物理世界奇遇记-第6部分

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同他在一起时似乎显得十分愉快，就像他自己一样。他不可能去
思考这是为什么。不过，教授有一次曾失口谈到他女儿过去一度
使他感到很失望，她以前答应过要从事某种大有作为的事业，但
是这个承诺却突然破灭了。也许她只不过是觉得，他这个人和他
那相当单调但却无忧无虑的生活使她感到安全而已。
他抬头望着天上的银河。“我应该说，你父亲给我展示了一
个全新的世界。遗憾的是，似乎大多数人都满足于平平淡淡的生
活，连想也不想去了解这个世界是多么不寻常。”
他拣起一把鹅卵石，懒洋洋地朝一块矗立在海面上的岩石扔
过去。然后，他很快地瞟了她一眼。“为什么你不愿意让我看看
你的画稿呢？”
“我对你说过，它们不是那种随随便便给人家看的东西。它
们是一些工作草图——一些想法。只不过是一些想法，如此而已。
我是想通过它们抓住我对空间的感觉。它们对你来说是没有任何
意义的。只有在我回到画室去处理它们的时候，才会有一些感觉
再现出来——不过，有时也不会再现，那要看情况了。”
“那么，我们回去以后，我可以去参观你的画室吗？”
“当然可以啦，”她回答说，“要是你不去，我倒会失望的。”
这时，他们已经走回旅馆了。汤普金斯先生要了饮料，他们
最后一次坐在院子里眺望着大海。
“你父亲告诉我，从前有一段时间，你在物理学方面是挺拔
尖的。”他议论说。
“啊，我不想谈那个，”她笑了，“这是他渴望的想法，他
就希望我那样做。”
“是的。但是，你物理学学得很好，不是吗？”他坚持想问
下去。
她耸了耸肩。“是的，你可以这样说。”
“那么，为什么……”
“为什么？”她重复了一遍，然后沉思了片刻，“啊，我自
己也不知道。也许是十几岁孩子的逆反心理吧，我想，是和当时
的女孩子们不容易表现出对科学感兴趣这种心理在起作用吧。对
生物学感兴趣还可以，但是对物理学就不行。除了沉重的压力，
就什么也没有了。现在就不一样啦——至少，现在不像当时那么
糟糕。”
“可是，在你当时放弃了物理学以后，你怎么还能知道这么
多物理学的事呢？”
“啊，事实上我并不知道。物理学的大部分内容，我早就忘
得一干二净了，不过，天文学和宇宙学是例外，目前我仍旧努力
追随它们的进展。它们叫我想起……”她满有兴致地看着他。
“叫你想起什么？”他问道。
“想起了那台歌剧。”
“歌剧！”他大声喊道。“你——你这是什么意思？难道这
同歌剧有什么关系吗？”
“啊，它并不是台名副其实的歌剧，”她笑着补充说，“它
是台业余的创作，是好多年前我爸那个系里的一个人写的，内容
全部是大爆炸理论同定态理论斗争的事……”
“定态理论？那是什么东西？”他问道。
“定态理论认为，宇宙并不是从大爆炸开始的……”
“但是，我们都知道它是从大爆炸开始的呀。你父亲把一切
关于宇宙在膨胀的事都告诉我啦。他说，在大爆炸以后，所有各
个星系都在彼此飞散。”汤普金斯先生坚定他说。
“不过，星系的飞散并不能证明什么。有一些物理学家，像
霍依耳、邦迪和戈尔德等人，他们认为宇宙能够不断地自我更新。
随着各个星系很快地飞散，在它们后面留下的空间里立即产生了
新的物质，这些物质又集合起来形成新的恒星和星系。然后，它
们也再次飞散，给更多的物质让出地方来。宇宙中的事就这样循
环不息。”
“那么，这一切是怎么开始的呢？”汤普金斯先生问道，他
对这个问题显然很感兴趣。
“不，这个宇宙没有起点，不存在开始的问题。它过去一直
存在着，将来也要一直存在下去。这是个无始无终的世界。正因
为这样，这个理论才被称为定态理论——它的宇宙在任何时候看
起来实质上都是相同的。”
“嗨，我很喜欢这个理论，”汤普金斯先生热心地说，“是
的，它是对的……我感觉到它是对的。你明白我的意思吗？大爆
炸的想法有点不太合我的心意。关于大爆炸，你总是得问问自己：
为什么人们要假定它正好发生在那个特定的瞬间，而不是在某个
别的瞬间？这似乎——似乎有点太随便了。现在要是宇宙没有开
始……”
“打住吧！快打住！”慕德打断了他的话。“别扯得太远啦。
知道吗，定态理论已经死了，就像始祖鸟那样死了，不会再活了。”
“啊，”汤普金斯先生失望地说，“那是为什么？他们怎么
能这样肯定？”
但是，慕德还没来得及回答，她父亲已经出现在旅馆门口了，
他提醒她说，他们第二天上午得早早动身回家。当她起身要离开
汤普金斯先生时，他急忙问道：“可是，那台歌剧什么时候上演
呢？”
“对了，我忘记说啦，”她回答说，“星期六晚上８点，在
物理讲座的主会场——就是你平时去听我爸演讲的那个会场。物
理系让《宇宙之歌》这台歌剧重新上演，这确实有点滑稽，是为
了纪念定态理论初次提出至今50周年的。我想，这也是一种借口
吧！好啦，星期六会场上见。”说着，她跟她父亲走进旅馆，在
门口很快地回过头，给汤普金斯先生送去一个调皮的道晚安的飞
吻。

这是一次盛大的演出聚会。当汤普金斯先生找到自己的座位，
同教授和慕德坐在一起时，会场几乎已经坐满了人。
“你最好还是先看看节目单，”慕德向他建议说，“快一点，
他们就要关灯了。要是你不看节目单，你就不知道那些角色是谁
了。哦，单子上的稳恒态就是定态，因为过去是这样叫它的。”
他很快把他在大门口拿到的那张复印的单子扫了一遍。他刚
刚看完歌剧背景的说明，会场便陷入了一片黑暗。一支由六件乐
器组成的管弦乐队，挤在高起的舞台边上小小的空间里，开始奏
响了序曲。伴随着占有观众绝大多数的学生们发出的热烈而刺耳
的鼓掌声，临时用来遮住舞台的帷幕突然拉开了。每一个人都不
得不立即遮住自己的眼睛——台上的照明实在太耀眼了，其强度
足以使整个会场变成一片灿烂亮光的海洋。
“那个技师真是个白痴，他会把屋里一切东西都烧化的！”
教授带着怒意小声地嘟浓说。但是事情并非如此。“大爆炸”的
亮光逐渐变暗了，最后留下了一片黑暗，由一批迅速旋转的轮转
烟火进行照明。可以想到，它们是用来代表大爆炸后某个时期形
成的星系的。
“现在他们又要把那个地方烧光啦，”教授怒气冲冲他说，
“我真不应该允许他们干这种荒唐事！”
慕德靠过去拍拍他的手，指引他注意到那个“白痴技师”事
实上一直站在舞台的角落里，小心翼翼地拿着灭火器，准备在必
要时立即使用。这时，学生们就像小小孩在参加焰火晚会时那样，
一直在呜呜呀呀地叫着。然后，舞台上走出了一个穿着黑色法衣、
带着牧师硬领的人，他用嘘声让大家安静下来。按照节目单的说
明，他是来自比利时的勒梅特（注：勒梅特本人当过神父，而且
他提出的大爆炸理论必然引出最初的“宇宙蛋”是谁创造的问题，
一度被认为是公然邀请上帝、支持有神论。因此，作者在歌剧中
让他扮演神父的角色），膨胀宇宙的大爆炸理论就是他最先提出
的。他用浓重的喉音开始唱他的抒情曲。




图片：五线谱原文版宇宙大爆炸抒情曲（点击放大）

译注：伽莫夫在这一部“宇宙之歌”中借用了几段世界名曲，
配以宇宙大爆炸的歌词，颇具特色。这里，由李元把原五线谱译
为简谱以便普及。第一首抒情曲是借用著名圣诞歌曲《齐来崇拜
歌》的曲谱；第二首为俄罗斯民歌。前两首在我国比较流行，颇
易吟唱。第三首选自歌剧咏叹调。


图片：简谱中文版宇宙大爆炸抒情曲（点击放大）

歌词：

万物之本的宇宙蛋，无所不包的宇宙蛋，把你分裂成无数极
小的碎片。形成中的星系，把你能量分摊。放射性的宇宙蛋，无
所不包的宇宙蛋，构成宇宙的始源，是上帝的奇妙手段。
漫长的宇宙演化，看火球般的宇宙蛋，化成无数灰烬和暗燃
的碎弹。我们在宇宙中心，看那星星飞散。我们尽力想办法，回
顾那原始灿烂，构成宇宙的始源，是上帝的奇妙手段。

在勒梅特神父结束他的抒情曲以后，出现了一个又瘦又高的
年轻人。他（按照剧情的说明，是物理学家伽莫夫（就是本书作
者）），他生于俄国，但移居美国已有30年之久。他唱的是：


图片：宇宙大爆炸第二抒情曲（点击放大）

歌词：

勒梅特，在许多方面，我们见解全一致。宇宙正在膨胀
扩大，从它诞生就开始。
你说宇宙在运动中成长，我早就应该同意。但是它从何
物形成，我们看法有分歧。
你说它从宇宙蛋来，我认为是中子流体。它过去已存在
长久，将无限存在下去。
在无边无际的空间，几十亿年的过去，到达最密态的气
体，坍缩中迎来结局。
在时间的转折点上，空间变得更华丽，光在数量上超过
物质，物质同光无法比。
那时每一吨光辐射，一克物质随相依，直到巨大原始熔
炉，膨胀中四面散离。
光缓慢地暗淡消失，亿年时间又逝去，物质得到充足来
源，坐上了首把交椅。
于是物质冷却凝聚，（这是琼斯假说推理。）巨大气云
逐渐分离，形成个个原星系。
原星系又分裂四散，漫漫夜空互分离。恒星形成而后分
散，空间被亮光包围。
恒星烧至最后火花，星系永旋转不已。宇宙密度日益降
低，光热生命都完毕。

然后就轮到霍依耳了。他突然出现在明亮发光的各个星系之
间的空间中，从口袋里掏出一个轮转烟火。当它开始旋转时，他
得意洋洋地拿着这个新诞生的星系，同时大声唱道：


图片：宇宙永存咏叹调（点击放大）

歌词：

我们的宇宙按照上天的意旨，并不在过去某时形成，过去
将来都永远存在。因为邦迪、戈尔德和我都这样宣称。啊，宇
宙，永不变的宇宙！要把稳恒态宇宙公开宣扬！
那年老的星系可以烧毁瓦解，退出宇宙大舞台的合唱。宇
宙啊你作为一个整体，过去将来都将存在如常。啊，宇宙，永
不变的宇宙！要把稳恒态宇宙公开宣扬！
新的星系将不断从无生成，过去怎么办，将来还怎么办。
过去将来都永远相同，勒梅特和伽莫夫何必为此忧伤。啊，宇
宙，永不变的宇宙！要把稳恒态宇宙公开宣扬！
啊，宇宙，永不变的宇宙！要把稳恒态宇宙公开宣扬！

在霍依耳这个角色演唱时，人们不能不注意到，尽管他这首
赞美宇宙不变性的诗歌挺令人振奋，但空间中那些小小的“星系”
现在大多都已经熄灭了。
这时歌剧演到最后一幕，整个演出班子都集合在一起，唱起
最后一首很活泼的合唱：

“你那辛苦工作的岁月，”
赖尔对霍依耳坦率地说，
“全是浪费光阴没出息，
你那所谓稳恒态理论，
今天已经销售不出去，
除非我的眼睛把我欺。”

“我那巨大的望远镜，
已使你的希望破灭，
你的信念毫无根据。
我直想坦率告诉你：
我们这个宇宙正在
天天增大，日日变稀。”

霍依耳说：“你只不过是
把勒梅特和伽莫夫的旧话重提。
可你应该把他们忘个彻底！
那捉摸不定的宇宙蛋，
连同它那所谓大爆炸，
又怎能对他们有禅益？！”

“你应该明白，我的朋友，
宇宙从来无所谓起始，
它也永远不会有结局，
因为邦迪，戈尔德，还有我，
直到我们头发掉精光，
对这一点都深信不疑。”

“这是胡言乱语！”赖尔喊道，
他满腔怒火往上升，
极度使劲地加强语气，
“正如我们所已经看到，
那些极其遥远的星系，
彼此靠近，分布比较密。”

“你这样说话真叫人生气！”
霍依耳同样来个大发作，
又一次把他的说法重提，
“每一个白天，每一个夜晚，
总是在产生着新的物质，
使宇宙的景观永远如一。”

“别胡诌了，霍依耳先生，
既然我已经把你挫败，
你再坚持就没有道理。”
赖尔用坚信的口气说，
“用不了多长的时间，
我就要叫你醒个彻底！”

演出结束时，从观众席发出雷鸣般的鼓掌声和跺脚声，然后
观众们又站起来为这个迷人之夜竞争的双方喝彩。过了一段时间，
那临时借用的帷幕终于完全关闭，不管人们怎么呼叫也不再拉开。
于是，观众渐渐散去，年轻人大多走向学生联谊会开办的酒吧。
“明天你有什么特别安排吗，慕德？”汤普金斯先生在准备
离开时问道。
“实在没有什么安排，”她答道，“要是你愿意，你可以到
我那里去喝杯咖啡。上午11点，好吗？”


　　　　　　　　　　　　　　　　７　黑洞、热寂和喷灯

“我看，一定就是这里啦！”汤普金斯先生一边查看慕德给
他的那张匆匆画就的地图，一边自言自语地咕哝着。大门上没有
任何标记可以证明这里确实是诺尔顿庄园。他可以看到在车道的
尽头有一座非常大的。爬满了绿藤的庄园住宅。这同他原来想象
的并不一样，不过，他认为最好还是前去问一问。就在这个时候，
他认出了慕德，她正蹲在花坛边清除杂草呢。他们很亲切地互相
问好。
“你在这里购置的房地产实在太大了，”他羡慕地说，“我
没想到画家的收入有这么多。你不认为阁楼上会太冷，不利于你
从事美术创作吗？”
最初，她似乎显得有些莫名其妙，然后突然爆发出一阵响亮
的笑声。“这一切都属于我吗？”她大声说道，“我倒希望是这
样。但是不，它已经四分五裂了——从诺尔顿家族离开这里以后
就一直是这样。它现在分隔成了好几个单元。这是我得到的那一
小部分。”她指着不久以前才扩建的一座小屋。“请进去吧，随
便一点，就像在家里那样。”
在他们等待壶中水烧开的时候，她带他迅速地浏览一遍她那
小小的、布置得很舒适的房子，然后在起居室的沙发上坐下，品
尝起咖啡和饼干来。
“那么，你觉得昨天晚上那台歌剧怎么样？”她问道。
“啊，它大有趣了，”他说，“当然，我还没能理解它的全
部涵义。不过，我很喜欢它。谢谢你建议我去看它。只有一件事
……”
“什么事？”
“没什么大事。只是回到家里以后，我不由自主地为定态理
论所碰到的遭遇感到惊讶。它似乎是一种通情达理的理论呀。”
“可别让我爸听到你说这种话。”她微笑着说，“不知道花
了多少时间才说服他让那台歌剧上演呢。他不愿意学生们被弄糊
涂的。关于科学必须建立在实验上——而不是建立在美学上，他
自己编了一大套歌舞。不管一种理论怎样吸引你，只要实验结果
同它相对立，你就必须把它甩掉。”
“反对定态理论的证据真的像你前几天所说的那么有力吗？”
他问道。
“是的，”她答道，“所有证据都以压倒优势支持大爆炸理
论：首先，我们知道，宇宙已经随着时间的推移而改变了——我
们可以看出，它是已经改变了。”
汤普金斯先生皱着眉头问：“我们看到了吗？”
“是的。你应该记住，光的速度是有限的；光从遥远的天体
传到我们这里是要花一些时间的。当你在考察空间遥远的深处时，
你也就是在考察时间遥远的过去。举例来说，”她望着窗外说；
“太阳发出的光要花８分钟才能到达我们这里，这就是说，我们
现在看到的太阳光是它在８分钟以前的模样——而不是此时此刻
的模样。对于像仙女座中的星系那些更为遥远的天体，情况也是
这样。你一定看见过那个星系的照片，你可以在各种天文学书籍
中找到它们。那个星系离开我们大约有１００万光年，所以，那
些照片所表现的是它在１００万年前的模样。”
　
“你想说明什么问题呢？”
“我想说明的问题是，”她接着说，“马丁·赖尔发现，他
越深入地探索空间的深处，换句话说，他越深入地回顾时间的过
去，在给定的体积内存在的星系数量就越多。如果宇宙确实随着
时间而逐渐变得稀松的话，那么，这正好是我们应该预料到的结
果——宇宙在过去要比现在更密实一些。”
“在昨天的歌剧快结束时，他们提到过这一点，对吗？”汤
普金斯先生问道。
“对极了。不仅如此，我们现在还知道，就连星系自身的性
质也随着时间而改变了。有一个时期，也就是星系在大爆炸后刚
刚形成不久，它们燃烧发出的光要比今天亮得多；当它们处在这
种状态中时，我们便管它们叫做类星体。类星体只出现在很遥远
的地方，这就意味着，它们只存在于非常遥远的过去，目前并不
存在——这又一次违背了宇宙不变的想法。
“得，我开始被你说服了。”他承认了。
“不过，我还没有说完呢，”她坚持要说下去，“就拿原初
原子核丰度来说吧……”
“那是什么？”
“是来自大爆炸的各种不同粒子的比例。你知道，在大爆炸
的早期阶段，所有的东西都是非常热的，每一种东西都随意快速
地运动，彼此迎头撞击。在那个阶段，宇宙中存在的一切都是亚
原子核粒子（中子和质子）、电子和其他基本粒子。你找不到任
何重原子的原子核。不久，由于中子和质子聚合在一起，形成了
第一个原子核，但是，在紧接着的一系列碰撞中，它又被击开而
破坏掉了。后来，随着宇宙的膨胀和冷却。碰撞变得不像过去那
样频繁，也不那么猛烈，只有到这个时候，新形成的原子核才能
一直存在下去。于是，我们就有了这种原初核合成——这是物理
学家们给它起的名称。
“但是，原子核吸收越来越多的中子和质子，从而组成越来
越大的原子核这种过程，是不可能永无止境地进行下去的。”她
继续说，“这是一种同时间赛跑的过程。随着时间的推移，温度
一直在降低。这就意味着，温度终于会降到非常低的程度，以致
核粒子所具有的能量已经小到不再能使它们发生聚变。不仅如此，
由于宇宙不断膨胀，密度同样也在不断减小，因而碰撞的次数也
变得越来越少。以上几种原因结合起来所产生的结果，就是到达
了不再发生那种核反应的一点，这时重原子核的混合物也就不再
发生变化了。这种混合物称为冻结混合物。当然，正是这种原子
核的混合物决定了最后可以形成的各种不同原子的比例。
“现在就出现了一件很有意义的事，”她总结说，“如果你
知道今天宇宙中的物质密度有多大，你就可以计算出过去任何一
个阶段物质密度应该具有的值，具体他说，可以算出原初核合成
时期应有的密度值。而这又意味着，你可以从理论上推算出冻结
混合物应该是什么样的。推算的结果表明，在冻结混合物中有77％
的质量以氢（最轻的元素）的形态存在，23％是氦（次轻的元素），
只有极其微量较重的原子核。而这正好是今天在检验星际气体的
原子丰度时所观察到的情形。”
“好的，你赢了！”汤普金斯先生认可了她的说法，“大爆
炸理论胜利了！”
“但是，我还没有把最最有说服力的证据告诉你呢。”慕德
补充说，这时她变得越来越兴奋。
“你说话开始变得很像你父亲啦。”
她不理睬他的评论，继续往下说，“那就是宇宙微波背景辐
射。你知道，既然大爆炸的温度极高，那就必然有一个火球伴随
着它，就像原子弹爆炸时发出眩目的闪光那样。现在的问题是：
大爆炸发出的辐射如今到哪里去了？它必定还处在宇宙中的某个
地方，因为再也没有任何别的地方可以容纳它。当然，它必定不
再是那种眩目的光，现在它必定已经冷却下来了。到目前这个阶
段，它的波长应该处在微波区域内。事实上，伽莫夫（你还记得
他出现在昨天晚上的歌剧中吗？）曾经很好地计算出、它的波谱
应该对应于７Ｋ区域附近的某个温度。他是对的，目前已经发现
了那个火球的残骸：１９６５年，两位通信科学家彭齐亚斯和威
尔孙纯粹出于偶然，发现了那种辐射遗留下来的东西，它的温度
是２．７３Ｋ，这当然非常接近于伽莫夫早先计算出的数值。”
汤普金斯先生什么话也没有说，他陷入了沉思。慕德好奇地
看着他。
“怎么啦？”她问道，“信服了吗？”
汤普金斯先生摆脱了冥思苦想，“是的，是的，太好了，那
确实是太好了。谢谢你！不过……”
“不过什么？”
“好吧，我说，我刚刚在头脑中画了这样一张图画，里面有
氢，有氦，有电子，还有大爆炸产生的辐射，除此以外，就什么
也没有了。那么，我们今天这个世界是怎么来的呢？太阳和地球