人类历史进入20世纪后,在广义相对论基础上建立了现代宇宙观,这主要就是从静态宇宙观到大爆炸宇宙观的形成。
长期以来,人们不论是把地球作为宇宙中心还是把太阳作为宇宙中心,也不论是否认识到宇宙是由无数的恒星和星系所组成,但都认为宇宙在空间上是无限的在时间上是静止不变的,这就是无限的静态的宇宙观。这个无限的静态的宇宙模型在19世纪就遇到了挑战,德国哲学家亨利希·奥勃思在1823年提出,如果宇宙是无限而且静止的,则每一道光线都会终结于一个恒星上,使得夜空和太阳一样明亮。但事实并不是这样,这表明无限静态的宇宙模型有问题。然而这并没有导致新宇宙观的形成。只有到了20世纪,静态宇宙观才遇到了致命的挑战。爱因斯坦的相对论引起了时空观的大革命,从广义相对论方程式必然导出宇宙会膨胀或收缩的结论。1929年,哈勃发现“红移”现象,这一观测事实阐明了宇宙正在膨胀之中。1946年,伽莫夫提出“大爆炸”理论,认为宇宙在最初是个高温、高密度的火球。1964年,彭齐亚斯和威尔逊发现了来自太空的微波辐射与伽莫夫预言宇宙大爆炸后遗留的背景辐射相符;另外,宇宙间的氦丰度也与预测的结果相一致;等等。于是,大爆炸理论获得了较广泛的观测事实的支持因而得到了较普遍的认可。1970年,彭罗斯、霍金进一步提出宇宙是以奇点为开端的,这表明宇宙时空是有起始的。1980年以来,宇宙学家在大爆炸过程中又引入了“暴胀”阶段,进一步解决了宇宙初始时期的若干疑难问题,使大爆炸理论更加完善。现在,大爆炸宇宙学已能为人们勾画出一幅140多亿年的宇宙演化图景,包括从奇点大爆炸经过短期暴胀直到恒星、行星、星系的形成和演化,以及在这个过程中基本粒子和原子的形成、分子和生命的出现乃至人类的最终登台的完整演化线索。
大爆炸宇宙观的形成表明,时至今日,人类已开始讨论我们这个可见宇宙的创生问题了,这意味着人们的宇宙观念已超出了直接可观测的范围而进入更大的视野,或者说已把认识“更大宇宙”的问题提到了议事日程。
(二)从单一宇宙观到多宇宙观
在大爆炸宇宙观形成之初,人们仍然认为我们的可见宇宙是唯一存在的宇宙。但是,对我们可见宇宙的创生的探索本身,已经表明人类的认识触角开始突破我们的可见宇宙,形成更大的宇宙观念已经是必然要发生的事情。果然,突破单一宇宙观的“多宇宙观”在20世纪末的宇宙学界迅速兴起,成为现代宇宙观的发展新趋势。
目前,在宇宙学研究中,“多宇宙”观念已逐渐被人们所接受。关于多宇宙理论的文章已发表不少,美国天文学教授麦科斯·特格马克发表在《科学美国人》2003年第7期的《平行的宇宙》一文可说是较为全面的一篇,该文概括地阐述了目前科学家所论及的四种不同类型的平行多宇宙。平行多宇宙的第一种类型,是“最简单的一类平行宇宙,就是距离我们太遥远而目前看不到的空间区域”。每一个宇宙仅是一个更大的“多重宇宙”的组成部分,这类宇宙是由与“我们的宇宙”基本相同的众多宇宙组成的,所有的差异都只是源于各个小宇宙的物质初始条件的不同。平行多宇宙的第二种类型比较复杂一些,“这个平行宇宙的设想是,我们第一层次的多重宇宙(我们的宇宙加上相邻的空间)是一个泡泡,飘浮在一个更大却几乎空无一物的空间中。这个空间中还有其他的泡泡,但与我们的泡泡没有联系。”多重宇宙的泡泡之间不仅初始条件不相同,甚至某些似乎应该恒常不变的自然特性也都不同,包括时空的维数、基本粒子的特性以及许多所谓的物理常数。平行多宇宙的第三种类型是量子多重世界。量子力学预测有大量的平行宇宙存在,这些宇宙位于其他地方,但不是通常空间中的地方,而是在一个所有可能状态组成的抽象领域里。平行多宇宙的第四种类型是依赖数学方法而建构的,它“开启了所有的可能性”。第一、二、三类多重宇宙的初始条件和物理常数可以变化,但支配自然界的基本定律还是相同的,而第四类多重宇宙不仅位置、物理性质或量子态不同,连物理定律也都不相同。
由此可见,平行多宇宙理论比大爆炸宇宙理论在认识上更进了一步,它突破了大爆炸奇点形成的认识屏障而进入更大的宇宙视野,从本质上讲这建立了更广大更深远的宇宙新观念。P6-8