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当我们谈大爆炸时,谈些什么
来源:中国科学报      作者:温新红      2017年07月27日       
摘要:《大爆炸简史》延续了西蒙·辛格一贯的风格,思路清晰,有故事,有历史的细节。
正文


Big Bang,即大爆炸,现在很少有人不知道的,即大爆炸是关于宇宙的学说,它解释了宇宙的开端。可对于大爆炸到底是什么意思,为什么宇宙学家相信大爆炸理论是对宇宙起源的精确描述,那些拼着命也要坚守这种“非正统理论”的科学家都是谁,等等,并不十分清楚,也就是说,我们不懂到底什么是大爆炸。

 

对大众来说,通过通俗易懂的书籍来了解大爆炸学说的来龙去脉,是有必要的。

 

最近,英国科普作家西蒙·辛格撰写的《大爆炸简史》由湖南科学技术出版社出版。

 

西蒙·辛格,畅销科普书《费马大定理》的作者,这位剑桥大学粒子物理博士、前BBC节目制作人,因执导的纪录片《费马大定理》获得英国电影学院奖。另一本同样畅销的书《密码本》是BBC专题系列《保密的科学》的底本。

 

《大爆炸简史》延续了西蒙·辛格一贯的风格,思路清晰,有故事,有历史的细节。

 

宇宙是可以分析的

 

哲学家卡尔·波普说:“科学必定源于神话,并在对神话的批评中成长起来。” 《大爆炸简史》就是从神话开始讲起的。

 

“自从盘古开天地……”在有科学之前,神话体现出人类对宇宙的思索,这种思索在各个文明的孕育阶段就已显露出来。例如,中国的创世神话是盘古开天辟地,冰岛神话中宇宙诞生于巨大的缺口,等等,世界各地的创世神话不同,但都有超自然的存在。“神话”一词源自希腊文,有“命令”的意思。即不能质疑这些说法。

 

“随着人们渐渐学会理性思考,对宇宙的追索才慢慢脱离单纯的想象和人世的依附,将讨论建立在观察的基础上,运用逻辑去整理对外在世界的认识,这就是哲学。”《大爆炸简史》译者王文浩对记者解释道。

 

公元前6世纪,哲学家不认同对宇宙起源的神话解释,比如阿那克西曼德、比如色诺芬,西蒙·辛格称他们为“第一批宇宙学家”,因为他们对物理宇宙及其起源的科学研究感兴趣。“宇宙学”一词源自古希腊,他们认为宇宙是可以理解的,是值得分析研究的。

 

科学的源头是古希腊哲学。而对宇宙的思索是古希腊哲学中很重要的一个分支——自然哲学。在随后的2000多年里,后来的科学家继续着有关宇宙的演化史的争论,有关有限与无限的争论。

 

大爆炸不是凭空出现的

 

“大爆炸模型提出之前的宇宙模型有牛顿的静态宇宙模型和爱因斯坦—弗里德曼的有限无界模型。”王文浩向记者详细解读了这一过程,1932年,乔治·勒迈特提出宇宙是由一个极端高热压缩状态的“原始原子”突发膨胀而产生的。

 

这一思想启发了年轻的核物理学家兼天体物理学家乔治·伽莫夫。1948年,伽莫夫与他的学生阿尔弗和赫尔曼发表了《宇宙的演化》一文,将勒迈特的膨胀宇宙概念建立在核物理知识基础上,从而提出了一种比较完整的宇宙创生理论。

 

但这一理论受到了反对派——主要有弗雷德·霍伊尔、托米·戈尔德和赫尔曼·邦迪等人的质疑。

 

1981年,A. H.古斯提出了一种描述极早期宇宙演化的模型,即暴胀宇宙模型。由此,大爆炸模型渐臻完整。之后,诺贝尔奖颁给彭齐亚斯和威尔逊,标志着大爆炸模型已成为主流科学的一部分。

 

《大爆炸简史》一书简洁地分为6个章节,按时间顺序,在论述起源后,接着谈到了宇宙理论、大辩论、宇宙的异端、模式的转变,最后是尾声。

 

书中对大爆炸研究的历史的发展脉络作了陈述。这个过程也是大爆炸作为宇宙的开端被逐渐接受的过程。从中可以看到,爱因斯坦的引力理论是如何蕴含宇宙创生的那一刻的,以及理论和观测是如何走到一起给出大爆炸模型的。“大爆炸”一词不是凭空出现而不可推测的,也不是无法证实的。当我们通过宇宙微波背景辐射观测到宇宙在膨胀,而且在加速膨胀,并且不断追踪遥远的过去留下的印记,科学家们才慢慢接受它——这是目前对于宇宙创生最好的解释模型。

 

讲故事的高手

 

英国宇宙学家弗雷德·霍伊尔是宇宙的稳恒态模型提出者之一,他和伽莫夫之间就两种模型发生了激烈的争论。

 

伽莫夫将霍伊尔写进他的一部科学幻想剧中,并让他唱了一首模仿自己的稳恒态理论的歌。

 

霍伊尔也不示弱,他是上世纪50年代BBC的常客,有一次,他在节目中说,“然而,这个Big Bang的想法在我看来并不令人满意……”当他使用Big Bang一词时,声音带着一种很轻蔑的口气,给人感觉他是故意用这个短语作为对竞争对手理论可笑的评论。

 

没想到的是,霍伊尔的讥讽却让“大爆炸”理论更加流行。从此,动态演化模型就被称为大爆炸模型。

 

不用说,西蒙·辛格是科普高手。

 

“书中讲了不少有趣的故事,像伽莫夫和霍伊尔两方各不相让,唇枪舌剑,甚至用打油诗进行反击,就是一例。”《大爆炸简史》的编辑、湖南科学技术出版社编辑杨波告诉记者,大爆炸学说是一个逐渐被接受的过程,其中涉及的人物和事件很多,如果将其中的细节和研究过程都写入则会显得相当冗繁而不得要领。作者除了有很好的专业背景,同时他也有很好的科普意识和丰富的知识底蕴,他将此书定位为一本大众读物,始终围绕着“大爆炸学说如何一步步脱颖而出”这样一条主线来叙述,写的行如流水,用了很多引人入胜的故事。

 

英美报刊杂志对这本书的评价,也都是特别点出其“故事性”。《星期日独立报》说,“西蒙是个非常有才华的故事大王,他从来不会错过让他的叙事变得更清晰、更生动的机会。”《卫报》也认为,“辛格是讲故事的高手,能发掘出天体物理学家工作中所蕴藏的各种趣闻轶事。”

 

仅仅谈大爆炸

 

本书原名叫Big Bang,直译为《大爆炸》,“直译意思比较宽泛,中文书名叫作《大爆炸简史》,是为了给读者一个明确的定位,增加了‘简史’两字则指向更明确,告诉读者这是一本关于大爆炸学说的史记,而不是讲大爆炸的其他方面。”杨波介绍。

 

西蒙在书中也说到,他对历史材料是有所取舍的,“本书提到的仅是大爆炸模型的发展有贡献的人群中的一小部分人”。所以,这的确是一部“大爆炸简史”。

 

说到大爆炸理论,很容易让人联系到霍金的黑洞理论,不过,这本书中只字未提霍金,“黑洞是宇宙中星系以下级别的演化过程,不是宇宙的终极状态。本书只讲宇宙整体演化过程,没谈到具体的星系或恒星的演化,因此不涉及黑洞,也就不涉及霍金了。”王文浩解释道。

 

宇宙类的书籍多半会讨论宇宙的历史和将来、时间和空间的本性、黑洞、星系等主题,本书有所不同,只是集中写了与大爆炸学说有关的人物和故事,对于宇宙中其他的事物着墨很少或不作叙述。

 

不过,杨波说,霍金在他的一些著作和科普节目中不但表示认同大爆炸学说,还为之做了科学普及的工作,因为很多人是从霍金的著作或者讲演中首次了解到大爆炸的,从这个意义上讲,大爆炸理论因霍金而变得更加“著名”。