第八章 爱因斯坦的宇宙
,又不得不求助于博尼丹斯,我们大家都经常遇到其他种类的相对论--比如声音。要是你在公园里,有人在演奏难听的音乐,你知道,要是你走得远一点,音乐好像就会轻一点。当然,那并不是因为音乐真的轻了点,而只是因为你对于音乐的位置发生了变化。对于体积很小的或行动缓慢的,因此无法有同样经历的东西来说--比如蜗牛--也许难以置信,一个喇叭似乎同时能对两个听众放出两种音量的音乐。
在quot;广义相对论quot;的众多概念中,最具挑战性的,最直觉不到的,在于时间是空间的组成部分这个概念。我们本能地把时间看做是永恒的,绝对的,不可改变的,相信什么也干扰不了它的坚定步伐。事实上,爱因斯坦认为,时间是可以更改的,不断变化的。时间甚至还有形状。一份时间与三份空间结合在一起--用斯蒂芬·霍金的话来说是quot;无法解脱地交织在一起quot;--不可思议地形成一份quot;时空quot;。
通常,时空是这样解释的:请你想像一样平坦而又柔韧的东西--比如一块地毯或一块伸直的橡皮垫子--上面放个又重又圆的物体,比如铁球。铁球的重量使得下面的底垫稍稍伸展和下陷。这大致类似于太阳这样的庞然大物(铁球)对于时空(底垫)的作用:铁球使底垫伸展、弯曲、翘起。现在,要是你让一个较小的球从底垫上滚过去,它试图做直线运动,就像牛顿运动定律要求的那样。然而,当它接近大球以及底垫下陷部分的时候,它就滚向低处,不可避免地被大球吸了过去。这就是引力--时空弯曲的一种产物。
凡有质量的物体在宇宙的底垫上都能造成一个小小的凹坑。因此,正如丹尼斯·奥弗比说的,宇宙是个quot;最终的下陷底垫quot;。从这个观点来看,引力与其说是一种东西,不如说是一种结果--用物理学家米奇奥·卡库的话来说:quot;不是一种力,而是时空弯曲的一件副产品。quot;卡库接着又说:quot;在某种意义上,引力并不存在;使行星和恒星运动的是空间和时间的变形。quot;
当然,以下陷的底垫来作比喻,只能帮助我们理解到这种程度,因为没有包含时间的作用。话虽这么说,其实我们的大脑也只能想像到这个地步。若要想像空间和时间以3∶1的比例像线织成一块格子地垫那样织成一份时空,这几乎是不可能的。无论如何,我想我们会一致认为,对于一位凝视着瑞士首都专利局窗外的年轻人来说,这确实是个了不起的见解。
爱因斯坦的广义相对论提出了许多见解。其中,他认为,宇宙心总是或者膨胀或者收缩的。但是,爱因斯坦不是一位宇宙学家,他接受了流行的看法,即宇宙是固定的,永恒的。
多少出于本能,他在自己的等式里加进了他所谓的宇宙常数。他把它作为一种数学暂停键,武断地以此来抵消引力的作用。科学史书总是原谅爱因斯坦的这个失误,但这其实是科学上一件很可怕的事。他把它称之为quot;我一生中所犯的最大错误quot;。
说来也巧,大约就在爱因斯坦为自己的理论添上一个常数的时候,在亚利桑那州的洛厄尔天文台,有一位天文学家在记录远方恒星的光谱图上的读数,发现恒星好像在离我们远去。该天文学家有个来自星系的动听名字:维斯托·斯莱弗(他其实是印第安纳州人)。原来,宇宙不是静止的。斯莱弗发现,这些恒星明确显示出一种多普勒频移的迹象--跟赛车场上飞驰而过的汽车发出的那种连贯而又特有的quot;嚓--嗖quot;的声音属于同一机制。1这种现象也适用于光;就不停远去的星系而言,它被称之为红移(因为离我们远去的光是向光谱的红端移动的,而朝我们射来的光是向蓝端移动的)。
斯莱弗第一个注意到光的这种