第三章
1962年史蒂芬?霍金在进剑桥之前,考虑选择研究理论物理的两个领域。一个是研究非常大即宇宙学,另一个是研究非常小即基本粒子。然而,他说:“因为基本粒子缺乏合适的理论,所以我认为它较不吸引人。他们能做的只不过是和植物学一样把各种粒子分门别类。相反的,在宇宙学方面已有一个定义完好的理论,即爱国斯坦的广义相对论。当时在牛津没人研究宇宙学。而在剑桥的弗雷得?霍伊尔却是英国当代最杰出的天文学家。”
阿尔伯特?爱因斯坦发现了两种相对性理论。第一种称为狭义相对论(1905年),它声称光总是以常速率旅行,光速是一个绝对常数,所有其他运动都是相对的。1916年爱因斯坦发表了有关广义相对论的论文。广义相对论本质上是把引力当作空间——时间几何畸变的结果。
通常几何牵涉到平面上点之间的距离和线之间的角度。然而,在弯曲的表面上,正如地球表面,这些距离和角度不服从适用于平坦表面的同样的几何定律。例如,如果两个人在平坦表面上从不同方向出发离开,他们将越离越开。可是,如果两个人在地球表面上从不同方向出发离开,起初他们将越离越开,最后终会在地球的另一端再相遇。
空间——时间几何也牵涉到距离和角度。但是现在人们要考虑事件,也就是不但空间分开而且时间也分开的点。人们是否能以光速或更慢的速度从一个事件到达另一个事件是最重要的问题。
由于引力是空间——时间几何中的畸变结果,所以引力场影响时间和距离的测量。例如,广义相对论预言,在大楼地下室振动的一颗原子应比在顶楼上的相同原子振动得慢。这个效应非常小,但是它已被测量出来(在一座四层的大楼中!),而且测量结果和预言一致。人们预言,类似的效应(但数值大得多)会发生在非常强的引力场中,像是黑洞附近的引力场。
弗雷得?霍伊尔弗雷得?霍伊尔爵士在剑桥受教育,并在那里担任普鲁明天文学教授。1967年他帮助建立了理论天文研究所并任第一任所长。
他除了写过许多科学著作外,还是科幻小说的多产作家。
“图景”是在宇宙学中明智地使用的词汇。科学具有两个部分。像从量子力学可以得到非常精确的理论,极端精确,任何试图向它挑战的人肯定都是发疯了。
但是在地理学、天文学、宇宙学和生物学中还有另一部分,理论并没有真正地获得证明。它们能被接受,多半依赖于做判断的人。一个众所周知的现象是,只要牵涉到判断,人们就会非常倾向团结一致;也就是说,如果一开始有一半人做了某个特殊的判断,他们就很快地把另一半人说服了。这是一种群众的天性;我想它可追溯到人类靠狩猎为生的原始时代。要是有二十个男人去打猎,最糟的就是对出发的方向不能取得共识;大家一起以随机方式选一个方向共同行动也比各走各的方向好,他们需要整体的力量才能成功。
我们的思想不只受到少数富有魅力的人所影响,也深受我们的能力影响。我们企图避免过于困难的事;如果我们能解答某些方程式,我们就趋之若骛。但是找寻真理可能要用困难的方式。不能保证宇宙会特别按照我们的智慧标准而造。
我认为“图景”这个词用得好。而且我认为,人们五十年以后不会坚持类似于现在的观点。事情会大大改观。正是因为如此,我宁愿去研究具有惊人意义,但我认为可以解决的问题。
弗雷得?霍伊尔和科学家赫曼?邦迪以及托马斯?高尔德同为稳态宇宙论的开创者。稳态理论家提出,当宇宙膨胀然后星系间距离越来越远时,物质从无到有创生并充满了宇宙空间。后来这些物质凝聚,形成新的恒星和星系。年轻的新生星系取代了老死的星系,宇宙在任何时刻都和其他