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（1）這篇講演的主題是宇宙的未來，或者不如說，科學家認為將來是什么樣子的。預言將來當然是非常困難的。我曾經(jīng)起過一個念頭，要寫一本題為《昨天之明天：未來歷史》的書。它會是一部對未來預言的歷史，幾乎所有這些預言都是大錯特錯的。但是盡管有這些失敗，科學家仍然認為他們能預言未來。[講演開頭，作者點明主題是預言宇宙的未來。作者引用歷史上的“未來預言”都是“大錯特錯”的教訓，驗證預言未來將是非常困難，預言宇宙的未來尤其困難。但科學家對此仍然有信心。這一段是全文的總綱，預言宇宙的未來困難在哪里呢？科學家為什么又對此滿懷信心呢？這篇演講，就是緊緊圍繞這兩個問題展開議論。]

（2）在非常早的時代，預言未來是先知或者女巫的職責。這些通常是被毒藥或火山隙溢出的氣體弄得精神恍惚的女人。周圍的牧師把她們的咒語翻譯出來，而真正的技巧在于解釋。古希臘的德勒菲的著名巫師以模棱兩可而臭名昭著。當這些斯巴達人問道，在波斯人攻擊希臘時會發(fā)生什么時，這巫師回答道：要么斯巴達①會被消滅，要么其國王會被殺害。（①斯巴達：古希臘城堡中除雅典之外的最大城堡，位于希臘半島南部的拉哥尼亞平原。）我想這些牧師盤算，如果這些最終都沒有發(fā)生，則斯巴達就會對阿波羅太陽神①如此之感恩戴德，以至忽視其巫師作錯預言的這個事實。（①阿波羅太陽神：阿波羅是希臘奧林珀斯十二主神之一，是宙斯與黑暗女神勒托的兒子。阿波羅是光明之神，也稱真理之神。）事實上，國王在捍衛(wèi)特莫皮拉隘道①的一次拯救斯巴達并最終擊敗波斯人的行動中喪生了。(①特莫皮拉隘道：一般譯作“溫泉關”。公元前480年，波斯國王薛西斯一世率領大軍50多萬、戰(zhàn)艦千艘，越過達達尼爾海峽，水陸兩路進犯希臘。斯巴達國王列奧尼達斯率領300名斯巴達士兵在溫泉關頑強抵抗波斯軍，雖然全部戰(zhàn)死，但成功阻慢波斯大軍前進，結果最后希臘戰(zhàn)勝了波斯。)

（3）另一次事件，利迪亞①的國王克羅修斯②，這位世界上最富裕的人有一次問道：如果他侵略波斯的話會發(fā)生什么。（①利迪亞：一般譯作“呂底亞”，小亞細亞西部的奴隸制國家，在今土耳其境內(nèi)。②克羅修斯：一般譯作“克羅伊斯”，呂底亞的末代國王，約公元前560年—前546年在位。公元前546年，波斯國王居魯士攻破其首都薩狄斯，被俘。據(jù)說他是古代的巨富之一，他的名字已成為“富豪”的同義語。）其回答是：一個偉大的王國將會崩潰。克羅修斯以為這是指波斯帝國，殊不知正是他自己的王國要陷落，而他自己的下場是活活地在柴堆上受火刑。[引述兩個古代巫師預言的故事。作者先指出巫師預言的特點，這些巫師“通常是……精神恍惚的女人”，是“牧師把她們的咒語翻譯出來”，這些所謂的預言都是一些“模棱兩可”的語言，可以這樣解釋，也可以那樣解釋，因此，“真正的技巧在于解釋”。接著舉出兩個具體的事例進行證明。作者提到的兩個預言都運用了詭辯的方法：第一個預言等于沒說，因為波斯的軍隊比斯巴達強大得多，斯巴達滅亡、國王被殺在情理之中，而如果沒有滅亡，可以解釋成是神靈庇護；第二個預言中的“王國”是個模糊概念，可以解釋是“波斯帝國”，也可以解釋是“利迪亞王國”。作者敘述這些故事的旨意有兩點，一是說明預言未來是人類自古以來就有的一種追求，二是把巫師的無稽之談與科學家的預言嚴格區(qū)別開來，為下面自己對宇宙未來的分析張本。]

（4）近代的末日預言者為了避免尷尬①，不為世界的末日設定日期。（①尷尬：?ān?à，處于進退兩難的境地。）這些日期使股票市場下瀉。雖然它使我百思不解，為何世界的終結會使人愿意用股票來換錢，假定你在世界末日什么也帶不走的話。

（5）迄今為止，所有為世界末日設定的日期都無聲無息地過去了。但是這些預言家經(jīng)常為他們顯然的失敗找借口解釋。例如，第七日回歸的創(chuàng)建者威廉·米勒①預言，耶穌的第二次到來會在1843年3月21日至1844年3月21日間發(fā)生。（①威廉·米勒：1782—1849年，美國紐約州農(nóng)民，近代基督復臨運動的創(chuàng)始人。從1831年起開始傳道，根據(jù)《但以理書》的某些章節(jié)推算出基督將于1843年或1844年3月21日第二次降臨，贏得了成千上萬的追隨者。預言雖然失敗，但該派仍堅持教義，并于1863年成立了基督復臨安息日會。）在沒有發(fā)生這件事后，這個日期就修正為1844年10月22日。當這個日期通過又沒有發(fā)生什么事后，又提出了一種新的解釋。據(jù)說，1844年是第二次回歸的開始，但是首先要數(shù)出獲救者名單。只有數(shù)完了名單，審判日才降臨到那些不列在名單上的人。幸運的是，數(shù)人名看來要花很長的時間。[引述近代世界末日預言家和宗教預言家失敗的事例。世界末日預言家“為了避免尷尬，不為世界末日設定日期”，宗教預言家對耶穌第二次回歸的日期不斷作出新的解釋，以此為“顯然的失敗找借口”。賞讀這段文字要體會作者語言幽默風趣，比如一方面人們預言世界末日即將來臨，死神就在眼前，一方面人們又利用這個預言拼命賺錢，兩相對比，辛辣地嘲笑了世界末日預言只不過是騙人的謊言。又如對宗教預言家一再修改耶穌第二次回歸的時間，作者嘲笑說：“幸運的是，數(shù)人名看來要花很長的時間。”人名數(shù)不完，回歸也便遙遙無期，這樣的預言就等于沒有預言，只不過是玩弄一種騙術罷了。作者運用這樣的諷刺，目的是以此與科學家的預言相區(qū)別，繼續(xù)為下面自己對宇宙未來的分析張本。]

（6）當然，科學預言也許并不比那些巫師或預言家的更可靠些。人們只要想到天氣預報就可以了。但是在某些情形下，我們認為可以做可靠的預言。宇宙在非常大的尺度下的未來，便是其中一個例子。[這一段又回到演講的開頭，申述自己對科學預言的看法。作者先用天氣預報作例子說明科學預言也許如同巫師和預言家的預言一樣不可靠，接著又以“宇宙在非常大的尺度下的未來”為例子說明科學預言之可靠。那末，科學預言為什么又可靠又不可靠呢？“宇宙在非常大的尺度下的未來”是什么意思？為什么對它的預言卻是可靠的呢？我們可以帶著這些問題研讀下文。]

（7）我們在過去的三百年間發(fā)現(xiàn)了制約在所有正常情形下物體的科學定律。[例如牛頓的萬有引力定律。]我們?nèi)匀徊恢�道制約在極端條件下物體的精確的定律。[即下文提到的“高能定律”。]那些定律在理解宇宙如何啟始方面很重要，但是它不影響宇宙的未來演化，除非直到宇宙坍縮①成一種高密度的狀態(tài)②。（①坍縮：天體體積縮小，密度加大。這里指整個宇宙的坍縮。坍，tān。②高密度的狀態(tài)：即下文提到的“奇性”。）事實上，我們必須花費大量金錢建造巨大粒子加速器去檢驗這些高能定律，便是這些定律對現(xiàn)在宇宙的影響是多么微不足道的一個標志。[從這段文字開始，作者連續(xù)用五個段落說明預言宇宙未來的困難。這段文字說明了第一個困難：一、我們對物理定律的了解非常有限，雖然“發(fā)現(xiàn)了制約在所有正常情形下物體的科學定律”，但是“仍然不知道制約在極端條件下物體的精確的定律”，更不了解那些“制約宇宙的有關定律”；二、“制約在極端條件下物體的精確的定律”只能幫助我們了解宇宙是如何啟動，如何發(fā)生的，也就是說只能幫助我們了解宇宙的過去，而無助于我們了解宇宙的未來。]

（8）即便我們知道了制約宇宙的有關定律①，我們?nèi)匀徊荒芾�用它們�(nèi)ヮA言遙遠的未來。(①制約宇宙的有關定律：從上下文看，作者在這里，既不是指“制約在所有正常情形下物體的科學定律”，也不是指“制約在極端條件下物體的精確的定律”，當是指能夠制約宇宙未來的定律。)這是因為物理方程的解會呈現(xiàn)出一種稱作混沌的性質。這表明方程可能是不穩(wěn)定的：在某一時刻對系統(tǒng)作非常微小的改變，系統(tǒng)的未來行為很快會變得完全不同。[作者退一步指出，即便知道了那些“制約宇宙的有關定律”，也仍然不能預言宇宙遙遠的未來。這是為什么呢？于是引出第二個困難：物理方程的解是混沌的、不穩(wěn)定的：在某一時刻對系統(tǒng)作非常微小的改變，系統(tǒng)的未來行為很快會變得完全不同。]例如，如果你稍微改變一下你旋轉輪賭盤的方式，就會改變出來的數(shù)字，你在實際上不可能預言出來的數(shù)字，否則的話，物理學家就會在賭場發(fā)財。

（9）在不穩(wěn)定或混沌的系統(tǒng)中，一般地存在一個時間尺度，初始狀態(tài)下的小改變在這個時間尺度將增長到兩倍。在地球大氣的情形下，這個時間尺度是5天的數(shù)量級，大約為空氣繞地球吹一圈的時間。人們可以在5天之內(nèi)作相當準確的天氣預報，但是要做更長遠得多的天氣預報，就既需要大氣現(xiàn)狀的準確知識，又需要一種不可逾越的復雜計算。我們除了給出季度平均值以外，沒有辦法對6個月以后作具體的天氣預報。

（10）我們還知道制約化學和生物的基本定律，這樣在原則上，我們應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)的非常小的改變會導致非常不同的結果。這樣，盡管我們知道制約人類行為的方程，但在實際上我們不能預言它。科學不能預言人類社會的未來或者甚至它有沒有未來。其危險在于，我們毀壞或消滅環(huán)境的能力的增長比利用這種能力的智慧的增長快得大多了。[以上三段文字作者舉了三個例子證明對一個混沌的系統(tǒng)不可能預言遙遠的未來：第一，用生活中常見的賭盤為例，證明“在某一時刻對系統(tǒng)作非常微小的改變，系統(tǒng)的未來行為很快會變得完全不同”；第二，用天氣預報為例，證明對“不穩(wěn)定或混沌的系統(tǒng)”只能進行短期的準確的預報，不能進行長期的準確預報；第三，用我們雖然知道制約人類行為的方程，但由于這個方程“幾乎肯定具有混沌行為”，因此，在實際上卻不能預言人類社會的未來。以上作者連用三個自然段詳細闡釋了混沌學的基本原理，但是這與預言宇宙的未來有什么關系呢？讓我們閱讀下文。]

（11）宇宙的其他地方對于地球上發(fā)生的任何事物根本不在乎。繞著太陽公轉的行星的運動似乎最終會變成混沌，盡管其時間尺度很長。這表明隨著時間流逝，任何預言的誤差將越來越大。在一段時間之后，就不可能預言運動的細節(jié)。我們能相當?shù)乜隙ǎ�地球在相當長的時間內(nèi)不會和金星相撞。但是我們不能肯定，在軌道上的微小擾動會不會積累起來，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動，以及銀河系繞著其局部星系團的運動也是混沌的。[作者在上文證明了對一個混沌的系統(tǒng)不能預言其遙遠的未來，這一段則說明太陽系，銀河系以及星系團的運動都是混沌的，因此，只能對其進行某個時段（盡管其時間尺度很長）的預報，“在一段時間之后，就不可能預言運動的細節(jié)”。讀到這里，我們會產(chǎn)生一個大大的疑問：既然宇宙的運動是混沌的，而混沌的系統(tǒng)是不能預言的，為什么作者還要說滿懷信心預言宇宙的未來？]我們觀測到，其他星系正離開我們運動而去，而且它們離開我們越遠，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間而增加①。（①我們觀察到……：這幾個句子，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。美國天文學家斯萊弗通過對恒星光譜的研究，于1912年發(fā)現(xiàn)它們的光譜線普遍存在著向紅端移動的現(xiàn)象，進一步觀察又發(fā)現(xiàn)，除個別例外，幾乎所有的河外星系的光譜都有紅移現(xiàn)象。按照多普勒效應解釋，這就意味著這些星系都在遠離地球而去。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。）[預言宇宙未來雖然困難，但不是說就不能預言。從這里開始，作者轉入論述宇宙的未來。為什么可以預言？根據(jù)什么樣的科學原理預言？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，溫度比開氏絕對零度高2.7度，即-2700C，習慣上稱為3K輻射。1965年美國科學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年諾貝爾物理學獎。）[這是本段的中心句。上文說明了宇宙正在膨脹，人們自然會問：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到一個空的頻道就能實際觀測到這個輻射。你在屏幕上看到的斑點的小部分是由太陽系外的微波引起的。[用一個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溫度①的2.7度，所以不能用來溫熱你的外賣比薩②。（①絕對溫度：即開氏溫度，1848年由英國物理學有開爾文提出，1960年第十一屆國際計量大會泰山定熱力學溫度以開爾文為單位。開氏的零度稱為“絕對零度”，等于-273.150C。②比薩：一種意大利式餡餅。）人們認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形象地說明宇宙微波背景輻射的第一個特征：具有黑體輻射譜，它是熱的早期宇宙的殘余。科學家認為，背景輻射是溫度近于2.7K的黑體輻射，習慣稱為3K背景輻射。黑體譜現(xiàn)象表明，微波背景輻射是極大的時空范圍內(nèi)的事件。因為只有通過輻射與物質之間的相互作用，才能形成黑體譜。由于現(xiàn)今宇宙空間的物質密度極低，輻射與物質的互相作用極小，所以，我們今天觀察到的黑體譜必定起源于很久以前。微波背景輻射應具有比遙遠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)非常精確地測量了這種輻射。從這些觀測繪出的天空圖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。因為宇宙不是完全光滑的，存在諸如恒星、星系和星系團的局部無規(guī)性，所以從不同方向來的微波必須有些不同。但是，要和我們觀測到的局部無規(guī)性相協(xié)調，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特征：各向同性。作者援引“非常精確地測量”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“熱的宇宙”；那么，各向同性的特征又說明了什么呢？這一特征對于預言宇宙的未來為什么“最使人印象深刻”呢？請繼續(xù)研讀作者的論述。]

（13）上古時代，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，對于他們而言毫不足怪。[地球中心說認為，宇宙是一個圓，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，因為理所當然會是這樣。]然而，從哥白尼①時代開始，我們就被降級為繞著一顆非常平凡的恒星公轉的一顆行星，而該恒星又是繞著我們看得見的不過是一千億個星系中的一個典型星系的外邊緣公轉。(①哥白尼：1473—1543年，波蘭天文學家，太陽中心說的創(chuàng)立者，近代天文學的奠基人。)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，它可以由個別推及一般，從在地球上測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普遍現(xiàn)象，在宇宙中的任何一點都是如此。那么各向同性這一事實說明了什么呢？請讀下文。]這只有在如果宇宙的平均密度以及膨脹率處處相同時才有可能。平均密度或膨脹率的大區(qū)域的任何變化都會使微波背景在不同方向上不同。[作者認為，微波背景輻射各向同性的事實說明“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，背景就不會相同。]這表明，宇宙的行為在非常大尺度下是簡單的，而不是混沌的。因此我們可以預言宇宙遙遠的未來。[這是作者在上述分析的基礎上得出的結論，這個結論證明了我們可以預言宇宙遙遠的未來。現(xiàn)在我們把文章從第8段開始到此處的文字歸結一下，回過頭去看看作者說理的思路。作者先證明對“不穩(wěn)定或混沌的系統(tǒng)”只能進行短期的準確的預報，不能進行長期的準確預報，而太陽系、銀河系以至星系團的運動都是混沌的，因此預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單的，而不是混沌的”，因此，可以預言宇宙的未來。那么，用什么方法預言宇宙的未來？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。]

（14）因為宇宙的膨脹是如此之均勻，所以人們可按照一個單獨的數(shù)，即兩個星系間的距離來描述它。[宇宙以多大的速度均勻地膨脹呢？作者說，按照“兩個星系間的距離”可以求出宇宙的膨脹率。]現(xiàn)在這個距離在增大，但是人們預料不同星系之間的引力吸引正在降低這個膨脹率。如果宇宙的密度大于某個臨界值，引力吸引將最終使膨脹停止并使宇宙開始重新收縮。宇宙就會坍縮到一個大擠壓，這和啟始宇宙的大爆炸相當相似。[這是作者預言宇宙的第一種前途：“坍縮到一個大擠壓”，回復到“啟始宇宙的大爆炸”時的狀態(tài)。宇宙正在膨脹，為什么會坍縮呢？作者說，如果宇宙的密度大于某個臨界值，引力就會等于以至大于膨脹的張力，宇宙于是停止膨脹以至收縮。]大擠壓是被稱作奇性①的一個東西，是具有無限密度的狀態(tài)，物理定律在這種狀態(tài)下失效。（①奇性：也稱“奇點”，指空間—時間曲率變得無窮大而形成的點。大爆炸宇宙學認為，宇宙起源于大爆炸，在大爆炸之前，宇宙是一個沒有體積的“奇點”，時間和空間都不存在。奇，jī。）這就表明即便在大擠壓之后存在事件，它們要發(fā)生什么也是不能預言的。但是若在事件之間不存在因果的連接，就沒有合理的方法說一個事件發(fā)生于另一個事件之后。[作者說明什么是大擠壓，指出大擠壓之后會發(fā)生什么是不能預言的。為什么不能預言？因為宇宙與大擠壓之后的事件沒有任何因果聯(lián)系。]也許人們可以說，我們的宇宙在大擠壓處終結，而任何發(fā)生在“之后”的事件都是另一個相分離的宇宙的部分。[但是有人從因果聯(lián)系的角度對大擠壓之后進行預言，認為我們的宇宙在大擠壓處終結后會成為另一個新的宇宙的一部分。]這有一點像是再投胎。如果有人聲稱一個新生的嬰兒是和某一死者等同，如果該嬰兒沒從他的以前的生命遺傳到任何特征或記憶，這種聲稱有什么意義呢？人們可以同樣地講，它是完全不同的個體。[作者認為，宇宙在大擠壓處終結，終結就是死亡，再討論“之后”怎么樣，已毫無意義，因此，用所謂再投胎的說法作比喻，對其進行批駁。]

（15）如果宇宙的密度小于該臨界值。它將不會坍縮，而會繼續(xù)永遠膨脹下去。其密度在一段時間后會變得如此之低，引力吸引對于減緩膨脹沒有任何顯著的效應。星系們會繼續(xù)以恒常速度相互離開。[這是作者預言宇宙的第二種前途：不會坍縮，永遠膨脹。前提是宇宙的密度小于某臨界值，引力小于張力。]

（16）這樣，對于宇宙的未來其關鍵問題在于：平均密度是多少？如果它比臨界值小，宇宙就將永遠膨脹。但是如果它比臨界值大，宇宙就會坍縮，而時間本身就會在大擠壓處終結。[在上述分析的基礎上，作者得出預言宇宙未來的方法。宇宙的未來取決于平均密度，取決于某臨界值。平均密度小于某臨界值，宇宙就膨脹；平均密度大于某臨界值，宇宙就會坍縮。因此，只要求出宇宙現(xiàn)在的平均密度和那個臨界值，就可以知道宇宙未來的命運。]然而，我比其他的末日預言者更占便宜。即便宇宙將要坍縮，我可以滿懷信心地預言，它至少在一百億年內(nèi)不會停止膨脹。我預料那時自己不會留在世上被證明是錯的。[作者在這里強調科學預言和世界末日預言的本質區(qū)別。科學預言家和世界末日預言家都認定世界將有一個末日，但是世界末日預言家認定世界末日即將降臨，人類面臨滅頂之災，科學預言家則認定宇宙“至少在一百億年內(nèi)不會停止膨脹”，人類不必驚慌。在這段文字里，作者說明了預言宇宙未來的科學方法，并且根據(jù)這個方法斷言，宇宙至少在一百億年之內(nèi)不會停止膨脹。讀到這里，我們自然會向作者詢問：宇宙現(xiàn)在的平均密度是多少？有沒有達到這個臨界值？又有什么根據(jù)說宇宙至少在一百億年之內(nèi)不會停止膨脹？讓我們研讀下文，看看作者對這些問題是如何回答的。]

（17）我們可以從觀測來估計宇宙的平均密度。如果我們計算能看得見的恒星并把它們的質量相加，我們得到的，不到臨界值的百分之一左右。即使我們加上在宇宙中觀測到的氣體云的質量，它仍然只把總數(shù)加到臨界值的百分之一。[說明宇宙中恒星和氣體云，也就是所謂的明物質在宇宙中所占的密度，這個密度最多也只有臨界值的百分之一。]然而，我們知道，宇宙還應該包含所謂的暗物質，即是我們不能直接觀測到的東西。暗物質的一個證據(jù)來自于螺旋星系。存在恒星和氣體的巨大的餅狀聚合體。我們觀測到它們圍繞著自己的中心旋轉。但是如果它們只包含我們觀測到的恒星和氣體，則旋轉速率就高到足以把它們甩開。必須存在某種看不見的物質形式，其引力吸引足以把這些旋轉的星系牢牢抓住。

（18）暗物質的另一個證據(jù)來自于星系團。我們觀測到星系在整個空間中分布得不均勻，它們成團地集中在一起，其范圍從幾個星系直至幾百個星系。假定這些星系互相吸引成一組從而形成這些星系團。然而，我們可以測量這些星系團中的個別星系的運動速度。我們發(fā)現(xiàn)其速度是如此之高，要不是引力吸引把星系抓到一起，這些星系團就會飛散開去。所需要的質量比所有星系總質量都要大得多。這是在這種情形下估算的，即我們認為星系已具有在它們旋轉時把自己抓在一起的所需的質量。所以，在星系團中我們觀測到的星系以外必須存在額外的暗物質。[以上列舉兩個事例,一個來自螺旋星系，一個來自星系團，作者根據(jù)星系動力學的原理，間接證明宇宙中確有暗物質的存在，而且推算出暗物質的質量遠遠超出明物質。因此，計算宇宙的平均密度必須考慮暗物質這個最重要的因素。那么，宇宙中的暗物質又有多少呢？]

（19）人們可以對我們具有確定證據(jù)的那些星系和星系團中的暗物質的量作一個相當可靠的估算。但是這個估算值仍然只達到要使宇宙重新坍縮的臨界質量的百分之十左右。這樣，如果我們僅僅依據(jù)觀測證據(jù)，則可預言宇宙會繼續(xù)無限地膨脹下去。[作者在對宇宙中明物質和星系與星系團中暗物質的量進行了估算分析之后，預言宇宙將會繼續(xù)無限地膨脹下去。讀到這里，讀者也許會問：星系與星系團在浩瀚的宇宙中只是極小的一部分，好比大海中的幾個零星的島嶼，那么在茫茫的宇宙空間中這些無法證明的暗物質還有多少呢？把它們加起來宇宙的平均密度又是多少呢？我們?nèi)绻麩o法求出宇宙的平均密度，還有其他方法證明宇宙永恒或者最終坍縮嗎？于是作者生發(fā)開去，引出下面的一番議論。]再過50億年左右，太陽將耗盡它的核燃料。它會腫脹成一顆所謂的紅巨星①，直到它把地球和其他更鄰近的行星都吞沒。（①紅巨星：光譜呈橙色、紅色的巨星。它是在恒星演化過程中，由于內(nèi)部核燃料的耗盡，熱核反應的速率減弱，打破了引力與輻射壓之間的平衡，恒星的外殼開始燃燒膨脹而形成的。）它最后會穩(wěn)定成一顆只有幾千英里尺度的白矮星①。（①白矮星：一類低光度、高溫度、高密度的簡并態(tài)恒性，是恒星演化的一種歸宿。當恒星經(jīng)過紅巨星階段損失大量質量后，剩下的質量若小于1.44個太陽質量，這顆恒星就演化成白矮星。）我正在預言世界的結局，但這還不是。這個預言還不至于使股票市場過于沮喪。前面還有一兩個更緊迫的問題。無論如何，假定在太陽爆炸的時刻，我們還沒有把自己毀滅的話，我們應該已經(jīng)掌握了恒星際旅行的技術。[作者根據(jù)恒星演化的原理，首先預言太陽將于50億年后毀滅，但是人類不一定毀滅，因為到了那個時候人類應該已經(jīng)掌握了恒星際旅行的技術，早已搬遷到了其他的行星。]

（20）在大約100億年以后，宇宙中大多數(shù)恒星都已把燃料耗盡。大約具有太陽質量的恒星不是變成白矮星就是變成中子星①，中子星比白矮星更小更緊致。(①中子星：恒星在核能耗盡后，經(jīng)過引力坍縮，依靠簡并中子的壓力與引力平衡形成的星體。)具有更大質量的恒星會變成黑洞①。（①黑洞：一種特殊的天體，是時間—空間的一個區(qū)域。它的基本特征是有一個封閉的視界。由于引力過于強大，就連光也不能從中逃逸出來，所以黑洞是看不見的。）黑洞還更小，并且具有強到使光線都不能逃逸的引力場。然而，這些殘留物仍然繼續(xù)繞著銀河系中心每一億年轉一圈。這些殘余物的相撞會使一些被拋到星系外面去。余下的會漸漸地在中心附近更近的軌道上穩(wěn)定下來，并且最終會集中一起，在星系的中心形成一顆巨大的黑洞。不管星系或星系團中的暗物質是什么，可以預料它們也會落進這些非常巨大的黑洞中去。[作者根據(jù)恒星演化的原理，繼續(xù)預言其他恒星的命運。在大約100億年以后，宇宙中大多數(shù)恒星都會毀滅，變成中子星、白矮星或者黑洞。這些恒星的殘余物，有的在互相碰撞中被拋到星系外面去，有的最終聚集在星系中心形成一顆巨大的黑洞, 星系或星系團中的暗物質也都將落進這個黑洞。]

（21）因此可以假定，星系或星系團中的大部分物體最后在黑洞里終結。[作者說可以假定，星系演變到黑洞就是最后的終結。但是假如宇宙中所有的星系都真的因此而走到了盡頭，宇宙還需要繼續(xù)膨脹嗎？黑洞真的再也沒有變化了嗎？于是作者在下文敘述自己最新的發(fā)現(xiàn)。]然而，我在若干年以前發(fā)現(xiàn)，黑洞并不像被描繪的那樣黑。量子力學的不確定性原理①講，粒子不可能同時具有定義很好的位置和定義很好的速度。（①量子力學的不確定性原理：即海森伯提出的測不準原理。它的量子力學意義是不能在同一個態(tài)中同時準確測量出粒子的位置和速度。海森伯，1901—1976年，德國物理學家。）粒子位置定義得越精確，則其速度就只能定義得越不精確，反之亦然。如果在一顆黑洞中有一顆粒子，它的位置在黑洞中被很好地定義，這意味著它的速度不能被精確地定義。所以粒子的速度就有可能超過光速，這就使得它能從黑洞逃逸出來，粒子和輻射就這么緩慢地從黑洞中泄漏出來。在一顆星系中心的巨大黑洞可有幾百萬英里的尺度。這樣，在它之內(nèi)的粒子的位置就具有很大的不確定性。因此，粒子速度的不確定性就很小，這表明一顆粒子要花非常長的時間才能逃離黑洞。但是它最終是要逃離的。[霍金曾經(jīng)根據(jù)引力學原理解釋說，黑洞是“空間──時間的一個區(qū)域，因為那兒的引力是如此之強，以至于任何東西，甚至光都不能從該處逃逸出來。”（《時間簡史》一書所附《小辭典》）很明顯，現(xiàn)在，霍金發(fā)展了這個觀點。霍金根據(jù)量子力學的不確定性原理發(fā)現(xiàn)，黑洞中的粒子有可能超過光速，從黑洞中逃逸出來。這一發(fā)現(xiàn)對于宇宙來說有什么意義呢？請看作者的說明。]在一個星系中心的巨大黑洞可能花1090年的時間蒸發(fā)掉并完全消失，也就是“1”后面跟90個0。這比宇宙現(xiàn)在的年齡要長得多，它是1010年，也就是“1”后面跟10個0。如果宇宙要永遠膨脹下去的話，仍然有大量的時間可供黑洞蒸發(fā)。[既然粒子可以從黑洞中逃逸出來，那就意味著黑洞“不黑”，黑洞的物質在不斷地緩慢減少，最終會被“蒸發(fā)”。作者計算出星系中心的巨大黑洞要花1090年的時間才能完全蒸發(fā)，因此宇宙必須永遠膨脹下去，才能“有大量的時間可供黑洞蒸發(fā)”。這樣，作者就又從星系演化的角度證明了宇宙將會永遠膨脹。]

（22）永遠膨脹下去的宇宙的未來相當乏味。但是一點也不能肯定宇宙是否會永遠膨脹。我們只有大約為使宇宙坍縮的需要密度十分之一的確定證據(jù)。然而，可能還有其他種類的暗物質，還未被我們探測到，它會使宇宙的平均密度達到或超過臨界值，這種附加的暗物質必須位于星系或星系團之外。否則的話，我們就應覺察到了它對星系旋轉或星系團中星系運動的效應。[宇宙真的會永遠地膨脹下去嗎？于是，作者又回到宇宙平均密度的問題上來，指出“一點也不能肯定宇宙是否會永遠膨脹”。因為預言宇宙會無限地膨脹下去，是依據(jù)觀察證據(jù)，宇宙中的明物質以及星系和星系團中暗物質只占臨界密度的十分之一，但是星系和星系團之外有沒有暗物質呢？這種附加的暗物質有沒有使宇宙的平均密度達到或超過臨界值呢？作者把他的研究又向前推進一步。]

（23）為什么我們應該認為，也許存在足夠的暗物質，使宇宙最終坍縮呢？為什么我們不能只相信我們已有確定證據(jù)的物質呢？[作者說宇宙中不只是“已有確定證據(jù)的物質”，也許還存在足夠的使宇宙最終坍縮的暗物質。為什么要這樣認定呢？下面陳述理由。]其理由在于，哪怕宇宙現(xiàn)在只具有十分之一的臨界密度，都需要不可思議地仔細選取初始的密度和膨脹率。如果在大爆炸后一秒鐘宇宙的密度大了一萬億分之一，宇宙就會在十年后坍縮。另一方面，如果那時宇宙的密度小于同一個量，宇宙在大約十年后就變成基本上空無一物。[這是霍金宇宙學說的核心觀點，即宇宙的命運取決于宇宙誕生時的初始條件，最初萬萬萬億分之一秒時間里發(fā)生的一切決定了宇宙的未來。如果這個初始密度偏大，宇宙很快就會坍縮，如果這個初始密度偏小，宇宙很快就會變得空無一物，既無星系與星系團，也無所謂的暗物質。總之，如果宇宙沒有選擇一個恰當?shù)某跏济芏龋�就不會有我們現(xiàn)在的這個宇宙。這個觀點很重要，它說明宇宙的平均密度是一個恒量，從宇宙的初始直至現(xiàn)在都沒有變化。既然宇宙的平均密度不是一個變量，因此可以根據(jù)它預言宇宙的未來。那么，我們現(xiàn)在的宇宙選取的初始密度是多少，宇宙為什會選取這樣的初始密度呢？]

（24）宇宙的初始密度為什么被這么仔細地選取呢？也許存在某種原因，使得宇宙必須剛好具有臨界密度。看來可能存在兩種解釋。[作者認為宇宙仔細地選取的初始密度“剛好具有臨界密度”。為什么會是這個樣子呢？作者說，有兩種不同的解釋。]一種是所謂的人擇原理，它可被重述如下：宇宙之所以是這種樣子，是因為否則的話，我們就不會在這里觀測它。其思想是，可能存在許多具有不同密度的不同宇宙。只有那些非常接近臨界密度的能存活得足夠久并包含足夠形成恒星和行星的物質。只有在那些宇宙中才有智慧生物去詰問這樣的問題：密度為什么這么接近于臨界密度？[這里概述了人擇原理的基本觀點。人擇原理是根據(jù)因果關系推斷，只有那些非常接近臨界密度的宇宙才能存活足夠久并包含足夠形成恒星和行星的物質，才能出現(xiàn)有智慧的生命，反之，就不可能出現(xiàn)生命和人類。因此，我們現(xiàn)在生存的宇宙必定非常接近臨界密度。]如果這就是宇宙現(xiàn)在密度的解釋，則沒有理由去相信宇宙包含有比我們已探測到的更多物質。十分之一的臨界密度對于星系和恒星的形成已經(jīng)足夠。[但是，根據(jù)觀察的證據(jù)，我們現(xiàn)在的宇宙中只有十分之一的臨界密度。這個密度也足可以形成星系和恒星，足可以產(chǎn)生有智慧的生命，因此，作者說，根據(jù)人擇原理可以認定，在我們的宇宙中，星系和星系團之外沒有附加的暗物質。]

（25）然而，許多人不喜歡人擇原理，因為它似乎太倚重于我們自身的存在。這樣就有人對為何密度應這么接近于臨界值尋求另外可能的解釋。[這里指出人擇原理的缺陷。人擇原理雖然很吸引人，但是由于它是源于因果推理，是由果推因，從這個意義來說，人擇原理與其說是科學原理，還不如說只是一種思辨而已。因此，有人尋求另外的解釋。]這種探索導致極早期宇宙的暴漲理論。其思想是宇宙的尺度曾經(jīng)不斷地加倍過，正如在遭受極端通貨膨脹的國家每隔幾個月價格就加倍一樣。然而，宇宙的暴漲更迅猛更極端得多：在一個微小的暴漲中尺度的至少一千億億億倍的增加，會使宇宙這么接近于準確的臨界密度，以至于現(xiàn)在仍然非常接近于臨界密度。[這里概述了暴漲理論的基本觀點。暴漲宇宙論認為，初始宇宙曾經(jīng)發(fā)生過膨脹速度高到無法想象的超急劇膨脹，使宇宙“接近于準確的臨界密度，以至于現(xiàn)在仍然非常接近于臨界密度”。]這樣，如果暴漲理論是正確的，宇宙就應包含足夠的暗物質，使得密度達到臨界值。這意味著，宇宙最終可能會坍縮，但是這個時間不會比迄今已經(jīng)膨脹過的一百五十億年左右長太多。[這是作者從暴漲理論推出的結論。根據(jù)暴漲理論，在星系和星系團之外就應該有足夠的附加的暗物質，才使得密度達到臨界值，于是宇宙最終可能會坍縮。在前面作者說：“我可以滿懷信心地預言，它至少在一百億年內(nèi)不會停止膨脹”，在這里又說：坍縮的時間可能在150億年之后，文章前后呼應。]

（26）現(xiàn)在小結如下：科學家相信宇宙受定義很好的定律制約，這些定律在原則上允許人們?nèi)ヮA言將來。但是定律給出的運動通常是混沌的。這意味著初始狀態(tài)的微小變化會導致后續(xù)行為的快速增大的改變。這樣，人們在實際上經(jīng)常只能對未來相當短的時間作準確的預言。[以上是對課文的第一部分，即第1—11自然段的小結。在這一部分里，作者說明對宇宙的未來是可以預言的，但又是很困難的，主要是因為對一個混沌的系統(tǒng)，只能對未來相當短的時間作準確的預報，不可能對其遙遠的未來作準確的預報。而宇宙中星系、星系團的運動是混沌的，因此要預報宇宙的未來就非常困難。]然而，宇宙大尺度的行為似乎是簡單的，而不是混沌的。所以，人們可以預言，宇宙將永遠膨脹下去呢，還是最終將會坍縮。這要按照宇宙的現(xiàn)有密度而定。[這是對課文的第二部分，即第12—16自然段的小結。在這一部分里，作者通過對光譜紅移現(xiàn)象，特別是宇宙微波背景輻射各向同性特征的分析，得出宇宙的平均密度以及膨脹率處處相同，因此斷定宇宙雖然“星系、星系團的運動是混沌的”，但“大尺度的行為似乎是簡單的，而不是混沌的”，因此，我們可以預言宇宙遙遠的未來。而宇宙是繼續(xù)膨脹還是可能收縮，這取決于宇宙現(xiàn)有的平均密度。]事實上，現(xiàn)在密度似乎非常接近于把坍縮和無限膨脹區(qū)分開來的臨界密度。如果暴漲理論是正確的，則宇宙實際上是處在刀鋒上。[這是對課文第三部分，即第17—25自然段的小結。作者在這一部分里詳盡地分析和討論了宇宙現(xiàn)有的平均密度，根據(jù)觀察證據(jù)計算，宇宙中星系、星系團以及其中的暗物質的量，只達到使宇宙重新坍縮的臨界質量的百分之十左右，而這個密度恰好符合人擇原理的要求，據(jù)此宇宙會繼續(xù)無限地膨脹下去。但是根據(jù)暴漲宇宙理論分析，宇宙在星系和星系團之外的廣大空間中還應該包含有足夠的附加暗物質，使得宇宙的平均密度“似乎非常接近于把坍縮和無限膨脹區(qū)分開來的臨界密度”，這樣宇宙最終可能坍縮，宇宙現(xiàn)在正處在是繼續(xù)膨脹還是開始坍縮這樣一個危險的鋒口上。]所以我正是繼承那些巫師或預言者的良好傳統(tǒng)，兩方下賭注，以保萬無一失。[這是作者的最后結論。宇宙是繼續(xù)膨脹還是可能收縮，因為對宇宙中星系和星系團之外的暗物質沒有辦法計算，所以無法確定宇宙現(xiàn)有的平均密度。在這個問題沒有研究清楚之前，科學家也不得不像巫師或近代世界末日預言家一樣“兩方下賭注，以保萬無一失”。作者用這種幽默的語言自我解嘲，以示科學的無奈。]