《談天說文》發了福的宇宙

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中年發福，不外乎是運動太少，飲食太好，隨著年紀的增長，身體的新陳代謝變慢，只進不出，變胖是免不了的。宇宙的發福就不一樣，宇宙的總能量是不變的，沒有額外的能量注入宇宙內，但宇宙仍舊不斷地發福、不斷地膨脹。宇宙膨脹算是很新的觀念，即便是愛因斯坦也曾認為宇宙是靜態的，不變的，直到天文學家哈柏觀測證據的出現，證實了宇宙是膨脹，成了宇宙大霹靂學說的重要證據之一。

該如何想像一個膨脹的宇宙？首先我們看看哈柏有怎樣的證據顯示宇宙正在膨脹。之前我們提到哈柏測量出仙女座星系的距離，得知星系是在銀河的外頭。除了可以測量距離外，天文學家還有辦法知道星系沿著我們視線方向的運動速度，這得靠19世紀奧地利數學家都卜勒的發現。都卜勒發現產生聲波的來源如果和收聽者有相對運動，聲波的頻率會依照相對運動的速度大小而改變，現稱之為都卜勒效應。

我們經常在馬路上遇到都卜勒效應，如，救護車拉著警報快速通過我們的時候，警報聲的音調會有顯著的變化。如果救護車朝著我們靠近，然後通過我們而遠去，在通過我們的一瞬間，聽到的警報聲會從高音調（高頻率）轉成低音調（低頻率）。這就是聲波的都卜勒效應，警報來源朝我們靠近的時候，聲波會趨向短波（高頻率），當遠離我們的時候，聲波則是趨向長波（低頻率）。

光也有都卜勒效應，在可見光範圍，藍光屬於短波高頻率的光，紅光則是長波低頻率的光，如果發光源朝向我們前進，我們看到的光會趨向藍光（短波、高頻率），一遠離我們，就趨向紅光（長波、低頻率）。趨向藍光，我們稱之為藍移，反之稱為紅移，我們在日常生活中不容易看到這種現象，因為相對運動的速度太小，但星系的運動速度很快，這種紅移和藍移的現象就很明顯。哈柏利用星光的都卜勒效應計算出星系的視向速度，將星系的距離和視向速度畫在圖表上，他發現一個驚人的規律，大多數的星系都是遠離我們的，並且離我們愈遠的星系，遠離我們的速度愈大（如圖一），這就是所謂的哈柏定律。

圖一、哈柏測量星系的距離和速度,，所得到關連（秒差距是天文常用的距離單位，一個秒差距大約3.26光年）。　　圖／曾耀寰提供





圖中的每一個點代表一個星系，愈靠近右邊，代表離我們愈遠。愈靠近上面，遠離我們的速度愈大。藍線條表示愈遠的星系、遠離速度愈大，從圖一的黑點分布，可以清楚看見這種趨勢。哈柏定律代表了宇宙的某種特性─一個爆炸性的宇宙，現在的問題是宇宙如何譗爆炸豃。想像宇宙是從某一點開始，像爆竹般爆炸，爆竹碎片四散紛飛，站在爆炸點的位置，檢查飛出去的碎片距離和飛離速度，離爆炸點愈遠的碎片，由於速度較大，所以跑得比較遠，這和哈柏定律的特徵相同。這是否意味我們的地球又在宇宙中心？根據以往的經驗，我們不該再夢想地球處在宇宙的中心，一定有其他的方式解釋哈柏定律。

讓我們換個角度想像我們的宇宙，如果宇宙像個熱包子，一開始師傅揉好的包子比較小，當放入蒸籠加熱，包子膨脹起來（如圖二）。如果師傅在包子上畫了五個綠點，膨脹後的包子，五個點之間的距離也被拉長。假如站在任何一點上，觀察其他各點，也都滿足哈柏定律的特性—離得愈遠，遠離速度愈大，這是因為整個包子變大，綠點和綠點之間的距離都拉長了，從任一個點看其他綠點，離較遠的綠點，拉長的尺寸愈多，遠離速度當然也快了些。地球沒有必要站在宇宙的中心。

圖二、蒸籠熱過後的包子，整個包子變大了。　　圖／曾耀寰提供

「 這次閉關靜坐的時候，我一度進入了一種很深的寂靜，我的周圍只有光，時間、空間都不存在了，我似乎觸到了師父從未指點過的境地。」電影「 臥虎藏龍」中李慕白緩緩地說道。宇宙的開端的確如此，現今理論認為時間和空間在大霹靂之後才開始產生，我們很難描述空間的全部之外還會有什麼，也不知道沒有時間之前發生了什麼事，天文學家從觀測結果和理論知道宇宙是從一點開始產生，並不斷地膨脹，天文學家努力的結果似乎應了余秀蓮所說：「你得道了！」