杞人忧天不该问的问题：宇宙膨胀因素分析

“杞人忧天”这个成语常用来讽刺愚人忧患那些不必要担心的事情，问不该问的问题。但其实这位被大家公认的“愚人”却点到了宇宙中最深奥的谜——万有引力为什么没有让天崩塌下来呢？牛顿认为在我们无限大、物质分布均匀、静态的宇宙中，引力在每一点都互相抵消，也没有任何一个特别点能成为崩塌的中心，而“解决”了这个问题。但是这个想法是有缺点的：万有引力只要出现些许小小的微扰就会使物体往密度比较高的地方累积，最终造成崩塌的结果。此外，如果我们活在无限大、物质分布均匀静态的宇宙里，那夜晚的天空为什么是黑暗而不是光亮的呢？

相对于某个距离的恒星，两倍远的恒星的亮度便会弱了四倍，但是同样体角内两倍远的面积却大了四倍，这四倍多的恒星产生的光加起来会跟之前是一样的亮。无限大、静态的宇宙里，无论往哪一个位置张望都应该见到星体，夜空将会是由全体星光照耀如昼的天空。这就是“奥博斯悖论”（Olbers' Paradox），由德国天文学家奥博斯（H. W. Olbers，1758—1840）于1823年提出（虽然他并不是最先探讨这个议题的人）。

爱因斯坦开始时也是静态宇宙的信徒，可能是受到斯宾诺莎（B. de Spinoza，1632—1677）哲学的影响，“上帝和自然界是同一件事的两个方面”，而认为宇宙一如上帝是不变的。可是爱因斯坦原来的引力方程并没有物质分布均匀的静态宇宙的解。一旦得知哈勃-赫马森（Hubble-Humason）1931年从光谱的红移测出宇宙在膨胀，爱因斯坦便宣称他1917年在方程里增加了“宇宙常数”是他“一生中最大的失误”。之前，爱因斯坦是利用增加的正宇宙常数项产生的负压力来平衡物质分布的引力，才可得到静态宇宙的解。

20世纪90年代珀尔马特、施密特和里斯（Perlmutter-Schmidt-Riess）发现宇宙膨胀不但没有放缓，实际上还在加快，并因此于2011年获得诺贝尔物理学奖。使宇宙加快膨胀的最简单因素就是正号的宇宙常数，即爱因斯坦所说的“失误”。能对“奥博斯悖论”给予解释的两个因子，就是宇宙的年龄是有限的和光谱因宇宙膨胀而产生的红移，而后者是最重要的效应。(www.xing528.com)

早期宇宙遗留下来的热辐射因为宇宙膨胀的缘故而红移到微波的波长，成为今天宇宙中无所不在的2.7K宇宙背景辐射。宇宙的膨胀也限制了可观测宇宙的大小，在此范围之外的光是到不了我们所在之处的，因此没有阳光的夜空是暗的，让我们的生活平添不少诗意。目前所有的天文数据和证据都一致地揭示，我们宇宙从大爆炸以来一直在膨胀，也没有足够的物质来制止宇宙继续膨胀下去。

从内蕴时间的观点来看，膨胀的宇宙不但是自然而且是必然的，因内蕴时间就是宇宙体积的单调函数，而像哥德尔宇宙这类不符合内蕴时间演化的解，也不会产生。那么我们膨胀的宇宙是无限大的吗？简单的、分布均匀的宇宙的解包含了一个有限大，而且是在一直膨胀中又无边界的三维球面S3的宇宙。但是目前的天文观测还不能完全排除其他拓扑及无限大的宇宙的可能。“只有两样东西是无穷的——宇宙和人类的愚蠢。而对前者，我还不能完全确定。”爱因斯坦如是说。