万物简史-第3章
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。要是那个值稍稍低一点比如从千分之七降至千分之六那么就不可能发生转化：宇宙只会由氢组成。要是那个值稍稍高一点高到千分之八结合就会不间断地发生，氢早已消耗殆尽。无论是哪种情况，只要这个数据稍有变动，我们所知的而又需要的宇宙就不会存在。
我要说，到目前为止，一切都恰到好处。从长远来说，引力也许会变得稍强一点；有朝一日，它可能阻止宇宙膨胀，让自己将自己压瘪，最后坍缩成又一个奇点，整个过程很可能重新开始。另一方面，引力也许会变得过弱，那样的话，宇宙会永远地膨胀，直到一切都互相远离，不再可能发生实质性的相互作用，于是宇宙就成为一个非常空旷呆滞而又没有生命的地方。第三种可能是，引力恰如其分就是宇宙学所谓的“临界密度”它把宇宙控制在一个恰当的范围，使事物永远继续下去。宇宙学家有时轻浮地把这称之为“金发姑娘效应”一切都处于恰如其分的状态。（需要说明的是，这三种可能出现的宇宙分别叫做封闭式宇宙、开放式宇宙和扁平式宇宙。）
大家迟早会想到一个问题，那就是，假设你来到宇宙边缘，把头伸出帘幕，那会发生什么？你的头会在什么地方（ 要是它不再是在宇宙里的话） ？你会看到对面是什么？回答是令人失望的：你永远也到不了宇宙的边缘。倒不是因为去那里要花很长时间虽然没错儿，的确要花很长时间而是因为，即使你沿着一条直线往外走，不停地坚持往外走，你也永远到不了宇宙的边缘。恰恰相反，你会回到起始的地方（到了这种地步，你很可能会灰心丧气，放弃这种努力）。其原因是，按照爱因斯坦的相对论（我们届时将会讲到），宇宙是弯曲的。至于怎么弯曲，我们也不大能想像出来。眼下，你只要知道，我们并不是在一个不断膨胀的大气泡里飘浮，这就足够了。确切点说，空间是弯曲的，恰好使其无限而又有限。恰当地说，甚至不能说空间在不断膨胀，这是因为，正如诺贝尔奖获得者、物理学家史蒂文·温伯格指出的：“太阳系和星系不在膨胀，空间本身也不在膨胀。”倒是星系在飞速彼此远离。这对直觉都是一种挑战。生物学家J。B。S。霍尔丹有一句名言：“宇宙不仅比我们想像的要古怪，而且比我们可能想像的还要古怪。”
为了解释空间是弯曲的，人们经常提出一个类比，他们试图想像，有个来自平面宇宙、从来没有见过球体的人来到了地球。不管他在这颗行星的表面上走得多远，他永远也走不到边。他很可能最终回到始发地点。他当然会稀里糊涂，说不清这是怎么一回事。哎呀，我们在空间的处境，跟那位先生的处境完全相同。我们只是糊涂得更厉害罢了。
如同你找不着宇宙的边缘一样，你也不可能站在宇宙的中心，说：“宇宙就是从这儿开始。这是一切的最中央。”我们大家都在一切的最中央。实际上，我们对此缺少把握。我们无法用数学来加以证实。科学家们只是推测，我们确实是在宇宙的中央想一想，这会意味着什么但是，这种现象对所有地方的所有观察者来说都是一样的。不过，我们真的没有把握。
据我们所知，自形成以来，宇宙只发展到光走了几十亿年那么远的距离。这个可见的宇宙这个我们知道而且在谈论的宇宙的直径是1。5 亿亿亿（即1 500 000 000 000 000000 000 000 ）公里。但是，根据大多数理论，整个宇宙有时候称之为超宇宙还要宽敞得多。根据里斯的说法，到这个更大的、看不见的宇宙边缘的光年数，不是“用10个0 ，也不是用100 个0 ，而是用几百万个0 ”来表示。简而言之，现有的空间比你想像的还要大，你不必再去想像空间外面还有空间。
很长时间以来，大爆炸理论有个巨大的漏洞，许多人对此感到不解那就是，它根本无法解释我们是怎么来到这个世界上的。虽然存在的全部物质中有98％是大爆炸创造的，但那个物质完全由轻的气体组成：我们上面提到过的氦、氢和锂。对于我们的存在至关重要的重物质碳、氮、氧以及其他一切，没有一个粒子是宇宙创建过程中产生的气体。但是难点就在这里若要打造这些重元素，你却非要有大爆炸释放出来的那种热量和能量不可。可是，大爆炸只发生过一次，而那次大爆炸没有产生重元素。因此，它们是从哪儿来的？有意思的是，找到这个问题答案的人却是一位压根儿瞧不起大爆炸理论的宇宙学家，他还创造了大爆炸这个词来加以讽刺挖苦。
我们很快就会讲到他。不过，在讨论我们怎么来到这里之前，我们先花几分钟时间来考虑一下到底什么是“这里”，这也许是很值得的。
第二章 欢迎光临太阳系
如今，天文学家可以办到最令人瞠目的事。要是有人在月球上划一根火柴，他们能看到那个火焰。根据远处星星最细微的搏动和抖动，他们能推算出行星的大小和性质，甚至潜在的适于栖居的可能性，而这些行星可是远得根本看不见的啊它们如此遥远，我们乘宇宙飞船去那里也要花250 万年。他们能用射电望远镜捕捉到一丝一毫的辐射，而这种辐射是如此微弱，自开始采集（1951年）以来，所采集到的来自太阳系之外的全部能量，用卡尔·萨根的话来说：“还不到一片雪花落地时所产生的能量。”
总之，宇宙里没有多少东西是天文学家发现不了的，只要他们愿意。因此，想起为什么在1978年之前还没有人注意到冥王星有一颗卫星，这就更为寻常了。那年夏天，亚利桑那州弗拉格斯塔夫的美国海军天文台有一位名叫詹姆斯·克里斯蒂的年轻天文学家，正在对冥王星的照片作例行审查，突然发现那里有什么东西模模糊糊、不大确定的东西，反正肯定不是冥王星。他跟一位名叫罗伯特·哈灵顿的同事讨论片刻以后下了结论：他观察到的是颗卫星。它还不是一般的卫星。相对于那颗行星而言，它是太阳系里最大的卫星。
这对冥王星的行星地位实际上是个打击，而这个地位又从来没有牢固过。原先认为，那颗卫星占有的和冥王星占有的是同一个空间。这意味着，冥王星比任何人想像的要小得多比水星还要小。实际上，太阳系里的七颗卫星，包括我们地球的卫星，都要比冥王星的卫星大。
此刻，你自然会问，为什么发现我们自己太阳系里的一颗卫星要花那么长的时间。回答是：这跟天文学家把仪器对准什么地方、他们的仪器旨在探测什么东西有关系，也跟冥王星本身有关系。最重要的是他们把仪器对准什么地方。用天文学家克拉克·查普曼的话来说：“大多数人认为，天文学家在夜间去天文台扫视天空。这是不真实的。世界上差不多所有的望远镜都旨在观察遥远天空中的极小东西，观察一颗类星体，或寻找黑洞，或观察一个遥远的星系。惟一真正用来扫视天空的望远镜网络是由军方设计和制造的。”
我们受了艺术家艺术表达的不良影响，以为图像的清晰度很高，这在天文学里其实是不存在的。在克里斯蒂的照片上，冥王星暗淡无光，非常模糊只是一片宇宙绒花它的卫星并不像你会在美国《国家地理杂志》上看到的那种球体：背景很亮，非常浪漫，线条清晰，陪伴着冥王星；而只是小小的、极其模糊的一团。事实上，正是由于这种模糊，人们过了7 年时间才再次见到那颗卫星，从而确认它的独立存在。
克里斯蒂的发现有一点妙处：它发生在弗拉格斯塔夫，冥王星就是1930年在那里首次发现的。这个天文学上的重大发现，很大程度上要归功于天文学家珀西瓦尔·洛厄尔。洛厄尔出生于波士顿一个最古老、最富裕的家族（就是那首关于波士顿是豆子和鳕鱼故乡的著名歌谣中提到的家族。歌词中说，洛厄尔家族只跟卡伯特家族说话，卡伯特家族只跟上帝说话）。他捐赠了以他的名字冠名的著名天文台，但人们最不会忘记的是他这样的看法：火星上到处是由勤劳的火星人修建的运河，用来积储来自极地的水，以灌溉赤道附近那干旱而又丰产的土地。
洛厄尔另一个令人不忘的看法是：在海王星以远的某个地方，存在着未被发现的第九颗行星，他给它起名为行星X 。洛厄尔的这种看法是基于他在天王星和海王星的轨道上发现的不规律的现象。于是，他把生命的最后几年致力于找到那颗气态巨星。他断定它就在那里。
不幸的是，他于1916年突然去世。至少在一定程度上，这是他的探索工作过于疲劳所致。洛厄尔的继承人为了遗产争吵不休，探索工作暂时搁置下来。然而，1929年，某种程度上是为了转移对火星运河传说的注意力（到那个时候，它已经成为一件非常令人难堪的事），洛厄尔天文台的负责人决定恢复探索，并为此从堪萨斯州请来了一位名叫克莱德·汤博的年轻人。
汤博没有受过成为天文学家的专门训练，但他既勤奋又聪明。经过一年的搜索以后，他在明亮的天空里终于看到了一个暗淡的光点：冥王星。这是个奇迹般的发现。这个发现更引人注目的是，它证明洛厄尔的观测结果是错误的。虽然是可以理解的，洛厄尔曾根据这些观测结果来预言海王星以远的地方存在一颗行星。汤博马上意识到，这颗新的行星根本不是像洛厄尔所预料的那样是个巨大的气球但是，他或别人有关这颗新行星的性质所持的任何保留，在极其兴奋之中很快就一扫而光。在那个容易激动的时代，差不多任何重大的新闻故事都会激起这种情绪。这是第一颗由美国人发现的行星。有人认为它其实只不过是远方的一颗冰粒，但谁也不会被这种看法转移视线。它被命名为冥王星，至少一定程度上是因为它的头两个字母是由洛厄尔姓名的首字母组成的交织字母。已经不在人世的洛厄尔到处被颂扬为一流的天才人物，而汤博在很大程度上已被人们忘得一干二净，除了在研究行星的天文学家当中，他们往往对他怀有崇敬之情。
现在，有的天文学家继续认为，冥王星之外也许还有行星X 一颗真正的庞然大物，也许有木星的10倍之大，只是它太遥远，我们看不见。（它被照到的阳光太少，几乎没有反射的光。）他们认为，它不会是像木星或土星这样的普通行星它太远，不可能是那个样子；我们推测也许有7。2 万亿公里之远而更会像一个没有形成的太阳。宇宙中的大多数恒星体系都是成双的（双星体），这就使我们孤零零的太阳显得有点儿怪。
至于冥王星本身，谁也不大清楚它有多大，是什么组成的，有什么样的大气，甚至它到底是个什么东西。许多天文学家认为，它其实算不上是颗行星，而只是我们在银河的废墟带（称之为凯珀带）发现的最大的物体。凯珀带理论实际上是1930年由一位名叫F。G。伦纳德的天文学家提出来的，他用这个名字来纪念一位在美国工作的荷兰人杰勒德·凯珀。凯珀发展了这个理论。凯珀带是所谓短命彗星的源泉那种经常一闪而过的星星其中最著名的就是哈雷彗星。比较长命的彗星（其中有最近光顾的海尔－博普彗星和百武彗星）产生于遥远得多的奥尔特云，我们过一会儿就会谈到这个问题。
冥王星的表现与别的行星很不一样，这种看法肯定没错儿。它不但又小又模糊，而且它的运行方式变化不定，一个世纪以后谁也说不准冥王星到底会在哪里。别的行星多少在同一平面上转动，而冥王星的运行轨道（似乎）是倾斜的，不和别的行星处于同一平面，而是形成一个17度的角，犹如有人头上潇洒地歪戴着帽子。它的轨道很不规则，在它寂寞地绕太阳转动的过程中，每一圈都在相当长的时间里比海王星距离我们更近。事实上，在20世纪80年代和90年代的大部分时间里，海王星是太阳系里离我们最远的行星。只是到了1999年2 月11日，冥王星才回到外侧的轨道，此后它将在那里停留228年的时间。
因此，如果冥王星真是一颗行星，那肯定是一颗很怪的行星。它很小，只有地球的四百分之一大。假如你把它盖在美国上面，它还盖不住美国本土48州的一半面积。光这一点就使它显得极其反常，这说明，我们的行星系统是由4 颗稳固的内行星、4 颗气态的外行星和1 颗孤独的小冰球组成的。接着，问题又来了。克里斯蒂发现冥王星的卫星以后，天文学家开始更加仔细地观察宇宙的这一部分，截至2002年12月初止，又在天王星以外发现了600 多个物体，其中一颗被命名为伐楼拿星，差不多和冥王星的卫星一般大小。天文学家现在认为，也许存在几十亿个这类物体。困难在于，它们当中有许多暗淡无光。一般来说，它们的反射度只有4 ％，大约相当于一块木炭的反射度当然，这些“木炭”是在60多亿公里以外。
这到底有多远？几乎难以想像。你看，空间大得不得了简直大得不得了。出于了解和娱乐的目的，我们来想像一下，我们就要乘火箭飞行器进行旅行。我们不会走得太远只到我们自己太阳系的边缘不过，我们先要明白：空间是个多么大的地方，我们占据的是个多么小的部分。
哎呀，恐怕是坏消息，我们回不了家吃晚饭了。即使以光的速度（每秒30万公里）前进，也要花7 个小时才能到达冥王星。而且，我们当然无法以这种速度进行旅行。我们不得不以宇宙飞船的速度前进。这个速度就很慢了。任何人造物体所能达到的最高速度是“旅行者1 号”和“旅行者2 号”宇宙飞船的速度，它们现在正以每小时5。6 万公里的速度飞离我们。
当时（1977年8 月和9 月）之所以发射“旅行者”号飞船，是因为木星、土星、天王星和海王星排成了一条直线，这种现象每隔175 年才发生一次。这就使得两艘“旅行者”号飞船能够利用“引力帮助”技术，以一种宇宙甩鞭的形式，被从一颗气态巨星连续甩到下一颗气态巨星。即使这样，它们也要花9 年时间才能到达天王星，要花12年时间才能越过冥王星的轨道。好的消息是，要是我们等到2006年1 月（这是美国国家航空和航天局暂定向冥王星发射“新地平线”号宇宙飞船的时间），我们就可以利用有利的木星定位法，加上一些先进的技术，只用10年左右的时间便能抵达那里虽然再次回到家里恐怕要花上相当长的时间。
无论如何，这是一次漫长的旅行。
你可能首先意识到，空间这个名字起得极其恰当，空间是个平淡无奇的地方。在几万亿公里范围内，最充满生气的要算我们的太阳系，而所有可看得见的东西太阳、行星及其卫星、小行星带的上亿块翻滚的岩石、彗星和别的各种飘浮的碎石仅仅充满不足现有空间的万亿分之一。你还很快意识到，你所见到的太阳系图是根本不按比例制作的。在教室里的大多数图上，行星们一颗挨着一颗，相距很近在许多插图里，外侧巨星的影子实际上落在彼此身上但是，为了把所有的行星画在同一张纸上，这种骗术也是必不可少的。海王星其实不是在土星以外一点儿，而是在土星以外很远的地方它离土星的距离比土星离我们的距离还要远5 倍。它在外面那么遥远的地方，接受的阳光只有土星的3 ％。
实际上，距离是那么遥远，无论如何不可能按比例来画太阳系图。即使你在教科书里增加许许多多折页，或者使
