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李偉才

筆名李逆熵,香港著名科普作家。曾任職中學教師、太空館助理館長、天文台高級科學主任、港大國際學位課程中心總監。一九八五年因致力普及科學獲選為十大傑出青年。現為香港科幻會會長、香港科學館顧問委員會委員,及網台節目「浩浩熵熵」主持人。至今發表著作逾三十本。 網誌

生活

從宇宙觀到人生觀(二)

從宇宙觀到人生觀(二)
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讓我們再來看看宇宙的浩翰。現在讓我們把方才的那個籃球代表太陽。由於太陽的直徑是地球的109倍,地球將會變得有如一顆芝麻般渺小,而且會被放到離開籃球30米的位置。而處於太陽系外圍的冥王星,則是處於1,200米外的一顆微塵而已。(我們如今知道冥王星並非太陽系的最外圍,但它仍是大家最熟悉的,所以我還是用它作例子。)在現實中,太陽的光線要射抵冥王星需要近六個小時,如果我們乘坐太陽神登月太空船,則需要四十年的時間才能到達。(即使船員不發瘋,我們也無法攜帶所需的食物、空氣和水份。)

然而,一旦光線離開了太陽系,即使它朝著最正確的方向進發,也需要四年多的時間才會遇上另一個天體。我所指的「最正確方向」,是南邊天半人馬座的主星南門二,英文叫Alpha Centauri。大家如果看過科幻大電影《阿凡達》的話,故事中的背景就是這個恆星系統。

由於南門二(及其它恆星)跟我們的距離太大,天文學家索性不再用公里這個單位,而改用光線跨越所需的時間作為單位。以南門二為例,它跟我們的距離是4.2光年。(直至今天,仍然有人以為光年既有「年」字便必定是時間單位,這當然大錯特錯。)

作為最接近太陽系的恆星系統,南門二實乃由三顆恆星所組成,其中一顆較我們的太陽還要龐大和光亮,另外一顆則較太陽略暗,至於第三顆則較太陽暗得多。

事實上,除了金、木、水、火、土等五顆太陽系內的行星 (planets) 外,我們在夜空中所看到的點點星光,每一點都是一個好像我們的太陽一般、可以自行發光發熱的恆星 (stars) 。其中不少較我們的太陽還要光亮、熾熱和龐大得多。只不過它們離我們實在太過遙遠,所以看起來都只是一些微弱的光點。就以獵戶座 (Orion) 中的參宿四 (Betelgeuse) 為例,它的體積便較我們的太陽大很多很多。如果把它放到太陽系之內,水星、金星、地球、火星、小行星帶甚至木星,也會被它龐大的身軀所吞噬!

參宿四這顆星大家可能比較陌生。讓我們看看天狼、牛郎和織女這幾顆相信大家都聽過的星星吧。位於大犬座 (Canis Major) 的天狼星 (Sirius) 離我們8.6光年,也就是說,我們現時看見的,是八年多前的天狼星;位於天鷹座 (Aquila) 的牛郎星 (Altair) 離我們17光年,也就是說,我們現時看見的,是17年前的牛郎星;而位於天琴座 (Lyra) 的織女星 (Vega) 離我們25光年,也就是說,我們現時看見的是25年前的織女星。

在茫茫的太空中,天狼、牛郎、織女都只是我們的近鄰。著名的七姊妹星團 (Pleiades) 離我們400光年、蟹狀星雲 (Crab Nebula) 離我們6,500光年,而武仙座 (Hercules) 的 M13球狀大星團則離我們達22,000光年之遙。

在此我想帶出一個有趣的角度,那便是每當我們望向一個璀璨的夜空時,我們實在面對著一個龐大的時光機。為什麼這樣說呢?因為透過了不同的星光,我們正窺探著宇宙在過去不同時刻的不同面貌。至於宇宙在這一刻的面貌是怎樣的,對不起,我們將永遠沒法知道。

但請大家不要氣餒,因為我們現時所知的,已經令我們激動振奮不已。天文學家指出,除了仙女座 (Andromeda) 的 M31大星系和大、小麥哲侖星雲外,我們在夜空中所看見的所有星體,都屬於同一個恆星系統。這個龐大的系統便是銀河系 (Milky Way Galaxy) 。銀河系有多大呢?首先讓我們看看它的形狀,它活像我們在運動會上所見的擲鐵餅項目所用的鐵餅,是一個中心較厚而周邊較薄的圓形系統。它中心最厚之處約為五萬光年,而整個系統的直徑則為十萬光年。

十萬光年是什麼意思呢?好!讓我們假設在銀河系的最外圍出現了一個高等智慧族類,並發展出高科技文明。他們覺得很是孤獨,於是想找出宇宙中還有沒有其他的高等智慧族類。他們透過無線電發出一個呼喚的訊號,這個訊號於是以光速向四方八面不斷擴展。

如今假設在銀河系的另一端剛好也住著一個高等智慧族類,他們於某一天收到這個令人雀躍的呼喚,並立刻以無線電作出回答:「嗨!很高興知道你們存在!我們做個朋友吧!」

如今的問題是,原先發出訊號的智慧族類,最少要等待多久才會收到這個回覆呢?聰明的你應已猜著吧。不錯,最先發出的訊號要跨越銀河的直徑需時十萬年,而回覆的訊號再跨越銀河系的直徑又要十萬年。也就是說,即使中間沒有半點延誤,原先發出訊號的那個族類也要等上二十萬年才會收到回覆。銀河系之浩翰由此可見一班。

除了龐大之外,銀河系究竟包含了多少星體呢?由於受到星際塵埃的遮擋,我們無法絕對準確地進行測量,但按照天文學家的估計,恆星的總數應在二千億到三千億之間。

自從「零八金融海嘯」以來,各國政府都推出千億甚至萬億圓的「救市」計劃,以至我們認為這樣的數目算不了什麼。這當然大錯特錯。就拿一千億為例。假設我們將一千億顆恆星(即千億個太陽)變成為一千億個七彩繽紛的復活蛋,並且命令一個不吃不喝、不眠不休的「小露寶」機械人以一秒一隻的速度拾取。你猜這個機械人會於什麼時候才能把復活蛋拾光?一年、十年、一百年?都錯了!是三千二百年後!如果銀河系真有三千億顆恆星,那麼這個可憐的機械人一秒一顆也要花上近一萬年才可完成它的工作。

直至二十世紀初,天文學家仍然以為銀河系便是整個宇宙。接著下來的三十年,我們對宇宙的認識起了翻天覆地的變化。首先,我們發現銀河系原來只是宇宙中無數星系 (galaxies) 中的一個。宇宙中還有多若恆河沙數的其他星系,其中一些比我們的銀河系還要龐大得多。就以離我們最近的、我們方才提過的仙女座大星系 (Andromeda Galaxy) 為例,它的直徑便較銀河的大百分之五十,而包含的恆星數目則達一萬億之多!

這兒順帶一提的是,仙女座大星系是人類肉眼所能看到的最遠物體。它跟我們的距離達二百五十萬光年。也就是說,我們見到它時,落到我們視網膜上的光線,在二百五十萬光年前便已離開這個星系。在那個時候,人類的遠祖仍在茹毛飲血的階段。

讓我們回到有若恆河沙數的星系之上。上世紀二十年代,天文學家在研究這些星系的光譜 (spectrum) 時進一步發現,絕大部分的這些星系都在遠離我們的銀河系!「難道我們的銀河系爆發了什麼重大的宇宙瘟疫?」你也許會本能地想。非也!原來這個現象的由來,是整個宇宙(嚴格來說是整個時空)正在膨脹之中!最先確立這個驚人事實的科學家是愛德溫‧哈勃 (Edwin Hubble) ,如今在太空中運行的「哈勃太空望遠鏡」,正是以他命名的。

從宇宙膨脹這個事實出發,科學家很快便提出了宇宙可能源自一趟大爆炸這個觀點。到了二十世紀下半葉,眾多強有力的證據已令這個「大爆炸宇宙論 (Big Bang Theory) 」從理論的層面,提升到廣被科學界接受的一個事實。

科學家的研究顯示,無論是物質、能量甚至空間和時間,都是在一百三十七億年前的一趟大爆炸中誕生的。也就是說,在爆炸之前,空間並不存在,時間也不存在。不要問我這是什麼意思,因為這已超乎人類的理解與想象,我相信沒有人能夠完全解釋清楚。(霍金在《時間簡史 (A Brief History of Time) 》中用了地球的北極作比喻:我們能否找到比北極“更北”的地方?答案是不可以。同理,我們能否找到比大爆炸那一刻更早的時刻?答案也是不可以。)

科學家雖然無法探究大爆炸發生的那一刻究竟如何,卻已能夠直迫創世的那一瞬間,分析爆炸後兆兆兆分之一秒時的狀況。在那天地初開的剎那,宇宙的溫度、密度和壓力都接近無限大,但體積卻比一個針尖甚至一顆原子的體積還要小億兆倍。

爆炸後頭三分鐘是最重要的 — 雖然我們現時所認知的宇宙,在那時仍然只約等於一個西瓜那般大。這是因為組成一切物質的單元:質子、中子、電子等基本粒子,在那時已經形成,並結合成為氫 (hydrogen) 和氦 (helium) 等最基本的元素。隨著宇宙不斷的膨脹和冷卻,這些物質終於透過萬有引力的作用而互相靠攏凝聚,經過了億萬年後,最終形成了星系和恆星這些天體。

按照科學家的推斷,最早的星系可能於大爆炸後數千萬年便已開始形成。但至於我們身處的銀河系,形成的時間卻晚得多。因為按照天文學家的研究,銀河系的年齡只有約一百億年。而至於我們的太陽,其時齡則要短,約只有46億年左右。

這兒必須指出的是,宇宙誕生之初,形成的元素便只有氫、氦和極少量幾種較簡單的元素。如今組成我們身體的如碳、氮、氧、硫、磷、鈣等都並不存在。科學家的研究指出,這些較複雜的元素,都是在恆星的內部透過核子反應所 (thermonuclear reactions) 逐步聚合而成。其中一些恆星在演化晚期發生極其猛烈的爆炸(超新星爆發),於是把這些元素散布到太空之中。太空中的這些彌漫物質後來因為萬有引力的作用再次形成恆星。這些恆星的內部於是進一步製造更多更複雜的元素。

按照天文學家的推斷,我們的太陽至少屬「第三代恆星」,也就是說,組成它的物質,至少來自早兩代恆星爆炸後的殘骸。大家可能從沒想過,宇宙原來是「這麼遠、那麼近」,因為我們都是由「星塵」所組成。換句話說,我們都是不折不扣的「星辰的兒女」。

(待續)

(圖為編輯所加,取自網絡)

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