第31章 宇宙起源1
列车发动了，在漆黑的深夜里疾驰，珂灵、厄尔诺和卡普佩尔教授对坐。珂灵和厄尔诺都换上了卡尔维诺学院的学院装，白色的衬衣，黑色的西装，深玫瑰红色的领巾，胸口上绣着卡尔维诺学院的不朽的生命树校徽，学院的裁缝虽然从没见过珂灵，没量过他的身材，却把衣服做的贴合无比，腰围胸围半分不差，连珂灵都觉得自己帅气了几分。
“厄尔诺，不准把赤脚放在沙发上。”卡普佩尔教授说，“你该知道入学辅导这件事对于我们的新生有多重要。”
厄尔诺只好把脚老老实实地收好，在卡普佩尔教授面前，这个外形非常科学狂人的学长老实了很多。
“要咖啡还是热巧克力？”卡普佩尔教授问。
他坐在靠壁的墨绿色沙发上，背后是一幅被帆布遮挡起来的画。
这是一节典雅而奢华的车厢，车壁都是用维多利亚风格的花纹墙纸装饰，舷窗四周包裹着实木，看起来是纯手工的实木桌隔开了学生和老师，他们所坐的墨绿色真皮沙发上都绣着金线。珂灵觉得这车厢简直是为皇帝或什么元首设计的，他完全不清楚自己为什么要坐在这里。
“你可以要一杯烈性酒什么的，我们提供。”卡普佩尔教授又说。
“见导师还能喝酒？卡尔维诺学院的校规可真宽松。”珂灵说。
“总之是喝点让你镇静的东西，免得一会儿你听到了什么大声尖叫。”厄尔诺说。
“那我要一杯惨了安眠药的可乐”珂灵强撑着说些烂白话。
“做梦不能改变现实”卡普佩尔教授挠挠头，“首先，很抱歉我来晚了，我在俄罗斯那边耽误的太久了，可仍然没有发现合格的人选。返回卡尔维诺学院的时候才发现列车员弄错了你的优先级，所以我就决定跟车来一趟，亲自迎接你；其次.....”
“我知道你要开始说让人惊悚的话了，我也觉得没那么便宜轻轻松松给我一份高额的奖学金这么神神秘秘的把我诱骗到美国来”珂灵说，“我这些天已经有觉悟了。”
“我是说其次学院要求每个学生参加资格考试，按照校规不通告考试不能录取，你的奖学金暂时也就不能生效我其实是要说这件事。”
“资格考试？”珂灵说，“果真人惊恐”其实他原本猜测卡普佩尔教授要在他面前揭露什么惊天的大秘密，即使告诉他他的父母是超人他其实就是超人二代，他也就不会觉得很奇怪了。在这个卡尔维诺学院里，看起来一切皆有可能。不过卡普佩尔教授居然只是跟他说了学院的制度。
“这里有份保密协议你签署一下吧。”卡普佩尔教授递过一份文件来。
面对那份拉丁文混合着写英文的古怪文件，珂灵手有点哆嗦着签了，现在他乘坐的这趟快车正以每小时200公里以上的高速驶往一个神秘的卡尔维诺学院，只是他父母给他指出的道路，他还能拒绝什么呢？总不能现在起身尖叫着说：“我要回家我要回家！”
“那么我们的入学辅导就正式开始了。”卡普佩尔教授非常严肃地说，“作为一家在美国教育注册部的正规大学，卡尔维诺学院一直致力于向有特殊才华和能力的学生提供高质量的进阶教育，给他们提供各种可能性，并且推荐工作。”
“我们的学制是四年，除了像厄尔诺这样的天才之外，每年成功毕业的学生占新入学的32%，所有学生必须住校，是古典的封闭式教育，结业的时候，我们会颁发给你正式的学业证书，但是很遗憾的说，你在本校的学位证书不能帮你在其他大学找到对应的专业，所以你想读硕士或者博士，还是只能选择本校就读。”
“那样不是得一条道走到黑了？”路明非说。
“这是因为卡尔维诺学院的学科设置有些偏科。”卡普佩尔教授双手交叉，两根食指飞快的绕来绕去。
“偏科？”珂灵不解。
“首先我问你，你认为宇宙的起源是如何的？”卡普佩尔教授道。
珂灵茫然的摇摇了头.......
卡普佩尔教授道：
“目前学术界影响较大的“大爆炸宇宙论”是1927年由比利时数学家勒梅特提出的，他认为最初宇宙的物质集中在一个超原子的“宇宙蛋”里，在一次无与伦比的大爆炸中分裂成无数碎片，形成了今天的宇宙。宏观宇宙是相对无限延伸的。“大爆炸宇宙论”关于宇宙当初仅仅是一个点，而它周围却是一片空白，即将人类至今还不能确定范围也无法计算质量的宇宙压缩在一个极小空间内的假设只是一种臆测。
1927年，勒梅特教士发表了他的主要研究成果：均质的宇宙质量不变，半径不断增加，并阐明了银河外星云的径向速度，就如何对当时的两种相对论进行两难选择提出了解决办法，一种是爱因斯坦的相对论，认为宇宙“饱和”“静止”，另一种是德西特的相对论，认为宇宙在膨胀，但里面没有物质！不久之后，他于１９３１年对自己的成果加以补充，提出他的宇宙起源假说的雏形，即原始原子。根据这种假说，现在的宇宙在不断膨胀，它起源于一个原子的放射性裂变。勒梅特的想法与一些根深蒂固的偏见相抵触。虽然对空间和时间的看法起了变化，虽然宇宙一般处于静止状态作为不言明的宇宙学公设被人接受，但是，要等到1929年，即勒梅特的第一篇文章发表两年之后，哈勃和赫马森才公布一个星系退行的速度和它的距离之间的关系：这一次，宇宙膨胀的问题不是由一位宇宙起源学理论家来提出，而是由进行观测的天文学家来提出。但是，是否应该把谱线红移看做远离的运动的标志？有些人曾否定过这点，有几个人仍对此持否定态度：其他的物理学原因被提了出来，但是，与“退行”的假说不同的是，这些其他原因要么不能阐明观测到的所有效应，要么使人预见到一些至今尚未观测到的效应。
在研究了有限但无边界的均质空间的几何特点之后，勒梅特对空间和物质的关系进行研究，这种关系迫使他抛弃了欧几里得几何。
根据相对论，引力的效应之一是改变空间的特点。在太阳或恒星这样的天体近旁，几何就不是欧几里得的，因为人们说空间有某种曲率［……］。决定几何特点和重力特点之间的这种相关的方程式包含一个参数，其重要性在行星运动这种尺度较小的现象中不会显示出来，但在研究整个宇宙时它的作用就变得极为重要。因此，它被称为宇宙常数（ｃｏｎｓｔａｎｔｅｃｏｓｍｏｌｏｇｉｑｕｅ）。
在相当大的尺度内，物质均匀地分布在宇宙之中。在宇宙常数和宇宙密度之间存在着一种关系。这两个量是成正比的。既然有物质，宇宙常数就不可能是零，必然是正数。宇宙常数的值决定空间的几何特点，宇宙常数如是正数，其结果是空间为椭圆形，另外这还决定宇宙周长。这样，宇宙周长还同物质密度的平方根成反比。这种值得注意的关系是爱因斯坦发现的，能使我们对空间的大小有一个概念。物质密度是一种量，就可以凭经验来认识它，即通过对邻近区域发生的事进行观测来认识它。“邻近区域”，意思是十分巨大的空间，就是用研究手段能观测到的那样大，但同整个宇宙相比还非常小。根据爱因斯坦所说的关系，半个宇宙周长，即空间中最大的距离，同密度的平方根成反比。按太阳每立方秒差距的密度来计算，半个宇宙周长将是二百万秒差距。在一个五十万秒差距的立方中平均有一个星云，每个星云同两亿五千万个太阳一样大。因此，物质密度为５００／０．２５等于太阳每个立方秒差距的五亿分之一。计算平方根，则半个空间周长是二百万的两万两千倍，即四百亿秒差距，用望远镜能观测到的距离的一千倍。
勒梅特认为不必掩盖这些估计的近似性，并提出了宇宙维度不变这个最根本的问题。另外，爱因斯坦的宇宙理论同意空间匀质的假说，这种假说非常合情合理，没有一开始就提到这种假说，即宇宙周长不因时间而变化，换句话说，宇宙是静止的。看来有十分明显的迹象表明，这种非常合情合理的假说实际上并未得到证实。
荷兰天文学家德西特发展了一种以相对论为基础的宇宙理论，其缺点是从根本上认为宇宙不包含任何物质，但却阐明了一种极为有趣的现象。
星系光谱线普遍红移的现象如被解释为多普勒效应，则表明所有的星系都在离开人们远去，它们离的距离越远，退行的速度就越快。如果星云都在离开星系，那么，这仿佛说明，星系是宇宙的中心点，具有特殊的性质。不愿意接受这种结论。奇怪的是，智慧之地要用具体的特点显示出来。它既不是恒星的局部体系的中心，也不是星系的中心，惊讶的是，它是星云体系的中心。
这种结论看来违背了一种宇宙学原理（ｐｒｉｎｃｉｐｅｃｏｓｍｏｌｏｇｉｑｕｅ），这种原理认为，宇宙中没有特别好的视点，但勒梅特立刻加以纠正：只须认为，星云在空间的布局仍然相同，但空间的性质随着时间变化，宇宙周长是可变的，随着时间增加。于是，两个星云的距离仍是宇宙周长的同一部分，因此像宇宙周长一样增加。任何两个星云都相互远离。事情的发生有点像位于肥皂泡表面的微生物看到的那样。当肥皂泡膨胀时，每个微生物都会看到它附近的微生物离它远去。它的样子像是一个中心点，而且只是一个中心点。
因此，宇宙在膨胀，所有观测都证实了这一假说，假说使思想追溯到时间的起始，并立刻就想象出宇宙的起源，当时的宇宙即使不是点状，至少也极为稠密。原始原子假说是一种宇宙起源假说，根据这种假说，世界起源于一个原子的放射性裂变。设想原始原子均匀地充满着半径很小（从天文学角度来看）的空间。因此就没有表面电子的位置。这种原子根据设想只存在了一刹那的时间，它确实是不稳定的；从它存在时起，它就分裂成小块，这些小块也各自分裂；在小块之间出现电子、质子、小粒子等。因此空间的半径迅速增大，而原始原子的那些碎片仍然均匀地充满着空间。在空间膨胀的第一个阶段，从一个几乎是零的半径出发沿渐近线行进，会遇到处于辐射中的速度巨大的粒子，其总能量可能在原子的单位重量能量中占据很大的部分。空间的这种迅速膨胀的结果是使辐射变弱，同时也使原子的相对速度减慢。因此，我们至少在局部上开始看到静态平衡，即气体云的形成。这些气体云都有很高的相对速度，并与辐射混杂在一起，而辐射也已因膨胀而减弱。”
“那么宇宙的本质是什么？宇宙是如何起源的？空间和时间的本质是什么？这是从2000多年前的古代哲学家到现代天文学家一直都在苦苦思索的问题。直至20世纪，有两种“宇宙模型”比较有影响，一是稳态理论，一是大爆炸理论。”
“宇宙是由空间、时间、物质和能量所构成的统一体。是一切空间和时间的总合。一般理解的宇宙指人类所存在的一个时空连续系统，包括其间的所有物质、能量和事件。对于这一体系的整体解释构成了宇宙论。千百年来，科学家们一直在探寻宇宙是什么时候、如何形成的。直到今天，许多科学家认为，宇宙是由大约137亿年前发生的一次大爆炸形成的。宇宙内的所存物质和能量都聚集到了一起，并浓缩成很小的体积，温度极高，密度极大，瞬间产生巨大压力，之后发生了大爆炸，这次大爆炸的反应原理被物理学家们称为量子物理。大爆炸使物质四散出去，宇宙空间不断膨胀，温度也相应下降，后来相继出现在宇宙中的所有星系、恒星、行星乃至生命。
在爆炸发生之前，宇宙内所存物质和能量都聚集到一起，并浓缩成很小的体积，温度极高，密度极大（称为奇点），瞬间产生巨大压力，以致发生大爆炸，这次大爆炸的反应原理被物理学家们称为量子物理（至今未被解决）。大爆炸使物质四散出去，宇宙空间不断膨胀，温度也相应下降，后来相继出现在宇宙中的所有星系、恒星、行星乃至生命，都是在这种不断膨胀冷却的过程中逐渐形成的物体。然而，因大爆炸而产生宇宙的理论尚不能确切地解释，“在所存物质和能量聚集在一点上”之前到底存在着什么东西？“大爆炸理论”是伽莫夫于1946年创建的。
关于宇宙是如何起源的，空间和时间的本质是什么，这是从2000多年前的古代哲学家到现代天文学家一直都在苦苦思索的问题。经过了哥白尼、赫歇尔、哈勃的从太阳系、银河系、河外星系的探索宇宙三部曲，宇宙学已经不再是幽深玄奥的抽象哲学思辨，而是建立在天文观测和物理实验基础上的一门现代科学。
直到20世纪，出现了两种“宇宙模型”比较有影响。一是稳态理论，一是大爆炸理论。20世纪20年代后期，爱德温·哈勃发现了红移现象，说明宇宙正在膨胀。20世纪60年代中期，阿尔诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊（robertwilson）发现了“宇宙微波背景辐射”。这两个发现给大爆炸理论以有力的支持。
大爆炸论：
宏观宇宙是相对无限延伸的。“大爆炸宇宙论”关于宇宙当初仅仅是一个点，而它周围却是一片空白，即人类至今还不能确定范围也无法计算质量的宇宙压缩在一个极小空间内的假设，只是一种臆测。况且从能量与质量的正比关系考虑，一个小点无缘无故地突然爆炸成浩瀚宇宙的能量从何而来呢？”
现代宇宙系当中最有影响的一种学说，又称大爆炸宇宙学。与其他宇宙模型相比，它能说明较多的观
测事实。它的主要观点是认为我们的宇宙曾有一段从热到冷的演化历程。在这个时期里，宇宙体系并不是静止的，而是在不断地膨胀，使物质密度从密到稀地演化。这一从热到冷、从密到稀的过程如同一次规模巨大的爆发。根据大爆炸宇宙学的观点，大爆炸的整个过程是：在宇宙的早期，温度极高，在100亿度以上。物质密度也相当大，整个宇宙体系达到平衡。宇宙间只有中子、质子、电子、光子和中微子等一些基本粒子形态的物质。但是因为整个体系在不断膨胀，结果温度很快下降。当温度降到10亿度左右时，中子开始失去自由存在的条件，它要么发生衰变，要么与质子结合成重氢、氦等元素；化学元素就是从这一时期开始形成的。温度进一步下降到100万度后，早期形成化学元素的过程结束（见元素合成理论）。宇宙间的物质主要是质子、电子、光子和一些比较轻的原子核。当温度降到几千度时，辐射减退，宇宙间主要是气态物质，气体逐渐凝聚成气云，再进一步形成各种各样的恒星体系，成为我们今天看到的宇宙。大爆炸模型能统一地说明以下几个观测事实：
（1）大爆炸理论主张所有恒星都是在温度下降后产生的，因而任何天体的年龄都应比自温度下降至今天这一段时间为短，即应小于200亿年。各种天体年龄的测量证明了这一点。
（2）观测到河外天体有系统性的谱线红移，而且红移与距离大体成正比。如果用多普勒效应来解释，那么红移就是宇宙膨胀的反映。
（3）在各种不同天体上，氦丰度相当大，而且大都是30%。用恒星核反应机制不足以说明为什么有如此多的氦。而根据大爆炸理论，早期温度很高，产生氦的效率也很高，则可以说明这一事实。
（4）根据宇宙膨胀速度以及氦丰度等，可以具体计算宇宙每一历史时期的温度。大爆炸理论的创始人之一伽莫夫曾预言，今天的宇宙已经很冷，只有绝对温度几度。1965年，果然在微波波段上探测到具有热辐射谱的微波背景辐射，温度约为3k。
大爆炸理论认为，宇宙起源于一个单独的无维度的点，即一个在空间和时间上都无尺度但却包含了宇宙全部物质的奇点。至少是在120～150亿年以前，宇宙及空间本身由这个点爆炸形成。
在一次无与伦比的大爆炸中分裂成无数碎片，形成了今天的宇宙。1948年，俄裔美籍物理学家伽莫夫等人，又详细勾画出宇宙由一个致密炽热的奇点于150亿年前一次大爆炸后，经一系列元素演化到最后形成星球、星系的整个膨胀演化过程的图像。但是该理论存在许多使人迷惑之处。
宏观宇宙是相对无限延伸的。“大爆炸宇宙论”关于宇宙当初仅仅是一个点，而它周围却是一片空白，即将人类至今还不能确定范围也无法计算质量的宇宙压缩在一个极小空间内的假设只是一种臆测。况且从能量与质量的正比关系考虑，一个小点无缘无故地突然爆炸成浩瀚宇宙的能量从何而来呢？
人类把地球绕太阳转一圈确定为衡量时间的标准——年。但宇宙中所有天体的运动速度都是不同的，在宇宙范围，时间没有衡量标准。譬如地球上东西南北的方向概念在宇宙范围就没有任何意义。既然年的概念对宇宙而言并不存在，大爆炸宇宙论又如何用年的概念去推算宇宙的确切年龄呢？
1929年，美国天文学家哈勃提出了星系的红移量与星系间的距离成正比的哈勃定律，并推导出星系都在互相远离的宇宙膨胀说。哈勃定律只是说明了距离地球越远的星系运动速度越快--星系红移量与星系距离呈正比关系。但他没能发现很重要的另一点--星系红移量与星系质量也呈正比关系。
宇宙中星系间距离非常非常遥远，光线传播因空间物质的吸收、阻挡会逐渐减弱，那些运动速度越快的星系就是质量越大的星系。质量大，能量辐射就强，因此我们观察到的红移量极大的星系，当然是质量极大的星系。这就是被称作“类星体”的遥远星系因质量巨大而红移量巨大的原因。另外那些质量小、能量辐射弱的星系（除极少数距银河系很近的星系，如大、小麦哲伦星系外）则很难观察到，大小恒星都能看到，所以恒星的红移紫移数量大致相等。
导致星系红移多紫移少的另一原因是：宇宙中的物质结构都是在一定范围内围绕一个中心按圆形轨迹运动的，不是像大爆炸宇宙论描述的从一个中心向四周作放射状的直线运动。因此，从地球看到的紫移星系范围很窄，数量极少，只能是与银河系同一方向运动的，前方比银河系小的星系；后方比银河系大的星系。只有将来研制出更高分辨程度的天文观测仪器才能看到更多的紫移星系。
宇宙中的物质分布出现不平衡时，局部物质结构会不断发生膨胀和收缩变化，但宇宙整体结构相对平衡的状态不会改变。仅凭从地球角度观测到的部分（不是全部）可见星系与地球之间距离的远近变化，不能说明宇宙整体是在膨胀或收缩。就像地球上的海洋受引力作用不断此涨彼消的潮汐现象并不说明海水总量是在增加或减少一样。
1994年，美国卡内基研究所的弗里德曼等人，用估计宇宙膨胀速率的办法计算宇宙年龄时，得出一个80～120亿年的年龄计算值。然而根据对恒星光谱的分析，宇宙中最古老的恒星年龄为140～160亿年。恒星的年龄倒比宇宙的年龄大。
1964年，美国工程师彭齐亚斯和威尔逊探测到的微波背景辐射，是因为布满宇宙空间的各种物质相互之间能量传递产生的效果。宇宙中的物质辐射是时刻存在的，3k或5k的温度值也只是人类根据自己判断设计的一种衡量标准。这种能量辐射现象只能说明宇宙中的物质由于引力作用，
至于大爆炸宇宙论中的氦丰度问题，氦元素原本就是宇宙中存在的仅次于氢元素的数量极丰富的原子结构，它在空间的百分比含量和其它元素的百分比含量同样都属于物质结构分布规律中很平常的物理现象。在宇宙大尺度范围中，不仅氦元素的丰度相似，其余的氢、氧……元素的丰度也都是相似的。而且，各种元素是随不同的温度、环境而不断互相变换的，并不是始终保持一副面孔，所以微波背景辐射和氦丰度与宇宙的起源之间看不出有任何必然的联系。
大爆炸宇宙论面临的难题还有，如果宇宙无限膨胀下去，最后的结局如何呢？德国物理学家克劳修斯指出，能量从非均匀分布到均匀分布的那种变化过程，适用于宇宙间的一切能量形式和一切事件，在任何给定物体中有一个基于其总能量与温度之比的物理量，他把这个物理量取名为“熵”，孤立系统中的“熵”永远趋于增大。但在宇宙中总会有高“熵”和低“熵”的区域，不可能出现绝对均匀的状态。所以，那种认为由于“熵”水平的不断升高而达到最大值时，宇宙就会进入一片死寂的永恒状态，最终“热寂”而亡的结局，当宇宙膨胀到一定程度，所有星系行星会疏离，分子分解至夸克，而至更小。整个宇宙继续膨胀，变成死寂状态。这项预测是根据数百个a1超新星的亮度作出的。
根据天文观测资料和物理理论描述宇宙的具体形态，星系的形态特征对研究宇宙结构至关重要，从星系的运动规律可以推断整个宇宙的结构形态。而星系共有的圆形旋涡结构就是整个宇宙的缩影，那些椭圆、棒旋等不同的星系形态只是因为星系年龄和观测角度不同而产生的视觉效果。
奇妙的螺旋形是自然界中最普遍、最基本的物质运动形式。这种螺旋现象对于认识宇宙形态有着重要的启迪作用，大至旋涡星系，小至dna分子，都是在这种螺旋线中产生。大自然并不认可笔直的形式，自然界所有物质的基本结构都是曲线运动方式的圆环形状。从原子、分子到星球、星系直到星系团、超星系团无一例外，毋庸置疑，浩瀚的宇宙就是一个大旋涡。因此，确立一个“螺旋运动形态宇宙模型”，比那种作为所有物质总和的“宇宙”却脱离曲线运动模式而独辟蹊径，以直线运动方式从一个中心向四面八方无限伸展的“大爆炸宇宙模型”，更能体现真实的宇宙结构形。
还有一点，大爆炸是循环的，有科学家声称：，宇宙将变成一个高密度、小体积的球体。缩小到一定程度后，将再次发生大爆炸。根据能量守恒定律，宇宙的能量并没有消亡。但是，却没有人能解释，大爆炸每次循环时间、空间、分子结构等等，都是像上次一样（几千几百亿年以后，又有太阳系，又有地球，又有中国，又有你），还是重新排列（光凭空可以弯曲）。”
(本章完)
“厄尔诺，不准把赤脚放在沙发上。”卡普佩尔教授说，“你该知道入学辅导这件事对于我们的新生有多重要。”
厄尔诺只好把脚老老实实地收好，在卡普佩尔教授面前，这个外形非常科学狂人的学长老实了很多。
“要咖啡还是热巧克力？”卡普佩尔教授问。
他坐在靠壁的墨绿色沙发上，背后是一幅被帆布遮挡起来的画。
这是一节典雅而奢华的车厢，车壁都是用维多利亚风格的花纹墙纸装饰，舷窗四周包裹着实木，看起来是纯手工的实木桌隔开了学生和老师，他们所坐的墨绿色真皮沙发上都绣着金线。珂灵觉得这车厢简直是为皇帝或什么元首设计的，他完全不清楚自己为什么要坐在这里。
“你可以要一杯烈性酒什么的，我们提供。”卡普佩尔教授又说。
“见导师还能喝酒？卡尔维诺学院的校规可真宽松。”珂灵说。
“总之是喝点让你镇静的东西，免得一会儿你听到了什么大声尖叫。”厄尔诺说。
“那我要一杯惨了安眠药的可乐”珂灵强撑着说些烂白话。
“做梦不能改变现实”卡普佩尔教授挠挠头，“首先，很抱歉我来晚了，我在俄罗斯那边耽误的太久了，可仍然没有发现合格的人选。返回卡尔维诺学院的时候才发现列车员弄错了你的优先级，所以我就决定跟车来一趟，亲自迎接你；其次.....”
“我知道你要开始说让人惊悚的话了，我也觉得没那么便宜轻轻松松给我一份高额的奖学金这么神神秘秘的把我诱骗到美国来”珂灵说，“我这些天已经有觉悟了。”
“我是说其次学院要求每个学生参加资格考试，按照校规不通告考试不能录取，你的奖学金暂时也就不能生效我其实是要说这件事。”
“资格考试？”珂灵说，“果真人惊恐”其实他原本猜测卡普佩尔教授要在他面前揭露什么惊天的大秘密，即使告诉他他的父母是超人他其实就是超人二代，他也就不会觉得很奇怪了。在这个卡尔维诺学院里，看起来一切皆有可能。不过卡普佩尔教授居然只是跟他说了学院的制度。
“这里有份保密协议你签署一下吧。”卡普佩尔教授递过一份文件来。
面对那份拉丁文混合着写英文的古怪文件，珂灵手有点哆嗦着签了，现在他乘坐的这趟快车正以每小时200公里以上的高速驶往一个神秘的卡尔维诺学院，只是他父母给他指出的道路，他还能拒绝什么呢？总不能现在起身尖叫着说：“我要回家我要回家！”
“那么我们的入学辅导就正式开始了。”卡普佩尔教授非常严肃地说，“作为一家在美国教育注册部的正规大学，卡尔维诺学院一直致力于向有特殊才华和能力的学生提供高质量的进阶教育，给他们提供各种可能性，并且推荐工作。”
“我们的学制是四年，除了像厄尔诺这样的天才之外，每年成功毕业的学生占新入学的32%，所有学生必须住校，是古典的封闭式教育，结业的时候，我们会颁发给你正式的学业证书，但是很遗憾的说，你在本校的学位证书不能帮你在其他大学找到对应的专业，所以你想读硕士或者博士，还是只能选择本校就读。”
“那样不是得一条道走到黑了？”路明非说。
“这是因为卡尔维诺学院的学科设置有些偏科。”卡普佩尔教授双手交叉，两根食指飞快的绕来绕去。
“偏科？”珂灵不解。
“首先我问你，你认为宇宙的起源是如何的？”卡普佩尔教授道。
珂灵茫然的摇摇了头.......
卡普佩尔教授道：
“目前学术界影响较大的“大爆炸宇宙论”是1927年由比利时数学家勒梅特提出的，他认为最初宇宙的物质集中在一个超原子的“宇宙蛋”里，在一次无与伦比的大爆炸中分裂成无数碎片，形成了今天的宇宙。宏观宇宙是相对无限延伸的。“大爆炸宇宙论”关于宇宙当初仅仅是一个点，而它周围却是一片空白，即将人类至今还不能确定范围也无法计算质量的宇宙压缩在一个极小空间内的假设只是一种臆测。
1927年，勒梅特教士发表了他的主要研究成果：均质的宇宙质量不变，半径不断增加，并阐明了银河外星云的径向速度，就如何对当时的两种相对论进行两难选择提出了解决办法，一种是爱因斯坦的相对论，认为宇宙“饱和”“静止”，另一种是德西特的相对论，认为宇宙在膨胀，但里面没有物质！不久之后，他于１９３１年对自己的成果加以补充，提出他的宇宙起源假说的雏形，即原始原子。根据这种假说，现在的宇宙在不断膨胀，它起源于一个原子的放射性裂变。勒梅特的想法与一些根深蒂固的偏见相抵触。虽然对空间和时间的看法起了变化，虽然宇宙一般处于静止状态作为不言明的宇宙学公设被人接受，但是，要等到1929年，即勒梅特的第一篇文章发表两年之后，哈勃和赫马森才公布一个星系退行的速度和它的距离之间的关系：这一次，宇宙膨胀的问题不是由一位宇宙起源学理论家来提出，而是由进行观测的天文学家来提出。但是，是否应该把谱线红移看做远离的运动的标志？有些人曾否定过这点，有几个人仍对此持否定态度：其他的物理学原因被提了出来，但是，与“退行”的假说不同的是，这些其他原因要么不能阐明观测到的所有效应，要么使人预见到一些至今尚未观测到的效应。
在研究了有限但无边界的均质空间的几何特点之后，勒梅特对空间和物质的关系进行研究，这种关系迫使他抛弃了欧几里得几何。
根据相对论，引力的效应之一是改变空间的特点。在太阳或恒星这样的天体近旁，几何就不是欧几里得的，因为人们说空间有某种曲率［……］。决定几何特点和重力特点之间的这种相关的方程式包含一个参数，其重要性在行星运动这种尺度较小的现象中不会显示出来，但在研究整个宇宙时它的作用就变得极为重要。因此，它被称为宇宙常数（ｃｏｎｓｔａｎｔｅｃｏｓｍｏｌｏｇｉｑｕｅ）。
在相当大的尺度内，物质均匀地分布在宇宙之中。在宇宙常数和宇宙密度之间存在着一种关系。这两个量是成正比的。既然有物质，宇宙常数就不可能是零，必然是正数。宇宙常数的值决定空间的几何特点，宇宙常数如是正数，其结果是空间为椭圆形，另外这还决定宇宙周长。这样，宇宙周长还同物质密度的平方根成反比。这种值得注意的关系是爱因斯坦发现的，能使我们对空间的大小有一个概念。物质密度是一种量，就可以凭经验来认识它，即通过对邻近区域发生的事进行观测来认识它。“邻近区域”，意思是十分巨大的空间，就是用研究手段能观测到的那样大，但同整个宇宙相比还非常小。根据爱因斯坦所说的关系，半个宇宙周长，即空间中最大的距离，同密度的平方根成反比。按太阳每立方秒差距的密度来计算，半个宇宙周长将是二百万秒差距。在一个五十万秒差距的立方中平均有一个星云，每个星云同两亿五千万个太阳一样大。因此，物质密度为５００／０．２５等于太阳每个立方秒差距的五亿分之一。计算平方根，则半个空间周长是二百万的两万两千倍，即四百亿秒差距，用望远镜能观测到的距离的一千倍。
勒梅特认为不必掩盖这些估计的近似性，并提出了宇宙维度不变这个最根本的问题。另外，爱因斯坦的宇宙理论同意空间匀质的假说，这种假说非常合情合理，没有一开始就提到这种假说，即宇宙周长不因时间而变化，换句话说，宇宙是静止的。看来有十分明显的迹象表明，这种非常合情合理的假说实际上并未得到证实。
荷兰天文学家德西特发展了一种以相对论为基础的宇宙理论，其缺点是从根本上认为宇宙不包含任何物质，但却阐明了一种极为有趣的现象。
星系光谱线普遍红移的现象如被解释为多普勒效应，则表明所有的星系都在离开人们远去，它们离的距离越远，退行的速度就越快。如果星云都在离开星系，那么，这仿佛说明，星系是宇宙的中心点，具有特殊的性质。不愿意接受这种结论。奇怪的是，智慧之地要用具体的特点显示出来。它既不是恒星的局部体系的中心，也不是星系的中心，惊讶的是，它是星云体系的中心。
这种结论看来违背了一种宇宙学原理（ｐｒｉｎｃｉｐｅｃｏｓｍｏｌｏｇｉｑｕｅ），这种原理认为，宇宙中没有特别好的视点，但勒梅特立刻加以纠正：只须认为，星云在空间的布局仍然相同，但空间的性质随着时间变化，宇宙周长是可变的，随着时间增加。于是，两个星云的距离仍是宇宙周长的同一部分，因此像宇宙周长一样增加。任何两个星云都相互远离。事情的发生有点像位于肥皂泡表面的微生物看到的那样。当肥皂泡膨胀时，每个微生物都会看到它附近的微生物离它远去。它的样子像是一个中心点，而且只是一个中心点。
因此，宇宙在膨胀，所有观测都证实了这一假说，假说使思想追溯到时间的起始，并立刻就想象出宇宙的起源，当时的宇宙即使不是点状，至少也极为稠密。原始原子假说是一种宇宙起源假说，根据这种假说，世界起源于一个原子的放射性裂变。设想原始原子均匀地充满着半径很小（从天文学角度来看）的空间。因此就没有表面电子的位置。这种原子根据设想只存在了一刹那的时间，它确实是不稳定的；从它存在时起，它就分裂成小块，这些小块也各自分裂；在小块之间出现电子、质子、小粒子等。因此空间的半径迅速增大，而原始原子的那些碎片仍然均匀地充满着空间。在空间膨胀的第一个阶段，从一个几乎是零的半径出发沿渐近线行进，会遇到处于辐射中的速度巨大的粒子，其总能量可能在原子的单位重量能量中占据很大的部分。空间的这种迅速膨胀的结果是使辐射变弱，同时也使原子的相对速度减慢。因此，我们至少在局部上开始看到静态平衡，即气体云的形成。这些气体云都有很高的相对速度，并与辐射混杂在一起，而辐射也已因膨胀而减弱。”
“那么宇宙的本质是什么？宇宙是如何起源的？空间和时间的本质是什么？这是从2000多年前的古代哲学家到现代天文学家一直都在苦苦思索的问题。直至20世纪，有两种“宇宙模型”比较有影响，一是稳态理论，一是大爆炸理论。”
“宇宙是由空间、时间、物质和能量所构成的统一体。是一切空间和时间的总合。一般理解的宇宙指人类所存在的一个时空连续系统，包括其间的所有物质、能量和事件。对于这一体系的整体解释构成了宇宙论。千百年来，科学家们一直在探寻宇宙是什么时候、如何形成的。直到今天，许多科学家认为，宇宙是由大约137亿年前发生的一次大爆炸形成的。宇宙内的所存物质和能量都聚集到了一起，并浓缩成很小的体积，温度极高，密度极大，瞬间产生巨大压力，之后发生了大爆炸，这次大爆炸的反应原理被物理学家们称为量子物理。大爆炸使物质四散出去，宇宙空间不断膨胀，温度也相应下降，后来相继出现在宇宙中的所有星系、恒星、行星乃至生命。
在爆炸发生之前，宇宙内所存物质和能量都聚集到一起，并浓缩成很小的体积，温度极高，密度极大（称为奇点），瞬间产生巨大压力，以致发生大爆炸，这次大爆炸的反应原理被物理学家们称为量子物理（至今未被解决）。大爆炸使物质四散出去，宇宙空间不断膨胀，温度也相应下降，后来相继出现在宇宙中的所有星系、恒星、行星乃至生命，都是在这种不断膨胀冷却的过程中逐渐形成的物体。然而，因大爆炸而产生宇宙的理论尚不能确切地解释，“在所存物质和能量聚集在一点上”之前到底存在着什么东西？“大爆炸理论”是伽莫夫于1946年创建的。
关于宇宙是如何起源的，空间和时间的本质是什么，这是从2000多年前的古代哲学家到现代天文学家一直都在苦苦思索的问题。经过了哥白尼、赫歇尔、哈勃的从太阳系、银河系、河外星系的探索宇宙三部曲，宇宙学已经不再是幽深玄奥的抽象哲学思辨，而是建立在天文观测和物理实验基础上的一门现代科学。
直到20世纪，出现了两种“宇宙模型”比较有影响。一是稳态理论，一是大爆炸理论。20世纪20年代后期，爱德温·哈勃发现了红移现象，说明宇宙正在膨胀。20世纪60年代中期，阿尔诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊（robertwilson）发现了“宇宙微波背景辐射”。这两个发现给大爆炸理论以有力的支持。
大爆炸论：
宏观宇宙是相对无限延伸的。“大爆炸宇宙论”关于宇宙当初仅仅是一个点，而它周围却是一片空白，即人类至今还不能确定范围也无法计算质量的宇宙压缩在一个极小空间内的假设，只是一种臆测。况且从能量与质量的正比关系考虑，一个小点无缘无故地突然爆炸成浩瀚宇宙的能量从何而来呢？”
现代宇宙系当中最有影响的一种学说，又称大爆炸宇宙学。与其他宇宙模型相比，它能说明较多的观
测事实。它的主要观点是认为我们的宇宙曾有一段从热到冷的演化历程。在这个时期里，宇宙体系并不是静止的，而是在不断地膨胀，使物质密度从密到稀地演化。这一从热到冷、从密到稀的过程如同一次规模巨大的爆发。根据大爆炸宇宙学的观点，大爆炸的整个过程是：在宇宙的早期，温度极高，在100亿度以上。物质密度也相当大，整个宇宙体系达到平衡。宇宙间只有中子、质子、电子、光子和中微子等一些基本粒子形态的物质。但是因为整个体系在不断膨胀，结果温度很快下降。当温度降到10亿度左右时，中子开始失去自由存在的条件，它要么发生衰变，要么与质子结合成重氢、氦等元素；化学元素就是从这一时期开始形成的。温度进一步下降到100万度后，早期形成化学元素的过程结束（见元素合成理论）。宇宙间的物质主要是质子、电子、光子和一些比较轻的原子核。当温度降到几千度时，辐射减退，宇宙间主要是气态物质，气体逐渐凝聚成气云，再进一步形成各种各样的恒星体系，成为我们今天看到的宇宙。大爆炸模型能统一地说明以下几个观测事实：
（1）大爆炸理论主张所有恒星都是在温度下降后产生的，因而任何天体的年龄都应比自温度下降至今天这一段时间为短，即应小于200亿年。各种天体年龄的测量证明了这一点。
（2）观测到河外天体有系统性的谱线红移，而且红移与距离大体成正比。如果用多普勒效应来解释，那么红移就是宇宙膨胀的反映。
（3）在各种不同天体上，氦丰度相当大，而且大都是30%。用恒星核反应机制不足以说明为什么有如此多的氦。而根据大爆炸理论，早期温度很高，产生氦的效率也很高，则可以说明这一事实。
（4）根据宇宙膨胀速度以及氦丰度等，可以具体计算宇宙每一历史时期的温度。大爆炸理论的创始人之一伽莫夫曾预言，今天的宇宙已经很冷，只有绝对温度几度。1965年，果然在微波波段上探测到具有热辐射谱的微波背景辐射，温度约为3k。
大爆炸理论认为，宇宙起源于一个单独的无维度的点，即一个在空间和时间上都无尺度但却包含了宇宙全部物质的奇点。至少是在120～150亿年以前，宇宙及空间本身由这个点爆炸形成。
在一次无与伦比的大爆炸中分裂成无数碎片，形成了今天的宇宙。1948年，俄裔美籍物理学家伽莫夫等人，又详细勾画出宇宙由一个致密炽热的奇点于150亿年前一次大爆炸后，经一系列元素演化到最后形成星球、星系的整个膨胀演化过程的图像。但是该理论存在许多使人迷惑之处。
宏观宇宙是相对无限延伸的。“大爆炸宇宙论”关于宇宙当初仅仅是一个点，而它周围却是一片空白，即将人类至今还不能确定范围也无法计算质量的宇宙压缩在一个极小空间内的假设只是一种臆测。况且从能量与质量的正比关系考虑，一个小点无缘无故地突然爆炸成浩瀚宇宙的能量从何而来呢？
人类把地球绕太阳转一圈确定为衡量时间的标准——年。但宇宙中所有天体的运动速度都是不同的，在宇宙范围，时间没有衡量标准。譬如地球上东西南北的方向概念在宇宙范围就没有任何意义。既然年的概念对宇宙而言并不存在，大爆炸宇宙论又如何用年的概念去推算宇宙的确切年龄呢？
1929年，美国天文学家哈勃提出了星系的红移量与星系间的距离成正比的哈勃定律，并推导出星系都在互相远离的宇宙膨胀说。哈勃定律只是说明了距离地球越远的星系运动速度越快--星系红移量与星系距离呈正比关系。但他没能发现很重要的另一点--星系红移量与星系质量也呈正比关系。
宇宙中星系间距离非常非常遥远，光线传播因空间物质的吸收、阻挡会逐渐减弱，那些运动速度越快的星系就是质量越大的星系。质量大，能量辐射就强，因此我们观察到的红移量极大的星系，当然是质量极大的星系。这就是被称作“类星体”的遥远星系因质量巨大而红移量巨大的原因。另外那些质量小、能量辐射弱的星系（除极少数距银河系很近的星系，如大、小麦哲伦星系外）则很难观察到，大小恒星都能看到，所以恒星的红移紫移数量大致相等。
导致星系红移多紫移少的另一原因是：宇宙中的物质结构都是在一定范围内围绕一个中心按圆形轨迹运动的，不是像大爆炸宇宙论描述的从一个中心向四周作放射状的直线运动。因此，从地球看到的紫移星系范围很窄，数量极少，只能是与银河系同一方向运动的，前方比银河系小的星系；后方比银河系大的星系。只有将来研制出更高分辨程度的天文观测仪器才能看到更多的紫移星系。
宇宙中的物质分布出现不平衡时，局部物质结构会不断发生膨胀和收缩变化，但宇宙整体结构相对平衡的状态不会改变。仅凭从地球角度观测到的部分（不是全部）可见星系与地球之间距离的远近变化，不能说明宇宙整体是在膨胀或收缩。就像地球上的海洋受引力作用不断此涨彼消的潮汐现象并不说明海水总量是在增加或减少一样。
1994年，美国卡内基研究所的弗里德曼等人，用估计宇宙膨胀速率的办法计算宇宙年龄时，得出一个80～120亿年的年龄计算值。然而根据对恒星光谱的分析，宇宙中最古老的恒星年龄为140～160亿年。恒星的年龄倒比宇宙的年龄大。
1964年，美国工程师彭齐亚斯和威尔逊探测到的微波背景辐射，是因为布满宇宙空间的各种物质相互之间能量传递产生的效果。宇宙中的物质辐射是时刻存在的，3k或5k的温度值也只是人类根据自己判断设计的一种衡量标准。这种能量辐射现象只能说明宇宙中的物质由于引力作用，
至于大爆炸宇宙论中的氦丰度问题，氦元素原本就是宇宙中存在的仅次于氢元素的数量极丰富的原子结构，它在空间的百分比含量和其它元素的百分比含量同样都属于物质结构分布规律中很平常的物理现象。在宇宙大尺度范围中，不仅氦元素的丰度相似，其余的氢、氧……元素的丰度也都是相似的。而且，各种元素是随不同的温度、环境而不断互相变换的，并不是始终保持一副面孔，所以微波背景辐射和氦丰度与宇宙的起源之间看不出有任何必然的联系。
大爆炸宇宙论面临的难题还有，如果宇宙无限膨胀下去，最后的结局如何呢？德国物理学家克劳修斯指出，能量从非均匀分布到均匀分布的那种变化过程，适用于宇宙间的一切能量形式和一切事件，在任何给定物体中有一个基于其总能量与温度之比的物理量，他把这个物理量取名为“熵”，孤立系统中的“熵”永远趋于增大。但在宇宙中总会有高“熵”和低“熵”的区域，不可能出现绝对均匀的状态。所以，那种认为由于“熵”水平的不断升高而达到最大值时，宇宙就会进入一片死寂的永恒状态，最终“热寂”而亡的结局，当宇宙膨胀到一定程度，所有星系行星会疏离，分子分解至夸克，而至更小。整个宇宙继续膨胀，变成死寂状态。这项预测是根据数百个a1超新星的亮度作出的。
根据天文观测资料和物理理论描述宇宙的具体形态，星系的形态特征对研究宇宙结构至关重要，从星系的运动规律可以推断整个宇宙的结构形态。而星系共有的圆形旋涡结构就是整个宇宙的缩影，那些椭圆、棒旋等不同的星系形态只是因为星系年龄和观测角度不同而产生的视觉效果。
奇妙的螺旋形是自然界中最普遍、最基本的物质运动形式。这种螺旋现象对于认识宇宙形态有着重要的启迪作用，大至旋涡星系，小至dna分子，都是在这种螺旋线中产生。大自然并不认可笔直的形式，自然界所有物质的基本结构都是曲线运动方式的圆环形状。从原子、分子到星球、星系直到星系团、超星系团无一例外，毋庸置疑，浩瀚的宇宙就是一个大旋涡。因此，确立一个“螺旋运动形态宇宙模型”，比那种作为所有物质总和的“宇宙”却脱离曲线运动模式而独辟蹊径，以直线运动方式从一个中心向四面八方无限伸展的“大爆炸宇宙模型”，更能体现真实的宇宙结构形。
还有一点，大爆炸是循环的，有科学家声称：，宇宙将变成一个高密度、小体积的球体。缩小到一定程度后，将再次发生大爆炸。根据能量守恒定律，宇宙的能量并没有消亡。但是，却没有人能解释，大爆炸每次循环时间、空间、分子结构等等，都是像上次一样（几千几百亿年以后，又有太阳系，又有地球，又有中国，又有你），还是重新排列（光凭空可以弯曲）。”
(本章完)