在很多年前,我还是一个科学普及方面的菜鸟,我被指派去说服当时的一位熟谙创世神话的英国圣教公会的主教,让他相信宇宙产生于140亿年前的宇宙大爆炸。“那么请你告诉我,是否稳态理论已经过时了?”这位神的代表质问我。所谓稳态假说,是指物质会被不停地创造出来,而宇宙是一直无限期存在的。当然,这个假说避免了上帝在创造宇宙之前在干吗这样的悖论,但它实在与后期的天文学现象背道而驰,所以最终被主流思想所摒弃。我给主教解释了这个问题,并被他的反应吓了一跳。这位主教大人似乎如释重负:万物起源概念是无可动摇的,讨论的只是一些时间尺度的问题。
虽然和大多数理性人群一样,这位主教接受这些证据,但是很多老派的正统“上帝论者”还是会争辩这个时间尺度问题。就像我第一次遇到有学生十分热情和严肃地相信宇宙产生于6000年前。我首先给他解释了视差的问题,为何当我们自己从周围物体的一边移动到另一边时,看起来这个物体相对远处的物体似乎移动了;地球的公转也会导致我们的移动,使得我们看远处的星星似乎也在移动,这就是视差现象,也证明那些远处的星星足有数光年之远。即使不考虑这种复杂的时间测量,只需要看看50亿年前形成的天然放射性岩石,就知道显而易见的宇宙绝不可能只有6000岁。
他接受这些证据,但是很快又断言6000年前一定发生了某种神圣的事情,使得宇宙变得完全成熟起来。他还坚持认为:多种放射性铀元素形态的平衡使它产生了50亿岁的假象;光束事实上是在飞行途中产生的,所以看起来似乎来自遥远的星系。
要完全理解宇宙并非易事,其间必定要引出很多问题,比如,假如宇宙的确在6000年前形成,那么为什么又要制作一些假象使它看起来有140亿年那么老呢?为何上帝在140亿年前没有开始创造万物并任它进化,在其间的数亿年中,上帝在干吗?或者实际上宇宙只是一瞬间之前形成的,我们脑中的记忆以及宇宙年龄的证据都是假象而已?不同的人对于这些问题有不同的答案。并不旨在回答这些问题。甚至你也会问创世之前是什么样子,正如曾有人在一次著名的探讨之后问我:“为什么宇宙大爆炸没有早一点发生呢?”
无中生有的概念从远古开始就一直困扰着思想家们。相比古代哲学家们只在逻辑上讨论这个问题,今天我们有了更科学的方法:实验可以验证和甄别各种理论和概念。虽然科学还无法回答宇宙大爆炸之前发生了什么,甚至没法判定这个问题是否有意义(如果时间本身就是宇宙大爆炸创造出来的,那么“之前”二字如何说起呢?),但科学确实可以证实宇宙大爆炸的存在。
埃德温·哈勃(Edwin Hubble)发现宇宙中的星系之间的距离在不断增大,至此,人们开始相信宇宙正在膨胀。那么我们将这种现象倒过来看,追溯到140亿年前,这些星系应该就是互相挤成一团的一个整体,之后产生了向外的爆炸,这就是宇宙大爆炸。在今天的科普讲座中,这种理论被大多数听众欣然接受,但是他们也提出了很多问题,其深度和广度都令我印象深刻。比如:如果宇宙在膨胀,那么它在向什么里面膨胀呢?星系本身也在膨胀吗?原子膨胀吗?如果回答是否定的,那么宇宙中到底是什么在胀大呢?如果说是“空间”在胀大,那么“空间”是什么?空间的存在与物质相关吗?即移除物质之后,空间会留存还是会随着物质一起消失?
为了回答这些问题,我们必须先讨论一下空间的本质是什么。首先我们得从牛顿以及17世纪的机械宇宙论开始,之后再到19世纪迈克尔·法拉第(Michael Faraday)和詹姆斯·克拉克·麦克斯韦(James Clerk Maxwell)提出的重要的电磁学见解,以及由此引出的20世纪爱因斯坦提出的时空概念。