(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，但在實際上我們不能預(yù)言它。科學(xué)不能預(yù)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(yù)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(yù)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(yù)報，不能進行長期的準確預(yù)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(yù)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(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(yù)言的誤差將越來越大。在一段時間之后，就不可能預(yù)言運動的細節(jié)。我們能相當(dāng)?shù)乜隙?，地球在相?dāng)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(yù)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(yù)報，“在一段時間之后，就不可能預(yù)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(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(xué)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(yīng)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(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(xí)慣上稱為3K輻射。1965年美國科學(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。)[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(diào)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?zé)崮愕耐赓u比薩②。(①絕對溫度：即開氏溫度，1848年由英國物理學(xué)有開爾文提出，1960年第十一屆國際計量大會泰山定熱力學(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?？茖W(xué)家認為，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空范圍內(nèi)的事件。因為只有通過輻射與物質(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(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(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(yù)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(dāng)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(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星系中的一個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(yù)言宇宙遙遠的未來。[這是作者在上述分析的基礎(chǔ)上得出的結(jié)論，這個結(jié)論證明了我們可以預(yù)言宇宙遙遠的未來?，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“不穩(wěn)定或混沌的系統(tǒng)”只能進行短期的準確的預(yù)報，不能進行長期的準確預(yù)報，而太陽系、銀河系以至星系團的運動都是混沌的，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(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。]

點擊下一頁分享更多人教版新課標高中語文必修5課本《宇宙的未來》課文解讀