最近,小伙伴轉(zhuǎn)來一篇網(wǎng)文,發(fā)表在“藝術(shù)和思想學(xué)院”(Institute of Art and Ideas, iAi),上面說:
人類斥巨資造了“詹姆斯·韋布”太空望遠(yuǎn)鏡,鴿了 N 年上了天,終于看到了“宇宙盡頭”的景觀。它傳送回來的宇宙圖像令人驚嘆,但對(duì)于大多數(shù)專業(yè)的天文學(xué)家和宇宙學(xué)家呢?則是令人驚訝,因?yàn)橐驗(yàn)檫@些圖像根本不是理論預(yù)測(cè)的宇宙景觀。一篇論文的標(biāo)題以坦率的感嘆開頭:“恐慌!”這些圖像跟“大爆炸”理論沖突了!雖然論文沒有詳細(xì)說與哪些理論預(yù)測(cè)矛盾,但是新數(shù)據(jù)讓“大爆炸”理論的追隨者深感恐慌?!艾F(xiàn)在我發(fā)現(xiàn)自己夜不成寐,”堪薩斯大學(xué)物理與天文系的一位助理教授 Allison Kirkpatrick 說,“想知道是不是我做過的一切都是錯(cuò)的?!?/p>
韋布望遠(yuǎn)鏡軌道示意圖 來自NASA
乍一看,這篇文章有板有眼,還引用了業(yè)內(nèi)人士的觀點(diǎn),似乎是挺靠譜的,不禁讓人為價(jià)值百億的韋布望遠(yuǎn)鏡的前途擔(dān)心了起來。
可是實(shí)際上,這篇小作文錯(cuò)漏百出,接下來咱們就以盡量通俗的語言解釋一下。
01
偽科學(xué)斷章取義,科學(xué)家忙改ID
首先把此文中最具攻擊力的部分——引用業(yè)內(nèi)人士話語——摘出來考證一下吧,Nature 在 2022 年 7 月 27 日的一篇報(bào)道《韋布望遠(yuǎn)鏡關(guān)于遙遠(yuǎn)星系的四個(gè)啟示》的末尾,Kirkpatrick 確實(shí)說過所引的話:
但是!從原始報(bào)道的上文中,讀出來的意思可跟 iAi 所說的太不一樣了。再找找她的推文看看她自己的想法呢,她在 9 月 8 日說:
“最近我做了好幾期媒體,而我認(rèn)為這一篇是我的最愛!- 《Space.com: 詹姆斯·韋布太空望遠(yuǎn)鏡從未推翻過大爆炸理論 - 謊言是如何傳播的》”
請(qǐng)留意她的網(wǎng)名翻譯過來就是“Allison 大爆炸發(fā)生過喲 Kirkpatrick”,多半是她那兩句話被偽科學(xué)網(wǎng)站斷章取義之后,電話被自己人打爆了,只好在社交媒體上表個(gè)態(tài)……
有興趣的小伙伴可以讀讀她推薦的這篇辟謠文章。我們摘抄兩段,稍微翻譯一下:
“(Nature) 引用得沒錯(cuò)!”Kirkpatrick說,“我努力做個(gè)直率的人,我表達(dá)的就是我說的——根據(jù)以往的望遠(yuǎn)鏡數(shù)據(jù)所了解到的關(guān)于最初的星系的一切,可能都不是它們的全貌,而現(xiàn)在,我們有了更多數(shù)據(jù)來完善我們的理論?!?/p>
更糟糕的是,(iAi的)那篇文章引用 Kirkpatrick 對(duì) Nature 所說的內(nèi)容時(shí),斷章取義地濫用它,給人一種錯(cuò)誤的印象,即“天體物理學(xué)家對(duì)‘大爆炸’理論錯(cuò)誤的想法感到恐慌”。寫那篇文章的,是個(gè)叫 Eric Lerner 的獨(dú)立研究者(注:Space.com對(duì)“民科”的客氣稱呼),從 1980 年代后期就一直否認(rèn)“大爆炸”,而熱衷于推銷他個(gè)人的偽科學(xué)替代理論。
“否認(rèn)科學(xué)的第一步是斷章取義,”McIntyre告訴Space.com,“其次就是陰謀論;第三是信口開河漫無邏輯;第四是用磚家詆毀專家;第五,他們固執(zhí)地要求科學(xué)必須完美才算可信?!?/p>
順著第五條,我們?cè)傺a(bǔ)充一句:他們對(duì)自己的要求可沒這么高。
02
科學(xué)家害怕理論被推翻?才怪!
iAi 的這篇網(wǎng)文,雖然成功地碰瓷到了重磅科學(xué)機(jī)構(gòu)的注意,相信它既不是第一個(gè)也不是最后一個(gè)。那么,如果我們看到類似的文章,該如何判斷真?zhèn)文兀?/p>
不要糾纏細(xì)節(jié)去讀他們說的“術(shù)語”,真的槽多無口。要跳出細(xì)節(jié)抓要點(diǎn):“韋布”太空望遠(yuǎn)鏡本身基于“大爆炸”理論設(shè)計(jì),它所在的紅外波段是根據(jù)這個(gè)理論的預(yù)言定量定制的。如果理論本身出了問題,那么“韋布”上天之后就是瞎子一個(gè)。而它已經(jīng)在定制的波段上拿到了大批數(shù)據(jù),就說明它的理論基礎(chǔ)在大層面上站穩(wěn)了。
圖片來源:nasa.gov
拿著“韋布”望遠(yuǎn)鏡基于“大爆炸”理論拍出的照片來反對(duì)“大爆炸”理論,就像什么呢?就像一個(gè)人被送到空間站,體驗(yàn)到失重的感覺,他又驚又喜地說:“在這里沒有重力哎!說明引力理論是錯(cuò)的!”——這個(gè)空間站和把他送上來的火箭飛船都是基于引力理論設(shè)計(jì)的好不好?
在轉(zhuǎn)向正題之前,我們?cè)偕晕⒍嗾f幾句促進(jìn)理解的溫柔話。民間科學(xué)家對(duì)正統(tǒng)科學(xué)家——姑且這么稱呼吧,便于理解,無褒貶義——的一個(gè)誤解是:他們以為后者想維護(hù)科學(xué)成果,會(huì)為已有理論被推翻而恐慌。
其實(shí)科學(xué)家晝思夜想、殫精竭慮的,也是想推翻已有的成果啊,每糾一個(gè)錯(cuò),都有獲大獎(jiǎng)?lì)I(lǐng)銀子的機(jī)會(huì)??茖W(xué)家想維護(hù)的,無非是科學(xué)思維罷了。況且,假如一個(gè)理論真要被推翻了,研究新理論就意味著更多的機(jī)會(huì),科學(xué)家高興還來不及呢。
03
大爆炸?到底是什么炸了?
好了好了,現(xiàn)在開始說正題。既然說“韋布”望遠(yuǎn)鏡是基于“大爆炸”理論設(shè)計(jì)制造的,那么“大爆炸”又是怎么回事呢?
1929 年,美國(guó)天文學(xué)家哈勃發(fā)表了他的觀測(cè)結(jié)果:所有的遙遠(yuǎn)星系都在離我們而去,并且距離銀河系越遠(yuǎn),就退行得越快。
首先我們就要問:如何知道星系在離我們而去呢?雖然我們都知道恒星不恒,它們確實(shí)會(huì)運(yùn)動(dòng),但與它們和地球的距離尺度相比,它們的運(yùn)動(dòng)還是太不顯眼了。
圖片來源:webbtelescope.orgv
這就要提到一個(gè)詞“紅移”。
上世紀(jì)初,人們就注意到許多恒星的光譜和太陽光譜不同,不單是組成成分造成的譜線不同問題,還有個(gè)有趣的現(xiàn)象,就是所有的譜線都朝著頻率較低的紅光區(qū)平移了,這個(gè)現(xiàn)象就叫“紅移”。造成紅移的原因有好幾個(gè),但最典型的,就是天體在遠(yuǎn)離我們而去。它向我們發(fā)出的光,上一個(gè)波峰的光源離我們還有 N 光年,下一個(gè)波峰的光源離我們就有 N 光年+10 納米了(隨意舉例的數(shù)字),對(duì)于地球上的觀測(cè)者來說,就看到光線的波長(zhǎng)變長(zhǎng),頻率變低,有點(diǎn)“發(fā)紅”了。
在較近的尺度內(nèi),也有一些恒星或星系在朝向我們運(yùn)動(dòng),這個(gè)運(yùn)動(dòng)會(huì)造成譜線向高頻端(藍(lán)端)移動(dòng),我們把這個(gè)稱為“藍(lán)移”。在宇宙里,紅移是壓倒多數(shù)的。
回到哈勃(物理學(xué)家,不是以他命名的那臺(tái)太空望遠(yuǎn)鏡)的發(fā)現(xiàn)上來,“遙遠(yuǎn)星系在離我們而去”這個(gè)好懂,也能有許多推論,甚至可以說:“行,它們不喜歡我們”,而“距離我們?cè)竭h(yuǎn),退行得越快”說明什么呢?這一條說明,它們之間也互相看著不順眼,也在彼此遠(yuǎn)離。就像我們吹氣球時(shí),氣球上的所有點(diǎn)都在互相遠(yuǎn)離一樣,并且原本相隔越遠(yuǎn)的,彼此之間的退行速度越快。
從哈勃的這個(gè)發(fā)現(xiàn),可以得到一個(gè)令人驚人的結(jié)論,就是既然現(xiàn)在的星系都在彼此遠(yuǎn)離,那么我們把時(shí)間倒推回去,推到 140 億年前,它們就是從同一個(gè)點(diǎn)跑出來的。這個(gè)結(jié)論,就是“大爆炸”。
04
我們?yōu)槭裁聪嘈糯蟊ɡ碚摚?/strong>
“大爆炸”意味著宇宙有一個(gè)起點(diǎn),這個(gè)可能會(huì)讓某些人備受鼓舞—— “我們?cè)缇驼f這個(gè)世界是被創(chuàng)造出來的吧!”不過,對(duì)于一件事,蒙對(duì)的和推導(dǎo)實(shí)證出來的,科學(xué)只認(rèn)后者。
關(guān)于“大爆炸”也會(huì)產(chǎn)生一些涉及哲學(xué)的思辨,比如“大爆炸之前發(fā)生了什么?”而時(shí)間作為宇宙——至少,作為眼前這個(gè)宇宙——的一個(gè)屬性,在宇宙出現(xiàn)之前不該存在,因此也談不上“之前”。
當(dāng)牛頓提出萬有引力理論的時(shí)候,就意識(shí)到,宇宙中的天體會(huì)因?yàn)橐Χ涞揭黄鹱兂梢粋€(gè)點(diǎn),他的解決辦法是認(rèn)為有無限個(gè)天體施加著朝外拽的力,這樣就可以避免——其實(shí)并不會(huì),按照數(shù)學(xué)方法,無限個(gè)天體最終也會(huì)聚到一起的。
雖然“大爆炸”的理論部分是從愛因斯坦的廣義相對(duì)論推出來的,但愛老師顯然比較喜歡靜態(tài)宇宙的信念,還在廣義相對(duì)論里加了個(gè)宇宙常數(shù),微調(diào)了一下,來維持宇宙不漲不縮?!按蟊ā崩碚搫t揭示了一個(gè)演化中的宇宙,結(jié)束了靜態(tài)宇宙的概念。愛因斯坦后來說:“加這個(gè)宇宙常數(shù)可能是我犯過的最大錯(cuò)誤。”
韋布望遠(yuǎn)鏡軌道示意圖 來自NASA
支持“大爆炸”理論的另外一個(gè)觀測(cè)結(jié)果,是宇宙微波背景。“大爆炸”那一刻,那個(gè)極小的宇宙必然是密集白熱的,而到了今天,向遙遠(yuǎn)的“宇宙邊緣”望去,我們應(yīng)該還能觀測(cè)到“爆炸”的余輝。而因?yàn)橐粋€(gè)膨脹的宇宙,這個(gè)光的波長(zhǎng)會(huì)拉伸得非常厲害,跑到微波波段,這個(gè)微波信號(hào)是無論朝宇宙的哪個(gè)方向看都是一樣的。1965 年,美國(guó)的彭齊亞斯和威爾遜無意中檢測(cè)到了這個(gè)白天晚上冬天夏天橫著看豎著看都是一樣強(qiáng)度的微波噪聲,并因此獲得了 1978 年的諾貝爾獎(jiǎng)。
“大爆炸”理論還有許多其他觀測(cè)證據(jù),最主要的有宇宙中原始輕元素(這個(gè)詞沒打錯(cuò),是“輕”不是“氫”)的豐度以及大尺度結(jié)構(gòu)和星系的形成演化。**這里篇幅有限,就先不說了。
05
大爆炸如果是真的,那炸之前呢?
已知的物理定律都不能推導(dǎo)“大爆炸之前”(如果我們能說“之前”的話)宇宙的狀態(tài):為什么就炸了?怎么炸的?宇宙是唯一的嗎?是有無數(shù)個(gè)宇宙大泡泡,我們只是其中之一嗎?我們是不是在一個(gè)巨大的黑洞里,卻以為這是宇宙?目前所有的理論都還停留在假說階段。
然而對(duì)于比較有把握的部分,“大爆炸”理論有一些好玩的推論,比如,雖然“大爆炸”距我們只有 140 億年,卻因?yàn)橛钪媾蛎?,我們能感知的“宇宙邊緣”早已距離我們 460 億光年了。越來越多的星系會(huì)因?yàn)橛钪娴牟粩嗯蛎浂t移得越來越厲害,最終從視線中消失,變得不可觀測(cè)。
韋布首張“宇宙深場(chǎng)”照片,迄今為止人類在紅外波段拍到的最清晰、最古老的宇宙景象。圖片來源:webbtelescope.org
宇宙的未來會(huì)是什么樣子呢?宇宙學(xué)家曾經(jīng)認(rèn)為宇宙的未來有兩種可能:第一種是它的平均密度高于某一臨界密度,使得它膨脹到最大體積后敗給自身的引力,造成坍縮式的“大擠壓”。第二種,則認(rèn)為它的膨脹會(huì)不斷減速,但永遠(yuǎn)不會(huì)停止,最后宇宙在不斷膨脹的過程中不斷冷卻,漸漸趨于絕對(duì)零度,也就是“大凍結(jié)”。
現(xiàn)代觀測(cè)發(fā)現(xiàn)宇宙的加速膨脹之后,人們意識(shí)到可觀測(cè)的宇宙會(huì)漸漸退出我們的視野。有的理論認(rèn)為,基本物質(zhì)可能會(huì)在持續(xù)膨脹中被撕裂,但這些就需要更多的觀測(cè)證據(jù)來驗(yàn)證或否定了。
我們的文章是從“韋布”望遠(yuǎn)鏡說起的,就再說說它吧。“韋布”太空望遠(yuǎn)鏡的任務(wù)是做宇宙早期發(fā)展史的考古工作,它的任務(wù)就是“往遠(yuǎn)處看,往久遠(yuǎn)之前看,那里有‘大爆炸’后幾億年內(nèi)的嬰兒宇宙的景象”。所以“韋布”望遠(yuǎn)鏡的波段通過周密的理論計(jì)算,被仔細(xì)調(diào)整到 0.6 到 28 微米。這種定量計(jì)算,可不是“宇宙沒膨脹!紅移是因?yàn)楣饩€累到了!”這種拍腦袋的胡話。它的初期觀測(cè)數(shù)據(jù),也完美地夯實(shí)了“大爆炸”理論的基礎(chǔ),無數(shù)科學(xué)家為之興奮不已,并期待著它更多更新更全面的發(fā)現(xiàn),為揭示宇宙演化史的工作提供更多依據(jù)。
作者 | 曲 炯 科普作家 作品發(fā)表于國(guó)家博物館、國(guó)家航天局等
審核 | 劉 茜 北京天文館研究員 科普影片編導(dǎo)和科普作家
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