我们从何而来？
宇宙如何开始？
为什么宇宙是今日的风貌？
早安
欢迎来到甘菲尔与基斯学院 也就是常说的基斯学院
基斯学院于1348年
由艾德门甘菲尔所创立
我们要去哪里？
我们现在所看到的画像
可能是我们
最著名的基斯人
举世闻名的
宇宙学家：史蒂芬霍金教授
和他的前辈
艾萨克牛顿一样
也是学校的卢卡辛数学教授
他究的专门领域
则是黑洞与宇宙史
在全球卖出八百多万册的大作
“时间简史”中
表现的穟漓尽致
终其一生，我都着迷于
人类所面对的重大问题
并试图寻找科学上的解释
或许，这就是为什么…
我卖出关于物理学的书
比玛丹娜关于性的书还要多
这是霍金教授
在居留学校期间
使用的究室
用于个别指导，会谈
或任何他所需要的私人工作
这其实是他的私人房间
里面有他的书
还有他的画像与照片
在念大学时
他罹患遗传性的运动神经疾病
他利用轮椅上的电子发声器
把声音传送出来
我希望你观赏愉快，再见
如果你像我一样看着星星
并尝试弄明白所见到的一切
你也会开始去怀疑 宇宙是怎么存在的
这些问题似乎清楚又简单
但答案似乎往往远在天边 直到现在
斯蒂芬.霍金的世界
几千年来
我们对宇宙的看法改变的很少
从伽利略到爱因斯坦
过去四百年来
科学家的发现
大大增进了我们的理解
并革新了
我们的思维方式
过去几十年
进一步的突破
让我们比过往
更接近了宇宙的奥秘
这些戏剧化的科学发现
所揭露的宇宙
充斥着
不可思议的观念
与令人惊奇的图像
大爆炸，黑洞
不可见的物质或黑暗物质
还有一个颇具可能的大收缩
我们如何获致
这种刻划的故事
就是如何学习去了解
我们的亲眼所见
《看得见的真相》
八十年前
一位年轻的天文学家
透过加州威尔逊山
天文台的百寸望远镜
探索深邃的宇宙
艾德温哈伯所看到的
彻底改变了我们对自身
在宇宙中地位的看法
感谢哈伯的贡献
现在知道在可见宇宙的范围内
有大约一千亿昮颗恒星
那可是很多很多
靠着最近的发现
我们知道了长期相信
但苦无证据的东西
那就是许多恒星都有行星
所以在可见宇宙中
有无数昮颗行星
借着纪念哈伯的太空望远镜
我们比以往看进
更深邃的宇宙
看得越多
我们在宇宙中的地位
似乎就越显平凡
宇宙中三分之二的恒星跟行星
以及可能的生命型态
要比我们老上
几十亿年
如果要问
在生命的历史中 几十亿年意谓着什么
我必须告诉你
十亿年前
地球上最高等的生命型态是虫
三十亿年前，地球上 最高等的生命型态是细菌
所以我们必须扪心自问
如此以本身成就为傲的我们
我们在宇宙生命的观点下 到底处于何种位置
如果大多数的生命
真的存在
他们之于我们的关系
就像我们在地球上之于虫一样
这并不意谓一种贬抑
而只是建议
人类最伟大的经验尚未到来
今日对了解宇宙的科学究
实际上开始于大约三千年前
在此之前 人们的思想
立基于神话与传说
他们看到星星
并对天空与天体感到惊叹
但是他们实在摸不着头绪
不过就是他们肉眼所见罢了
他们认为他们所认识的一切 都来自于水
水显然是非常重要的物质
所以他们挡予水
一种宇宙的意义
他们认为天体是由许多洞组成
这些洞代表了星星
在它们之后则有神圣的火焰
但接下来希腊哲学家
像是萨摩思岛的毕达哥拉斯
他们认为，他们必须
以一种全新的方式来看待宇宙
找出一种更为精确的方法
来表达他们对宇宙的看法
这方法最终戏剧化地
转向数学
利用数学
希腊人开始质疑古老的信念
证明地球并非平面
希腊哲学家伊拉塔赛纳斯
设计了一项实验
科学方法于焉诞生
他认为在扁平的地球上
相同的物体
会有相同的影子
因此在一天中的同一时间
于相隔甚远的两地
他把这个想法付诸实行
他用以发现的方法非常完美
利用两根竿子
他注意到来自太阳的光线
在两根竿子下
造成不等的阴影
既然棍子投射长度不同的阴影
地表必然是弯曲的
由阴影的角度
伊拉塔赛纳斯估算了
地球的周长就两万五千英里来说
他差了不到一百英里
数学揭露了宇宙的真相
就像我们今天所知
地球不是平的，它是园的
今日的科学家依然依赖数学
爱因斯坦的重力方程式
预测了所谓的黑洞
黑洞是太空中的裂缝
吞噬一切靠近的东西
它变得非常紧密，质量巨大
遇上其他东西的时
它就能吞掉更多的物质
它成为所有事物的终结者
但数学上完美的理论
并非总是为观察所支持
早期天文学中
古希腊人发现
天体比他们最初设想的不完美
仔细地观看天空
他们察觉到星星
以一种 与他们的逻辑相违的方式来运动
如果你每天晚上出去
仔细地看着南方
在两到三天之后，你再观察一下
你会看到五颗星星
有时像是从西边往东边移动
然后保持静止
再开始由东往西移动
相对于天空中其他不动的星星
这是相当不寻常的事
他们给这些流浪的星星 取了名字：
行星
他们所看到的
是最靠近的五颗行星
希腊人确信
行星必须在
完美园形轨道上
做完美的园周运动
但这跟他们的观察不合
天文学家托勒密终于找出方法
来解释他们的观察
他在园形的行星轨道上
加上一个小园
并将其置于
恒星所在的大球内
地球位在其中
当时是耶稣死后的一个世纪
新形成的基督教会教导说
我们所在的地球
是上帝所创造的万物中心
教会的宇宙论
是创世纪宇宙观
跟创世纪所描绘的事物 有相同观念的
就不会有问题
对那些能够了解
托勒密数学模型的人来说
这是一个以满足任何精确性
来预测行星位置的模型
换个角度来看
没有任何地方抵触创世纪
三，二，一，零…发射
今天，圣经中的主张
被发射进入太空的
实验测试
寇比(COBE)卫星
能够探测遥远的太空
并且回溯时间之流
去探究宇宙早期的风貌
如果你信教
这就像是
观看上帝的手稿一般
他写下了他将如何创造宇宙 也就是宇宙的正确生成
就像从你现在阅读的字里行间 你会知道如何创造宇宙
近年来科技的进步
使我们有能力测试
有关宇宙的理论
但在这种详细观察证据
出现之前
根据科学检验的结果
来相信任何理论
跟依照信仰或信奉来做
没有什么差别
托勒密的宇宙模型
所向无敌近
一千五百年
一直为教会所支持
而教会又是
当时的知识宝库
主接受了我们的奉献
让我们的奉献
为我们带来圣洁与救赎
但是到了十六世纪
天主教学者必须面对
天空日益增加的正确观察
博识的教士
放弃教会的说法
不过是时间问题而已
哥白尼是个虔诚的信徒
他不仅是个天主教徒而已
身为教堂参事会员的他
在教堂实际拥有办公室
他对托勒密天文学
景仰不已
哥白尼想要在
没有托勒密的黇正之下
回到一个行星
正园形运动
的简单概念
他发现以太阳取代地球
作为宇宙的中心
行星轨道
几乎可达到理想
这是宇宙论革命性的一刻
哥白尼实际上
改写了延续几百年的宇宙模型
他开启一段无法回头的过程
把我们从宇宙的中心降级为
几百万个银河系中的
一个边陲
现在，另一方面
有证据显示
我们并不重要
构成我们的物质
只占宇宙极小一部份
百分之九十以上的宇宙
是我们甚至看不到的东西：黑暗物质
这多少给了人类一点启发
知道地球不是太阳系的中心
我们甚至不是
由宇宙的一般物质所构成
因为宇宙大部分
都是黑暗物质
教会在十六世纪时确信
上帝把人和地球
放在宇宙的中枢
哥白尼
行星以正园
绕日的想法
与观察并不十分相符
所以托勒密的地球中心说
似乎较为可取
哥白尼死于1543年
大约六十年之后
德国天文学家克卜勒
提供太阳中心说的铁证
发现了一种新方法
来解释行星的运动
他打破了两千年来
哲学与天文学传统
克卜勒得到的结论
是非园形运动
他理解到，行星事实上
是以椭园轨道来运行
克卜勒系统最伟大之处
在于可以蚀的明确曲线来做到
哥白尼所做的一切事情
这真是项惊人的成就
教会起初没看出后果
但是当意大利科学家
伽利略 出版了哥白尼的想法
让众人皆知时
梵蒂冈采取了激烈手段
来压迫他对思想自由的信念
我们现在位于 伊尔朱立罗庄园的顶楼
这里是伽利略
余生被监禁的所在
在与世隔离中
伽利略完成
在他被软禁之前
就开始的
关于运动定律的工作
他所解决的问题之一
是地球为何似乎是静止的
它运动时
我们就随之运动
我们根本就骑在它的表面上
但是他无法解释
我们为何不会飞出去
伽利略努力于运动定律时
所遇到的阻碍
注定让教会的宇宙观
成为无稽
在1609年底
他听说市场里
有一种有趣的东西
是一根镶有玻璃片的管子
可以做出一些有趣的事情
这件仪器来自荷兰
被当成玩具出售
而伽利略将它从玩具
变成为一种仪器
他开始利用望远镜 放大的力量
来观察天体
这是他一生中
重大的一步
也是现代宇宙学历史的一大步
望远镜转变了可见之物
伽利略开始着迷于遥远的行星
比如木星
根据教会的说法
他的望远镜所应揭示的
是所有星球绕行地球的宇宙
一个完美的园形天体系统
但事情并不是如此
月亮并不像大家以为的 那么亮或园
而像地球一样
有高山与谷地
后来他开始看其他的星球
观察水星与火星
但最终，他却被木星所吸引
从1610年一月开始
他仔细地观察木星
他的笔记让人动容
日记里说：
我今天发现了 一个有趣的东西
我没记错的话
是一月七号
它好像绕着
木星运动
隔天日落时分
他马上向望远镜报到
不能相信他所见到的景像
他做了素描
几天之后他发现
他所谓的月亮
有四个
它们是卫星
绕着木星
做规律的周期运动
任何绕行木星的东西
不可能绕行地球
教会的宇宙模型
再也说不通了
这个观察决定性地
使伽利略深信不疑
他着手发表说明
不能再信托勒密的那一套了
圣经多次提到的太阳位置
还有太阳绕地球的说法
都再也站不住脚了
伽利略栽进了跟当权派的战斗
哥白尼的书被禁
并被送去黇正
伽利略被召去罗马
宗教裁判所
他最终被判决有罪
伽利略收回了他的主张
不想面对教会的怒火
及被判被火烧死的可能
他被判处了终身监禁
这是科学与宗教间
冲突的发轫
也是科学与神学对立的开始
这些冲突在现代
又有许多插曲
今日任何人
在使用望远镜时
都能感到伽利略
所有的惊奇
现在能看到 如此遥远的
恒星与银河系
来自它们的光线
要花上几十亿年越过太空
我们见到的是过去
是星体在许多年以前的样子
观察是神秘的
观察的行动让我
跟宇宙其余部分产生关联
我常常在想
如果有人在看过去的我
他们的望远镜
是否比我的大
今日的望远镜
得力于牛顿所引进的改革
牛顿生于1642年
伽利略去世的那年
我觉得我和牛顿
与伽利略 都有一种关联
我现在在剑里大学
享有牛顿一度拥有的教授职位
我在伽利略死后
三百年那天出生
1660年
没有正式学历的牛顿
离开乌斯索普的家
前往剑里大学
在偶然之下
他开始读了几本数学的书
六个月之后
他对数学
做出了重大贡献
十八个月后
他成为当时最伟大的数学家
这实在使人难以置信
他由几本书蹒跚自黇
一切成果就此而出
牛顿对伽利略
望远镜的改良
证明了他不只是个理论派
借由加入一片内镜
他让望远镜威力倍增
这支望远镜的新闻传遍了欧洲…
这让他得享盛名
后来事实证明
这具望远镜的设计
是究天体的仪器中最棒的
他使天文学向前进了一大步
黑死病迫使他回到
位于乌斯索普的家时
牛顿已在剑里待了几年
他离开剑里
正开始思考运动定律
以及物体如何移动的问题
他认为物体
如果不受外力
基本上会呈直线运动
他开始想到 各种可能发挥作用的力
最明显的是
重力的牵引
将物体向地球拉的力
一种广为流传的传说
认为牛顿看到苹果
从树上坠落
因而发现了重力
我想这个说法也可能是真的
他的确是在
看到苹果坠落后
开始去思考这些事情
但是我可以绝对确定的是
他在黑死病的那段时间
并没有完整的万有引力理论
整体成果是在很久之后才完成
他的重力概念非常重要
他将其称为万有引力
这个概念指出
宇宙中每个物体
都把对方拉向自身
地球的质量比苹果大上太多
所以，地球移向苹果的运动
轻微到看不出来的程度
苹果的运动
则比地球明显许多
苹果所代表的重要性
在于它所象征的观念
在地球上起作用的自然律
同样在整个宇宙运作
牛顿把他的重力理论
转向天体
想看看克卜勒的构想
是否与他不谋而合
他把伽利略的运动定律
跟自己的重力方程式结合
他看出两者结合在一起后
就可以完全解释
月球绕地球的路线
这给了牛顿足够的灵感
伽利略的方法不但适用于苹果
还同样适用于行星
而且基本上适用于全宇宙
最后甚至说服了教会
牛顿抹去了 古老托勒密学说的最后遗迹
他认为重力
控制了整个宇宙
使我们得以站在
移动的地球上
而且重力让宇宙中
所有的星星保持运动
牛顿的宇宙
会一直流传下去
他对宇宙做出数学叙述
而且显然说得通
他的鉅着
“原理”说得好
他将他的理论视为
自然哲学的数学原理
根据牛顿的理论
宇宙的运转就像钟表般
运行不休
我想人们
被这种想法所安慰
尽管人会老死
宇宙是却永恒而且不变的
牛顿启发了
贵族天文学家时代
我是威廉布兰登
第七代罗赛伯爵
第三代伯爵的玄孙
他也叫威廉
他的伟大成就是建造了
直径六尺宽的大望远镜
或如众人所说
是帕森镇的巨兽
直到今日
它仍是世界上 最大与倍率最高的望远镜
1850年
第三代伯爵
在爱尔兰
都伯林外的沼泽地
建造了他的望远镜
他在这里制造所需的一切
在护城河底
建了一座工厂
以当地沼泽的泥炭 作为主要卡料
他在那里制造了
望远镜
我的名字是狄亚哥
我参与了伦敦大学的 光学设计
我们打算为这座望远镜
做个新镜片
帕森镇的巨兽
依照牛顿望远镜的相同原理
将来自宇宙的影像
集中在一面凹面镜上
在牛顿的望远镜里
这面镜片有五寸宽
两百年后第三代伯爵
做了一个直径
大到六尺的镜片
以伽利略或牛顿的望远镜
只能看到太阳系
我是指月亮，太阳，各行星
其他几乎乏善可陈
这里看到的是
一张六尺宽望远镜的底片
观测者的位置
是在这里
当然要记得这是座反射望远镜
所以观测者要在顶端的位置
才能穿过镜身的长度
看到底下六尺巨大镜片
所反射的影像
我无意间在你的图书馆
发现了这本书
这是皇家学会
1850年的纪录
里面有第三代伯爵
美丽的素描
漩涡星系
有史以来 首度观测到漩涡星系
望远镜观察到
一直被认为是气体云
的新细节
然而当时的观测者
并不知道他们正穿过
这个银河 数以百万计的恒星
去看到其他同样
浩瀚星系的恒星
同时
科学家开始了解到 宇宙的奥秘
就隐藏在光线里
解秘的技术
很快就被发展出来
那就是所谓的光谱学
光谱学是对光的分析
星光，阳光
或一般光线所带来的资讯
非常惊人，非常庞大
光谱学约在1814年…
由一位名为冯佛胡佛
的德国光学物理学家提出
他是一名光学制造者
他的公司
替天文学家制造镜片
他非常有条理
纪录了他做的所有事情
我们有幸得到
他对这项伟大发现的亲笔记载
在一个隔绝光线的房间
阳光穿过百叶窗上的狭缝
投射在三棱镜上
以望远镜看来
透过光谱
可见无数强弱不等直立的线条
都比光谱上其余彩色影像要暗
有些似乎几近于全黑
他无法解释
这些线条的起源
只是看到部分光谱不见了
藏在这些暗线之后
是宇宙化学结构惊人的新资讯
光由原子内产生的
光是由原子内
每次电子上下的跃动所产生
以一种特殊的频率
来放射或吸收光线
化学元素
各有特殊的反应
电子则在
特殊的区域跃动
元素在光谱上谱线的位置
有赖于这些区域而定
如果光谱上的线条
出现在这里
你可以说这是氢
但线条如果在这里
那就不是氢而是钠
所以在太阳光的光谱上
是有许多在实验室中
可以确认的
化学元素的指纹
因为由同样的仪器
我们可以取得一盏灯的光谱
好比说铁丝的弧光灯
我们可在实验室
制作出同样的谱线
比对阳光中谱线的分布
与在实验室
灯的谱线分布
二者完全相符
利用光谱学
确定太阳的化学成分
跟宇宙中任何恒星的成分相同
我们的太阳
与太阳系本身
不过是其他无数星体中的一粟
或许我们在宇宙中
并没什么特别的地方
恒星的化学性质
与太阳大同小异
所以太阳就是恒星
或说恒星就是太阳
这是一项重大的革命
就像哥白尼的革命
放弃了地球
是宇宙中心的想法
你会说
地球不是宇宙中心
至少太阳是太阳系的中心
这是科学上的重大进展
现在
我们有另一项主要的革命
我们说我们没什么特别
因为我们的身体
我们的化学成分
我们的血液，我们的骨头 我们的皮肤
都是由氢，氮 氧，与钠及其他元素等所构成
我们在星云，在恒星，在宇宙中
发现氢与氧
所以化学成分是一样的
所以没什么好特别的
如果人跟行星 共享相同化学成分
或许宇宙中万物
有同样的起源
关于我们共同起源的线索
来自奥地利科学家
都卜勒对光的
另一项发现
都卜勒位移或许 是天文物理学上
或说是宇宙学里
最有力的工具之一
它可说是我们的速率计
是我们用来测量
宇宙万物
速度的计量器
都卜勒建议说
当一个发出光线的物体
向我们靠近或远离
它所发出的光线会有所不同
我们在日常生活中
无法观察到
是因为光的运动太快
但是我们在声音上
能经验到相同的结果
音源带动声波时
改变了它们的型态
在声音接近时被压缩
在声音远离时拉长
音调的变化是听得出来的
这就是都卜勒位移
借由分析星光…
科学家发现都卜勒位移
在光谱上的作用
如果光源在接近
冯佛胡佛谱线
会往光谱的蓝端移动
这是蓝位移
如果光源在后退
这些谱线会往光谱的红端移动
这是红位移
星光这种奇异的模式
替宇宙学的新时代带来曙光
不仅有可能回答宇宙由何构成
还可以解答它的运动
这项突破源自
对来自宇宙深处光线的分析
从美国的高倍率
望远镜观测
可以揭露宇宙
从未被观察到的细节
每个人都知道银河是什么
就是包含太阳在内的
几十亿颗恒星的大集合
但没有人知道这些星云的小点
那些看来像螺旋
或煎饼状等
的东西是什么
有些人以为银河就是整个宇宙
那些小螺旋
就是宇宙内一缕缕的气体
在威尔逊山上工作的人之中
最有名的就是艾德温哈伯…
他在相当年轻时
就来到此地
就在他自一次大战退役之后
而且哈伯有一种卓越的特质
他有种掌握关键的窍门
利用新款的百寸望远镜
哈伯观察着遥远太空中
第三代罗斯伯爵威廉帕森
在爱尔兰所第一次确认
的星云体
威尔逊山上非凡清澈的大气状况
是美洲大陆最佳之处
他可以在所谓的气体星云中
区分出个别的星体
得知不是我们银河中的气体
而是独立的星系
每个都包含亿万颗恒星
而真实的宇宙内
布满了无数的岛宇宙
每个都和我们的银河一样
他所测量的距离
让当时的天文学家大感震惊
他发现离我们最近的银河系
仙女座星系
至少在一百万光年以外
而一光年则是六昮英里
那是很长很长的距离
远在我们银河系的边缘之外
这项发现
让我们第一次知道 我们的宇宙是如何的浩瀚
哈伯的一位同事施立佛
开始用都卜勒的理论来分析光
他所能看到的所有星系
都有红位移
它们往较长波的方向移动
这当然意谓着
相对于我们来说，它们在远离
当施立佛提出这项报告时
大家都起立欢呼
他们不知道
它意谓着什么
但感觉到
这是重要的宇宙现象
施立佛并不知道 有一位不知名的
德国物理学家
正努力于提出理论上的解释
对一位专利局的职员来说
这是项非凡的工作
他不像有学术前途的样子
但他将提出一种
对宇宙的革命性观点
将空间与时间
当作同一回事
他就是亚伯爱因斯坦
他被迫去学一堆
非常复杂的数学
在1915年
这套理论终于诞生了
1915年
爱因斯坦发表的 广义相对论
推翻了牛顿的重力理论
在爱因斯坦的理论中
物体并不直接彼此吸引
它们在时空中造成凹陷或萫曲
一个物体经过另一个旁边
路径就会受到
萫曲而偏向
于是就像被它所吸引
而且方程式还有进一步的含意
要了解广义相对论
必须知道
不可能有一群物质
譬如说是星云或星系
全部彼此相对保持静止
还期望它们会待在那里
它们不会如此
它们会在相互接近中碰撞
这意谓着在广义相对论中
不可能有一个静态的宇宙模型
这个模型里 宇宙不是膨胀
就是收缩
必须是动态
而不可能是静态
即便是爱因斯坦
起初也拒绝他的理论的隐含
并调整数学
来规避它们
但他无法避免
其他科学家 看出了这种可能
天文学家看到
施立佛对星系移动的发现
以及对宇宙扩张的预测
说这是一体两面，彼此相合
凭着他掌握关键的
非凡特质
哈伯把注意力转到这个问题上
他自问
要如何来检验
他着手测量
所谓的红位移
也就是星系远离我们的速度
哈伯开始用光谱学有系统地
分析来自数千星系
的光谱
结果令人震惊
他发现了今日所称的
哈伯定律
特殊处在于红位移
或后退的速度
与距离成比例
如果某距离外的星系
以某种速度远离你
两倍距离外的星系
保证会以两倍的速度离你远去
哈伯实际上改变了宇宙的图像
因为托勒密的图像是静态的
牛顿的宇宙图像亦是如此
但哈伯证明宇宙是动态的
所有东西都在远离彼此
虽然不是全部
但大多数的希腊天文学家认为 地球是宇宙的中心
哥白尼证明事实并非如此
他认为太阳是宇宙的中心
后来的天文学家证明
太阳不是宇宙中心
许多人认为我们银河系的中心 是宇宙的中心
哈伯证明
并没有所谓的中心
这是科学上，神学上
与哲学上的重大成就
他证明
望远镜所能看到的宇宙
遍布无数的岛宇宙
而且它们没有任何差别
没有中心这回事
他的发现有还第二个隐含
可以想像彼此相互远离
扩张的星系来解释它
就像电影一格格的图像
现在来倒带
所有的星云在时光中逆行
变得越来越靠近
最后变成一个点
这是粗略的说法 因为并没有那个点
宇宙并没有中心
它们全都会合到
一个无限稠密
又无限绵延的时刻
我们无法越过
这种无尽的稠密
所以那一点
标示了宇宙的诞生
我们能看到所有的一切
所有恒星，所有行星
所有地球上与宇宙中的生物
都有赖于那一刻的创生
可以把它叫作大爆炸
也可以正确地
叫它为创世纪
今天以哈伯命名的太空望远镜
让我们从来自宇宙 最遥远的角落
得到这些真实的照片
证实了
眼见确实为凭
坐在我们这个宇宙的中心
我们发现我们绕行着 一个体积中等的太阳
它不过是我们本身银河系
亿万颗恒星中的一个
我们的银河系
不过是浩瀚与膨胀的宇宙中
亿万星系的其中之一
但就历史久远的究来说 结束还在未尽之期
在对于我们身处的宇宙
有一个完整的图像之前
还有许多重大的问题
有待解答