被低估的空间
我父亲曾给过我一个建议:“如果你遇到一个无法回答的难题,那么在所有你不能回答的问题里,先选择一个简单一些的问题来处理。”怀着同样的精神,让我们先问一个更简单的问题:在不与我们的观测结果相违背的前提下,空间最小能有多小?图1-1描绘了人们对这个问题的回答随着时间发展而变化的情况。从图中可以看出,几个世纪以来,这个问题的答案发生了翻天覆地的改变:今天我们已知的宇宙比狩猎的祖先们所知道的最远距离——他们一生所行走的距离,大了10亿兆(10²¹)倍。并且,这种视野的扩张不是一锤定音,而是屡次上演。每次,当我们有能力把窥探宇宙的镜头拉得更远一些时,就会发现,之前所发现的一切只是一个更庞大物体的一小部分。而从图1-2中可以看到,一个国家也只是一颗行星上的一小片土地,而这颗行星只是太阳系的一小部分,而太阳系只是银河系的小小一隅,银河系只是一个星系团的一个小角落,这个星系团也仅仅只是可观测宇宙的一小部分,甚至连可观测宇宙,在我看来都只是一层或几层平行宇宙中小小的一个。
就像把头埋在沙子里的鸵鸟一样,人类总是一次又一次地假定,我们能看见的范围就是宇宙的全部了,并总是错误地认为我们人类位于宇宙的中心。在探索宇宙的漫长道路上,宇宙的大小总是一次又一次地被低估,这几乎成了一个永恒的主题。然而,图1-2却反映出第二个主题,也是我认为非常有启发性的一个主题:
我们不但一次又一次地低估了宇宙的尺度,还一次又一次地低估了人类智慧理解宇宙的能力。山顶洞人的大脑与我们现代人的大脑差不多大小,当夜幕来临,既然他们不会坐在家里看电视,那么一定会仰望星空,并提出诸如“天上那些玩意儿是什么”“它们从哪里来”这样的问题。他们传颂着优美的神话故事,却没有意识到自己具有解答这些问题的潜能。秘诀不在于飞向群星深处去亲自勘察这些天体,而在于放飞你的想象。
如果你确信一件事不可能成功,于是就不去尝试,那这件事注定会失败。从事后诸葛亮的角度来看,物理学上所有重大的突破,本来都应该发生得更早一些,因为促使它发生的工具早就存在了。如果一个冰球运动员错误地认为自己的球棍坏掉了,那即使他面对一个无人防守的空门,也无法进球。在接下来的几章里,我将和你分享一些故事,你将看到,牛顿、亚历山大·弗里德曼(Alexander Friedmann,宇宙学家、数学家)、乔治·伽莫夫(George Gamow,物理学家、天文学家)和休·埃弗雷特(Hugh Everett,物理学家)是如何克服这种“确信的失败”的。诺贝尔物理学奖得主史蒂文·温伯格(Steven Weinberg)正是怀着这样的心情对我说:“在物理学的世界里,这是常发生的事情——我们并不是错在太把自己的理论当回事,而是错在太不把自己的理论当回事了。”
首先,让我们来看看如何测量地球的大小,以及地球和月球、太阳、其他恒星和其他星系之间的距离。我个人认为这是有史以来最饶有趣味的侦探故事之一,说不定正是它促成了现代科学的诞生,所以我非常急切地想要和你分享,把它作为开胃菜,放在正餐前——别忘了,正餐是宇宙学领域最新的突破性进展。正如你所看到的那样,前4个例子并不复杂,只需要测量一些角度就可以了。但它们也无不证明:对熟视无睹的日常事物提出疑问是一件多么重要的事情,因为最关键的线索可能就隐藏在其中。
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