走向现代宇宙学
奥伯斯(Olbers 1758—1840)使牛顿的“宇宙引擎”再次受到重创。他在1826年提出了一个以他的名字命名的佯谬,尽管在他之前,包括开普勒在内的许多人都讨论过此问题。奥伯斯佯谬是源于对为什么夜空是黑色的思考。在一个稳恒态且无限的宇宙中,观测者的任何视线方向都会遇到一颗星,就像在无边无际的森林中,无论朝哪个方向看都会看到一棵树。于是可以得出结论,整个夜空应该和一颗普通恒星一样亮。观察到的夜晚的黑暗足以证明宇宙不可能既是无限的又是永恒的。
无论宇宙是否无限,可以进行合理解释的部分越来越多。在亚里士多德时代,月球的轨道是基本的界限(距地球400,000公里远),超过这个范围,人类思维就无法企及。到了哥白尼和开普勒时代,可知的领域就扩大到太阳系边缘(数十亿公里远)。而到了十八、十九世纪,银河系被认为就是宇宙,而现在我们知道的宇宙至少比太阳系大10亿倍。这种银河系就是宇宙的观点遭到了某些人的反对,反对者认为,许多弥散在整个天空中的奇怪的漩涡“星云”非常像我们的银河系,却可以在极远的距离看到。这些天体后来被称作星系。两派观点的一嘲大论战”在20世纪初爆发了,对此我在第四章将介绍。现在人们终于认识到银河系的确只是数千亿个相似星系中的一个,这很大程度上要归功于埃德温·哈勃(Edwin Hubble,1889—1953)。
20世纪初,随着自然定律被重新改写,宇宙学进入了现代纪元。阿尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein,1879—1955)于1905年提出了相对论,颠覆了牛顿的时空观。不久,他的广义相对论又取代了牛顿的万有引力定律。相对论宇宙学的第一项重大工作是由弗里德曼(Friedmann,1888—1925)、勒梅特(Lema?tre,1894—1966)和德西特(de Sitter,1872—1934)共同完成的。他们提出了一套全新的复杂的数学语言来描述宇宙。爱因斯坦的理论为现代宇宙学提供了认识基础,我将在下一章中花更多篇幅来介绍它。
尽管这些认识上的发展铺平了通向现代宇宙学的道路,但迈出最后一步的并不是理论物理学家而是观测天文学家。1929年,埃德温·哈勃发现宇宙包含了许多像银河系一样的星系,并发表了观测结果。这使人们认识到宇宙在不断膨胀。最终在1965年,彭齐斯(Penzias)和威尔逊(Wilson)发现了宇宙微波背景辐射,才证明(或几近证明)我们的宇宙起源于一个原始的火球——大爆炸。