演化着的宇宙的故事

演化着的宇宙的故事: 关于宇宙作为一个整体的结构和它的诞生、形成、演化，从来就是非常引人入胜的课题。人类一直用自己最高的智慧和想象力，尽自己一切知识去解答这个问题。宇宙论可能是和整个天文学同时诞生的最古老分支之一。世界上任何一个民族都在非常早的时候就有宇宙诞生的神话和传说。不论是在中国开天辟地的盘古，还是在西方开创世界的上帝，都由混沌中创造出宇宙万物，也创造了宇宙本身。最先是清者为天浊者为地，然后是日月星辰，最后才有各种动物和人类。但是盘古和上帝在一次创造出宇宙之后，似乎就大功告成，从宇宙的和谐运转中抽身隐形，让宇宙永存不朽地运行。除非出现共工那样的捣蛋鬼破坏了宇宙美妙的韵律，需要女娲来加以修补，或者上帝一旦发现世上罪恶滔天，要来加以毁灭。这种神造永存的宇宙论虽然完全来自古代人类的蒙昧无知，但其影响实际上延续到牛顿之后近代科学已有了相当发展的时代。由牛顿力学原理引申出来的宇宙论仍然是没有演化发展的、机械的静态宇宙。直到本世纪初宇宙论的基本内容仍然是：字宙在原始外力的推动下按一成不变的方式运行下去。

到爱因斯坦在广义相对论里把时间、空间、物质、引力和运动全部联系成统一的整体之后，现代宇宙论才开始建立。广义相对论的哲学基础是不承认宇宙间有处于特殊地位的观测者。广义相对论认定宇宙间一切观测者的地位都是等价的，他们所测定的全部自然法则都应该相一致。由此得出的结论是：物质及其运动与时间空间组成的统一体——时空是密不可分的宇宙结构要素，物质与时空之间通过引力相互渗透和影响。既然宇宙本身就是物质及其运动与时空的组合体，用数学形式描述它们之间渗透和影响关系的爱因斯坦引力场方程自然就成为研究宇宙结构和演化的有力工具。因此从广义相对论引力场方程诞生日起，就把宇宙论研究推向一个新的阶段。这个阶段的最显着特点是：宇宙再也不被认为是受原始外力推动而机械运行的一部机器，而是由内在因素促成其诞生、演化、发展的完整体系。不过爱因斯坦本人却仍然受到静态宇宙论思想的影响，开始的时候在他的场方程里人为地增加上一个称为宇宙因子的项，使他的场方程得到静态的解。如果去掉这个人为的因子，场方程就不可能有静态解，得到的宇宙模型不是在膨胀就是在收缩。总之，按照广义相对论引力场方程的推论，宇宙必定不能是一成不变的，而
是有着自身的演化。既然宇宙必定有演化，自然就应该有它的诞生和终结，也就是有演化的起点和终点，在这段演化史之外是其它的存在形式。

虽然在以往的年代里，人类曾经先后认为地球、太阳系或银河系就是宇宙，而这些也确实就是当时了解到的宇宙范围，当然也完全可以研究它们的形态、演化和发展，可是这种过分狭窄的含义又和现在谈论的宇宙有所不同。因为当时是对客观上确实已经观测到的遥远天体作了错误的估计，将之硬塞在狭小范围里，例如仙女座星系M31早就被人们看到，但被主观认为在银河系之内。而现在所谈论的宇宙在主观上没有任何限制，只要是观测所及的范围都包括在宇宙整体内。如果要问还有无限制，那只能来自客观。客观限制有两个可能的来源：一是光速限制，二是演化效应。被观测的天体愈远，它的退行速度愈高，极其遥远的天体就会接近光速退行，红移值会趋于无穷大，它的辐射将无法在地球探测到，这就是光速限制。另一方面，观测宇宙的深度愈大，看到的就愈是它久远过去的历史景象，如果它的历史本身就有限度，回顾自然无法超越，能够探测的宇宙深度也就有个尽头。这就是演化效应的限制。不过目前人类的观测离这两个限制的边界还相当远。