常数可能是宇宙目前似乎正在经历的加速过程的动因。10年以前，宇宙学家们普遍倾向于把暗物质作为解释星系内恒星与气体运动的一条巧妙的出路。但当时大多数研究人员真的不喜欢宇宙常数。现在多数人对这个常数(或与其相关的一个名为“精质”的概念)表示认可。粒子物理学家们也开始欢迎宇宙常数对量子理论提出的挑战。这种观念上的转变并不是说明宇宙学的理论有什么内在的弱点；它只是表明该理论正围绕着一个缓慢发展的固定基础框架发生着种种不可预测的变化，而这是一种很正常的状态。我们是大自然的研究者，当然应该随着经验和教训的积累而不断调整我们的观念。

 在这个例子中，积累起来的资料包括那些证明宇宙膨胀正在加速的证据：远处与近处的超新星的亮度；最古老恒星的年龄；光线围绕遥远天体的弯曲；以及天空巾热辐射温度的涨落等【参看本刊l999年4月的宇宙学专题报道】但是我仍然对关于宇宙常数的论证上的一些细节包括它可能与星系的演化及其空间相矛盾)深感不安。宇宙加速膨胀的理论是一项正在进展的工作，我佩服它的总体结构，但目前还不打算参与到其中。

 该如何评判媒体上关注宇宙学进展的报道呢?某些文章是在采访了一位天文学家后就撰写出来的。我对这类文章甚感不以为然，即使是最有经验的科学家也难于做到对事事都全面观察。我怎么知道这位天文学家就把握得那么好呢?当然，也可能出现某一领域的所有科学家全都滑到歧途的情况，但这种事情毕竟比个人犯错误的情况少得多。因此，如果我看到记者采访某一科学领域中所有代表性的人物，并发现他们一致认为某一结论值得考虑，那么我认为这比较令人欣慰。如果其它科学家重现了这一结果，那么它就更值得注意和各项独证据都指向相同结论的情况下，此结果就开始具有说服力我认为，媒体上关于科学问题的报道，不仅要介绍最新的发现与设想，而也要介绍经验和装配支撑横梁的基本的(尽管有时也是琐碎的)过程，这样算得上第一流的报道。

 随着时问的推移暴胀、精质以及目前天文学界正在争论的其它一些观念将或者是稳固地融入核心基础框架中，或者是被抛弃并由其它更好的理论取而代之。从某种意义上说，我们现在的研究将会使我们逐渐无事可干。然而，即使说婉转些，宁宙也算得上一个非常复杂的东西。认为我们将根快就没有什么能出成果的研究线索，这是一种很愚蠢的想法。存在迷惑的感觉正是一个证据证明我们有一点干得不错：字宙学正如一片热气腾腾的工地，不断涌现出丰富的成果。