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第13部分

自於螺旋星系。存在恆星和氣體的巨大的餅狀聚合體。我們觀測到它們圍繞著自己的中心旋轉。但是如果它們只包含我們觀測到的恆星和氣體,則旋轉速率就高到足以把它們甩開。必須存在某種看不見的物質形式,其引力吸引足以把這些旋轉的星系牢牢抓住。

暗物質的另一個證據來自於星系團。我們觀測到星系在整個空間中分佈得不均勻,它們成團地集中在一起,其範圍從幾個星系直至幾百個星系。假定這些星系互相吸引成一組從而形成這些星系團。然而,我們可以測量這些星系團中的個別星系的運動速度。我們發現其速度是如此之高,要不是引力吸引把星系抓到一起,這些星系團就會飛散開去。所需要的質量比所有星系總質量都要大很多。這是在這種情形下估算的,即我們認為星系己具有在它們旋轉時把自己抓在一起的所需的質量。所以,在星系團中我們觀測到的星系以外必須存在額外的暗物質。

人們可以對我們具有確定證據的那些星系和星系團中的暗物質的量作一個相當可靠的估算。但是這個估算值仍然只達到要使宇宙重新坍縮的臨界質量的百分之十左右。這樣,如果我們僅僅依據觀測證據,則可預言宇宙會繼續無限地膨脹下去。再過五十億年左右,太陽將耗盡它的核燃料。它會腫脹成一顆所謂的紅巨星,直到它把地球和其他更鄰近的行星都吞沒。它最後會穩定成一顆只有幾千英哩尺度的白矮星。我正在預言世界的結局,但這還不是。這個預言還不至於使股票市場過於沮喪。前面還有一兩個更緊迫的問題。無論如何,假定在太陽爆炸的時刻,我們還沒有把自己毀滅的話,我們應該已經掌握了恆星際旅行的技術。

在大約一百億年以後,宇宙中大多數恆星都已把燃料耗盡。大約具有太陽質量的恆星不是變成白矮星就是變成中子星,中子星比白矮星更小更緊緻。具有更大質量的恆星會變成黑洞。黑洞還更小,並且具有強到使光線都不能逃逸的引力場。然而,這些殘留物仍然繼續繞著銀河系中心每一億年轉一圈。這些殘餘物的相撞會使一些被拋到星系外面去。餘下的會漸漸地在中心附近更近的軌道上穩定下來,並且最終會集中一起,在星系的中心形成一顆巨大的黑洞。不管星系或星系團中的暗物質是什麼,可以預料它們也會落進這些非常巨大的黑洞中去。

因此可以假定,星系或星系團中的大部分物體最後在黑洞裡終結。然而,我在若干年以前發現,黑洞並不像被描繪的那樣黑。量子力學的不確定性原理講,粒子不可能同時具有定義很好的位置和定義很好的速度。粒子位置定義得越精確,則其速度就只能定義得越不精確,反之亦然。如果在一顆黑洞中有一顆粒子,它的位置在黑洞中被很好地定義,這意味著它的速度不能被精確地定義。所以粒子的速度就有可能超過光速,這就使得它能從黑洞逃逸出來,粒子和輻射就這麼緩慢地從黑洞中洩漏出來。在一顆星系中心的巨大黑洞可有幾百萬英里的尺度。這樣,在它之內的粒子的位置就具有很大的不確定性。因此,粒子速度的不確定性就很小,這表明一顆粒子要花非常長的時間才能逃離黑洞。但是它最終是要逃離的。在一個星系中心的巨大黑洞可能花10↑90年的時間蒸發掉並完全消失,也就是一後面跟九十個零。這比宇宙現在的年齡要長得多,它是10↑10年,也就是一後面跟十個零。如果宇宙要永遠膨脹下去的話,仍然有大量的時間可供黑洞蒸發。

永遠膨脹下去的宇宙的未來相當乏味。但是一點也不能肯定宇宙是否會永遠膨脹。我們只有大約為使宇宙坍縮的需要密度十分之一的確定證據。然而,可能還有其他種類的暗物質,還未被我們探測到,它會使宇宙的平均密度達到或超過臨界值。這種附加的暗物質必須位於星系或星系團之外。否則的話,我們就應覺察到了它對星系旋轉或星系團中星系運動的效應。

為什麼我們應該認為,也許存在足夠的暗物質,使宇宙最終坍縮呢?為什麼我們不能只相信我們已有確定證據的物質呢?其理由在於,那怕宇宙現在只具有十分之一的臨界密度,都需要不可思議地仔細選取初始的密度和膨脹率。如果在大爆炸後一秒鐘宇宙的密度大了一萬億分之一,宇宙就會在十年後坍縮。另一方面,如果那時宇宙的密度小了同一個量,宇宙在大約十年後就變成基本上空無一物。

宇宙的初始密度為什麼被這麼仔細地選取呢?也許存在某種原因,使得宇宙必須剛好具有臨界密度。看來可能存在兩種解釋。一種是所謂的人擇原理,它可被重述如下:宇宙之所以是這種樣子,是因為否則的話,我們就不會在這裡觀測它。其思想是,