三思藏书架卡尔萨根宇宙第十章

三思藏书架：卡尔·萨根《宇宙》·第十章永远的尽头第十章永远的尽头有物混成，先天地生。寂兮寥兮，独立不改，周行而不殆，可以为天下母。音不知其名，字之曰“道”，强为之名曰“大”。大曰逝，逝曰远，远曰反。（中国，大约公元前600年）老子（道德经·第二十五章）在晴朗的天空中，高悬着一条引人注目的大道，它自身发光，灿烂辉煌，称为银河。沿着这条银河，众天神来到伟大的朱庇特的住所和他的堂皇的宫苑。这里正是声名显赫威力无比的天神之家园，我斗胆称之为伟大的天窗。（罗马）奥维德《蜕变》（1世纪）有些愚人妄称是造物主创造了世界，这种信条实不可取，理应不屑一顾。倘若是上帝创造了世界，那在创世之前，上帝独自栖身何界？上帝岂能无米成炊、创世而无需以物凭借？倘若你说上帝先备料、后创世，那你将永远不能自圆其说，而只能无休止地节节败退。须知世界并非某人创造而成，而是无始无终，如时间本身无缘无界。正是基于这种理论……——（印度）德富《伟大的故事》①（9世纪）100亿或200亿年前，一件了不得的事情发生了--宇宙大爆炸，炸出了我们的这个宇宙。大爆炸为什么会发生，这对我们来说是最大的奥秘。毫无疑问，大爆炸确实发生了。现在宇宙中的一切物质和能量也许都以极高的密度——一种令人联想到许多民族文化中关于天地万物的种种神话的宇宙蛋——集结成完全无量纲的数学点。这并不是说把所有的物质和能量硬塞人当今宇宙较小的一隅，而是说，整个宇宙、物质和能量以及它们所充斥的空间、只占很小很小的一点体积，这就没有多少余地可供种种事件在其间发生了。在那次巨大的宇宙爆炸中，宇宙开始了一种至今从未停止的膨胀过程。把宇宙爆炸描述为从外部观察到的一种膨胀泡，这容易引起误解。就定义而言、我们所说的外部其实什么也不是，所以最好还是从内部来考虑它。也许可以用想象中依附于空间运动结构且向各个方向均匀膨胀的格线来表示。当空间扩展时。宇宙中的物质和能量随之膨胀并迅速冷缩那个过去和现在一样充满整个空间的宇宙火球的辐射，通过光谱——从γ射线到X射线再到紫外光，通过可见光谱的虹色，进人红外区和射电区、现在，用射电望远镜可以探测到那个火球的残骸。即从天空各处散发出来的宇宙本底辐射。在早期的宇宙中，太空是灿烂辉煌的。随着时间的流逝，太空的结构继续膨胀。辐射停息了。在普通可见光中。太空第一次变得黑暗起来了。就像今天这个样子。早期的宇宙充满了辐射和最初由氢和氦组成的充实的物质团。这些物质团是由原始致密火球中的基本粒子形成的。如果当时附近有人去观察，那是几乎什么也看不见的。然后，少量气囊——不均匀的小囊开始增大。巨大而轻薄的卷须状气态云形成了。一群群发出隆隆响声的。缓慢旋转的物体，平稳地发着光，最后形成了含有亿万个闪光点的各种天体。宇宙中最大的可辨认的结构就这样形成了。我们今天见到了它们，我们自己就居住在它们中一个默默无闻的角落，后来，我们把它们叫做星系。在大爆炸发生约10亿年之后，大概是因为大爆炸本身的非均匀性，宇宙中的物质形成了略微凹凸不平的块状分布。物质在这些块状结构中比在其他地方更为稠密。它们的引力把附近大量的气体引向它们，从而增大了必将成为星系团的氢和氦的云。后来，极小的初始的非均匀性又使得物质形成了坚固的凝块。当引力坍缩继续时，因为角动量守恒，初生星系的旋转便不断加快。有的变平，在离心力不能抵消重力的地方，沿着自转轴把自己压扁。这些就变成了第一个漩涡星系，即一种在广袤太空中快速旋转着的轮状物质。其他一些引力较弱或自转初速度较小的原始星系只稍微变平，结果变成了第一批椭圆星系。因为万有引力和角动量守恒这些简单的自然定律在整个宇宙都一致不二，所以宇宙中有相类似的星系存在，就好像用同一个模子冲压出来的一样。为地球这个微观世界中的自由落体和花样滑冰尽力提供理论根据的物理学，造就了宇宙这个宏观世界中的种种星系。在新生星系里，小得多的云块也经历了引力坍缩，内部温度变得非常高，激发了热核反应，第一批恒星也就开始运行。灼热而巨大的年轻恒星迅速演化，像浪子一样，毫不在意地挥霍其氢燃料资源，很快就在辉煌的超新星爆炸中结束了它们的生命，将热核尘埃——氦、碳、氧和种种较重的元素——还原为不断生成一代代新恒星的星际云。大量早期恒星的超新星爆炸，在紧邻的气体中产生了连续重选的冲击波，挤压着星系间的媒介物质，从而加速星系团的形成。引力是有机必乘的，即使是很小的物质凝块，它也会使之扩大膨胀。超新星爆炸的冲击波也许已经以各种规模促成了物质的增大，宇宙演变的史诗已经开始，即开始了对大爆炸产生的下列气体物质的凝缩进行分类：星系团、星系、恒星、行星，还有最终出现的生命，以及能认识一点导致生命起源奇妙过程的智慧生物——人。今天的宇宙充满各种星系团。其中有些只是几十个星系毫无意义的、微不足道的集合体。被亲切地称之为“本星系群”中只包含两个还算大的星系，即两个漩涡星系：银河系和M31。其他星系团则大到含有数以千计的相互吸引旋转的巨大星系群。有线索表明，室女座星系团含有成千上万个星系。从宏观着眼，我们居住在一个充满星系的宇宙之中，这些星系是1000亿个宇宙形成和衰变的优美楷模，有的井井有条，有的杂乱无章，二者都一目了然：正常的旋涡形，与我们地球视线成不同角度的旋臂（从正面我们见到的是旋臂，从侧面看还可以看到贯穿旋臂中心的气体，如尘埃所形成的暗带）；棒旋星系，有一条气体尘埃和恒星的河，流过中心并连接两头的旋臂；稳定的椭圆巨星系，包含上百万颗恒星，因为它们已吸收或与其他星系汇合，因此变得非常大；许多矮椭圆体，星系中的矮子，每一个包含有千百万无足轻重的太阳；许许多多各种各样的神秘的不规则星系，表明了在星系世界中有许多已出现毛病的地方；而互绕星系如此接近，以致它们的边缘因它们的伴星系引力作用而扭曲，还有这样的情况，引力拉出一条条气体和恒星的长条，成为星系间的桥梁。有些星系团中的成员星系是按球面几何体排列起来的，它们主要由椭圆体组成。其中又常以一个巨椭圆体（即假定的银河野人）处于支配地位。其他那些以更无规则的几何体排列的星系团，比较而言，拥有相当多的旋涡形和不规则形的星系。星系碰撞的结果，改变了原始球状星系团的形状，同时可能促进从椭圆形往旋涡形和无规则形演变的过程。星系的形态及其数量足以向我们讲述一个可能是最为壮观的有关古代事件的故事，一个我们刚开始阅读的故事。高速计算机的发展，使我们有可能对几十或几万个集体运动点进行数值实验，每一动点代表一颗恒星，每个星都处在其他诸点的引力作用之下。在某些情况下，在已扁化为圆盘的星系中，旋臂完全以其自身的力量而形成。偶尔也有个把旋臂是由两个各自足足含有几十亿颗恒星的星系间的近距引力冲突而造成的。通过这种星系而弥漫扩散开来的气体和尘埃，会互相碰撞而变暖。但是当两个星系碰撞时，由于一个星系主要是空虚的，而且各恒星间的空间距离又很大，所以恒星就像子弹穿过蜂群一样。毫不费力地互相穿越。虽然如此，星系的外观还是会发生严重的变形。一个星系对另一个星系的直接撞击，能使该星系的成员恒星流入星系际空间，这样。一个星系就瓦解了。当一个小星系在正面撞上一个较大的星系时，它能产生一个最壮丽罕见的不规则星系，一个跨度达数千光年宽的环形星系，反衬着星系际空间的天鹅绒背景。它是星系池中一种飞溅、崩裂瓦解后的恒星的一种暂时的外貌。一个被拔除了核心的星系。不规则星系的结构不清的黑斑，漩涡星系的旋臂，以及环形星系的环面，在宇宙影中只闪现在不多的几个镜头中，然后就消散了，而后往往又重新形成。我们感觉中的星系是极重的坚固天体，这其实是一种错觉。它们是由1000亿个星状成分组成的流体结构。正如一个人。他是由100万亿个细胞组成的集合体，很有特征地处于合成和衰变间的稳定状态，整个人体大于其各部分的总和。星系也是这样。星系中的自杀率很高。强大的X射线源、红外辐射和射电波源就是一些近例。距离约有数千万或几亿光年远。它们有着极度发光的核，在光亮中波动达数星期之久。有些显示出辐射流、1000光年长的羽状物和在混沌中的尘埃盘，这是一些正在炸毁自己的星系。在诸如NGC625和M87一类的巨形椭圆星系的核中、可能存在质量比太阳大几百万倍到几亿万倍的黑洞。在M87里面。有些从比太阳系小的区域来的质量巨大、密度极高而体积又很小的东西，像钟表似地在持续活动，并且呜呜作响。黑洞很复杂，而在数10亿光年之外则是更为混杂的天体——类星体，它们可能是一些年轻星系的大爆炸，即自宇宙大爆炸本身发生以来宇宙史上最大的事件。“Quasar”（类星体）这个词是“quasi-stellarradiosource”（类—恒星的射电源）的缩略词。在它们并不都是强大的射电源这一事实弄清楚后、它们就被称为QSOs（类恒星天体quasi-stellarobject）了。因为它们表面像星，所以人们曾自然而然地认为它们是我们这个星系中的恒星了。但用分光仪对它们的红移现象进行观察表明。它们的距离可能极为遥远。它们似乎朝气蓬勃地参与了宇宙的膨胀，有些正以90%的光速退离我们。如果它们确实非常遥远，那么它们必定本身就极为明亮。才可能在那么远的距离外还能被看见，其中有的就像1000颗同时爆炸的超新星一样亮，正如“天鹅座X—1”一样，它们的迅速波动，表明它们的巨大亮度被封闭在一个很小的容积内。这样它就小于太阳系的体积了。一定有某些巨大的活动使类星体内的能量大量外泄。对此有各种假说，其中包括（1）类星体是巨型的脉冲星、有一个与强磁场相连的迅速自转的超大型的核；（2）类星体是由于密集于星系核心内的数百万颗恒星多次碰撞而撕开了其外层。把巨大恒星内部高达1O亿度的温度暴露在整个视野之下而出现的；（3）一个与此有关连的观点是：类星体也是一种星系，在这种星系内，恒星如此紧密地聚集在一起，以致一个类星体内的超新星爆炸会掀掉另一个类星体的外层而使它变成一颗超新星，从而产生恒星链锁反应；（4）类星体是从始至今日还多少保存于类星体内的物质和反物质相互间的激烈的湮灭中获得动力的；（5）类星体是一种当气体、尘埃及恒星落入该星系核中的巨大黑洞时释放出来的能量，这个星系本身也许就是较小的黑洞长年累月的碰撞和凝聚过程的产物；（6）类星体是作为黑洞的反面的“白洞”，一种使注入宇宙其他部分甚至别的宇宙的大批黑洞中去的物质汇集和显示的过程。在考虑类星体时，我们遇到了许多深奥的秘密。不论类星体爆炸的原因何在，有一点似乎是很明显的：这样的极端猛烈的事件必定造成不可言状的大破坏。在每次类星体爆炸过程中，都有几百万个世界——其中有的世界有生命和能够理解所发生的事件的智力存在——可能被彻底毁灭。对星系的研究揭示了宇宙的秩序和宇宙之美，同样也向我们显示了一种至今连做梦也想象不到的剧烈的混乱。我们能生活在允许生命存在的宇宙中，这是非同寻常的；我们生活于其中的是一个毁灭星系，毁灭恒星和毁灭种种世界的宇宙，这也同样是非同寻常的。这个宇宙对诸如我们人类这样的微不足道的生物来说，似乎既无善意，也无恶意，只是漠不关心罢了。甚至像银河系那样，看起来彬彬有礼的行星，也自有其激动起舞的时候。射电观察表明，有两片足以制造几百万个太阳的巨大氢云从银心骤然跌落，就好像那儿不时在发生轻度爆炸似的。一个在地球轨道上运行的高能天文台已经发现，银心是某种独特的γ射线谱线的巨大源泉，这完全符合那种认为在银心隐藏着巨大黑洞的观点。像银河系这样的星系也许正处于不断演化进程中的稳重的中年；这种星系，在其激烈的青春期中包含有类星体和爆发星系，因为这些类星体距离如此遥远，以致我们见到的只是它们的青春期，是它们几十亿年前的模样。银河系的恒星运动起来优美雅致，自成流派。球状星团冲过银面，并从另一边出来，此后，它们就降低速度，返身冲回。如果我们能够尾随一个个具体的恒星看它们在银面上疾驰的独特运动，就会发现它们像是一锅炒玉米花。我们从未看见某个星系较明显地改变其形式，这是因为这个变化过程需要很长时间。银河每自转一次要2.5亿年。如果我们使之加速自转，我们会见到银河系是一个活动的、几乎是有机的实体，有几分像一个多细胞有机体。星的任