第9章 膨胀的宇宙(2)[第3页/共4页]

操纵多普勒效应，可由测量星系分开我们的速率来肯定现在的收缩速率。这能够非常切确地实现。但是，因为我们只能直接地测量星系的间隔，以是它们的间隔晓得得不很清楚。我们晓得的不过是，宇宙在每10亿年里收缩5%~10%。但是，我们对现在宇宙的均匀密度测量得更不精确。我们如果将银河系和其他星系的统统能看到恒星的质量加起来，乃至按对收缩率的最低的估值而言，其质量总量还不到用以禁止收缩的临界值的1%。但是，在我们以及其他星系里应当包含大量的“暗物质”，那是我们不能直接看到的，但因为它的引力对星系中恒星轨道的影响，我们晓得它必然存在。别的人们发明，大多数星系是成团的。我们能近似地推断，由其对星系活动的效应，在这些成团的星系之间还存在更多的暗物质。将统统这些暗物质加在一起，我们仍只能获得为停止收缩必须的密度的1/10摆布。但是，我们不能解除如许的能够性，能够另有我们尚未探测到的其他的物质情势，它们几近均匀地漫衍于全部宇宙中，它仍能够使得宇宙的均匀密度达到停止收缩所必须的临界值。以是，现在的证据表示，宇宙能够会永久地收缩下去。但是，统统我们能真正必定的是，既然它已经起码收缩了100亿年，即便宇宙将要坍缩，起码要再过这么久才有能够。这不该使我们过分忧愁――到当时候，除非我们已到太阳系以外开辟了殖民地，不然人类早就跟着太阳的毁灭而灭亡殆尽！

统统的弗里德曼解都具有一个特性，即在畴昔的某一时候（约100至200亿年之前）邻近星系之间的间隔必然为零。在这被我们称之为大爆炸的那一时候，宇宙的密度和时空曲率都是无穷大。因为数学不能真正地措置无穷大的数，这意味着，广义相对论（弗里德曼解以此为根本）预言，在宇宙中存在一点，在该措置论本身崩溃。如许的点恰是数学中称为奇点的一个例子。究竟上，我们统统的科学实际都是基于时空是光滑的和几近平坦的根本上表述的，以是它们在时空曲率为无穷大的大爆炸奇点处崩溃。

在随后的几年中，我生长了新的数学技能，从用于证明奇点必然产生的定理中撤除了这个和其他技术上的前提。最后的成果是1970年彭罗斯和我的合作论文。那篇论文最后证了然，假定广义相对论是精确的，并且宇宙包含着我们观察到的这么多物质，则畴昔必然有过一个大爆炸奇点。我们的事情遭碰到很多的反对，部分来自苏联人，因为他们对马克思主义科学决定论的信奉；另一部分来自某些人，他们以为全部奇点的看法是不分歧的，并糟蹋了爱因斯坦实际的完美。但是，人实在不能辩赢数学定理。以是我们的事情终究被遍及接管，现在几近每小我都假定宇宙是从一个大爆炸奇点肇端的。颇具讽刺意味的是，现在我窜改了设法，试图去压服其他物理学家，究竟上在宇宙的开端并没有奇点――正如我们将要看到的，一旦考虑了量子效应，奇点就会消逝。

第一类弗里德曼模型的奇特特性是，宇宙在空间上不是无穷的，但却没有鸿沟。引力如此强大，将空间折弯使之再绕回到本身，如许就和地球的大要相称近似。如果有人在地球的大要上沿着必然的方向不断地观光，他将永久不会碰到一个不成超出的停滞或从边沿掉下去，反而终究回到他解缆的那一点。第一类弗里德曼模型中的空间与此非常相像，只不过地球大要是二维的，而它是三维的罢了。第四维时候在范围上也是有限的，但是它像一根有两个端点或鸿沟即开端和终端的线。今后我们会看到，当人们将广义相对论和量子力学的不肯定性道理连络在一起时，便能够使空间和时候都成为有限的，而没有任何边沿或鸿沟。