你也誤會了大霹靂？

對宇宙的膨脹感到困惑嗎？其實你並不孤單。就算是天文學家，也常常搞不清楚。
撰文╱萊恩威福（Charles H. Lineweaver）、戴維斯（Tamara M. Davis）
翻譯／林世昀

「膨脹中的氣球」對於要了解宇宙的膨脹來說，是個很好的比喻。在氣球表面的星系，其實是靜止的，但隨著宇宙的膨脹，任兩個星系間的距離卻增加了。至於星系本身的大小則沒有增加。

關於萬物的起源，在歷來的發現中，宇宙的膨脹也許是其中最重要的一項了。如果宇宙未曾膨脹，你就不會在這裡看這篇文章，因為人類根本就不存在。從熾熱的大霹靂所誕生的宇宙，若非經由膨脹而逐漸冷卻，諸如生命和類地行星等由冷分子所構成的東西，就不可能形成。宇宙中所有結構的形成，從星系、恆星到行星，甚至《科學人》雜誌，全都得仰賴宇宙的膨脹。

在40年前的那個7月，科學家宣佈他們找到了確切的證據，可以證明宇宙是從一個高熱、高密度的太初狀態，逐漸膨脹而成。他們發現的是大霹靂冷卻後的餘暉：宇宙微波背景輻射。自此之後，宇宙的膨脹與冷卻便成了宇宙學中的主要論點，就如同達爾文的演化論是生物學的主流思想一樣。宇宙的膨脹就像達爾文的演化論，對於簡單的結構如何逐步發展形成複雜的結構，提供了可循的脈絡。沒有了演化論和宇宙膨脹，現代生物學和宇宙學幾乎就沒什麼意義可言了。

宇宙的膨脹和達爾文的演化論，還有著另一個古怪的相似處：大部份科學家都認為他們了解這個理論，可是對其真正的涵義，卻很少意見一致。在《物種起源》出版了一個半世紀後，生物學家還在爭論達爾文主義的機制與含意（而不是實際內容），而大多數人也還在為前達爾文時期的漫無頭緒而焦躁徬徨。同樣地，距離最初的發現已經75年了，宇宙的膨脹還是廣遭誤解。曾經參與解釋宇宙微波背景輻射的著名宇宙學家、美國普林斯頓大學的皮伯斯（James Peebles），在1993年寫道：「這個圖像（熱大霹靂模型）的完整內容及深度，並不如我所以為的那樣得到充份理解，即便是在某些對此思潮具有啟發性貢獻的人身上，也是一樣。」

大霹靂是空間本身的爆炸。我們所在的空間本身在膨脹。這種爆炸沒有中心，且在各處發生。密度與壓力到處都一樣，因此並不像一般的爆炸是藉由壓力差來驅動。

有聲望的物理學家、天文學課本的作者，以及著名的科普專家，都曾對宇宙的膨脹做出不正確、誤導的，或是容易遭到錯誤解讀的陳述。由於膨脹是大霹靂模型的基礎，這些其實都是對於基本原理的誤解。膨脹是一種很容易讓人接受的簡單概念，但是當我們說宇宙正在膨脹時，真正的意思到底是什麼？它要膨脹成什麼樣子？地球也在膨脹嗎？更教人迷糊的是，現今宇宙的膨脹似乎正在加速之中，這真是讓人連腦子也一起跟著膨脹。

膨脹究竟是什麼？
當某個日常熟悉的物體擴張，如扭傷的腳踝、羅馬帝國，或是一顆炸彈，是因為膨脹至周圍的空間而變大。腳踝、帝國和炸彈都有中心和邊界。在邊界之外，有個空間可以讓它膨脹。但宇宙似乎並沒有什麼邊緣、中心，或宇宙之「外」可言，那麼它要如何膨脹呢？一個很好的比喻是，想像你是一隻螞蟻，生活在一個膨脹中的氣球表面。你的世界是二維的；你只知道前後、左右這幾個方向而已，全然沒有「上」和「下」的觀念。有天你忽然意識到，走去蚜蟲牧場擠奶的路途，怎麼一天比一天遠：某天要五分鐘，第二天要六分鐘，再過一天又變成七分鐘。而且前往其他熟悉的地點，所需要的時間也在增加。你很確定你行走的速度沒有變慢，也確定蚜蟲是一群群隨處圈養的，牠們並沒有串通好要一起遠離你。

這就是重點了：蚜蟲沒有亂跑，可是要去擠奶的距離仍然不斷增加。牠們就站在那兒不動，對氣球的橡皮表面而言，牠們是靜止的，可是你和牠們的距離，以及牠們彼此之間的距離，卻因為氣球的膨脹而增加。察覺到這些事實後，你推論出，原來是腳下踩的土地正在膨脹。這話說來很奇怪，因為你已經走遍你的世界，卻從沒發現有什麼邊界或是「世界之外」，可供你的世界向外膨脹。

來自 http://www.sciam.com.tw/read/re...ocNo=653&CL=4