起初

文/黃小石博士
            
人類探索著宇宙的來源,從「穩定狀態論」到「大爆炸論」,科學家透過實驗,打破舊學說,提出新理論。遭到嘲笑的新理論,三十年後卻成為主流,如此循環不已。但他們沒想到,原來,宇宙有個起源,時間、空間也有個開始。當科學家辛苦登山,神學家卻早已站在山上了。

直到二十世紀中葉許多科學家都還堅持著一種「宇宙永恆」的觀點:認為宇宙是無始無終,無限且永存的;所以人所處的自然界,從邏輯上來說,是不需要什麼「造物主」的創造,它「自然」就是這個樣子,我們不能、也不必問它是從哪裡來的,因為它一直就是這個樣子,默默地在自然律的引導和控制下,在時間中演化。科學家也相信,總有一天,他們可以完全明白宇宙間的一切現象,並預測其將來。這是他們對自己的期許,也是他們自以為有根據的驕傲。筆者就是生長於這樣的世代,在1962年於台灣大學物理系畢業,充滿著對科學新知的熱忱和希望,來到美國留學深造。

1963年秋天,筆者赴美國康乃爾大學(Cornell University)物理系研究所就讀。當時的物理學家正熱烈地討論「宇宙起源」的問題。由於其中幾位著名的天文物理學大師都在康乃爾大學執教,所以學校便舉辦了許多場天文方面的學術演講,一時風雲會集,讓我們這些新出爐的畢業生大開眼界。記得我第一次參加的討論會由鼎鼎有名的湯姆斯・戈爾德(Thomas Gold)演講,他的主題是「月亮為什麼不夠亮?」。原來,我們既已知道月亮表面大致的成分,又知道月亮離地球的距離,就可以計算月亮表面反光的亮度,再與測量所得的數據相比, 結果發現月亮竟然不夠亮(原來美國的月亮不但不夠大,而且還不夠亮,果然「月是故鄉明」!)。他的結論是:因為月亮長年受宇宙線的衝擊,導致表面灰塵過多, 所以不夠亮(任何家庭主婦都不難明白這個基本道理)。根據他的計算,月亮上 的灰塵可能厚達十二呎。當時美國太空總署正打算把人送上月球,若是月亮上的灰真是如此的厚,那不知將會造成多少技術上的問題哩。1969年七月,美國的兩位「太空人」順利登上月球,果然發現月亮上的灰塵很多,只是並不如戈爾德所說的那麼厚就是了。

戈爾德不只研究月亮夠不夠亮的問題,他更是當時宇宙學(Cosmology)的泰斗,他與英國天文學家霍尤(Fred Hoyle)及邦迪(Hermann Bondi)合創了一個在當時非常重要的宇宙穩定狀態論(Cosmic Steady State Theory),來解釋宇宙的形成與膨脹。
我們都知道宇宙間有萬有引力的現象,依此推想,宇宙中所有的星球與物質, 都理應彼此相吸;然而,經過了無限長的時間(當時人相信宇宙是永恆的),而太空中又沒有什麼阻力,為何這些星球不會全部彼此吸成一團了呢?

1920年代在美國加州,有位名叫哈伯(Edwin Hubble)的天文學家,他透過一台一百吋鏡面的強力望遠鏡觀察,發現原來宇宙一直在膨脹,所以其中的物質才沒有在萬有引力下被吸成一團。繼之,便有許多天文物理學家開始研究宇宙為什麼會膨脹?以前的宇宙是不是比現在的小得多?

戈爾德等科學家知道這問題的嚴重性:若是以前的宇宙比現在的小,那麼在很久很久以前,宇宙應該很小很小,而且可以小到一個不能再小的地步;更早以前就更沒有宇宙了。果真如此的話, 那麼宇宙是從哪裡來的呢?又是怎麼開始的呢?

於是戈爾德等人就提出了一個很新鮮的「宇宙穩定狀態論」,認為宇宙太空之間,一直有新的物質自然地產生,只是產生物質的機制我們還不明白;但是只要在宇宙中每一立方公尺,每十億年產生相當於一個氫原的物質,就足以解釋我們所觀測到的宇宙膨脹指數了。所以當時的康乃爾也是一個「穩定狀態論」大本營,科學家在當時就是不能相信宇宙是有開始的。

那時愛因斯坦已過世八年,他在生前也曾探討宇宙的永存性(或穩定性),並且還在他著名的廣義相對論「力場方程式」(Field Equations)中加了一個「宇宙常數」(cosmological constant),企圖要來解釋為什麼宇宙能穩定地存在,沒有在天體間彼此相吸的重力影響下堆在一起,因為在空間裡有股相互排斥的力 量。愛因斯坦認定,宇宙不能有開始;宇宙若有開始,時間、空間也將有個開始。可是,當時的科學界實在是無法接受「在很早很早以前,居然沒有時間、又沒有空間」的事實。然而在我到美國的第二年(1964年),天文物理界發生了一件重大的事,那就是當時在普林斯頓大學任教的迪基教授(Robert Dicke),不但已計算出宇宙「大爆炸」後的餘溫,並且又在製作一台微波偵測器,要來證明他這理論的正確性。若是宇宙真如他們所說的,在一段可計算的年月以前,由忽然猛烈的「爆炸」開始,這將是件何等難以想像的事!

其實早在1927年,有位天主教神父勒梅特(Georges Lemaitre)即已提出過宇宙膨脹論」,只是當時的科學家多不以為然,甚至英國的霍尤教授還曾取笑地指著這些研究大爆炸論的學者,稱他們是大砰論者(Big Bangers。在英文「大爆炸論」不是用Grand Explosion這樣的詞彙,而是Big BangBang這個字原是一個狀聲辭,指爆炸的聲音,所以嚴格地說「大爆炸論」應稱為「大砰論」 才對,聽來十分不雅,可見當時的科學家是不很看重這種理論的)。然而,科學的好處就在於:只要有足夠的證據,再不受歡迎的理論至終還是可以被建立起來的。

到了1965年,貝爾實驗室的兩位研學家,潘齊亞斯(Amo Penzias)和威爾遜(Robert Wilson),偶然在他們所設計的微波偵測器中,極準確地測量出太空中均勻分佈的微波輻射,為宇宙「大爆炸論」奠定了穩固的實驗基礎,且獲得1978年諾貝爾物理獎的殊榮。1969年筆者開始在美國新澤西州若歌大學(Rutgers University)任教,物理系那學期第一個學術演講,就是迪基教授來大談宇宙「大爆炸論」的證據;直到今天,大部分的科學家都已接受「大爆炸論」的觀點了。他們認為宇宙遠在一百三十七億年以前,忽然「無中生有」地出現了,而在那刻之前,既沒有空間,也沒有時間,也沒有數學。

〈聖經〉 開宗明義地記載:「起初上帝創造天地」。1
這「起初」三字就是《聖經》起首的兩個字。宇宙居然有「起初」,這是以前的科學家所無法想像的。

有人比喻科學家有如一位登山者,辛辛苦苦地爬上了一座高山,但卻發現神學家早就在那裡等著他了。

註釋 :
1. 〈創世記〉 一章 1

本書摘自宇宙光出版社《天河拾貝》
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