【新语丝电子文库(www.xys.org)(www.xys2.org)】 ———————————————— 为难的教会 □戴维·费尔津 (摘自:《霍金的宇宙》/戴维·费尔津 著/海南出版社,ISBN 7806456961   斯蒂芬.霍金的《时间简史》一书已经在全世界范围内售出了900万册以上。 现在,《霍金的宇宙》一书又以通俗的语言一步步由浅入深地介绍了霍金对宇宙 的认识和人类在宇宙中的位置。自从宇宙学家们发现河外星系正在纷纷以非同寻常 的速度相互远离以来,人们对于宇宙问题的兴趣达到了空前的程度。阅读《霍金 的宇宙》,相当于经历了一次发现一系列足以使人们心灵震撼的科学结论的旅程。 我们将被昭示物质是怎样从所谓“无”中产生出来的,以及我们和我们周围的一切 何以会在这里存在。 汉林书城(www.hanlin.com, www.hly.com)推荐)   是伊萨克·牛顿并非有意地给教会提供了一个可下的台阶。在 大多数人的心目中,牛顿当然是与苹果从树上落到地下的故事以及 万有引力定律的发现联系在一起的,实际上牛顿在科学的其他领域 也作出了巨大的贡献。一些人认为牛顿堪称“现代科学之父”,就 像斯蒂芬·霍金对伽利略的评价那样。说到底,对现代科学来说, 这两位科学家都是至关重要的。牛顿发展了伽利略的工作,他用一 系列数学公式描述了力和受力物体的关系。   虽然牛顿在学生时代没有受过好的数学训练,但他却凭着在数 学方面的天赋成为剑桥大学的卢卡辛氏数学教授--就是现在斯蒂 芬·霍金据有的职位。牛顿所做工作最核心的思想是,如果不受外 力作用的话,任何物体都将保持匀速直线运动状态。如果物体静止 下来,那么一定是有一种外力阻止了它的运动,这就是磨擦力。例 如空气的阻力会使滚动的球静止下来。如果一个物体做加速运动或 减速运动,或是改变了运动方向,那么一定是由于有外力作用其上 的缘故。   牛顿用数学方法表示了物体运动速度和方向的变化总是与物体 质量和作用力的大小有关。质量是与物体的大小和重量相关联的一 种特性。更准确地说,物体的质量可定义为,与物体在得以启动时 所须外力的大小有关的、或者说在物体运动中加速时所须外力的大 小有关的一种物理量。   上述的运动定律直到今天还被认为是物理学的基础而在课堂上 讲授,理解了它就可以进而正确理解引力。牛顿指出,物体是由于 万有引力而相互吸引的。一个有着巨大质量的物体可以把质量小的 物体吸引到自身之上来。正因为如此,苹果才会掉到地球的表面 上。实际上,苹果也在吸引着地球,只是因为地球质量远大于苹果 的质量,所以地球朝苹果移动的距离微乎其微、无法觉察到罢了。 也是因为如此,看起来这种吸引就像苹果掉到地上那样,都是沿着 一个方向的。引力是很微弱的,两个质量差不多的物体,相互间存 在的引力小得很难察觉;把两个大小差不多的苹果一同放在桌子 上,它们并不会因为万有引力而吸聚到一起来。而且物体间的距离 越大,相互间的引力也就越小。   以上的结论与伽利略观察到的结果完全一致。两个大小、重量 不同的物体会以相同的速度落向地球表面。地球的质量与一个人可 以在地面上抛出的一般物体质量相比较,是非常巨大的。被抛出物 体间的质量差在数学方程中的影响则完全可以忽略不计。这就有点 像狂风大作时,风施加在橡树叶子上力的大小与风施加在桦树叶子 上力的大小间的差值,完全可以被忽略不计一样。   可是,当考虑的是质量巨大的物体与地球相互作用的时候-- 例如太阳、月球和行星,牛顿意识到,即使是在距离遥远的情况 下,它们之间的引力也是至关重要的。如果没有其他外力作用的 话,天体会在空间沿着某个方向移动,这种运动一般都是直线运 动。而如果有天体互相之间靠得足够近,引力作用变得明显时,情 况就会发生变化。引力可能还不足以大到使两个天体撞到一起,但 它会使运动中天体的轨道发生弯曲。于是,在两个天体的质量、运 动速度、方向及距离的一定的平衡条件下,就会使得质量较小的天 体开始围绕质量较大的天体旋转。   牛顿提出了一个方程来表示这种关系,并且试着把这个方程用 于太阳系。当他用这个和引力有关的数学式子考察开普勒的椭圆轨 道时,发现二者符合得非常好。火星、木星、土星的轨道都可以通 过公式而得出。但后来发现通过公式得出的水星轨道与实测的稍有 偏离。考虑到所用的公式在计算其他行星轨道时都很精确,计算水 星轨道时所发生的问题就被认为是观测误差造成的。由此得出的结 论十分清楚,哥白尼和开普勒是正确的。牛顿终于发现了,是万有 引力维系着行星在椭圆轨道上围绕太阳运动。   300多年前建立起来的牛顿定律,直到今天还在用于计算人造 卫星的速度和运动轨迹,其结果有着足够高的精度。牛顿取得了辉 煌成就。由于证据确凿,教会方面不能再否认是太阳位于宇宙的中 心而不是地球位于宇宙的中心了。使得教会比较容易地接受了日心 说的还有牛顿的另外一个发现。牛顿不相信宇宙还有一个外部极限 的看法——就是托勒密宇宙模型中那个在地球之外、上面镶嵌着恒 星的大球。他亲自帮助别人设计、制造了一架新的、威力更大的望 远镜。使用这架望远镜进行更高精度观测的结果发现,并非所有的 恒星都是固定不动的,它们中一些是在运动着,只不过这种运动慢 得几乎察觉不到。   由于牛顿定律的基础是这样一种观点,任何物体都不会自然而 然地处于静止状态。通过推理牛顿认为,所有的遥远天体的性质都 应该与较近的容易观察的行星的性质相类似。它们都处于连续不断 的运动之中。只要处于其他天体的引力场内,那么引力就会决定着 它的运动轨迹。如果所有天体都在这样不停地运动,那么宇宙的外 部极限的大球又该怎样勾画呢?从逻辑上说,宇宙没有必要一定要 有一个边缘。基于这种认识,牛顿假定宇宙没有边界,它在时间和 空间上都是无限的。   虽然牛顿的这种观点在一定意义上与教会的教义相违背(按照 牛顿的观点就很难为上帝创世确定一个准确的时间和地点),但它 至少还是支持了一种无限和永恒的观念,而无限和永恒正是教会要 给神所赋予的性质。上帝是全智全能的,即有着无限的智慧和能 力,那么他所创造的宇宙也应该是无限和永恒的,就像上帝自己一 样。上帝创造的宇宙一定远远超越了生命有限的人所能理解的范 畴。   这时,科学和宗教非常不容易地取得了一致,好在在这场观念 与智慧的冲突中双方都没有受到伤害。教会方面承认了,在地球并 非宇宙中心而不过是围绕太阳旋转的一颗普通行星这个问题上,科 学是正确的。而且,教会也不能确认它在祈祷中常常提及的上帝创 世到底发生于什么时候。可是在另一方面,科学的境况好不了许 多。它不能说明为什么会存在一个宇宙。科学还不能解释关于牛顿 的在引力“统治”下的宇宙的一个关键性问题:如果所有的物体在 对其他物体施加引力,那么宇宙中所有的天体自古以来何以会各自 相距很远地存在呢?在一个无限和永恒的宇宙中,照理说,由于引 力作用的存在,所有的物质都会因相互吸引而形成一个惟一的巨大 的凝聚体,可是几千年来人们观察到的宇宙却并非如此。   尽管如此,由于牛顿的关于运动和引力的定律能极好地与观测 事实相符,他的无限和永恒宇宙的观念很快被普遍接受了,就像以 前托勒密的宇宙模型风行一时那样。可是,有一点与托勒密模型不 一样的是,牛顿的模型存在了还不到200年,新的挑战就来临了。 ———————————————— 【新语丝电子文库(www.xys.org)(www.xys2.org)】