宇宙物理學(xué)家馬里奧．利維奧博士：哈勃的視野非常小，因此它看什么東西的時(shí)候就很專(zhuān)注。它看哪里，是由全世界的宇宙學(xué)家們決定的。他們提供申請報告，建議哈勃應該看什么，我們在這里匯集這些報告，由各個(gè)專(zhuān)業(yè)的宇宙學(xué)專(zhuān)家決定哈勃到底應該觀(guān)測什么。每年我們大概收到上千的申請報告，只有大約六分之一被選中。那些就是哈勃觀(guān)測的目標。
【旁白】雖然相對于廣袤的宇宙來(lái)言，只有一只眼睛的哈勃所能捕捉到的信息顯得微不足道。但到目前為止，它已經(jīng)通過(guò)向地面上的天文學(xué)家們發(fā)送無(wú)線(xiàn)電波的方式提供了無(wú)數極有價(jià)值的圖片。哈勃發(fā)回的觀(guān)測數據，使科學(xué)家們對宇宙的研究不斷取得突破性的進(jìn)展。2006年7月，利維奧博士 (Mario Livio)從哈勃16年來(lái)的赫赫功績(jì)中，精心篩選出10項最突出的貢獻。他表示，哈勃不僅為天文學(xué)家提供了前所未有的細節，還讓全世界的人在家中也能一睹宇宙的奇景。歷史上，很少有望遠鏡能夠像哈勃望遠鏡這樣，對天文學(xué)研究產(chǎn)生如此深遠的影響。
宇宙物理學(xué)家馬里奧．利維奧博士：我應該說(shuō)哈勃發(fā)現了許多東西，有超過(guò)6千篇科學(xué)論文是在哈勃提供的數據的基礎上寫(xiě)出來(lái)的。如果我要從中選出其中最激動(dòng)人心的發(fā)現，是發(fā)現了我們稱(chēng)之為“暗能量”的東西。從1920年代開(kāi)始，我們就知道我們的宇宙在膨脹，但我們認為這種膨脹會(huì )逐漸減慢下來(lái)，因為引力的緣故。就像如果你仍什么東西上去，引力會(huì )使上去的速度降低，是不是? 但從1998年開(kāi)始，我們發(fā)現宇宙的膨脹不僅沒(méi)有減慢，反而在加速。是被一種我們叫做“暗能量”的東西推動(dòng)的。而宇宙中四分之三的能量，都是以這種暗能量的形式存在的，但我們卻不知道它是什么。這是哈勃發(fā)現的最激動(dòng)人心的現象。
【旁白】利維奧博士介紹說(shuō)，科學(xué)家們從比較這兩張哈勃照片中，發(fā)現了宇宙的加速膨脹和暗能量的存在。
宇宙物理學(xué)家馬里奧．利維奧博士：我們不知道它是什么，但顯然它散布在空間的各個(gè)方面，充滿(mǎn)整個(gè)空間。你知道引力通常將物質(zhì)吸入，兩個(gè)物質(zhì)互相吸引。但暗能量有一種擴展的力量，因此將宇宙加速推動(dòng)。比如說(shuō)我把鑰匙拿出來(lái)，像這樣往上扔。引力使它向上的速度減慢，又把它吸回來(lái)了。但這種暗能量，則會(huì )把扔上去的鑰匙向上加速的推。這就是暗能量現在對整個(gè)宇宙起到的作用。因此整個(gè)宇宙的膨脹在加速。這就是我們所看到的。
【旁白】對于暗能量的本質(zhì)，目前科學(xué)家們仍舊一無(wú)所知。但最近的發(fā)現顯示，宇宙中四分之三的能量來(lái)自于暗能量，而這個(gè)人們現在還看不見(jiàn)的能量，卻主宰了宇宙的未來(lái)。
宇宙物理學(xué)家 馬里奧．利維奧博士：這個(gè)發(fā)現絕對是對今天物理學(xué)家的一個(gè)最大的挑戰。要搞清楚這種暗能量是什么。全世界的物理學(xué)家都在撓頭，試圖發(fā)現這個(gè)暗能量到底是什么。
【旁白】宇宙加速膨脹和暗能量的發(fā)現，對傳統的宇宙大爆炸理論，構成了巨大的挑戰。許多物理學(xué)家都在重新審視現在流行的宇宙形成和演化理論。1998年以來(lái)，普林斯頓大學(xué)的施泰恩加德教授(Paul Steinhardt)和英國劍橋大學(xué)的圖爾克教授(Neil Turok)提出了循環(huán)宇宙模型，認為宇宙一直經(jīng)歷著(zhù)從生長(cháng)到消亡的“生死輪回”過(guò)程。目前被人們普遍接受的140億年前的宇宙大爆炸，并非宇宙誕生的絕對起點(diǎn)，那只是宇宙的一次新生。
普林斯頓大學(xué)施泰恩加德教授：標準的大爆炸理論設想宇宙中的所有物質(zhì)，全部的物體、射線(xiàn)、和空間本身，都是從大約130億年前開(kāi)始的。突然從什么都沒(méi)有變成有東西了。這是理論的最初設想。而循環(huán)宇宙理論認為，或許存在一個(gè)好像大爆炸的事件發(fā)生了，但那不是空間和時(shí)間的開(kāi)始，也不是物質(zhì)的起源。而是一次制造了大量物質(zhì)和射線(xiàn)，構成了我們今天看到的宇宙。而這種事件是有規律的階段性發(fā)生的。不只發(fā)生了一次，而是有規律的階段性發(fā)生的。之前也發(fā)生過(guò)，之后也會(huì )發(fā)生，大約每千億年發(fā)生一次。我們過(guò)去認識的大爆炸只是最近的一次。
【旁白】宇宙大爆炸理論是俄裔美國科學(xué)家伽莫夫在1948年提出來(lái)的。這個(gè)理論認為，宇宙開(kāi)始是個(gè)高溫致密的火球，它不斷地向各個(gè)方向迅速膨脹。當溫度和密度降低到一定程度，這個(gè)火球發(fā)生了劇烈的核聚變反應。隨著(zhù)溫度和密度的降低，宇宙早期存在的微粒在引力作用下不斷聚集，最后逐漸形成今天宇宙中的各種天體。
普林斯頓大學(xué)施泰恩加德教授：這個(gè)理論始終有疑問(wèn)，如果向回追溯，按照愛(ài)因斯坦的物質(zhì)動(dòng)理論，你會(huì )遇到一個(gè)問(wèn)題，就是宇宙的溫度和密度似乎是無(wú)限的。物理學(xué)家把這叫做 “奇點(diǎn)”(Singularity)。是錯誤的，是一個(gè)數學(xué)上的錯誤。這是愛(ài)因斯坦理論的一個(gè)問(wèn)題，它預言在創(chuàng )始時(shí)，物質(zhì)的密度和溫度是無(wú)限的。所以我們相信之后發(fā)生的膨脹、加速等，但向回追溯時(shí)總是有一個(gè)疑問(wèn)，那是空間和時(shí)間的起點(diǎn)嗎? 這是愛(ài)因斯坦的理論想告訴我們的嗎? 是否可能有別的東西? 我們知道愛(ài)因斯坦理論不足夠回答所有這些問(wèn)題。我們需要一個(gè)新的引力理論，我們現在還沒(méi)有這樣一個(gè)引力理論。這就是我們最初的設想，我們特別從一個(gè)現在被理論學(xué)家公認為最有可能取代愛(ài)因斯坦理論的設想，就是“弦論”。就是從這些設想出發(fā)，我們認為可能大爆炸不是開(kāi)始，而是在多重空間范圍內兩個(gè)世界的碰撞造成的。
【旁白】施泰恩加德介紹說(shuō)，弦論的基本內容是，宇宙物質(zhì)已知是由各種極小粒子組成?？茖W(xué)家假設這些粒子是極小的弦，也就是曲線(xiàn)，然后據此描述基本物理定律。弦論還涉及了多維空間的問(wèn)題。認為人類(lèi)所在的宇宙之外還有另外一個(gè)無(wú)限大的平行宇宙。這兩個(gè)宇宙在多維空間中互相區分開(kāi)來(lái)。而一些科學(xué)家認為，基于某些數學(xué)上的原因，弦論必須有二十六維空間才行。到目前為止，弦論能夠完美解釋其他的基本理論無(wú)法解釋的物理現象，被認為具有廣闊的發(fā)展前景。
普林斯頓大學(xué)斯坦因哈特教授：暗能量的發(fā)現，使我們驚訝的發(fā)現宇宙在加速膨脹。你當然可以人為的將暗能量放入大爆炸模型，假設還存在另一種物質(zhì)。但如果這么做，顯得非常人造。勉強將兩樣東西堆砌在一起。雙方并不融合，沒(méi)有理由解釋為什么我們需要暗能量，它為什么在宇宙中扮演主要角色。我們現在想，既然我們發(fā)現了暗能量，或許它真的在起中心作用，或許我們需要從新考慮整個(gè)的故事。
【旁白】 長(cháng)期以來(lái)，科學(xué)界一直都在試圖解釋的一個(gè)問(wèn)題是為什么自然界中的那么多常量的值都是那么正好，剛好讓生命存在。如果真空中的能量太大，那么宇宙就會(huì )在大爆炸后立刻迅速膨脹并撐破，就像吹爆的氣球，那么生命就不可能在百億年后存在了?？茖W(xué)界甚至出現了“人擇原理”，即宇宙常量恰當地選擇了人類(lèi)生存，而人類(lèi)也恰好選擇了在這樣一個(gè)常量條件下出現，而人類(lèi)又回頭研究著(zhù)為什么宇宙常量大小會(huì )剛好讓人類(lèi)生存。
美國布魯克海文國家實(shí)驗室(BNL) 莫海定博士：2003年的時(shí)候有一個(gè)美國科學(xué)院院士，他是斯坦福大學(xué)教授，叫做蘇士侃(Leonard Susskind)。他提出我們現在的宇宙理論肯定還忽略了什么東西，要按照我們的理論宇宙要形成這個(gè)樣子，需要一種外部力量的干預。他在文章中用的是 “上帝的干預”。就是一種未知力量的干預?，F在有很多我們不能解釋的是為什么地球是現在這個(gè)樣子? 因為地球這個(gè)條件對我們人產(chǎn)生非常重要。物理常數其它的條件稍微一變，根本就不可能有這樣的環(huán)境。
【主持人】近年來(lái)天文觀(guān)測的結果已經(jīng)使人們對宇宙的認識發(fā)生了很大的變化。為了適應新的發(fā)現，新的理論也應運而出，因而對宇宙未來(lái)的推測也大不相同?？茖W(xué)家們普遍相信，宇宙天體的生成、衰敗和運行，是有其規律的。長(cháng)期以來(lái)，人們都在不懈的思考、找尋和推測這些運作規律究竟是什么，從而能夠預測未來(lái)宇宙的狀態(tài)，以及所需要的時(shí)間。休息一下之后，我們將繼續給大家介紹目前科學(xué)界的研究方向和手段，以及中國傳統科學(xué)對宇宙規律的認識和研究方法。歡迎你繼續收看。
【旁白】 2005年2月18日，美國宇航局宣布，天文學(xué)家觀(guān)測到迄今來(lái)自太陽(yáng)系外最為明亮的伽馬射線(xiàn)爆發(fā)現象。宇航局在一份聲明中說(shuō)，此次伽馬射線(xiàn)爆發(fā)來(lái)自于銀河系人馬星座一顆距地球５萬(wàn)光年的中子星爆發(fā)。在十分之一秒的時(shí)間里釋放出的巨大能量，比太陽(yáng)在１５萬(wàn)年內釋放的總能量還要多。爆發(fā)發(fā)出的大量Ｘ射線(xiàn)和伽馬射線(xiàn)十分強烈，以致在到達月球時(shí)發(fā)生彈射，改變了路線(xiàn)。大量伽馬射線(xiàn)還干擾到了地球大氣層的頂端。
馬里蘭大學(xué)研究員 瑞秋奧斯汀博士(Osten) ：這些伽馬射線(xiàn)爆發(fā)，我們知道它們存在，我們已經(jīng)觀(guān)測有40年了。但是我們不知道它是什么。因此科學(xué)家要研究出新觀(guān)點(diǎn)，新的可能性來(lái)解釋伽馬射線(xiàn)爆發(fā)是怎么回事。許多理論需要證明，但很多都證明失敗。因此科學(xué)家要研究出新的解釋來(lái)讓我們能了解我們所看到的現象。我們知道看到了東西，但卻無(wú)法了解是怎么回事。
【旁白】雖然伽馬射線(xiàn)爆發(fā)發(fā)生的具體原因目前科學(xué)家們還不清楚，但是過(guò)去十幾年來(lái)的觀(guān)測表明，伽馬射線(xiàn)爆發(fā)均勻而又隨機的分布在宇宙空間中，爆發(fā)頻率是每天一次，而現在觀(guān)測到的超新星爆發(fā)頻率也為大約每天一次。由于伽馬射線(xiàn)爆發(fā)均勻而又隨機分布，大多數爆發(fā)我們觀(guān)測不到?？茖W(xué)家們估計伽馬射線(xiàn)爆發(fā)每天發(fā)生的實(shí)際數目約為500次。頻繁的星系和星系團簇的碰撞、重組，一個(gè)接一個(gè)星系的誕生或毀滅，天文觀(guān)測正在為人類(lèi)見(jiàn)證著(zhù)一個(gè)變化中的宇宙。
馬里蘭大學(xué)研究員 瑞秋 奧斯汀博士(Osten) ：想想看挺有意思的，許多人看到星空時(shí)感到很祥和寧靜，但仔細想想，那些我們能看到的星星，它們大多少或許正在進(jìn)行迂j烈的爆發(fā)，更加劇烈的爆炸，超新星在我們的銀河系爆發(fā)，伽馬射線(xiàn)也在爆發(fā)等等。實(shí)際上并不是一個(gè)祥和寧靜的宇宙。
【旁白】除了頻繁的超新星爆發(fā)和伽馬射線(xiàn)爆發(fā)，科學(xué)家們還在碰撞星系和其它星系中發(fā)現了大量星體的誕生或毀滅。甚至在我們銀河系內和與我們近臨的星系，也發(fā)現了大量新星迅猛誕生(Starburst)。
美國布魯克海文國家實(shí)驗室(BNL) 莫海定博士：象星體星系演化，科學(xué)家原來(lái)以為已經(jīng)了解的很清楚了，認為像我們銀河系這么大的星系，是有一些小星系碰撞融合，經(jīng)過(guò)漫長(cháng)時(shí)間聚合成我們銀河系這么大的星系。按照這種理論銀河系這么大的星系形成需要幾十億年的時(shí)間。但是在2006年NASA的科學(xué)家就觀(guān)測到一個(gè)很大的星系，質(zhì)量是我們銀河系的8 倍還大，這個(gè)星系形成是宇宙大爆炸之后的8億年時(shí)間，這個(gè)就使原來(lái)的理論根本就沒(méi)法解釋了。還有其它一些比如銀河系附近，科學(xué)家在2005年發(fā)現幾乎在同時(shí)形成了幾十個(gè)星系，類(lèi)似的星系。它們的質(zhì)量啊、年齡啊、還有組成啊都很相似。這是科學(xué)家也沒(méi)有辦法解釋的，因為星系形成應該是很少的。應該是宇宙產(chǎn)生的早期就形成這樣的星系，但是現在就發(fā)現在銀河系附近就形成這種星系?？茖W(xué)家覺(jué)得很難解釋。
【旁白】2006年10月31日，美國航天局宣布，將在2008年下半年再次對哈勃太空望遠鏡進(jìn)行維修。雖然這項花費相當昂貴而且失敗率高的項目之前曾遭受各種反對意見(jiàn)。但研究太空宇宙的科學(xué)家們卻認為這是進(jìn)行科學(xué)研究所必須要付出的代價(jià)。
宇宙物理學(xué)家馬里奧．利維奧博士：在2008年5月，會(huì )再有一次對哈勃太空望遠鏡的維修。這次維修會(huì )安裝2個(gè)新的儀器，一個(gè)是新的照像機，可以讓我們看到更深的宇宙空間，看到更廣的天空范圍，這會(huì )讓我們看到距離我們少于10億光年的宇宙，現在我們宇宙的是137億年的，我們看到的是5億光年的星系。這是一件事。第二件是我們要安裝一個(gè)光譜繪圖儀，它會(huì )區分光，像彩虹一樣。它可以讓我們研究星系之間物質(zhì)的結構。這是2008年要做的。然后到2013年，我們研究院會(huì )發(fā)射下一代的太空望遠鏡，叫做詹母士韋伯望遠鏡，那是非常大的望遠鏡，哈勃的直徑是2.4米，那個(gè)望遠鏡會(huì )是6米半。它會(huì )距離地球一百萬(wàn)英里，它會(huì )看到熱射線(xiàn)，可以讓我們看到更深的宇宙空間，看到宇宙最早的星系，那會(huì )是在2013年發(fā)射。
【旁白】除了哈勃，美國、歐洲和日本等國近年來(lái)也在相繼發(fā)射和研制了紅外太空望遠鏡、“克羅特”追星望遠鏡、“光譜-紫外線(xiàn)”望遠鏡以及“光譜-射電天文”望遠鏡等。
美國布魯克海文國家實(shí)驗室(BNL) 莫海定博士：現在的天文學(xué)研究主要是望遠鏡，一個(gè)是地面望遠鏡，一個(gè)是發(fā)到太空上的望遠鏡，實(shí)驗手段主要是這兩種。另外一個(gè)是理論研究，就是通過(guò)物理理論然后加上計算機模擬。然后通過(guò)初始條件，加上一個(gè)方程，然后運行?？纯吹贸鰜?lái)什么樣的結果。這種研究方法也是很有局限的，因為我們現在宇宙學(xué)研究，有很多東西觀(guān)察不到。像暗物質(zhì)、暗能量，也就是大多少東西都觀(guān)察不到。
【旁白】這是2006年在亞太地區轟動(dòng)一時(shí)的“韓流”代表作“大長(cháng)今”中的一個(gè)片段。劇中醫學(xué)博士申教授所講的中醫理論，正是中國傳統文化科學(xué)中最具代表性的思維方式。這就是所謂“天人感應”，“天人合一”思想的根本出發(fā)點(diǎn)。
美國布魯克海文國家實(shí)驗室(BNL) 莫海定博士：中國人歷來(lái)認為天人合一。宇宙就是一個(gè)整體一樣。就是宇宙天象變化，你可以對應到人間的變化。從天象變化可以預測到人間的變化。這在歷史書(shū)上可以找到很多例證。比如司馬遷寫(xiě)的《天官書(shū)》，李淳風(fēng)、袁天罡寫(xiě)的《乙巳占》。他們對這些都有很好的總結。比如象超新星就屬于有兵亂啊這些不好的天災現象。
【旁白】在中國歷史上，由國家設立天文臺持續有二千多年，天文觀(guān)測一直是政府的一個(gè)重要部門(mén)。儒家經(jīng)典《周禮》的官制中就有這方面的記載。無(wú)論朝代更迭還是外族統治，但負責觀(guān)測天象的官職卻沒(méi)有變化。中國古代不少著(zhù)名的科學(xué)家如張衡，沈括，郭守敬等都曾經(jīng)負責過(guò)天象觀(guān)測?！兑捉?jīng)》中說(shuō)： “觀(guān)乎天文，以察時(shí)變，觀(guān)乎人文，以化成天下。”
美國布魯克海文國家實(shí)驗室(BNL) 莫海定博士：在微觀(guān)領(lǐng)域，像量子力學(xué)也好，它認為簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，有兩個(gè)粒子是屬于一個(gè)系統。如果你把它分開(kāi)了，有一個(gè)粒子在我這，一個(gè)粒子有幾千光年遙遠，就是非常遙遠。你對任何一個(gè)粒子擾動(dòng)，瞬間那個(gè)粒子就能知道，就能有所反應。它不需要像現在認為的，擾動(dòng)以后等到很久信號傳遞到那邊，那邊才會(huì )知道?，F在量子力學(xué)發(fā)現，這種擾動(dòng)是瞬時(shí)的。這邊一動(dòng)那邊就知道了。根本不需要時(shí)間上有差異。
【旁白】20世紀90年代，美國天文學(xué)家林德 (Linde)提出了“分形宇宙(Fractal Universe)模型”，這種理論認為宇宙在不同的尺度上，有著(zhù)驚人的重復性結構。如原子和銀河系的類(lèi)比，原子和中子星的類(lèi)比，它們都在各個(gè)方面 --比如半徑、周期、振動(dòng)等--展現出了十分相似的地方。這種理論還認為，宇宙中的任何一個(gè)原子，也包含了整個(gè)宇宙的某些信息，正如現在生物學(xué)中發(fā)現的，一個(gè)人體細胞中，就包含了全部人體的基因信息。中國有一句古話(huà)：“一滴水可以折射出三千大千世界。”。宇宙、人體、時(shí)空、生命，現代科學(xué)的新發(fā)現，似乎正逐步驗證角什窷□峎儩□云澈銩Q和觀(guān)點(diǎn)。
【主持人】“觀(guān)其著(zhù)者以知微，察其顯者而見(jiàn)隱，此格物致知之要道也。不研其情，不索其破，梏于耳目而止，非知天人者矣。”這是明朝開(kāi)國宰相和著(zhù)名預言家劉伯溫在他最有代表性的一部寓言兼議論散文集《郁離子》中《論物理》中的一段話(huà)。它體現了中國古老科學(xué)對事物的宏觀(guān)與微觀(guān)，顯現出的和其隱含在后面的現象，需要全面認識了解的指導思想。這種思維方式恐怕對我們當今探索宇宙規律和人類(lèi)社會(huì )變化都是一個(gè)重要的啟示。
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