哈勃：讓我們理解家是什么

“這個全新的、更強的儀器的最大貢獻，不是充實我們已知的、對我們生活著的宇宙的想法，而是揭開全新的、未曾想象過的現象；更有可能從深層次上改變我們對時間和空間的基本認識。”——斯比澤

哈勃望遠鏡以愛德文·哈勃的名字命名。1990年發射之后，它已經成為天文史上最重要的儀器。哈勃超深空視場是天文學家曾獲得的最深入的光學影像。

哈勃太空望遠鏡已成為世界上最流行的科學儀器。人們通過它看到的其它天體最多。科學家分享它提供的數據，同時欣賞它傳回的漂亮圖片，星群，星云，銀河。

儀器改變觀念

非人工操作的望遠鏡以科學的姿態出現，因為一般來說它是一個儀器，一個望遠鏡，而儀器開啟了科學革命。在科學領域，儀器可能引發爭議。對伽利略望遠鏡毫無用處的裁決比和伽利略爭辯當時占優勢的地球中心說的缺陷損失的更多。伽利略被康德稱為“最敏銳的思考者”，與其同時代的開普勒，以其敏銳的觀察力，曾經說過使用科學儀器，可以掃除幾個世紀自以為是，其實無知的話語。雖然開普勒是一位不曾擁有過望遠鏡的數學理論家，但他曾經專門賦詩一首慶賀伽利略的發明，他贊頌望遠鏡道：“你是管道中的君王。”

哈勃望遠鏡就是將伽利略的望遠鏡投放到開普勒的軌道中去。如果兩位科學先賢活到今天，他們不會對科學技術的復雜性印象深刻，而是對科技發現事物，挑戰古舊觀點的潛力感興趣，并且會將這些都發布在英特網上，因為科學一直以來就是為了讓知識更接近民眾。天體物理學家、登山家，斯必澤對待科學的態度也是如此。差不多是哈勃望遠鏡發射半個世紀之前的1946年，他建議將大型天體望遠鏡發射入軌道，超前于很多必須的革新產生之前——微處理器、數碼圖像、傳輸系統，以及太空往返技術。斯必澤強調這不僅可以測試和精煉已存的概念，更可以擦出全新觀點的火花。

賣出百萬美元的大項目和承諾它將改變我們對宇宙的基本概念肯定不易。但是斯比澤堅持游說議會達數年之久，并且一再保證他手下的科學家可以避免地基天文臺傳統上資金不足的狀況，完成工作。他最終勝利了，有生之年看到哈勃升天。1997年3月31日，他在位于普林斯頓的辦公室里研究哈勃傳回的數據，僅僅幾個小時之后的夜晚，斯必澤猝死于家中，享年82歲。他“一個大型太空望遠鏡將對天文學進行革命，并且它會在我有生之年發射。”的夢想成為了現實。

在此之前，太空望遠鏡確已幫助科學家測試并證實了很多業已存在的天文學理論。他們用哈勃跟蹤一連串的沖擊——每一個都比全世界的核彈頭加起來的威力強——蘇梅克列維9號彗星于1994年圓錐形碎裂進入巨型行星木星大氣上層，清晰的壯景幫助美國宇航局編制可能撞擊地球的小行星清單的政治共識。天文學家制造出撞擊圖案以展示那些不穩定，即將消亡行星噴射出的引人入勝、別具一格的行星剝落氣體之美——它持續精煉天文學描述星星怎樣發展它們色彩生涯的最后階段。他們發現了很多現在已知的200多顆行星繞其它星球運轉并且得到其中一個的光譜，獲得第一次展現太陽系外行星的大氣作品。科學家們確定黑洞的存在，它霸占著銀河系的中心，明確了黑洞和明亮煙火、恒星狀球體之間的理論聯系。

暗物質謎團

像斯比澤預言的那樣“從深層次上改變人們對時間和空間的認識”的發現出現在他去世一年之后。兩個天文學家小組用哈勃望遠鏡觀察銀河系遙遠而古老的超級新星爆炸星球，專門捕捉超級新星的本身亮度。因為光線遠距離發出的，可以用它們是否合乎“標準蠟燭”來確定宇宙擴張比例的變化。天文學家們希望找到擴張比例比遠古時候變慢的證據。這一想法源自宇宙的擴張將因為所有星系相互間引力作用的聚合而減緩——很像一個踢入空中的皮球因為地心引力而減緩速度。如果減低的比例大于一定數量，宇宙最終將停止擴張和瓦解，就像皮球掉回地面；如果小于，則宇宙注定永遠擴張。

天文學家吃驚地發現宇宙擴張完全沒有放緩，而是越來越快。此外，這個從未被正式承認過的加速已經進行了五十億年。剛開始，研究新發現的力量并不難：認真揣摩愛因斯坦E=mc^sup 2^，可以發現能量和物質是一枚硬幣的兩面，科學家能夠計算出新能量包含宇宙中百分之七十的物質和能量；困難的是對新能量的進一步解釋。

物理學家將這一未知的能量稱為暗物質/黑能量。但是就像芝加哥大學宇宙學家Rocky Kolb說的那樣：“命名不是解釋”，現在沒有人知道所謂暗物質到底是什么。

也許暗物質是空間本身固有的。物理學家長期以來認為所謂“真空能量”一定存在，因為在能量分配領域，包括能量，是在星系間滲透真空的空。當物理學家計算真空中能量總和的時候，他們得到了更為荒謬的結果，從無限不循環小數到大得驚人的天文數字，次數遠遠大于規定描述暗物質的強大力量。不一致困擾著他們；諾貝爾物理得主Steven Weinberg稱之為“科學史上數量級估算的慘敗。”可以清楚地看到，有什么東西不對：要么是觀察錯誤，但是很多現在正在進行中的使用哈勃和其它望遠鏡的研究中沒有發現任何錯誤；要么是物理學和宇宙論中公認的模型有誤——任何缺陷都將最大程度上影響現代科學。

幸運的是，糾結的問題總能找到科學的出口。最聰明的科學家往往被問題而不是尋找答案深深吸引。

宇宙的維度

全體物理學家展開調查，從哈勃可觀察到的在宇宙邊緣影出的恒星狀球體到用粒子加速器測探出的原子內的范圍，一切不斷顯示科學僅僅發現了冰山一角。人們思索著：宇宙有多少面？牛頓以三維解釋日常的空間；愛因斯坦通過增加時間作為第四維改良牛頓的精確度：引力的領域在四維宇宙中彎曲了空間。但引力只是許多領域中的一個，彌漫于真空空間中。如果有人試圖寫下所有已知的粒子及外部空間的統一理論，會發現自己是在一打甚至更多的維度里工作。很多人都知道大多數未預測出的粒子，和它們各自的外部空間暗示著更多維度的存在。

物理學家逐漸開始懷疑它們的真實性。如果是的話，人們覺察到的宇宙僅僅是一個更加巨大和復雜平面上的一線微光，已知的自然規律不是基礎，而是一種轉瞬而逝的氣象。暗物質可能提供冰川一瞥。所以下一次有人很驚訝地問在哈勃望遠鏡上花費數十億有何意義，其它的太空望遠鏡只能因為有問題而呆在“家”里，答案是它的用途是幫助我們理解“家”是什么，家在越來越遼闊的空間中堅守何處。

哈勃身后

哈勃正在老去。幸運的是它在太空并不孤單。它的同事包括斯比澤太空望遠鏡，負責探查來自地球的不可視長波紅外線；錢德拉X射線太空望遠鏡，探測光譜的短波部分；小雨燕，一顆人造衛星精確測定短期高能量的伽瑪射線噴射并且即刻可以用電子郵件的形式發送信息給全世界天文學家和天文愛好者。沒有望遠鏡能夠做到哈勃所作的一切，但接下來是巨大的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡：預計于2013年發射進入一百萬英里高的軌道，韋伯將用直徑超過21英尺的鏡子收集紅外線，陽光下的新式屏幕做成比網球場還大的傘型。總體來說，隨著地基望遠鏡和探測器網絡的發展，太空天文臺以穩步增長的比例獲取大量的天文學數據，它們正在，像斯比澤1946年提出的那樣，不僅僅改變我們知道的，更改變著我們了解和學習宇宙的方式。