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重力會說話

Write Science
・2013/08/14 ・4615字 ・閱讀時間約 9 分鐘 ・SR值 536 ・七年級

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電影《星際大戰》中的歐比王講過一句可能是電影史上最經典的台詞,形容原力是「由所有生物創造的能量場,它環繞在我們周圍、滲透進我們體內,而且凝聚了整個星系。」這句話很快就在流行文化中流傳開來,因為大家發現歐比王說的一定是萬用膠帶!畢竟萬用膠帶也有光亮面和黑暗面,還可以把東西黏捆聚集在一起……

歐比王解釋原力的著名台詞 (出自電影《星際大戰》)。
歐比王解釋原力的著名台詞 (出自電影《星際大戰》)。

但是身為宇宙的一份子,頭腦機靈的你可能會對歐比王這番話感到好奇,進而提出疑問:「到底是什麼讓星系凝聚在一起?」事實證明,宇宙結構中確實有一股無所不在的力量,而這股力量的存在,也正代表宇宙的結構本身,我們稱之為「重力」。

許多人都聽過自然界存在四種基本力的概念,這四種基本力分別是:重力、電磁力、弱核力以及色力 (我們在實驗中偵測到從原子核中「滲漏」出來的微弱色力,就是「強核力」)。那為什麼原力指的是重力,而不是其他的力?

自然界中的四種基本力是宇宙大爆炸之後,在宇宙冷卻、擴張時出現的。
自然界中的四種基本力是宇宙大爆炸之後,在宇宙冷卻、擴張時出現的。

一種力若要填滿宇宙,必須是長程力──畢竟宇宙可是個很大的空間!弱核力和色力是短程力,這兩種力可以在極小的距離下、原子核內以及組成原子核的核粒子中,產生非常強烈的作用。電磁力雖然是長程力,但它是作用於存在帶電粒子的情況下;帶電粒子分為兩種,也就是帶正電 (+) 與帶負電 (-)。要分別製造出正電荷和負電荷,或者在特定位置製造出強烈的電磁力,都不是什麼難事 (閃電就是自然界中最主要的例子);但是原則上,宇宙是呈現電中性的──相反的電荷會互相吸引,很快就會達到中和、相互抵銷,也就不會剩下自由電荷。重力同樣是長程力,但它的「電荷」只有一種,我們稱之為「質量」。質量不會是負的,所以沒有什麼能阻擋或是抵銷重力,而且重力能作用於非常廣闊的距離。

如果說有什麼力產生的作用能夠擴及整個宇宙,那就非重力莫屬了,雖然重力微弱得不得了。喔喔喔,我看到你現在臉上寫滿了懷疑!我前一秒才說重力可以凝聚整個星系,下一秒又說它微弱得不得了,到底是想怎樣?

我拼盡了吃奶的力氣想把蘋果掰成兩半!
我拼盡了吃奶的力氣想把蘋果掰成兩半!

我要說的是,重力和自然界中其他的力相比之下很弱。關於這一點,你在自家廚房就可以輕輕鬆鬆地做實驗證明。請把一顆蘋果拿起來看看,是什麼維繫住蘋果的結構?讓蘋果結構得以維繫的,大部分是存在於分子之間的分子間力,而這種力屬於自然界中的電磁力。現在,請你試試看徒手將蘋果分成兩半。不太容易對吧?

現在呢,請站起來,然後往上跳,你能跳多高?就算跳不了多高也沒關係,請想想:你是可以暫時克服重力的。這只需要一點點化學能量就能做到了,即使是你中午啃的那些生菜 (或是那顆蘋果),也足夠讓你克服整個地球的引力!所以,重力是很微弱的 (而你強壯的很)。

喝點氣泡飲料就可以讓我有足夠的能量克服整個地球的引力!
喝點氣泡飲料就可以讓我有足夠的能量克服整個地球的引力!

這些一本正經的論證,都是在闡述大自然的基本性質,雖然是很有趣的問題,不過你可能抓破頭也還是想不明白,瞭解這種知識到底有什麼用?第一個廣為人知的重力定律,就是艾薩克·牛頓 (Isaac Newton) 在 1687 年提出的牛頓重力說。這個學說幾乎是立刻就被科學家用來解釋天體的運動,但是基本上,世人照常度日,渾然不覺這是多麼驚人的成就。直到 270 年後,牛頓重力說才終於實際應用於人類建造或使用的事物上:1957 年,蘇聯發射了史普尼克號 (Sputnik),這需要深入研究軌道動力學才能實現,而軌道動力學就是從牛頓重力說衍生而來。阿爾伯特·愛因斯坦 (Albert Einstein) 在 1915 年寫出了現代物理學描述重力的理論,也就是廣義相對論,情況亦十分類似。當時,廣義相對論馬上就被應用於天體物理學 (對這個學科的研究風潮當時才剛興起沒多久),但直到二十世紀晚期,才真正開始有人將廣義相對論實際應用在人類事務上。就讓我來講幾個故事,告訴你重力或者廣義相對論是如何改變我們的世界。

首先是「GRACE」。現在社會大眾所關注的,多半是關於地球氣候變遷的爭議和討論,但大多數的科學家仍然進行著他們最擅長的事情──埋首工作、收集數據、然後找出數據所代表的意涵。對於氣候研究來說,地球的水文循環別具意義。水和地球上同等質量的其他物質相較,在熱力學上扮演的角色更為重要,因為水可以極為有效地冷卻或加熱,這也就是為什麼夏天你會拿水來降溫,冬天又用水取暖!水的移動,不論是在地表、海洋、雲層、河川還是大氣層中,都對全球氣候有巨大的影響。但是水圈的範圍畢竟太廣大了,如果要監測地球的水位,還有全球湖泊、河川和海洋中的水流,我們不可能透過到處裝設感測器來達成。所以,我們要如何瞭解地球上的水,還有水的移動與變化呢?答案就是:靠重力。

(左) 衛星大地測量可以監測衛星軌道,藉此瞭解重力的根本來源。(左) GRACE 大地測量系統會使用兩個衛星,衛星之間透過微波鏈路彼此追蹤。
(左) 衛星大地測量可以監測衛星軌道,藉此瞭解重力的根本來源。(左) GRACE 大地測量系統會使用兩個衛星,衛星之間透過微波鏈路彼此追蹤。

衛星大地測量可以精準地測量地球的重力場。當衛星在地球上空飛行時,衛星下方的質量變化會使得重力的強度改變,進而使得衛星軌道的軌跡改變。我們觀察軌道就可以瞭解重力 (還有製造出重力的質量) 是如何改變的!在 2002 年,美國太空總署 (NASA) 啟動了一個稱為「GRACE」 (Gravity Recovery and Climate Experiment,意即「重力回溯與氣候實驗」) 的任務,內容是讓兩個相距大約 220 公里飛行的衛星透過微波信號監測彼此的軌道。GRACE 在五年多期間持續監測地球的重力場,並且觀察出重力場是如何隨著地球上的水和冰層移動而變化。下面就有一個例子,這張圖表顯示出亞馬遜盆地的重力會隨著雨季來臨和結束而增減。其他類似的觀察結果也說明了地球上的冰層正在發生變化,尤其是在北極圈和南極圈。

GRACE 大地測量系統十分敏銳,能夠偵測到亞馬遜盆地的重力會隨著雨季來臨和結束而改變。
GRACE 大地測量系統十分敏銳,能夠偵測到亞馬遜盆地的重力會隨著雨季來臨和結束而改變。

phonegps第二個故事是 GPS。重力在你的日常生活中最普遍的應用方式,或許就是全球定位系統了。在 GPS 轉為運用於飛機和車輛的導航之後,接著又出現內建 GPS 的智慧型手機,從此掀起一股定位服務的熱潮;透過定位服務,你可以找尋朋友、當地的餐廳和租書店,也能在陌生城市裡找到演唱會的會場。

基本上,GPS 是透過三角測量運作的。衛星會送出定時信號,由你的智慧型手機或是 GPS 導航裝置接收。衛星每次發送的信號都會與其他衛星的信號同步,也就是說,如果你和兩顆衛星之間的距離相等且固定,你會接收到兩邊發出的相同定時信號 (就像使用耳機一樣,左右兩邊的音訊是同步的,所以你的雙耳會同時聽到歌曲中正確對應的部分!)。如果你比較靠近某顆衛星,那麼你從這顆衛星接收到定時信號的時間會比其他較遠的衛星更早 (就像是在運動場上看田徑比賽,賽跑選手會比你先聽到起跑槍響,因為他們的位置比較接近)。導航裝置會將你的當地時間跟從衛星接收到的時間做比較,藉此判斷你和各個衛星之間的距離。由於已經掌握各個衛星的位置,導航裝置就可以計算出你的位置了。

GPS 會比較從不同衛星接收到的時間,透過三角測量算出你的位置。
GPS 會比較從不同衛星接收到的時間,透過三角測量算出你的位置。

衛星定時信號必須經過修正,所運用的就是廣義相對論。為什麼呢?因為在地球的重力場中,衛星所在的位置比你高得多,而廣義相對論告訴我們,時鐘在衛星上行走的速度是不一樣的。有多不一樣呢?廣義相對論對時鐘時間的修正,在一天內大約是 38 微秒──也就是百萬分之38秒!你可能會想:「可是這差別很小嘛!」沒錯,差別確實是很小,但是 GPS 的運作,是根據光在一定時間內所行進的距離。在 38 微秒內,光行進的距離是 11.4 公里 (約 7 英里)!當你想找一家壽司店,或是要找你家小孩接下來要比賽的足球場,11 公里可是一段漫漫長路!

ein_1920第三個故事是關於重力波,這是最後一個故事了,但我要講的不是重力的實際運用,而是關於我們人類利用重力揭開宇宙奧秘的夢想。1918 年,愛因斯坦在探索廣義相對論的意義時,發現一種重力輻射的存在;這種帶有能量的重力是從星體或星系發出,朝著遙遠的宇宙邊際輻射出去。愛因斯坦計算了這種輻射的強度,很快就認定要進行實驗測量就算不是完全不可能,也會是極度困難的。

不過快轉畫面回到現在,我們可以運用的科技已經完全超出愛因斯坦的想像了──我們有精確度極高的高功率雷射、可準確定位地球上任何物體的 GPS 定位系統、每秒能進行幾億個運算作業的高效能電腦,此外還有遍佈全球的網路,即使跨海傳遞資訊,也像你對著走廊上的同事大喊一樣容易;最重要的是,我們擁有眾多的科學家,他們不但經過良好訓練,更精通揭開自然奧秘的方法,這就是地球栽培出來最優秀的人才。綜合以上各種利器,我們就有能力將愛因斯坦渴盼的夢想化作現實,測量那股來自宇宙遙遠彼端、籠罩地球的微弱重力回波。

對於重力輻射的探討歷時將近一個世紀,集大成的是一台壯觀宏偉的機器,稱為雷射干涉重力波天文台 (LIGO, Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory)。新一代的天文學者,也就是所謂的「重力波天文學家」,會以雷射照射這台機器長達 4 公里的雙臂,希望藉此探測到中子星和黑洞趨向塌縮的螺旋之舞,還有年輕的脈衝星不斷自旋直到終於化為宇宙星塵期間發出的低吟;如果夠幸運的話,或許還能探測到恆星死亡時產生激烈的超新星爆炸,在這過程中會產生許多原子,包括組成我們的大部分原子在內。

位於美國路易西安納州利文斯頓 (Livingston) 的雷射干涉重力波天文台;在華盛頓漢福頓 (Hanford),還有另一座與它成對的天文台。
位於美國路易西安納州利文斯頓 (Livingston) 的雷射干涉重力波天文台;在華盛頓漢福頓 (Hanford),還有另一座與它成對的天文台。

重力波天文學讓我們能以全新的角度,重新探究我們的起源和地球在宇宙中的定位,再一次盡情發揮我們與生俱來的天賦──那無窮無盡、永不饜足的好奇心和求知慾。雖然人類的想像力帶來了這樣的創舉,但是,這真的能有什麼實際的成果嗎?成果或許並非顯而易見,因為進行這項實驗的最初動機,並不是為了要有什麼實用成果;然而,從曼哈頓計畫 (Manhattan Projec)、阿波羅太空船到雷射干涉重力波天文台,這些科學與工程技術的結晶,終究會為人類帶來福祉。雷射干涉重力波天文台的科技,已經讓許多研究有所拓展,像是光學和雷射技術、環境監測以及電腦網路連線能力。但是要在你家客廳看到這項科技帶來的改變,恐怕還要等上 7 年、70 年,甚至是 270 年。

重力的科學發展向來如此,要花多少時間,就看我們的工程師和科學家如何突破舊思維、發揮創造力了!

作者:Shane L. Larson

翻譯:Ankh Huang 黃于薇,現為兼職譯者(ankhmeow@gmail.com

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・2022/11/01 ・2113字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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洞窟裡的宇宙!拉斯科壁畫上的生命歌賦──《人類大宇宙》
遠流出版_96
・2022/10/18 ・4576字 ・閱讀時間約 9 分鐘

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  • 作者 / 喬.馬錢特博士(Dr. Jo Marchant)
  • 譯者 / 徐立妍

世界共通的圖案——卯宿星團

綜觀歷史,世界各地的藝術作品上經常出現有趣的點狀圖案,數量各有不同,但通常都是六個圓點形成緊密的團體,四個為一排、兩個為另一排;這樣的主題在世界各地的社群中都出現過,從美洲納瓦荷部落的葫蘆形搖鈴上鑽出的孔洞,乃至於西伯利亞薩滿巫師鼓上的繪畫,甚至還出現在日本汽車製造商速霸陸的商標上。

所有這些例子當中的圓點所代表的是夜空中最具代表性的景象:昴宿星團,這一團六、七顆星星(確切數量會依觀看條件有所不同)看起來相當接近太陽每年在空中行經的軌跡,而成為了許多神話與傳說中的主角:在切羅基神話中,這些星星是走失的孩子;維京人將這些星星當成女神芙蕾雅的母雞。這些星星也是金牛星座中相當顯著的組成,昴宿星團就坐落在天空中這頭牛的肩膀上方,再加上向外突出的牛角,紅巨星畢宿五就是明亮的牛眼,還有另一群星星畢宿星團則在牛的臉面上散落成一個V字形。

  

卯宿星團。圖/envato.elements

這六點形成的圖案經常出現,表示昴宿星團在世界各地的社會中相當重要,也傳達出人類想要在藝術上呈現星空各種面向的共通渴望。但是這個故事還不僅如此,有另一個例子也畫出了這些點點,但老實說似乎是不可能出現的。在法國西南部的拉斯科洞窟(Lascaux)最出名的,就是洞內豐富的舊石器時代藝術:描繪動物的壁畫及雕刻,認為已有兩萬年歷史,是人性初現的象徵。幾十年來,學者不斷爭論這些作品的意義,同時卻很少有人注意到,在洞窟龐大入口空間的頂部有六個簡單的點,完美契合昴宿星團的位置,以紅赭色仔細畫下這些點,漂浮在一頭壯碩的原牛肩膀上方。

這頭原牛被稱為「第十八號公牛」,有五.二公尺長,是整個洞窟中最大、或許也是最容易辨識的壁畫,與現代的金牛座形象之間有驚人的相似性,甚至在臉頰上還有V字形點點,已經被發現多年,但在導覽手冊上卻沒有提及,主流考古學家也鮮少討論。金牛座是最早出現記述的星座之一,文字紀錄可以追溯至將近三千年前觀測天象的巴比倫祭司,祭司將昴宿星團看成了天上公牛背上的鬃毛。但其真正的起源會是拉斯科這個應該還相當原始的狩獵採集部落所創作的星圖嗎?與其說學界否定了這個想法,應該說根本沒討論過其可能性。

拉斯科洞窟的公牛壁畫/wikipedia

然而,過去幾年來,人類學、神話學和天文學等領域的專家開始主張,應該徹底重新評估我們在舊石器時代祖先的技巧,以及他們訴說的故事有多麼長遠的影響力。這裡要說的就是人類與星空關聯的歷史,那麼就從第十八號公牛的謎團開始吧,我們將會探討拉斯科的藝術家是否真的能夠畫出星座,也要問問為什麼他們會如此關心天空。這趟旅程會引領我們直往核心,認識這群最早擁有想像力、記憶力、解釋及表達能力的人類,宇宙對他們來說有何意義,而他們所創造的宇宙觀仍影響著我們今日的生活。

重見光明的壁畫

一九四○年九月十二日,十七歲的實習技工馬塞爾.拉維達(Marcel Ravidat)和三個朋友一起到村莊附近的山丘散步,村莊位於法國西南部的蒙蒂尼亞克(Montignac)。村莊裡流傳著這片山丘底下有洞窟,法國大革命之後的一波處決潮中,附近一處莊園的主人也是修道院院長拉布魯斯(Labrousse)據說就藏在其中一個洞窟,而拉維達則異想天開地認為其中可能藏著寶藏。幾天前,他在地面上發現了一個洞,或許有機會一探,並開始清除障礙物,這一次他帶著一把刀和一盞拼湊出來的燈,打算要完成這項工作。

這些男孩的目標是地面上一處臉盆狀的凹陷,周圍長著松樹和杜松,到處都是荊棘灌木,盆底有一處小開口接著一道狹長、幾乎垂直的通道。男孩們清除了荊棘(居然還有一頭驢子屍體),然後徒手將洞口挖寬到將近三十公分。他們往下丟石頭,發現石頭滾動了很長時間而且還有回聲,感覺相當驚訝。那些荊棘底下藏著什麼龐大的東西。

拉維達是這群人當中年紀最大也是最強壯的,他頭下腳上鑽了進去,匍匐在土裡爬了幾公尺後,便掉在一堆尖尖的泥土和石頭上。他點起燈,這是他用一顆滑脂泵加上一條線做成的,但他幾乎馬上就失去平衡,一路滑到底部。他發現自己處在一片寬闊的空間裡,大約有二十公尺長,便出聲叫朋友跟著下來。

他們在近乎一片漆黑中穿過石灰岩洞穴,避開地上的淺水坑,最後抵達一處狹窄的走道,上頭拱起的頂部距離相當遠,就像教堂穹頂。一直到了這裡,拉維達才舉起燈,男孩們便發現了寶藏。在白色的牆壁上覆滿了爆發的生命,從我們的物種誕生便出現的圖像,經過兩萬年後終於再次重現世人眼前。

首先,他們注意到有顏色的線條以及怪異的幾何圖像,然後拿著燈往四處一照,便看到了動物,到處都有金色的馬配上黑色鬃毛,同時還有紅黑相間的公牛、山羊,以及一頭鳴叫的長角雄鹿。一群群動物躍然牆上,跟著跳上了洞窟頂部,有些線條明確而顏色繽紛,也有些形象模糊,彷彿是從霧中掉出來似的。這些男孩還不明白自己發現的東西有多麼重要,但他們知道這很特別,於是在搖曳的光線中又跳又叫地慶祝著。

拉斯科洞窟上的萬物奔騰/wikipedia

拉斯科洞窟(以鄰近的那座莊園命名)如今名列歷史上最壯觀的考古發現之一。在法國南部及西班牙北部有上百個洞窟,拉斯科是其中一處,洞窟中的裝飾可以追溯至三萬七千至一萬一千年前。這些藝術家從解剖學來說已經是現代人類,他們在上一次冰河期間,大約是四萬五千年前首先從非洲遷徙到歐洲。這段時期稱為舊石器時代晚期,以此時所使用的石頭工具命名,而人類的創造力似乎也在此時有爆發性的成長。其他地方也發現大約同一時期的岩石壁畫,像在印尼及澳洲都有,這項活動的起源幾乎可以肯定還更早就出現在非洲。不過,多虧了其複雜性、細膩的保存手法以及繪畫雕刻的數量驚人(近兩千幅),拉斯科是當中最為精細的遺蹟。

眾說紛紜的解讀

這裡的藝術家使用以植物製成的刷子或者髮束,顏料則是鐵礦和錳礦、高嶺土及炭條,畫滿了深達一百公尺的石窟內所有通道及穴室。他們的創作讓我們得以一窺史前人類的心智,實屬難得,也美得令人魂牽夢縈。這些先民是誰?他們關心些什麼?是什麼讓他們想要創作藝術?實質上,是什麼讓他們發展出人性?

自從男孩們發現此地後的幾十年間,學者針對這些問題提出了各種令人目不暇給的答案。早期有人認為這些神祕的圖樣只是裝飾,「為了藝術而藝術」,沒有什麼特別的意義;另一派則認為這些動物代表不同的部落,這些繪畫描述的便是部落之間的戰役及結盟。有些專家認為這些繪畫的用意是施法的咒語,是為了提升狩獵遠征的成功率或驅除惡靈。在一九六○年代,學者採取了統計學的方式,記錄下不同類型的圖樣在洞窟內的分布情形,並且根據他們看到的模式建立理論,例如馬和野牛就象徵著男性和女性身分。

然後,諾伯特.奧祖拉特(Norbert Aujoulat)出現了,他對這些繪畫的了解或許比任何人都更加親密。他十分熱中於洞窟研究,自述為「地底人」,經常獨自遁入法國山區,一去就是好幾天,也協助發現了十幾處地底洞室。但他一直沒有忘記自己初次見到拉斯科的時候,那是在一九七○年一個冬日下午,自從發現洞窟之後便開放大眾參觀,但後來又關閉了:每天上千名遊客所呼出的氣息,再加上他們帶入的細菌,都損傷了珍貴的壁畫。當時二十四歲的奧祖拉特就在當地讀書,參加了賈克.馬叟(Jacques Marsal)的私人導覽行程,馬叟正是三十年前發現這個洞窟的四名好朋友之一。

為了抵達壁畫所在之處,馬叟帶著他們走下一道斜坡,通過一連串為安全而建造、由石塊堆砌成的入口廳堂及門廊,這讓奧祖拉特感覺他們恍若正要前往神廟內部的神聖空間。最後一道門是以沉重的青銅鑄成,裝飾著光亮的石頭,奧祖拉特只花了半個小時探索在門後的寶藏,但已經足以決定他人生的道路,他完全入迷於洞窟內那股強烈的人類存在感,強大到能夠穿越數千數萬年,於是他立定目標,志要理解這些壁畫創作的方式與原因。

奧祖拉特花了將近二十年才得以完成自己的夢想。一九八八年,他成為法國文化部洞窟藝術局的局長後,便展開研究拉斯科洞窟長達十年的龐大計畫,從環繞著入口洞室頂部的大型公牛,到一處稱為半圓形後殿的較小洞室中密麻交纏的雕刻圖案。其他學者都將焦點放在藝術上,奧祖拉特卻是以自然科學家的身分看待拉斯科,從各個面向研究這個洞窟,包括石灰岩的地質學乃至牆上動物的生物學,他下了結論,認為其他人都忽略了一個關鍵面向:時間。

壁畫上的時節週期

他在研究馬、原牛和雄鹿等一同交疊出現的圖樣時,發現每一次都是先畫上馬、然後是原牛,最後才是雄鹿。而且,這些動物總是顯露出對應著一年當中特定時節的特徵:馬匹身上厚重的毛皮及長長的尾巴對應著冬天尾聲;原牛則是在夏季當中,然後雄鹿頭上突出的鹿角是秋季時才有的特色。對每一物種來說,都正值交配季節。

奧祖拉特在二○○五年出版的《拉斯科:動作、空間與時間》(Lascaux: Movement, Space, and Time)一書中描述了自己的發現,他認為壁畫繪製出重要動物的生育週期,可以理解這個洞窟是一處靈性的聖地,用意是象徵創造以及生命的永恆節奏。不過,這些繪畫所呈現出的創造週期並不僅是代表了俗世上與動物、天氣相關的主題,還能延伸到整個宇宙。

當然,年復一年發生在石器時代世界中的生命再造,也能反映在星象週期上:以太陽的路徑及夜空中出現特殊星座來標記每一季節。奧祖拉特相信,這就是藝術家觀點的核心。他認為,這顯示出生物及宇宙時間是相互糾纏在一起的,將洞窟頂部高懸的牆壁及整片頂部的壁畫比擬為「蒼穹」,並且提出論點說這些動物並非呈現在地面上,而是於天空裡。

這點可以解釋為什麼這些動物經常看起來像是飄浮著的:從各個角度繪成、看不見任何地面線條,有時甚至還高懸著腳蹄。如果奧祖拉特是對的,拉斯科洞窟不僅表達出生物學,同樣也表達出宇宙學:這些藝術家並非在模仿身邊所見的環境,而是將一切定義了他們存在的變化,無論是地上的或在天上的,都揉合在一起,可以說這就像一首歌頌他們宇宙的歌賦,呈現出人類最早對於宇宙本質及生命起源的認知。

奧祖拉特處於法國學術機構的核心,而他的研究成果具有相當大的影響力,但即使如此,卻很少有人討論他對天空的概念。在缺乏直接證據的情形下,考古學家認為,與其將這些繪畫視為對天空的觀點,當成歌頌自然的作品要容易多了。不過仍有一些學者認為奧祖拉特的論點還不夠大膽,拉斯科的藝術家不僅僅是想像天空上的動物,更繪製出天上的星圖。

———本書摘自《人類大宇宙》,2022年 9 月,遠流出版。
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宇宙如何影響我們的文明?星空信仰下的人們——《人類大宇宙》
遠流出版_96
・2022/10/17 ・3016字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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  • 作者 / 喬.馬錢特博士(Dr. Jo Marchant)
  • 譯者 / 徐立妍

宇宙最初的光芒

將近一百四十億年前,一切自虛無中霹靂而生,我們的宇宙從一個熾熱、壓縮又微小到無法想像的小點中迸發誕生,接著幾乎是在一瞬間便往外膨脹,形成太空的這個空間以超過光速的程度急速擴張,一直到所有存在的物體大約成為一顆葡萄柚的大小。

然後,宇宙持續擴張、冷卻,接著形成了最初的物質,就在那第一秒內,中子、質子、電子、光子、中微子等各種粒子組成的高密度團相互推擠,形成一股驚人而熾灼的熱,散發出有如霧般的光。宇宙生成大約三十八萬年後,這顆泡泡已經擴張到幾千萬光年以外的地方,並且冷卻到了幾千度左右,這樣的溫度足以讓原子組合在一起,宇宙第一次透出了光。

一開始只是一閃即逝的光,然後黑暗再度籠罩,還要再過幾千萬年,重力才能夠吸引住稍有密度的各種物質,粗暴地將一團團氣體碰撞在一起,形成最早的星星及星系,就這樣,天空的燈光一個個亮了起來。

大霹靂(Big Bang)。圖/envato.elements

大多數的宇宙學入門大概都會以自己的方式描述這一連串事件,但謎團仍未解開:大霹靂(Big Bang)真的是一切的開端嗎?或者我們的宇宙只是在另一個更大的多重宇宙中一顆不斷膨脹的泡泡?宇宙會永遠擴張下去嗎?或者到最後會在一次大擠壓中再次崩塌?不過,眾人都能同意宇宙的普遍性質及宇宙是怎麼回事,目前已經揭露的事實是,這是一台龐大且精細的機器,由物理粒子組成,並且其中的作用力也依循著數學方程式及法則。

仰望星辰的人類歷史

這本書要說的是不同的故事。宇宙的科學解釋是我們現代文明的巔峰,如此擲地有聲的見解足以消弭其他所有不同看法。研究宇宙的宇宙學曾一度被形容為在哲學及精神層面上的廣泛追尋,要找出人類存在的意義,要問我們是誰、我們在哪裡、我們為何在此地,如今卻是數學天文學的一個分支。那麼,那些大哉問怎麼了呢?我們對於宇宙已經沒有其他什麼需要知道的嗎?

這本書並不是要詳細描述最新的天文學進展,是要介紹長久以來,人們從星辰收集到的知識歷史,是關於人們的宇宙觀如何讓他們認識了現實的本質及生命的意義;關於我們已經捨棄的那些神祇與靈魂、神話與神獸、宮殿與天體;關於科學觀點如何成為主流,而這段路程又是如何形塑今日的我們。這是一段關於人的故事,講述了祭司、女神、探險家、革命家和君王,故事並非由大霹靂開始,甚至也不是由科學的誕生開始,而是由最早抬頭望向星星的人類開始,以及他們在天空中找到的答案。

為何要在乎過去對天上的信仰?考古學家和歷史學家通常不會如此。我們知道,科學是立基於試圖理解天堂的念頭,不過學者要更全面追溯人類歷史進展時就鮮少以此為焦點,我認為此舉對於我們要理解自己從何而來造成了巨大的盲點。事實上,人們在天空中所看到的模式一直都主宰著人們在地上生活的方式,形塑了對於時間與空間、權力與事實、生與死等概念。
我們在古老的過往中便看見這一點:執著於日食的巴比倫人;建造金字塔以引導靈魂前往星星所在之處的埃及法老;在太陽旗幟下奮戰的羅馬皇帝。對宇宙的概念也形塑了現代世界,即使我們忘記這些影響力的根源,卻也已經深植在社會當中,存在我們的國會、教堂、藝廊、時鐘與地圖裡。從基督教的誕生,乃至歐洲的探險及主宰星球,其中核心的影響力正是對太陽、月亮、星星的信仰,他們指引著不羈的立法人員創建了民主與人權原則、引導經濟學家建立資本主義所仰賴的框架,甚至指示畫家畫出了第一幅抽象畫。

捷克布拉格舊市政廳天文鐘。圖/envato.elements

今日光害籠罩著我們的星球,星星幾乎消失了,過去在黑暗的夜空中能看見上千顆星星,但今日在城市裡的我們只能看見幾十顆。天文學家擔心,就連這些很快也會遠遠不敵人造衛星的數量,在美國和歐洲的大多數人根本再也看不見銀河。看著自然遺產這樣逐漸消蝕實在是災難一場,我們與銀河系及浩瀚宇宙之間的連結也會就此消逝。沒有人為此群起大聲疾呼,大多數人只是聳聳肩,依舊盯著自己的手機,絲毫不擔心即將失去這片在歷史上其他每一種人類文化都視為必要的景象。

宇宙的本質與生命的追尋

但是,我們仍然努力想弄清楚我們在宇宙中的位置,科學在這方面的進展十分成功:今天一個五歲小孩比起幾千年前的古早文化更清楚物理宇宙的歷史、組成及本質,但是科學也將這些文化在生命中發現的意義拆解了大半,將個人經驗屏除在我們對現實的理解之外,取而代之的是時空概念抽象而數學化的網格。

地球從存在的中心被踢到了邊緣,生命被重塑成隨機意外的結果,而且也完全不管神明了,現在一切都能以物理法則來解釋。我們在宇宙秩序中完全不是什麼有意義的角色,而是如物理學家史蒂芬.霍金(Stephen Hawking)所言,我們只是「化學渣滓」,存在於一個中等大小的星球表面,繞著一個沒什麼重要性的星球運行。

幾百年來不斷有人批評反對這樣冰冷機械式地解釋人性,過程中經常全盤否決科學的見解,一直到不久之前仍屬於禁忌話題,但現在即使是受人敬重的科學家也對此表達擔憂,他們認為或許物理物質並非宇宙全貌、並非我們的全貌;或許,科學只看見了全貌的一半。我們可以解釋星體與星系,但心智呢?意識本身呢?這些論戰逐漸形成一場世紀之戰,可能會改變整個西方的世界觀。

畫下戰線之後,我想我們必須換個角度思考,提出概述,因此這是一本關於宇宙的書,不是科學指南,是從人性出發。我不長篇大論地講述,而是選擇了十二個時刻,你或許也可以稱之為墊腳石,讓我們理解歷史上的人們是如何看待天空,尤其是這十二篇故事依循著西方物質宇宙觀點的崛起,爬梳這套宇宙模型如何主導我們的生活。這些故事從人類最早透過洞穴壁畫及巨石陣來表達人性開始追溯,途中講述了基督教、民主及科學等重要傳統的誕生,最後進行到追尋外星生命以及近來飛入真正的且虛擬的太空之旅。

這趟旅程能夠解釋今日的我們是誰,或許還能指引出未來的航道。所謂當局者迷,我們很難看見其極限,因此我希望拉遠距離去檢視人類宇宙信仰的深度歷史,或許有助於我們探索世界觀的界線,還可能看得更遠。我們是如何成為無意義的宇宙中被動的機械?這些信念如何影響我們生活的方式?而我們由此又能前往何方?

———本書摘自《人類大宇宙》,2022年 9 月,遠流出版。

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