第十一章　馬斯特·馬克的夸克

1911年，一位名叫c.t.r.威爾遜的英國(guó)科學(xué)家經(jīng)常爬到本尼維斯山頂去研究云層的構(gòu)造。這座山位于蘇格蘭，以潮濕聞名。他突然想到，肯定還有一種比較簡(jiǎn)單的辦法?；氐絼虼髮W(xué)的卡文迪許實(shí)驗(yàn)室以后，他建起了一個(gè)人工云室——一種簡(jiǎn)單的裝置，他在里面可以冷卻和濕潤(rùn)空氣，在實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的條件下創(chuàng)建一個(gè)說(shuō)得過(guò)去的云層模型。

那個(gè)裝置運(yùn)轉(zhuǎn)良好，而且還有個(gè)意料之外的好處。當(dāng)威爾遜使一個(gè)α粒子加速通過(guò)云室制造人工云團(tuán) 的時(shí)候，它留下一條明顯的軌跡——很像一架飛過(guò)的飛機(jī)留下的凝跡。他剛剛發(fā)明了粒子探測(cè)儀，提供了令人信服的證據(jù)，證明亞原子粒子確實(shí)存在。

最后，卡文迪許實(shí)驗(yàn)室的另外兩位科學(xué)家發(fā)明了功率更大的質(zhì)子束裝置，歐內(nèi)斯特·勞倫斯在加州大學(xué)伯克利分校造出了著名的回旋加速器，或稱(chēng)原子粉碎器，這類(lèi)設(shè)備在很長(zhǎng)時(shí)間里就是這么稱(chēng)呼的。所有這些新發(fā)明的原理大體相同，無(wú)論是過(guò)去還是現(xiàn)在，即，將一個(gè)質(zhì)子或別的帶電粒子沿著一條軌道（有時(shí)是環(huán)形的，有時(shí)是直線的）加速到極快的速度，然后砰地撞向另一粒子，看看撞飛了什么。所以，它被稱(chēng)之為原子粉碎器。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，這算不上是科學(xué)，但一般來(lái)說(shuō)是很管用的。

隨著物理學(xué)家建造越來(lái)越大、越來(lái)越雄心勃勃的機(jī)器，他們開(kāi)始或推斷出似乎永無(wú)窮盡的粒子或粒子族：π介子、μ介子、超子、介子、k介子、希格斯玻色子、中間矢量玻色子、重子、超光速粒子。連物理學(xué)家都開(kāi)始覺(jué)得不大舒服。"年輕人，"當(dāng)有個(gè)學(xué)生問(wèn)恩里科·費(fèi)米某個(gè)粒子的名字的時(shí)候，他回答說(shuō)，"要是我記得清這些粒子的名字，那我就成了植物學(xué)家了。"

今天，加速器的名字聽(tīng)上去有點(diǎn)像是弗萊什·戈登用于打仗的武器：超級(jí)質(zhì)子同步加速器呀，大型正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)呀，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)呀，相對(duì)論性重離子對(duì)撞機(jī)呀。使用的能量是如此之大（有的只能在夜間操作，這樣，設(shè)備點(diǎn)火時(shí)鄰近城鎮(zhèn)的居民才不至于注意到自己的燈光暗淡下去），它們可以把粒子激活到這樣的狀態(tài)：一個(gè)電子在不到1秒的時(shí)間里能沿著7公里長(zhǎng)的隧道擊打47000圈。人們擔(dān)心，科學(xué)家們?cè)陬^腦發(fā)熱的時(shí)候會(huì)在無(wú)意之中創(chuàng)建一個(gè)黑洞，甚至所謂的"奇異夸克"。從理論上說(shuō)，這些粒子可以與別的亞原子粒子相互作用，產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，完全失去控制。要是你現(xiàn)在還活著在看這本書(shū)的話，說(shuō)明那種情況沒(méi)有發(fā)生。

尋找粒子需要集中一定精力。粒子不但個(gè)兒很小，速度很快，而且轉(zhuǎn)瞬即逝。粒子可以在短達(dá)0.000000000000000000000001秒(10－24秒)時(shí)間里出現(xiàn)和消失。連最缺乏活力的不穩(wěn)定的粒子，存在的時(shí)間也不超過(guò)0.0000001秒(10－7秒)。

有的粒子幾乎捕捉不到。每一秒鐘，就有1萬(wàn)億億億個(gè)微小的、幾乎沒(méi)有質(zhì)量的中微子抵達(dá)地球（大多數(shù)是太陽(yáng)的熱核反應(yīng)輻射出的），實(shí)際上徑直穿過(guò)這顆行星以及上面的一切東西，包括你和我，就仿佛地球并不存在。為了捕捉幾個(gè)粒子，科學(xué)家們需要在地下室（通常是廢礦井里），用容器盛放多達(dá)57000立方米重水（即含氘相對(duì)豐富的水），因?yàn)檫@種地方受不到其他類(lèi)型輻射的干擾。

在非常偶然的情況下，一個(gè)經(jīng)過(guò)的中微子會(huì)砰地撞擊水里的一個(gè)原子核，產(chǎn)生一丁點(diǎn)兒能量。科學(xué)家們通過(guò)統(tǒng)計(jì)有幾個(gè)一丁點(diǎn)兒而逐步了解宇宙的基本性質(zhì)。1998年，日本觀察人員報(bào)告說(shuō)，中微子確有質(zhì)量，但是不大——大約是電子的一千萬(wàn)分之一。

如今，尋找粒子真正要花的是錢(qián)，而且是大量的錢(qián)。在現(xiàn)代物理學(xué)中，尋找的東西的大小，與所需設(shè)備的大小，往往有意思地成反比關(guān)系。歐洲核研究組織簡(jiǎn)直像個(gè)小城市。它地跨法國(guó)和瑞士邊境，有3000名雇員，占地幾平方公里。歐洲核研究組織有一排比埃菲爾鐵塔還要重的磁鐵，周?chē)幸粭l大約26公里長(zhǎng)的地下坑道。

詹姆斯·特雷菲爾說(shuō)，擊碎原子倒還容易，每次只要把日光燈一開(kāi)。然而，擊碎原子核就需要大量的金錢(qián)和大量的電力。把粒子變成夸克——即構(gòu)成粒子的粒子——就需要更多的電和更多的錢(qián)：幾萬(wàn)億瓦電和相當(dāng)于一個(gè)中美洲小國(guó)的預(yù)算。歐洲核研究組織的一臺(tái)新的大強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)定于2005年開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，它將產(chǎn)生14萬(wàn)億瓦能量，建設(shè)費(fèi)超過(guò)15億美元。然而，這兩個(gè)數(shù)字與那臺(tái)超級(jí)超導(dǎo)對(duì)撞機(jī)本來(lái)所能產(chǎn)生的能量和所需的建設(shè)費(fèi)用相比，那簡(jiǎn)直是小巫見(jiàn)大巫。20世紀(jì)80年代，得克薩斯州附近開(kāi)始建設(shè)一臺(tái)超級(jí)超導(dǎo)對(duì)撞機(jī)，然后本身與美國(guó)國(guó)會(huì)發(fā)生了超級(jí)對(duì)撞，結(jié)果很不幸，現(xiàn)在永遠(yuǎn)建不成了。這臺(tái)對(duì)撞機(jī)的意圖是：讓科學(xué)家們重建盡可能接近于宇宙最初十萬(wàn)億分之一秒里的情況，以探索"物質(zhì)的最終性質(zhì)"（老是這么說(shuō)的）。該計(jì)劃要把粒子甩進(jìn)一條84公里長(zhǎng)的隧道，獲得實(shí)在令人吃驚的99萬(wàn)億瓦能量。這是個(gè)宏偉的計(jì)劃，但建設(shè)費(fèi)用高達(dá)80億美元（最后增加到100億美元），每年的運(yùn)行費(fèi)還要花上幾億美元。

這也許是歷史上把錢(qián)倒進(jìn)地洞的最好例子。美國(guó)國(guó)會(huì)為此花掉了22億美元，然后在建成一條22公里長(zhǎng)的隧道以后取消了這項(xiàng)工程?，F(xiàn)在，得克薩斯人可以為擁有一個(gè)全宇宙代價(jià)最高的地洞而感到自豪。我的朋友、《價(jià)值連城的堡壘》的作者杰夫·吉恩對(duì)我說(shuō)："那實(shí)際上是一大片空地，周?chē)紳M(mǎn)了一連串失望的小城鎮(zhèn)。"

超級(jí)對(duì)撞機(jī)化為泡影以后，粒子物理學(xué)家們的眼界放低了點(diǎn)。但是，即使是比較一般的項(xiàng)目的成本也可能相當(dāng)驚人，要是與，哎呀，幾乎任何項(xiàng)目相比的話。有人建議在南達(dá)科他州萊德的一座廢礦——霍姆斯特克礦——建個(gè)中微子觀察站，其成本就高達(dá)5億美元，還不算每年的運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用。而且，還要花2.81億美元的"一般改建費(fèi)"。與此同時(shí)，伊利諾伊州費(fèi)爾米萊布的一個(gè)粒子加速器僅更新材料就要花費(fèi)2.6億美元。

總之，粒子物理學(xué)是個(gè)花錢(qián)很多的事業(yè)——但又是個(gè)收獲巨大的事業(yè)。今天，粒子的數(shù)量已經(jīng)大大超過(guò)150種，還有100種左右被懷疑存在。但不幸的是，用理查德·費(fèi)曼的話來(lái)說(shuō)："很難搞清所有這些粒子的關(guān)系，大自然要它們干什么，彼此有什么聯(lián)系。"每打開(kāi)一個(gè)盒子的時(shí)候，我們總是發(fā)現(xiàn)里面還有一個(gè)緊閉的盒子。有的人認(rèn)為存在超光速粒子，其運(yùn)動(dòng)速度超過(guò)光速。有的渴望找到引力子——引力的根子。我們刨根問(wèn)底兒已經(jīng)刨到什么程度，現(xiàn)在還很難說(shuō)?？枴に_根在《宇宙》一書(shū)中說(shuō)，要是你鉆進(jìn)一個(gè)電子深處，你會(huì)發(fā)現(xiàn)它本身就是一個(gè)宇宙，使你回想起20世紀(jì)50年代的那些科幻故事。"里面，大量小得多的別的粒子組成了相當(dāng)于當(dāng)?shù)氐男窍岛洼^小的結(jié)構(gòu)，它們本身就是下一層次的宇宙，如此永遠(yuǎn)下去——一個(gè)逐步往里推進(jìn)的過(guò)程，宇宙中的宇宙，永無(wú)盡頭——往上也是一個(gè)樣。"

對(duì)于我們大多數(shù)人來(lái)說(shuō)，這是個(gè)不可想像的世界。如今，即使看一本有關(guān)粒子物理學(xué)的初級(jí)指南，你也必須克服語(yǔ)言方面的重重障礙，比如："帶電的π介子和反π介子分別衰變成一個(gè)μ介子加上反中微子和一個(gè)反μ介子加上中微子，平均壽命為2.603×10－8秒；中性π介子衰變成2個(gè)光子，平均壽命大約為0.8×10－16秒；μ介子和反μ介子分別衰變成"如此等等——而且，這段話還是從（通常）文筆淺顯的作家斯蒂芬·溫 伯格為普通讀者寫(xiě)的一本書(shū)里引來(lái)的。

20世紀(jì)60年代，加州理工學(xué)院物理學(xué)家默里·蓋爾曼試圖把事情簡(jiǎn)化一下，發(fā)明了一種新的粒子分類(lèi)法，用斯蒂芬·溫 伯格的話來(lái)說(shuō)，實(shí)際上"在一定程度上使大量的強(qiáng)子重新變得一目了然"——強(qiáng)子是個(gè)集體名詞，物理學(xué)家用來(lái)指受強(qiáng)核力支配的質(zhì)子、中子和其他粒子．蓋爾曼的理論認(rèn)為，所有強(qiáng)子都是由更小的，甚至更基本的粒子組成的。他的同事理查德·費(fèi)曼想跟多利那樣把這些新的基本粒子叫做部分子，但是沒(méi)有獲得通過(guò)。它們最后被稱(chēng)做夸克。

蓋爾曼從小說(shuō)《芬內(nèi)根的覺(jué)醒》的一句話中取了這個(gè)名字："給馬斯特·馬克來(lái)三夸克(quarks)！"（敏銳的物理學(xué)家把storks或larks作為該詞的韻腳，盡管喬伊斯腦子里想的幾乎顯然是后者的發(fā)音。1）夸克的這種基本的簡(jiǎn)潔性并沒(méi)有持續(xù)很久。隨著人們對(duì)夸克的進(jìn)一步了解，需要更細(xì)的分類(lèi)。盡管夸克太小，不可能有顏色、味道或任何別的可以識(shí)別的化學(xué)特性，它們還是被分成六類(lèi)——上、下、奇、粲、頂和底，物理學(xué)家們奇怪地把這些統(tǒng)稱(chēng)為它們的"味"；它們又進(jìn)一步被分成紅、綠和藍(lán)三種顏色。（人們懷疑，這些名稱(chēng)原先在迷幻藥 時(shí)代在加利福尼亞州使用過(guò)。這不完全是一種巧合。）最后，出現(xiàn)了所謂的標(biāo)準(zhǔn)模型。對(duì)亞原子世界來(lái)說(shuō)，它實(shí)際上是一個(gè)元件箱。標(biāo)準(zhǔn)模型的組成成分是：6種夸克、6種輕子、5種已知的玻色子和1種假設(shè)的玻色子(即希格斯玻色子，以蘇格蘭科學(xué)家彼得·希格斯的名字命名），加上4種物理力中的3種：強(qiáng)核力、弱核力和電磁力。

這種安排其實(shí)說(shuō)明，在物質(zhì)的基本材料中有夸克；夸克由名叫膠子的粒子黏合在一起；夸克和膠子一起形成了原子核的材料，即質(zhì)子和中子。輕子是電子和中微子的來(lái)源?？淇撕洼p子統(tǒng)稱(chēng)為費(fèi)密子。玻色子（以印度物理學(xué)家s.n.玻色的名字命名）是產(chǎn)生和攜帶力的粒子，包括光子和膠子。希格斯玻色子也許存在，也許不存在；這完全是為了賦予粒子質(zhì)量而發(fā)明出來(lái)的。

你看得出，這個(gè)模型真是有點(diǎn)兒笨拙，但這是可以用來(lái)解釋粒子世界全部情況的最簡(jiǎn)單的模式。大多數(shù)粒子物理學(xué)家覺(jué)得，正如利昂·萊德曼在1985年的一部電視片里說(shuō)的，標(biāo)準(zhǔn)模型不大優(yōu)美，不大簡(jiǎn)明。"它過(guò)于復(fù)雜，有許多過(guò)于武斷的參數(shù)。"萊德曼說(shuō)，"我們其實(shí)不明白，為了創(chuàng)造我們都知道的宇宙，造物主干嗎要轉(zhuǎn)動(dòng)20個(gè)門(mén)把來(lái)設(shè)定20條參數(shù)。"實(shí)際上，物理學(xué)的任務(wù)是探索最終的簡(jiǎn)潔性，而迄今為止的一切都亂成了美麗的一團(tuán) ——或者就像萊德曼說(shuō)的："我們深深地感到，這幅圖畫(huà)并不美麗。"

標(biāo)準(zhǔn)模型不但很笨拙，而且不完整。一方面，它根本沒(méi)有談到引力。找遍整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模型，你找不出任何解釋?zhuān)瑸槭裁捶旁谧郎系拿弊硬粫?huì)飛上天花板。為了賦予粒子以質(zhì)量，你不得不引入假設(shè)的希格斯玻色子，它是否真的存在，要靠21世紀(jì)的物理學(xué)來(lái)解決。正如費(fèi)曼所由衷地認(rèn)為的那樣："因此，我們對(duì)這個(gè)理論處于進(jìn)退兩難的境地，不知道它是對(duì)的還是錯(cuò)的，但我們確實(shí)知道它是有點(diǎn)兒錯(cuò)的，或者至少是不完整的。"

物理學(xué)家試圖把什么都扯到一起，結(jié)果想出來(lái)一種所謂的超弦理論。這種理論假設(shè)，以前我們認(rèn)為是粒子的夸克和輕子，實(shí)際上都是"弦"——振動(dòng)的能弦，它們?cè)?1維中擺動(dòng)，包括我們已知的3個(gè)，維度再加上時(shí)間，以及7個(gè)別的維度，它們，哎呀，我們現(xiàn)在還無(wú)法知道。這種弦非常微小——小得可以被看成是點(diǎn)粒子。

通過(guò)引入額外的維度，超弦理論使科學(xué)家能把量子定律和引力定律相對(duì)比較融洽地合在一起，但是，這也意味著，科學(xué)家關(guān)于這個(gè)理論的任何解釋?zhuān)?tīng)上去都會(huì)令人惴惴不安，猶如公園凳子上的陌生人告訴你某個(gè)想法，你聽(tīng)了會(huì)慢慢走開(kāi)一樣。比如，物理學(xué)家米奇奧·卡庫(kù)是這樣從超弦理論的角度來(lái)解釋宇宙的結(jié)構(gòu)的：雜化弦由一根閉合的弦組成，它有兩種振動(dòng)模式，順時(shí)針?lè)较虻暮湍鏁r(shí)針?lè)较虻?，要以不同的方式?lái)對(duì)待。順時(shí)針?lè)较虻恼駝?dòng)存在于一個(gè)10維空間。逆時(shí)針?lè)较虻恼駝?dòng)存在于一個(gè)26維的空間，其中有16維已經(jīng)被壓實(shí)了。（我們知道，在卡魯扎原先的5維空間里，第5維被卷成一個(gè)圈，已經(jīng)給壓實(shí)了。）如此等等，洋洋灑灑350頁(yè)左右。

弦理論又進(jìn)一步產(chǎn)生了所謂的m理論。該理論把所謂"膜"的面，納入了物理學(xué)世界的靈魂。說(shuō)到這里，我們恐怕到了知識(shí)公路的站點(diǎn)，大多數(shù)人該下車(chē)了。下面引了《紐約時(shí)報(bào)》上的一句話，它以盡可能簡(jiǎn)單的語(yǔ)言向普通讀者解釋了這種理論：

在那遙遠(yuǎn)遙遠(yuǎn)的過(guò)去，火成過(guò)程以一對(duì)又平又空的膜開(kāi)始；它們互相平行地處于一個(gè)卷曲的5維空間里兩張膜構(gòu)成了第5維的壁，很可能在更遙遠(yuǎn)的過(guò)去作為一個(gè)量子漲落產(chǎn)生于無(wú)，然后又飄散了。

無(wú)法與之爭(zhēng)辯，也無(wú)法理解。順便說(shuō)一句，"火成"源自希臘文，意為"燃燒"。

現(xiàn)在，物理學(xué)的問(wèn)題已經(jīng)達(dá)到這樣的一種高度，正如保羅·戴維斯在《自然》雜志里說(shuō)的，"非物理學(xué)家?guī)缀醪豢赡軈^(qū)分你是合乎常情的怪人，還是徹頭徹尾的瘋子"。有意思的是，2002年秋，這個(gè)問(wèn)題到了關(guān)鍵時(shí)刻。兩位法國(guó)物理學(xué)家——孿生兄弟伊戈?duì)枴げǜ竦ぶZ夫和格里?？āげǜ竦ぶZ夫——提出了一種關(guān)于極高密度的理論，包括"想像的時(shí)間"和"庫(kù)珀-施溫 格-馬丁條件"這樣的概念，旨在描述無(wú)，即大爆炸以前的宇宙——這段時(shí)間一直被認(rèn)為是無(wú)法知道的（因?yàn)樗l(fā)生在物理現(xiàn)象及其特性誕生之前）。

波格丹諾夫理論幾乎立即在物理學(xué)家中間引起爭(zhēng)論：它到底是胡說(shuō)八道，一項(xiàng)天才的成就，還是一個(gè)騙局？"從科學(xué)的角度來(lái)看，顯而易見(jiàn)，它多少是徹頭徹尾的胡說(shuō)八道。"哥倫比亞大學(xué)的物理學(xué)家彼得·沃伊特對(duì)《紐約時(shí)報(bào)》記者說(shuō)，"不過(guò)，近來(lái)，它跟許多別的文獻(xiàn)沒(méi)有多大區(qū)別。"

卡爾·波普爾被斯蒂芬·溫 伯格稱(chēng)之為"現(xiàn)代科學(xué)哲學(xué)家的泰斗"。有一次，他提出，物理學(xué)很可能沒(méi)有一種終極理論——每一種解釋都需要進(jìn)一步的解釋?zhuān)纬?永無(wú)窮盡的一連串越來(lái)越基本的原理"。與之相對(duì)的可能性是，這種知識(shí)也許是我們完全無(wú)法理解的。"幸虧，迄今為止，"溫 伯格在《終極理論之夢(mèng)》中寫(xiě)道，"我們的理智資源似乎尚未耗盡。

"

幾乎可以肯定的是，這個(gè)領(lǐng)域?qū)⒊霈F(xiàn)更多的見(jiàn)解；幾乎同樣可以肯定的是，這些見(jiàn)解將是我們大多數(shù)人所無(wú)法理解的。

正當(dāng)20世紀(jì)中葉的物理學(xué)家在迷惑不解地觀測(cè)小世界的時(shí)候，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)，同樣引人注目的是，對(duì)大宇宙的理解也是不完整的。

上次談到，埃德溫 ·哈勃已經(jīng)確認(rèn)，我們視野里的幾乎所有星系都在離我們遠(yuǎn)去，這種退行的速度和距離是成正比的：星系離得越遠(yuǎn)，運(yùn)動(dòng)的速度越快。哈勃發(fā)現(xiàn)，這可以用個(gè)簡(jiǎn)單的等式來(lái)加以表示：ho=v/d（ho是常數(shù)，v是星系飛離的速度，d是它離開(kāi)我們的距離）。

自那以后，ho一直被稱(chēng)之為哈勃常數(shù)，整個(gè)等式被稱(chēng)之為哈勃定律。哈勃利用自己的等式，計(jì)算出宇宙的年齡大約為20億年。這個(gè)數(shù)字有點(diǎn)兒別扭，因?yàn)榧词沟?0世紀(jì)20年代末，情況已經(jīng)越來(lái)越明顯，宇宙里的許多東西——很可能包括地球本身——的年齡都要比它大。完善這個(gè)數(shù)字是宇宙學(xué)界一直關(guān)心的事情。

關(guān)于哈勃常數(shù)，惟一常年不變的是對(duì)它的評(píng)價(jià)意見(jiàn)不一。1956年，天文學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，造父變星比他們認(rèn)為的還要變化多端；造父變星可以分為兩類(lèi)，而不是一類(lèi)。于是，他們重新進(jìn)行計(jì)算，得出宇宙新的年齡大約為70億年到200億年——不是特別精確，但至少相當(dāng)古老，終于可以把地球的形成涵蓋其中。

在此后的幾年里，爆發(fā)了一場(chǎng)曠日持久的爭(zhēng)論，一方是哈勃在威爾遜山天文臺(tái)的繼承人阿倫·桑德奇，另一方是法國(guó)出生的、得克薩斯大學(xué)的天文學(xué)家熱拉爾·德·沃庫(kù)勒。桑德奇經(jīng)過(guò)幾年的精心計(jì)算以后，得出哈勃常數(shù)的值為50，宇宙的年齡為200億年。沃庫(kù)勒同樣很有把握，哈勃常數(shù)為100。1這意味著，宇宙的大小和年齡只有桑德奇認(rèn)為的一半——100億年。1994年，情況突然變得更不確定，加利福利亞州卡內(nèi)基天文臺(tái)的一個(gè)小組根據(jù)哈勃天文望遠(yuǎn)鏡的測(cè)量結(jié)果，提出宇宙的年齡只有80億年——連他們也承認(rèn)，這個(gè)年齡比宇宙里某些恒星的年齡還要小。2003年2月，一個(gè)來(lái)自美國(guó)國(guó)家航空和航天局及馬里蘭州高達(dá)德太空飛行中心的小組，利用一種名叫威爾金森微波各向異性探測(cè)器的新型衛(wèi)星，信心十足地宣布，宇宙的年齡為137億年，誤差1000萬(wàn)年左右。事情被擱置下來(lái)，至少在一段時(shí)間里。

若要作出最后的定論，難度確實(shí)很大，因?yàn)橥泻艽蟮慕忉層嗟?。想像一下，你夜間站在一片空地上，想要確定遠(yuǎn)處兩盞電燈之間的距離。如果使用比較簡(jiǎn)單的天文學(xué)工具，你很容易確定兩個(gè)燈泡的亮度一樣，以及一個(gè)燈泡要比另一個(gè)燈泡遠(yuǎn)50％的距離。但是，你無(wú)法確定的是，較近的那盞燈，比如是37米以外的那個(gè)58瓦的燈泡，還是36.5米外的那個(gè)61瓦的燈泡。此外，你還必須考慮到由幾個(gè)原因造成的失真：地球大氣的變化，星際塵埃，背景恒星對(duì)光的污染，以及許多別的因素。因此，你的計(jì)算結(jié)果勢(shì)必是以一系列嵌套的假設(shè)為基礎(chǔ)的，其中任何一個(gè)都可能引起爭(zhēng)議。還有一個(gè)問(wèn)題：使用天文望遠(yuǎn)鏡總是代價(jià)很高，在歷史上，測(cè)量紅移要長(zhǎng)時(shí)間使用天文望遠(yuǎn)鏡，令人注目地花錢(qián)很多。很可能要花上整整一個(gè)夜晚才能獲得一張底片。結(jié)果，天文學(xué)家不得不（或者愿意）根據(jù)少得可憐的證據(jù)就下了結(jié)論。在宇宙學(xué)方面，正如記者杰弗里·卡爾指出的，我們"在鼴鼠丘似的證據(jù)上建立起大山似的理論"?；蛘呦耨R丁·里斯說(shuō)的："我們目前的滿(mǎn)足（于我們的認(rèn)識(shí)狀態(tài)）也許反映了數(shù)據(jù)的匱乏，而不是理論的高超。"

順便說(shuō)一句，這種不確定狀態(tài)適用于比較近的東西，也適用于遙遠(yuǎn)的宇宙邊緣。當(dāng)天文學(xué)家說(shuō)m87星系在6000萬(wàn)光年以外的時(shí)候，正如唐納德·戈德史密斯說(shuō)的，他們其實(shí)是在說(shuō)它大約在4000萬(wàn)-9000萬(wàn)光年之間——二者不完全是一碼事。大宇宙里的事情自然是被夸大的。有鑒于此，我們目前有關(guān)宇宙最好的估計(jì)似乎是120億-135億年之間，但距離意見(jiàn)一致還差得很遠(yuǎn)。

近來(lái)有人提出了一種很有意思的理論，認(rèn)為宇宙根本沒(méi)有我們?cè)瓉?lái)以為的那么大；我們凝望遠(yuǎn)方所看到的有些星系，也許只是映像，是反射的光產(chǎn)生的重像。

實(shí)際上，還有很多東西我們不知道，甚至在很基本的層面上——至少不知道宇宙是怎么構(gòu)成的。當(dāng)科學(xué)家們計(jì)算使東西保持在一起所需的物質(zhì)的量的時(shí)候，結(jié)果總是發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。宇宙的至少90％，也許多達(dá)99％，似乎是由弗里茨·茲維基認(rèn)為的"暗物質(zhì)"組成的——那種生性我們看不見(jiàn)的東西。我們生活在一個(gè)多半連看都看不見(jiàn)的宇宙里，而卻毫無(wú)辦法，想到這一點(diǎn)真讓人覺(jué)得有點(diǎn)兒不是滋味。至少有兩個(gè)主要嫌疑的名字受到注意：據(jù)說(shuō)，它們不是"wimp"（"弱互相作用大質(zhì)量粒子"，即大爆炸留下的看不見(jiàn)的微小物質(zhì)），就是"macho"（"暈狀大質(zhì)量致密天體"，實(shí)際上只是黑洞、棕色矮星和其他光線很暗的恒星的另一種說(shuō)法）。

粒子物理學(xué)家往往贊成解釋為粒子，即wimp；天體物理學(xué)家贊成解釋為星體，即macho。macho一度占了上風(fēng)，但根本找不到足夠的數(shù)量，所以風(fēng)向又轉(zhuǎn)向wimp——問(wèn)題是wimp從來(lái)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)過(guò)。由于它們的相互作用很弱，因此很難識(shí)別它們（即使假設(shè)它們的存在）。宇宙射線會(huì)造成太多干擾。因此，科學(xué)家們必須鉆到地下深處。在地下一公里的地方，宇宙射線的轟擊強(qiáng)度只有地面的百萬(wàn)分之一。但是，即使把這一切都加上去，正如有一位評(píng)論家說(shuō)的："宇宙在決算表上還相差三分之二。"眼下，我不妨把它們稱(chēng)之為"dunnos"（某處未知非反射不可測(cè)物體）。

近來(lái)有跡象表明，宇宙的星系不僅在離我們遠(yuǎn)去，而且離去的速度越來(lái)越快。這與人們的期望是背道而馳的?？磥?lái)宇宙不僅充滿(mǎn)暗物質(zhì)，而且充滿(mǎn)暗能量。科學(xué)家們有時(shí)將這稱(chēng)之為真空能或第五元素。無(wú)論如何，宇宙似乎在不斷膨脹，誰(shuí)也說(shuō)不清這是什么道理。有理論認(rèn)為，空空蕩蕩的太空其實(shí)并不空空蕩蕩——物質(zhì)和反物質(zhì)的粒子在不停地產(chǎn)生和消失——是它們?cè)诎延钪嬉栽絹?lái)越快的速度往外推移。令人不可思議的是，解決這一切的恰恰是愛(ài)因斯坦的宇宙常數(shù)——他為了駁斥關(guān)于宇宙在不斷膨脹的假設(shè)而在廣義相對(duì)論里順便引入的，也是他自稱(chēng)是"我一生中最大的失誤"的那個(gè)小小的算式?，F(xiàn)在看來(lái)，他畢竟還是對(duì)的。

歸根結(jié)底，我們生活在一個(gè)宇宙里，它的年齡我們算不大清楚；我們的四周都是恒星，它們到我們的距離以及它們彼此之間的距離我們并不完全知道；宇宙里充滿(mǎn)著我們無(wú)法識(shí)別的物質(zhì)；宇宙在按照物理學(xué)定律運(yùn)行，這些定律的性質(zhì)我們并不真的理解。

以這樣的一種很不確定的基調(diào)，讓我們?cè)倩氐降厍?，考慮一下我們確實(shí)理解的東西——雖然到目前為止，要是你聽(tīng)到我們并沒(méi)有完全理解它這類(lèi)話，你也許不會(huì)再感到吃驚——以及我們長(zhǎng)期以來(lái)不理解而現(xiàn)在理解了的東西。