(10)我們還知道制約化學(xué)和生物的基本定律，這樣在原則上，我們應(yīng)能確定大腦如何工作。但是制約大腦的方程幾乎肯定具有混沌行為，初始態(tài)的非常小的改變會(huì)導(dǎo)致非常不同的結(jié)果。這樣，盡管我們知道制約人類行為的方程，但在實(shí)際上我們不能預(yù)言它?？茖W(xué)不能預(yù)言人類社會(huì)的未來或者甚至它有沒有未來。其危險(xiǎn)在于，我們毀壞或消滅環(huán)境的能力的增長(zhǎng)比利用這種能力的智慧的增長(zhǎng)快得大多了。[以上三段文字作者舉了三個(gè)例子證明對(duì)一個(gè)混沌的系統(tǒng)不可能預(yù)言遙遠(yuǎn)的未來：第一，用生活中常見的賭盤為例，證明“在某一時(shí)刻對(duì)系統(tǒng)作非常微小的改變，系統(tǒng)的未來行為很快會(huì)變得完全不同”;第二，用天氣預(yù)報(bào)為例，證明對(duì)“不穩(wěn)定或混沌的系統(tǒng)”只能進(jìn)行短期的準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)，不能進(jìn)行長(zhǎng)期的準(zhǔn)確預(yù)報(bào);第三，用我們雖然知道制約人類行為的方程，但由于這個(gè)方程“幾乎肯定具有混沌行為”，因此，在實(shí)際上卻不能預(yù)言人類社會(huì)的未來。以上作者連用三個(gè)自然段詳細(xì)闡釋了混沌學(xué)的基本原理，但是這與預(yù)言宇宙的未來有什么關(guān)系呢?讓我們閱讀下文。]

　　(11)宇宙的其他地方對(duì)于地球上發(fā)生的任何事物根本不在乎。繞著太陽公轉(zhuǎn)的行星的運(yùn)動(dòng)似乎最終會(huì)變成混沌，盡管其時(shí)間尺度很長(zhǎng)。這表明隨著時(shí)間流逝，任何預(yù)言的誤差將越來越大。在一段時(shí)間之后，就不可能預(yù)言運(yùn)動(dòng)的細(xì)節(jié)。我們能相當(dāng)?shù)乜隙?，地球在相?dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)不會(huì)和金星相撞。但是我們不能肯定，在軌道上的微小擾動(dòng)會(huì)不會(huì)積累起來，引起在十幾億年后發(fā)生這種碰撞。太陽和其他恒星繞著銀河系的運(yùn)動(dòng)，以及銀河系繞著其局部星系團(tuán)的運(yùn)動(dòng)也是混沌的。[作者在上文證明了對(duì)一個(gè)混沌的系統(tǒng)不能預(yù)言其遙遠(yuǎn)的未來，這一段則說明太陽系，銀河系以及星系團(tuán)的運(yùn)動(dòng)都是混沌的，因此，只能對(duì)其進(jìn)行某個(gè)時(shí)段(盡管其時(shí)間尺度很長(zhǎng))的預(yù)報(bào)，“在一段時(shí)間之后，就不可能預(yù)言運(yùn)動(dòng)的細(xì)節(jié)”。讀到這里，我們會(huì)產(chǎn)生一個(gè)大大的疑問：既然宇宙的運(yùn)動(dòng)是混沌的，而混沌的系統(tǒng)是不能預(yù)言的，為什么作者還要說滿懷信心預(yù)言宇宙的未來?]我們觀測(cè)到，其他星系正離開我們運(yùn)動(dòng)而去，而且它們離開我們?cè)竭h(yuǎn)，就離開得越快。這意味著我們周圍的宇宙正在膨脹：不同星系間的距離隨時(shí)間而增加①。(①我們觀察到……：這幾個(gè)句子，作者用通俗的語言闡述了根據(jù)光譜紅移現(xiàn)象推斷出來的宇宙膨脹的理論。美國(guó)天文學(xué)家斯萊弗通過對(duì)恒星光譜的研究，于1912年發(fā)現(xiàn)它們的光譜線普遍存在著向紅端移動(dòng)的現(xiàn)象，進(jìn)一步觀察又發(fā)現(xiàn)，除個(gè)別例外，幾乎所有的河外星系的光譜都有紅移現(xiàn)象。按照多普勒效應(yīng)解釋，這就意味著這些星系都在遠(yuǎn)離地球而去。1929年，哈勃考察了斯萊弗的工作，提出了著名的哈勃定律：星系的紅移量與它們離地球的距離成正比。哈勃定律證明了宇宙正在整體退移或者說整體膨脹。)[預(yù)言宇宙未來雖然困難，但不是說就不能預(yù)言。從這里開始，作者轉(zhuǎn)入論述宇宙的未來。為什么可以預(yù)言?根據(jù)什么樣的科學(xué)原理預(yù)言?讓我們研讀下文。]

　　(12)我們觀察到的從外空間來的微波輻射背景①給出這種膨脹是平滑而非混沌的證據(jù)。(①微波輻射背景：一般稱作“宇宙微波背景輻射”，即來自宇宙空間背景上的各個(gè)方向同性的微波輻射，是宇宙之初“大爆炸”的余熱，溫度比開氏絕對(duì)零度高2.7度，即-2700C，習(xí)慣上稱為3K輻射。1965年美國(guó)科學(xué)家彭齊亞斯和威爾遜因共同發(fā)現(xiàn)宇宙微波背景輻射而獲1978年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。)[這是本段的中心句。上文說明了宇宙正在膨脹，人們自然會(huì)問：宇宙是怎樣膨脹的呢?作者回答：宇宙微波背景輻射證明了宇宙膨脹是“平滑而非混沌”的。那么，宇宙空間有沒有微波輻射?研究宇宙微波輻射有什么意義?宇宙微波背景輻射何以能證明宇宙膨脹是非混沌的?為什么要證明宇宙膨脹是非混沌的?讓我們帶著這些問題探討下面的文字。]你只要把你的電視調(diào)到一個(gè)空的頻道就能實(shí)際觀測(cè)到這個(gè)輻射。你在屏幕上看到的斑點(diǎn)的小部分是由太陽系外的微波引起的。[用一個(gè)人人都可以觀察到的現(xiàn)象，確證宇宙微波背景輻射的真實(shí)存在。]這就是從微波爐得到的同類的輻射，但是要更微弱得多，它只能把食物加熱到絕對(duì)溫度①的2.7度，所以不能用來溫?zé)崮愕耐赓u比薩②。(①絕對(duì)溫度：即開氏溫度，1848年由英國(guó)物理學(xué)有開爾文提出，1960年第十一屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)泰山定熱力學(xué)溫度以開爾文為單位。開氏的零度稱為“絕對(duì)零度”，等于-273.150C。②比薩：一種意大利式餡餅。)人們認(rèn)為這種輻射是熱的早期宇宙的殘余。[這里用比較的方法生動(dòng)形象地說明宇宙微波背景輻射的第一個(gè)特征：具有黑體輻射譜，它是熱的早期宇宙的殘余?？茖W(xué)家認(rèn)為，背景輻射是溫度近于2.7K的黑體輻射，習(xí)慣稱為3K背景輻射。黑體譜現(xiàn)象表明，微波背景輻射是極大的時(shí)空范圍內(nèi)的事件。因?yàn)橹挥型ㄟ^輻射與物質(zhì)之間的相互作用，才能形成黑體譜。由于現(xiàn)今宇宙空間的物質(zhì)密度極低，輻射與物質(zhì)的互相作用極小，所以，我們今天觀察到的黑體譜必定起源于很久以前。微波背景輻射應(yīng)具有比遙遠(yuǎn)星系和射電源所能提供的更為古老的信息。因此，可以利用它研究宇宙的初始。從這個(gè)特征來看，微波背景輻射也只有肋于研究宇宙的過去，無助于預(yù)言宇宙的未來。]但是它最使人印象深刻的是，從任何方向來的輻射量幾乎完全相同。宇宙背景探索者衛(wèi)星已經(jīng)非常精確地測(cè)量了這種輻射。從這些觀測(cè)繪出的天空?qǐng)D可以顯示輻射的不同溫度。在不同方向上這些溫度不同，但是差別非常微小，只有十萬分之一。因?yàn)橛钪娌皇峭耆饣模嬖谥T如恒星、星系和星系團(tuán)的局部無規(guī)性，所以從不同方向來的微波必須有些不同。但是，要和我們觀測(cè)到的局部無規(guī)性相協(xié)調(diào)，微波背景的變化不可能再小了。微波背景在所有方向上能夠相等到100000分之99999(十萬分之九萬九千九百九十九)。[這是說明微波背景輻射的第二個(gè)特征：各向同性。作者援引“非常精確地測(cè)量”出來的輻射溫度的數(shù)據(jù)詳盡地證明宇宙微波背景輻射“從任何方向來的輻射量幾乎完全相同”。作者說微波背景輻射的這一特征“最使人印象深刻”。黑體輻射的特征證明宇宙起始之初是一個(gè)“熱的宇宙”;那么，各向同性的特征又說明了什么呢?這一特征對(duì)于預(yù)言宇宙的未來為什么“最使人印象深刻”呢?請(qǐng)繼續(xù)研讀作者的論述。]

　　(13)上古時(shí)代，人們以為地球是宇宙的中心。在任何方向上背景都一樣的事實(shí)，對(duì)于他們而言毫不足怪。[地球中心說認(rèn)為，宇宙是一個(gè)圓，因此“在任何方向上背景都一樣”便很容易理解。這是說，如果按照地球中心說，微波背景輻射的發(fā)現(xiàn)沒有什么意義，因?yàn)槔硭?dāng)然會(huì)是這樣。]然而，從哥白尼①時(shí)代開始，我們就被降級(jí)為繞著一顆非常平凡的恒星公轉(zhuǎn)的一顆行星，而該恒星又是繞著我們看得見的不過是一千億個(gè)星系中的一個(gè)典型星系的外邊緣公轉(zhuǎn)。(①哥白尼：1473—1543年，波蘭天文學(xué)家，太陽中心說的創(chuàng)立者，近代天文學(xué)的奠基人。)我們現(xiàn)在是如此之謙和，我們不能聲稱任何在宇宙中的特殊地位。所以我們必須假定，在圍繞任何其他星系的任何方向的背景也是相同的。[從哥白尼開始的現(xiàn)代宇宙學(xué)說告訴我們，地球不處在宇宙的中心，沒有“任何在宇宙中的特殊地位”，所以微波背景輻射的發(fā)現(xiàn)就具有不平常的意義，它可以由個(gè)別推及一般，從在地球上測(cè)出的微波背景輻射各向同性的特征可以推出，在圍繞任何其他星系的任何方向的背景也是相同的。所以，微波背景輻射各向同性的特征是一個(gè)普遍現(xiàn)象，在宇宙中的任何一點(diǎn)都是如此。那么各向同性這一事實(shí)說明了什么呢?請(qǐng)讀下文。]這只有在如果宇宙的平均密度以及膨脹率處處相同時(shí)才有可能。平均密度或膨脹率的大區(qū)域的任何變化都會(huì)使微波背景在不同方向上不同。[作者認(rèn)為，微波背景輻射各向同性的事實(shí)說明“宇宙的平均密度以及膨脹率處處相同”。如果膨脹率和密度不同，背景就不會(huì)相同。]這表明，宇宙的行為在非常大尺度下是簡(jiǎn)單的，而不是混沌的。因此我們可以預(yù)言宇宙遙遠(yuǎn)的未來。[這是作者在上述分析的基礎(chǔ)上得出的結(jié)論，這個(gè)結(jié)論證明了我們可以預(yù)言宇宙遙遠(yuǎn)的未來?，F(xiàn)在我們把文章從第8段開始到此處的文字歸結(jié)一下，回過頭去看看作者說理的思路。作者先證明對(duì)“不穩(wěn)定或混沌的系統(tǒng)”只能進(jìn)行短期的準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)，不能進(jìn)行長(zhǎng)期的準(zhǔn)確預(yù)報(bào)，而太陽系、銀河系以至星系團(tuán)的運(yùn)動(dòng)都是混沌的，因此預(yù)言宇宙的未來非常困難。然后根據(jù)宇宙微波背景輻射各向同性的事實(shí)推出“宇宙的平均密度以及膨脹率處處相同”，由此知道“宇宙的行為在非常大尺度下是簡(jiǎn)單的，而不是混沌的”，因此，可以預(yù)言宇宙的未來。那么，用什么方法預(yù)言宇宙的未來?宇宙的未來又是怎樣的呢?這是我們需要繼續(xù)弄明白的問題。]

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