你也误会了大霹雳？

对宇宙的膨胀感到困惑吗？其实你并不孤单。就算是天文学家，也常常搞不清楚。
撰文╱莱恩威福（Charles H. Lineweaver）、戴维斯（Tamara M. Davis）
翻译／林世昀

「膨胀中的气球」对于要了解宇宙的膨胀来说，是个很好的比喻。在气球表面的星系，其实是静止的，但随着宇宙的膨胀，任两个星系间的距离却增加了。至于星系本身的大小则没有增加。

关于万物的起源，在历来的发现中，宇宙的膨胀也许是其中最重要的一项了。如果宇宙未曾膨胀，你就不会在这里看这篇文章，因为人类根本就不存在。从炽热的大霹雳所诞生的宇宙，若非经由膨胀而逐渐冷却，诸如生命和类地行星等由冷分子所构成的东西，就不可能形成。宇宙中所有结构的形成，从星系、恒星到行星，甚至《科学人》杂志，全都得仰赖宇宙的膨胀。

在40年前的那个7月，科学家宣布他们找到了确切的证据，可以证明宇宙是从一个高热、高密度的太初状态，逐渐膨胀而成。他们发现的是大霹雳冷却后的余晖：宇宙微波背景辐射。自此之后，宇宙的膨胀与冷却便成了宇宙学中的主要论点，就如同达尔文的演化论是生物学的主流思想一样。宇宙的膨胀就像达尔文的演化论，对于简单的结构如何逐步发展形成复杂的结构，提供了可循的脉络。没有了演化论和宇宙膨胀，现代生物学和宇宙学几乎就没什么意义可言了。

宇宙的膨胀和达尔文的演化论，还有着另一个古怪的相似处：大部份科学家都认为他们了解这个理论，可是对其真正的涵义，却很少意见一致。在《物种起源》出版了一个半世纪后，生物学家还在争论达尔文主义的机制与含意（而不是实际内容），而大多数人也还在为前达尔文时期的漫无头绪而焦躁彷徨。同样地，距离最初的发现已经75年了，宇宙的膨胀还是广遭误解。曾经参与解释宇宙微波背景辐射的着名宇宙学家、美国普林斯顿大学的皮伯斯（James Peebles），在1993年写道：「这个图像（热大霹雳模型）的完整内容及深度，并不如我所以为的那样得到充份理解，即便是在某些对此思潮具有启发性贡献的人身上，也是一样。」

大霹雳是空间本身的爆炸。我们所在的空间本身在膨胀。这种爆炸没有中心，且在各处发生。密度与压力到处都一样，因此并不像一般的爆炸是藉由压力差来驱动。

有声望的物理学家、天文学课本的作者，以及着名的科普专家，都曾对宇宙的膨胀做出不正确、误导的，或是容易遭到错误解读的陈述。由于膨胀是大霹雳模型的基础，这些其实都是对于基本原理的误解。膨胀是一种很容易让人接受的简单概念，但是当我们说宇宙正在膨胀时，真正的意思到底是什么？它要膨胀成什么样子？地球也在膨胀吗？更教人迷糊的是，现今宇宙的膨胀似乎正在加速之中，这真是让人连脑子也一起跟着膨胀。

膨胀究竟是什么？
当某个日常熟悉的物体扩张，如扭伤的脚踝、罗马帝国，或是一颗炸弹，是因为膨胀至周围的空间而变大。脚踝、帝国和炸弹都有中心和边界。在边界之外，有个空间可以让它膨胀。但宇宙似乎并没有什么边缘、中心，或宇宙之「外」可言，那么它要如何膨胀呢？一个很好的比喻是，想像你是一只蚂蚁，生活在一个膨胀中的气球表面。你的世界是二维的；你只知道前后、左右这几个方向而已，全然没有「上」和「下」的观念。有天你忽然意识到，走去蚜虫牧场挤奶的路途，怎么一天比一天远：某天要五分钟，第二天要六分钟，再过一天又变成七分钟。而且前往其他熟悉的地点，所需要的时间也在增加。你很确定你行走的速度没有变慢，也确定蚜虫是一群群随处圈养的，它们并没有串通好要一起远离你。

这就是重点了：蚜虫没有乱跑，可是要去挤奶的距离仍然不断增加。它们就站在那儿不动，对气球的橡皮表面而言，它们是静止的，可是你和它们的距离，以及它们彼此之间的距离，却因为气球的膨胀而增加。察觉到这些事实后，你推论出，原来是脚下踩的土地正在膨胀。这话说来很奇怪，因为你已经走遍你的世界，却从没发现有什么边界或是「世界之外」，可供你的世界向外膨胀。

来自 http://www.sciam.com.tw/read/re...ocNo=653&CL=4