20.宇宙大爆炸理论已经死了吗？一个标新立异的天文学家挑战目前最权威的宇宙起源理论艾米·艾奇逊
20世纪60年代，天文学家霍尔顿·阿尔普（Halton Arp）发现星系是“诞生”，然后逐渐发展成家族体系的。在某些情况下，他能够往前追溯它们多达四代的家族谱系。像这样的发现是任何一个天文学家都梦寐以求的。它有助于我们进一步理解宇宙，正如伽利略的发现有助于我们进一步理解太阳系一样。因此，阿尔普的发现应该得到赞扬和推广，但是刚好相反，就像伽利略一样，他的工作被天文学的权威机构否定了，并被嘲弄了一番。
在对阿尔普的著作《类星体、红移和论辩》（Quasars，Redshifts and Con troversies）一书的评论当中，天文学家杰弗瑞·伯布里奇（Geoffrey Burbridge）向我们描述了这个发现提出之后在阿尔普身上发生了什么：“阿尔普在‘天文学专业协会’的排名从前二十名跌到了前两百名。当他继续宣称不是所有银河系里的红移都是由于宇宙的膨胀后，他的排名降得更低了。”
“（80年代中期）阿尔普迎来了最后的打击：帕萨迪纳的望远镜分配委员会认为他的整个研究领域都是不受欢迎的。委员会的主要成员（威尔逊山天文台、拉斯帕尔马斯天文台和帕罗马山天文台）都表达了他们的反对意见。因为阿尔普不愿意在一个更加传统的领域里进行他的工作，所以他被剥夺了使用望远镜的时间。随着向卡耐基研究所(1)上诉的失败，他过早地选择了退休，然后搬去了西德。”
图20.1. 天文学家霍尔顿·阿尔普。
是什么让这一发现如此重要？为什么霍尔顿·阿尔普愿意为了捍卫它而牺牲自己在天文学领域已有的事业？
第一个，为什么：有一部分先驱者，他们的动机是发现宇宙的运作模式，阿尔普就是其中的一位。他要一直跟踪这一神秘的研究足迹，直至它被破解。这比他作为一个天文学家拥有的声誉更为重要。它值得他牺牲吗？阿尔普的妻子，同样也是一位天文学家，她是这样来看待的：“如果你错了，那么不会有什么关系；但如果你是对的，那么它会相当的重要。”
第二个，是什么：阿尔普发现现代宇宙学的一个概念具有重大的缺陷。这个概念就是红移，它被认为是一种多普勒频移——速度的一种测量方式，其他什么也不是。阿尔普证实红移的一大组成部分是其固有的（星系的一个固定成分或者类星体本身），而与速度无关。为了能够理解为什么一个固有的红移是对主流天文学的一种威胁，我们需要回顾一下当前已有的宇宙学理论。
现代宇宙学系列理论
从现代宇宙学的角度来看，迄今只发生了一件重大的事。大约在120亿年或者150亿年前，所有黑洞的老祖宗发生了爆炸，然后创造了宇宙。在此之后发生的所有事情，都是它的放射尘、余震以及爆炸的碎片。能量的原初爆炸创造了宇宙，宇宙从此逐步发展至今。但宇宙大爆炸理论是我们不能通过望远镜来观察得知的，它只是一种假设。
实际上，宇宙大爆炸是一系列宇宙理论中的一个部分。这一系列的宇宙理论的每一种理论都是互相联系的。宇宙大爆炸理论是用来解释我们这个不断膨胀的宇宙是怎么开始膨胀的。宇宙膨胀又是用来回答：“为什么所有的星系都在不断的远离彼此？”星系的这一运动又是多普勒解释红移的延伸产物，他假设红移就是当发光体不断远离观察者时出现的现象。红移是用来测量一个远距离的发光体发出的光线在光谱中向红色的一端移动了多少。这一系列理论的一个核心是不断增加的红移和发光体不断减少的亮度之间的相互关系。因此，一个星体的光越是微弱（可以推测它越来越远），它移动得就越快。据此我们可以得知，这一系列理论的基础是将红移看作测量速度的一种方式，也仅仅只是测量速度的一种方式。
对于天文学家来说，“红移是测量速度的一种方式”是一个非常方便的假设。把它与亮度的减弱程度相结合，他们发明了一种测量标准，可以用来界定距离的长短。高红移意味着很远，低红移意味着很近。这很管用，因为多达上百万的星系离我们实在太远，根本没有另外的办法可以用来测量它们的距离。但是，这个假设的第二个部分：“只是测量速度的一种方式”则被忽视了。
20世纪的绝大多数宇宙学都是基于这一系列的理论。如果这个系列中的任何一个部分是错的，那么整个系列都是错的，我们又得从头来过。成千上万的天文学论文、教材、杂志、博士论文、网页和论著都会在一夜之间全部作废。就是这一潜在的威胁使得大多数天文学家不敢去质疑这一系列的理论。
但是霍尔顿·阿尔普却发现了这一系列理论中的一个漏洞。
系列被打破
20世纪60年代，科学家发现了类星体。一部分类星体是我们早就知道的，但是没有被特别关注过。它们被认为是银河系里一些具有奇怪特征的星体，比如它们蓝紫色的颜色，以及它们的强射线。在测量了它们的红移之后，我们发现它们的红移比离我们最远的星体还要高得多。
这太令人震惊了！如此高的红移只有当这些类星体处于银河系之外才有可能。如果这是真的，那么它们得该有多亮？天文学家汤姆·范·弗兰德恩（Tom Van Flandern）向我们描述了天文学家们所面临的问题：“一定存在着一种我们所不知道的能量系统，它产生了具有这样高亮度的星体，使得它们在距我们那么遥远的地方都还如此明亮。它们每年所发出的能量相当于数以千计的超新星。”我们已知的能量系统没有符合这一条件的。
如果类星体距离我们近一些，那么还有解释的可能。但是红移的衡量标准是不能调整的，因此我们只能按照这一系列的理论来假设类星体的距离。
当时，阿尔普正在从事一项可以让他名声大噪的研究项目。他试图建立一个特殊星体的图片索引，就是宇宙中那些看起来不像其他大多数星体的奇怪物体。他把它们都以目录的方式列举出来：具有一个消失的或者额外的手臂的星系；多重互扰星系；具有外部亮核的星系；干扰星系等等。这就是为什么他是第一个注意到许多最新发现的高红移的类星体都距离目录中第100到第163号的星系非常的近。这些星系是赛弗特星系(2)（又称为活动星系）和星暴星系。
阿尔普发现大多数的这些类星体都成双成对地出现，或者排成一条直线、或者形成一个弧度，它们的附近都会有一个低红移的赛弗特星系。大多数情况下，这些赛弗特星系都是固定的，因此它周围的类星体看上去就好像是从它的旋转轴的两端射出去的一样。赛弗特星系的X射线和无线电波都正对着排成一条线的类星体放射着，经常还包围着它们。如果这些类星体离赛弗特星系有半个宇宙那么远，那么这样的现象怎么可能产生呢？
图20.3. M106（也称为NGC 4258）是一个非常壮观的赛弗特星系，在它的活动核的两侧都有看起来像是类星体的物质。(www.xing528.com)
如果一两个类星体，或者，甚至是一打类星体靠近普通的星系是一种巧合。但是赛弗特星系是非常罕见的，与普通星系区别非常大。它们都拥有非常亮的光核。通常情况下，它们都具有由一对巨大的无线电波和X射线组成的悬臂，这个悬臂向外伸展的方向就是类星体们所处的方向。其中的一些，比如说M82，完全是混乱的、爆炸的，分裂的。另一些，比如M87和人马座A（CenA）向外喷射的范围是数千光年。在这些特殊的喷射体的尽头，就是类星体们。
这意味着什么呢？这意味着类星体既不是恒星，也不是超高光星核。阿尔普解释道：“天文学家们用一个错误的观点来取代另一个错误的观点。当我们恢复它们合理的距离时，它们与喷射出它们的星系一起，比恒星亮，但是比大多数星系黯淡。”阿尔普把这些类星体看做是新产生的物质，它们最终会成长为一个完全的星系。
因此，阿尔普的发现是类星体和赛弗特星系其实是一体的。虽然它们拥有不一样的红移，但它们与地球的距离是一样的。这就意味着“红移等同于距离”的这一标准是错误的。如果这一标准是错的，那么基于它而提出的一系列的理论都是错的，这包括宇宙大爆炸和宇宙膨胀说。那么是时候寻找形成这些类星体红移的其他原因了。也是时候清扫由于这一错误的标准而造成的我们对宇宙的曲解了。
当阿尔普发现这些类星体家族与红移标准不相符合后，他转而研究其他一些根据红移标准而确定了距离的星体。他发现其他星系和星系群的距离也是错误的，它们在具体的量子跃迁上不符合红移标准。即使是我们银河系内部的恒星们都显示出了小的无速度的红移。
这些发现会怎样影响我们现在所假设的宇宙？宇宙大爆炸理论预测了宇宙产生时它的形状和大小，预测了随之产生的星系，预测了宇宙的终结。所有的这些设想在阿尔普的宇宙里都会发生改变。
让我们来对比一下这两个不同的宇宙吧。
霍尔顿·阿尔普的宇宙
在阿尔普的宇宙学里，红移更多的意味着年龄，而不是速度。
红移越高，星系或者类星体就越年轻。红移并不是特别高的星系与银河系的年龄差不多大。有七个蓝移的星系（在几百万的星系中），它们的年龄比银河系更大。其中六个蓝移星系都处于室女座星系团中，第七个是M31（又被称为仙女座大星云），它是离我们最近的邻居，也是本星系群(3)的二十到三十个星系中的主导星系。
1、宇宙是怎么产生的？根据宇宙大爆炸理论，宇宙是在120亿年至150亿年前通过爆炸从无到有的。在阿尔普的宇宙中，同样的时间点指向的是不同的事件：120亿年至150亿年前，“诞生”或者被喷射出的是银河系。
在阿尔普的宇宙中，M31是我们银河系的父母星系，120亿年至150亿年前，M31是一个活动星系，而银河系是M31的喷射流上的一个等离子结。不像人马座A的倾斜的喷射流（见插图21.4），M31的喷射流与旋转轴在同一条直线上。我们为什么知道这些？M31今天已经不再活动了——它已经没有喷射流了。但是我们可以根据M31的家族——我们自己的银河系星群来推测M31喷射流的方在最近的一个专题讨论会上，我问阿尔普当银河系变老之后会发生什么。他回答道：“我们现在还没有足够多的信息可以知道银河系变老之后会发生什么。也许它们耗尽了能量，然后渐渐的消失了。”
图20.4. 可见光中的人马座A星系和它在X射线中的喷射流（NASA/CXC/ SAO提供X射线图；URA/NOAO/NSF提供可见光图）。
向。几十亿年之后，这个家族仍然令人惊奇的排成一条直线。
银河系同样也是父母星系。在南半球肉眼都能看见的大小麦哲伦星云，就是它的两个后代。
图20.5. 钱德拉X射线太空望远镜观测到的NGC5548中心的一个蓝移星云，完全忽视了就在其附近的一个高红移星系群。
2、宇宙有多大？根据宇宙大爆炸理论，宇宙是一个半径为三百亿光年的球体。在阿尔普的宇宙中，我们并不知道现在这个宇宙的具体形状和大小，也不知道几百亿年前的宇宙的形状和大小。我们所能知道的是它向各个方向拉伸，远远超出了我们的视野。它也比我们所知的年龄更大，也许是无穷的和永恒的。但是对我们从望远镜中所能看到的这一部分宇宙来说，高红移的星体比红移标准告诉我们的离我们更近。
许多现代天文学概念，比如弯曲时空，只不过是用来弥补从一个错误的规则出发所导致的测量宇宙时的失真。阿尔普是这样来形容的：宇宙是“平的和欧几里得的。让不和逻辑的弯曲空间成为过去时吧，它让许多人不敢想象（更不用说弯曲时间了）；让假设的宇宙奇点（黑洞）成为过去时吧，它让物理学走投无路；同样的，让那种认为宇宙是由超过百分之九十的不可见物体构成的观点也成为过去时吧。”
3、星系是怎么形成的呢？根据宇宙大爆炸理论，最初的大爆炸所产生的碎片在万有引力的作用下结合起来，形成了星系。在阿尔普的宇宙中，活动星系喷射出新的物质，这些物质就是高红移的类星体。这些类星体在平行跃迁中不断地获得质量、减弱红移，最后成为成熟的星系。我们今天可以目睹这一过程的发生。当然，新闻媒体不会在十一点的新闻里提到阿尔普的理论，但是如果你知道你该寻找些什么，你就能自己发现。黑洞不存在一个标准的尺寸——它们甚至根本不存在。阿尔普解释道：“黑洞，理论是将所有的事物吸进去，但是它只是对活动星系内核的一个可怜的解释，实际上所有的事物是在不断地向外延伸。”
4、宇宙会怎样终结？根据宇宙大爆炸理论，有三种可能：它也许会一直膨胀下去；它也许会膨胀到一种平衡状态，然后永远固定下去；或者膨胀也许会停止，然后所有的星系崩溃，最终回到一个黑洞里。所有的这些推测都不适用于阿尔普的宇宙。如果宇宙有一天会终结的话，我们真的不知道它会是怎样的。这是一个开放的问题，一个难解的谜题，留给未来的探索者们去解决吧。
5、当我们抛开错误的红移标准之后，一副全新的宇宙图景会呈现在我们面前。整个我们熟悉的天空变成了两个巨大的螺旋形超星系团。我们的本星系群处于它们之间，可能沿着最亮的超星系团的悬臂。我们天空中的一部分超星系团以室女座星系群为中心，另一部分以天炉座星系群为中心。螺旋套着螺旋。星系套着星系。谁知道在此之外又有什么等待着我们去发现呢？霍尔顿·阿尔普这样暗示我们：“有可能是非常巨大的东西。”
图20.6. M87和它的喷射流（梅林提供图片）。
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