第二章 天文學的宇宙

天文學是一門最古老的科學，對于天體及其周期性運行規律的觀察使人類得到了關于自然界規律的最初的概念。可是盡管天文學非常古老，它卻仍然和以前任何時期一樣富有生命力，在幫助我們正確估量人在宇宙中所占的地位上也仍然起著重要的作用。

在希臘人開始提出天文學上的假說以前，巴比倫人和埃及人對于太陽、月亮和行星在恒星中間的運動已經觀察了好幾千年，他們也掌握了準確地推測月食和非常不準確地推測日食的方法。希臘人和古代其他民族一樣，相信每個天體都是神，或者至少受天體自己的神或女神的嚴格支配。確實也有人懷疑過這種看法：庇里克里斯時期的安那克薩哥拉就認為太陽是一塊赤熱的石頭，而月亮則是土做成的。可是他卻因為主張這種意見而受到迫害，被迫離開雅典。不管是柏拉圖還是亞里士多德，他們的唯理主義傾向都不見得能達到這樣的程度。但是當時最好的天文學家并不是唯理主義傾向最強的人；最好的天文學家是畢達哥拉斯學派的學者，他們受了迷信的啟示，碰巧提出了最好的假說。

在紀元前五世紀末，畢達哥拉斯學派的學者發現大地是個球體；大約一百年之后，伊拉托斯提尼斯正確推算出地球的直徑，和實際相差不到五十英里左右。在紀元前四世紀，旁都斯的希拉克里底斯主張地球每天自轉一周，金星和水星按照軌道圍繞太陽運行。紀元前三世紀，沙摩斯的亞里斯塔庫斯提出了一個完備的哥白尼體系，并且得出一個理論上正確的推算地球與太陽和月亮之間距離的方法。雖然由于他掌握的數據不夠準確，這個結果就太陽來說錯誤非常之大；可是一百年以后，波西頓尼烏斯所作的一次推算和正確數字相差就不過一半。可是這種非常蓬勃的發展并沒有繼續下去，其中很大一部分成就由于古代后期理智的普遍衰退而被人遺忘了。

比方說把普洛提努斯著作里所說的宇宙和后來對于宇宙的看法對比一下，他所說的宇宙就顯得像個舒適宜人的小寓所。整個宇宙受最高的神的管理，但是每個星球也是一個等級較低的神，這些神和人相差不多，然而不論在哪一方面都比人高貴聰明。普洛提努斯指責諾斯提教派，因為后者相信在創造出來的宇宙中最值得人們稱贊的莫過于人類的靈魂。在他看來，天體不僅看來是美的，而且在道德和理智上也是美的。太陽、月亮和行星都是高貴的神靈，受這位哲學家在他最高境界中感興趣的那些動機所支配。他憤怒地譴責諾斯提教派（以及后來的摩尼教徒）的悲觀看法，按照這種看法，有形的世界是一個邪神創造出來的，所以要受到每個真心向上、向往美德的人的鄙棄。恰好相反，這些裝飾天空的明亮的神靈是聰明而善良的，這些神靈正是在傾覆羅馬帝國的種種愚行和災禍所造成的混亂當中唯一使這位哲學家得到安慰的東西。

中古時代基督教的宇宙雖然不及摩尼教的宇宙那樣嚴峻，可是它卻失掉了非基督教直到最后還保留著的一些富有詩意的想象力。然而這個變化并不算很大，因為天使或大天使多少代替了多神教中天體上的神靈。中古時代的宇宙，包括它的科學和詩的方面，都寫進了但丁的《天堂篇》；其中科學一方面是沿襲亞里士多德和托勒密的。大地是個球體，位于宇宙的中心；撒旦在地球的中心，地獄是座倒立的圓錐，撒旦就是圓錐的頂端。在地球另一面和耶路撒冷正好相對的地方是煉獄，它的最高峰就是地上的天堂，正好和月亮接觸。

天體是由十個同心的天球構成的，最靠下面的是月球。凡是比月亮低的東西都是可以腐化敗壞的；凡是比月亮高的東西都是永不毀滅的。比月亮高的天球照順序排有水星、金星、太陽、火星、木星、土星和各恒星，再往上就是最外層的天球。過了最外層的天球最后還有最高天，最高天沒有運動，也沒有時間和地點的分別。上帝，這個亞里士多德所謂的不受動的推動者，先使最外層的天球運轉，再由最外層天球把運動傳到恒星層，這樣依次把運動最后傳到月球。但丁的作品并沒有提到這些不同的天球的大小，可是他卻能夠在二十四小時之內走遍天球。顯然他所想象的宇宙用現代的標準來衡量未免小了一點，因為這個宇宙不過是幾千年前才創造出來的。所以它的開始并不是很久以前的事。各天球都以地球為中心，它們是上帝選民的永久住所。上帝的選民包括那些受過洗禮，在信仰和德行兩方面都達到要求標準的人，那些預見到基督降生的教長和先知，以及少數在塵世受到奇跡的啟示的非基督教徒。

近代天文學的開路人正是為了反對這樣一種宇宙觀而進行斗爭的。把哥白尼所引起的震動和亞里斯塔庫斯所遭到的默默無聞作一個對比是很有意思的。斯多葛學派的克林提斯認為亞里斯塔庫斯犯了褻瀆神明的罪，應當受到審判，但是當時的政府對這個提議卻表示了非常冷淡的態度；假如他真和伽利略一樣受到迫害，說不定他的學說會變得人所共知。亞里斯塔庫斯和伽利略后世聲名的不同當然還有其他重要的原因。希臘時代的天文學是有閑富人的一種消遣——盡管是種高尚的消遣，卻不是整個社會生活的一個組成部分。到了十六世紀，科學已經發明了火藥和羅盤針，美洲的發現使人們看出了古代地球構造學的局限，天主教的正統開始成了阻擋物質進步的一道障礙，蒙昧主義的神學家的狂怒使得科學家在世人眼中成了代表新智慧的英勇戰士。十七世紀由于發明了望遠鏡、動力學和萬有引力定律，科學的世界觀取得了完全的勝利，人們不僅把科學看成探索純粹知識的一把鑰匙，而且也把它當作推動經濟進步的一個有力工具。從這時起，人們才認識到科學并不只是關系到個人，而且是關系到整個社會的一件事情。

把太陽和行星看作一個完整體系的學說實際上是由牛頓完成的。這個學說與亞里士多德和中世紀的哲學家所不同的地方在于：它不是以地球，而是以太陽作為太陽系的中心；天體在不受外力作用下，沿著直線而不是圓來運動；事實上天體運動的軌道既不是直線也不是圓，而是橢圓；保持它們的運動并不需要外力的作用。但是關于太陽系的起源，牛頓卻沒有說出什么科學性的意見；他設想上帝在創造世界時，用手沿著切線的方向把行星擲了出去，然后就交給萬有引力定律去支配它們。在牛頓之前，笛卡爾曾經提出太陽系起源的學說，可是他的學說看來是站不住腳的。康德和拉普拉斯發明了星云說，根據這個假說，太陽是由一塊原始星云凝聚形成的，行星則是由于太陽自轉越來越快而被拋出去的。這個學說看來也有缺點，近代天文學家都趨向一種看法，認為行星是當另外一個星體經過太陽附近時形成的。在這個題目上人們所知道的仍然不多，但是沒有一個人懷疑行星是由于某種內部作用從太陽產生出來的。

晚近天文學最顯著的進步是關于星體和星云這一方面。恒星中最近的半人馬座α星離地球大約有25×10¹²英里，或4.2光年。（光速每秒186，000英里；一光年是光在一年內所走的距離。）最早一次測定星體的距離是在1835年；從那時起，人們使用各種巧妙的方法算出越來越遠的距離。人們相信用現有的威力最強的望遠鏡可以看到的最遠目標離地球大約有5億光年。

人們現在有了一些關于宇宙的一般結構的知識。太陽是銀河系中的一個星體，銀河系由大約3，000億顆星體匯集而成，廣度大約有150，000光年，厚度大約有25，000至40，000光年。銀河的總質量大約為太陽質量的1，600億倍；而太陽的質量大約為2×10²⁷噸。整個銀河系緩慢地繞著它的重心旋轉；太陽需要2.25億年才能走完它繞著銀河系所走的軌道。

我們用望遠鏡可以觀察到，在銀河以外的空間相當均勻地散布著和銀河系大小差不多的其他星系。這些星系叫作外銀河星云，其中可以觀察到的估計約有3，000萬個，但是這個統計還不完全。兩個星云之間的平均距離大約有200萬光年。（這些事實大多數采自赫伯爾的《星云的世界》，1936年版。）

有關星云的最奇異的事實之一就是除了極少例外，它們的光譜線都向著紅端移動，移動量和星云的距離成正比。唯一看來合理的解釋是說星云正在遠離我們，最遠的星云離開的速度也最快。在13，500萬光年遠的距離這種速度達到每秒14，300英里。（赫伯爾，第118頁，第八圖。）速度到了一定的距離就會和光速變得相等，結果不管我們用的望遠鏡威力有多大，星云仍然不會被我們觀察到。

廣義相對論對這個奇異的現象提出了一種解釋。這個理論認為宇宙的大小是有限的——這并不是說它有一個邊緣，超過了這個邊緣就不再是宇宙的一部分，而是說宇宙是一個三度的球體，其中無可再直的直線最后都又回到出發點，像地球表面的情況一樣。這個理論進一步推測宇宙一定不是逐漸縮小就是逐漸擴大，然后它根據從星云上觀察到的事實斷定宇宙是在逐漸擴大。照愛丁敦的說法，宇宙每13億年左右擴大一倍。（《科學的新途徑》第210頁。）如果這是正確的話，那就是說宇宙以前曾經很小，但是將來會變得很大。

這就使我們想到地球、星體和星云的年齡問題。根據大部分從地質學得來的證據，人們估計地球的年齡大約有30億年。太陽和其他星體的年齡仍然是一個爭執不決的問題。如果在星體的內部，物質能夠因一個電子和一個質子轉化為輻射而歸于消滅，那么星體的年齡可能有好幾億萬年；如果不能夠，那么星體的年齡可能只有幾十億年。（H.斯賓塞·瓊斯：《無盡的世界》第231頁。）總的說來，后一種看法似乎更為普遍。

我們甚至有理由相信宇宙有一個時間上的開始，愛丁敦一直主張宇宙大約從紀元前900億年開始。這比起我們的曾祖父一輩所相信的紀元前4004年確實要長，但是它仍是一段有限的時期，至于這個時間以前到底是什么樣子，這類古老的謎語仍然沒有得到解答。

我們從這個天文學的宇宙概觀所得到的最重要的結論是：雖然宇宙確實很廣大很悠久，我們卻有理由——盡管這些理由現在看來還帶有很大的臆測性——相信宇宙既不是無限廣大，也不是無限悠久。廣義相對論，通過把觀察和推理巧妙地結合起來，自認能夠告訴我們宇宙整體是什么樣子。如果這是確實的話——我并不相信它是這樣——那么一直成為天文學的特點的空間和時間上的度量的增加將會有一個限度，這個限度是我們測度能力所及的范圍。愛丁敦主張宇宙的周界的數量級是60億光年。（《科學的新途徑》第218頁。）如果真是這樣，更好一些的望遠鏡將使我們“完全掌握這個令人感到棘手的局面”。我們正在開始看到，我們不久也可能“把它擊成粉末”。但是我并不認為我們將來能夠“把宇宙改造得更合乎我們的心愿”。