地、却是广泛地被接受。它被基督教接纳为与《圣经》相一致的宇宙图象。这是因为它
具有巨大的优点，即在固定恒星天球之外为天堂和地狱留下了很多地方。
     然而，1514年一位名叫尼古拉·哥白尼的教士提出了一个更简单的模型。（起初，
可能由于害怕教会对异端的迫害，哥白尼只能将他的模型匿名地流传。）他的观念是，
太阳是静止地位于中心，而地球和其他行星绕着太阳作圆周运动。将近一个世纪以后，
他的观念才被认真地接受。后来，两位天文学家——德国的约翰斯·开普勒和意大利的
伽利雷·伽利略开始公开支持哥白尼的理论，尽管它所预言的轨道还不能完全与观测相
符合。直到1609年，亚里士多德——托勒密的理论才宣告死亡。那一年，伽利略用刚发
明的望远镜来观测夜空。当他观测木星时，发现有几个小卫星或月亮绕着它转动。这表
明不象亚里士多德和托勒密所设想的，并不是所有的东西都必须直接围绕着地球转。
（当然，仍然可能相信地球是静止地处于宇宙的中心，而木星的卫星沿着一种极其复杂
的轨道绕地球运动，表观上看来它们是绕着木星转动。然而哥白尼理论是简单得多了。）
同时，开普勒修正了哥白尼理论，认为行星不是沿圆周而是沿椭圆（椭圆是被拉长的圆）
运动，从而使预言最终和观察相互一致了。
     就开普勒而言，椭圆轨道仅仅是想当然的，并且是相当讨厌的假设，因为椭圆明显
地不如圆那么完美。虽然他几乎是偶然地发现椭圆轨道能很好地和观测相符合，但却不
能把它和他的行星绕太阳运动是由于磁力引起的另一思想相互调和起来。对这一切提供
解释是晚得多的事，那是由于1687年伊萨克·牛顿爵士出版了他的《数学的自然哲学原
理》，这部也许是有史以来物理科学上最重要的单独的著作。在这本书中，牛顿不但提
出物体如何在空间和时间中运动的理论，并且发展了为分析这些运动所需的复杂的数学。
此外，牛顿提出了万有引力定律，根据这定律，宇宙中的任一物体都被另外物体所吸引，
物体质量越大，相互距离越近，则相互之间的吸引力越大。这也就是使物体落到地面上
的力。（由于一个苹果落到牛顿的头上而使他得到灵感的故事，几乎肯定是不足凭信的。
所有牛顿自己说过的只是，当他陷入沉思之时，一颗苹果的落下使他得到了万有引力的
思想。）牛顿继而指出，根据他的定律，引力使月亮沿着椭圆轨道绕着地球运行，而地
球和其他行星沿着椭圆轨道绕着太阳公转。
     哥白尼的模型摆脱了托勒密的天球，以及与其相关的宇宙存在着自然边界的观念。
“固定恒星”除了由于地球绕着自身的轴自转引起的穿越天空的转动外，不改变它们的
位置，很自然会使人设想到固定恒星是和我们的太阳类似的物体，只是比太阳离开我们
远得多了。
     按照他的引力理论，牛顿意识到恒星应该相互吸引，看来它们不能保持基本上不动。
那么它们会一起落到某处去吗？在1691年写给当时另一位最重要的思想家里查德·本特
里的一封信中，他论证道，如果只有有限颗恒星分布在一个有限的空间区域里，这确实
是会发生的。但是另一方面，他推断如果存在无限多颗恒星，多少均匀地分布于无限的
空间，这种情形就不会发生，因为这时不存在任何一个它们落去的中心点。
     当人们议论到无穷时，这种论证是你会遭遇到的一种陷阱。在一个无限的宇宙，每
一点都可以认为是中心，因为在它的每一边都有无限颗恒星。正确的方法是很久以后才
被意识到的，即是先考虑有限的情形，这时所有恒星都相互落到一起，然后在这个区域
以外，大体均匀地加上更多的恒星，看情况会如何改变。按照牛顿定律，这额外的恒星
平均地讲对原先的那些根本没有什么影响，所以这些恒星还是同样快地落到一起。我们


愿意加上多少恒星就可以加上多少，但是它们仍然总是坍缩在一起。现在我们知道，由
于引力总是吸引的，不可能存在一个无限的静态的宇宙模型。
     在20世纪之前从未有人暗示过，宇宙是在膨胀或是在收缩，这有趣地反映了当时的
思维风气。一般认为，宇宙或是以一种不变的状态已存在了无限长的时间，或以多多少
少正如我们今天所看的样子被创生于有限久的过去。其部分的原因可能是，人们倾向于
相信永恒的真理，也由于虽然人会生老病死，但宇宙必须是不朽的、不变的这种观念才
能给人以安慰。
     甚至那些意识到牛顿的引力理论导致宇宙不可能静止的人，也没有想到提出宇宙可
能是在膨胀。相反的，他们试图修正理论，使引力在非常大距离时成为斥力。这不会对
行星运动的预言有重大的影响，然而却允许无限颗恒星的分布保持平衡——邻近恒星之
间的吸引力被远隔恒星之间的斥力所平衡。然而，现在我们知道，这样的平衡是不稳定
的：如果某一区域内的恒星稍微互相靠近一些，引力就增强，并超过斥力的作用，这样
这些恒星就会继续落到一起。反之，如果某一区域内的恒星稍微互相远离一些，斥力就
起主导作用，并驱使它们离得更开。
     另一个反对无限静止宇宙的异见通常是归功于德国哲学家亨利希·奥勃斯，1823年
他发表了这个理论。事实上，牛顿的同时代的一些人已经提出过这个问题。甚至奥勃斯
的文章也不是貌似有理地反驳这模型的第一篇。不管怎么说，这是第一篇被广泛注意的
文章。这无限静止模型的困难，在于几乎每一道视线必须终结于某一恒星的表面。这样，
人们可以预料，整个天空甚至在夜晚都会像太阳那么明亮。奥勃斯反驳说，远处恒星的
光线由于被它所穿过的物质吸收所减弱。然而如果真是如此，这相干的物质将会最终被
加热到发出和恒星一样强的光为止。唯一的能避免整个天空像太阳那么亮的结论的方法
是，假定恒星并不是永远那么亮，而是在有限久的过去才开始发光。这种情况下，吸光
物质还没加热，或者远处恒星的光线尚未到达我们这儿。这使我们面临着是什么首次使
恒星发光的问题。
     当然，宇宙开端的问题在这之前很久就被讨论过。根据一些早先的宇宙论和犹太人
／基督教／穆斯林传统，宇宙开端于有限的、并且不是非常远的过去的某一时刻。对这
样一个开端，有一种议论是感到必须有“第一原因”来解释宇宙的存在。（在宇宙中，
你总可以将一个事件解释为由于另一个更早的事件所引起的，但是宇宙本身的存在只有
当存在某个开端时才能被解释。）另一种论证是圣·奥古斯丁在他的《上帝之城》的著
作中提出的。他指出，文明在进步，我们将记住创造这些业绩和发展技术的人们。这样
人，也许宇宙，不可能已经存在了太长的时间。圣·奥古斯丁根据《创世纪》一书，接
受公元前5000年作为宇宙的被创生的时间。（有趣的是，这和上一次的冰河时间的结束，
大约公元前1     年相距不远。考古学家告诉我们，文明实际上是从那时开始的。）
     另一方面，亚里士多德和大多数其他希腊哲学家不喜欢创生的思想，因为它带有太
多的神学干涉的味道。所以他们相信，人类及其周围的世界已经并且将继续永远存在。
古代的人们已经考虑到上述的文明进步的论点，用周期性洪水或其他灾难的重复出现，
使人类回到文明的开初，来回答上面的话难。
     1781年，哲学家伊曼努尔·康德发表了里程碑般的（也是非常模糊的）著作——
《纯粹理性批判》，在这本书中，他深入地考察了关于宇宙在时间上是否有开端、空间
上是否有极限的问题。他称这些问题为纯粹理性的二律背反（也就是矛盾）。因为他感


另一方面，哪怕你只要找到一个和理论预言不一致的观测事实，即可证伪之。正如科学
哲学家卡尔·波帕所强调的，一个好的理论的特征是，它能给出许多原则上可以被观测
所否定或证伪的预言。每回观察到与这预言相符的新的实验，则这理论就幸存，并且增
加了我们对它的可信度；然而若有一个新的观测与之不符，则我们只得抛弃或修正这理
论。至少被认为这迟早总会发生的，问题在于人们有无才干去实现这样的观测。
     实际上经常发生的是，所设计的新理论确实是原先理论的推广。例如，对水星的非
常精确的观测揭露了它的运动和牛顿理论预言之间的很小差异。爱因斯坦的广义相对论
所预言的运动和牛顿理论略有不同。爱因斯坦的预言和观测相符，而牛顿的预言与观测
不相符，这一事实是这个新理论的一个关键证据。然而我们在大部分实际情况下仍用牛
顿理论，因为在我们通常处理的情形下，两者差别非常小。（牛顿理论的另一个巨大的
优点在于，它比爱因斯坦理论容易处理得多！）
     科学的终极目的在于提供一个简单的理论去描述整个宇宙。然而，大部分科学家遵
循的方法是将这问题分成两部分。首先，是一些告诉我们宇宙如何随时间变化的定律；
（如果我们知道在任一时刻宇宙是什么样子的，则这些定律即能告诉我们以后的任一时
刻宇宙是什么样子的。）第二，关于宇宙初始状态的问题。有些人认为科学只应过问第
一部分，他们认为初始状态的问题应是形而上学或宗教的范畴。他们会说，全能的上帝
可以随心所欲地启动这个宇宙。也许是这样。但是，倘若那样，他也可以使宇宙以完全
任意的方式演化。可是，看起来他选择宇宙以一种非常规则的、按照一定规律的方式演
化。所以，看来可以同样合理地假定，也存在着制约初始状态的定律。
     毕全功于一役地设计一种能描述整个宇宙的理论，看来是非常困难的。反之，我们
是将这问题分成许多小块，并发明许多部分理论。每一部分理论描述和预言一定有限范
围的观测，同时忽略其他量的效应或用简单的一组数来代表之。可能这方法是全错的。
如果宇宙中的每一件东西都以非常基本的方式依赖于其他的任何一件东西，很可能不能
用隔离法研究问题的部分去逼近其完备的答案。尽管如此，这肯定是我们在过去取得进
展所用的方法。牛顿引力理论又是一个经典的例子，它告诉我们两个物体之间的引力只
决定于与每个物体相关的一个数——它的质量；而与物体由何物组成无关。这样，人们
不需要太阳和行星结构和成份的理论就可以计算它们的轨道。
     今天科学家按照两个基本的部分理论——广义相对论和量子力学来描述宇宙。它们
是本世纪上半叶的伟大的智慧成就。广义相对论是描述引力和宇宙的大尺度结构，也就
是从只有几英哩直到大至1亿亿亿（1后面跟24个0）英哩，即可观测到的宇宙范围的尺度
的结构。另一方面，量子力学处理极小尺度的现象，例如万亿分之一英寸。然而，可惜
的是，这两个理论不是互相协调的——它们不可能都对。当代物理学的一个主要的努力，
以及这本书的主题，即是寻求一个能将其合并在一起的理论——量子引力论。我们还没
有这样的理论，要获得这个理论，我们可能还有相当长的路要走，然而我们已经知道了
这个理论所应具备的许多性质。在以下几章，人们将会看到，我们已经知道了相当多的
量子引力论所应有的预言。
     现在，如果你相信宇宙不是任意的，而是由确定的定律所制约的，你最终必须将这
些部分理论合并成一套能描述宇宙中任何东西的完整统一理论。然而，在寻求这样的完
整统一理论中有一个基本的自相矛盾。在前面概括的关于科学理论的思想中，假定我们
是有理性的生物，既可以随意自由地观测宇宙，又可以从观察中得出逻辑推论。在这样
的方案里可以合理地假设，我们可以越来越接近找到制约我们宇宙的定律。然而，如果
真有一套完整的统一理论，则它也将决定我们的行动。这样，理论本身将决定了我们对
之探索的结果！那么为什么它必须确定我们从证据得到正确的结论？它不也同样可以确
定我们引出错误的结论吗？或者根本没有结论？
     对于这个问题，我所能给出的回答是基于达尔文的自然选择原理。这思想是说，在
任何自繁殖的群体中，存在有不同个体在遗传物质和发育上的变异。这些差异表明，某
些个体比其他个体对周围的世界更能引出正确的结论，并去适应它。这些个体更可能存
活、繁殖，因此它们的行为和思维的模式将越来越起主导作用。这一点在过去肯定是真
的，即我们称之为智慧和科学发现的东西给我们带来了存活的好处。这种情况是否仍会
如此不是很清楚：我们的科学发现也可以将我们的一切都毁灭。即使不是这样，一个完
整的统一理论对于我们存活的机会不会有很大影响。然而，假定宇宙已经以规则的方式
演化至今，我们可以预期，自然选择赋予我们的推理能力在探索完整统一理论时仍然有
效，并因此不会导致我们得到错误的结论。
     因为除了最极端的情况外，我们已有了对所有一切都足够给出精确的预言的部分理
论，看来很难以现实的理由为探索宇宙的终极理论辩护。（值得指出，虽然可用类似的
论点来攻击相对论和量子力学，但这些理论已给我们带来了核能和微电子学的革命！）
所以，一套完整的统一理论的发现可能对我们种族的存活无助，甚至也不会影响我们的
生活方式。然而自从文明开始，人们即不甘心于将事件看作互不相关而不可理解的。他
们渴求理解世界的根本秩序。今天我们仍然渴望知道，我们为何在此？我们从何而来？
人类求知的最深切的意愿足以为我们所从事的不断的探索提供正当的理由。而我们的目
标恰恰正是对于我们生存其中的宇宙作完整的描述。

瞎说    八道   歪理

到现在还是不明白，为什么托勒密模型中月亮一段时间内大小会是其他时间的两倍，霍老没给解释啊……

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