远向往着宇宙的奥秘：它究竟是什么？它为什么开始？它将如何结束？这些 问题都有意义吗？我们总是向自已提出这样严肃的问题：生命的意义是什么？ “我不知道我从哪里来，到哪里去，也不知道我是谁。”一我们每个人都会 想起薛定谔的这句话，追寻它的答案。假如我们不熟悉过去的宇宙，更不熟 悉今天的宇宙，我们的探索从一开始就注定会迷失方向。 宇宙学就是对宇宙的研究。从最广泛的意义说，它是科学、哲学、神学 和艺术结合的伟业，它寻求什么是统一的，什么是基本的。在我们这本书里， 它是一门科学，研究宇宙大大小小的结构，它从其他科学（如物理学和天文 学)汲取知识，构成一个在物理上包容一切的世界图景。 在日常生活中，我们面对像植物和花盆那样的寻常事物。而为了认识这 些寻常大小的事物，我们探索了宇宙的小尺度和大尺度的王国。我们深人了 细胞、分子、原子和亚原子粒子的微观世界，我们也走进了行星、恒星、星 系和宇宙的宏观世界。我们发现，微小与宏大在宇宙学里是紧密相联的。 自17世纪以来，知识飞速进步了，大量的学科也成长起来了。每一个科 学聚焦宇宙的一个部分，最后往往分裂，融合到密切相关的更专门的新学科 6里去。起初，生命与非生命事物的特征界定了生物学与物理学这两大领域。 它们各自在成长中分化，每一个分支学科又进一步分化为更专门的学科。物 理学一过去所谓的自然哲学一成长起来，分化为高能的亚原子粒子物理 学、低能的原子核物理学、化学物理学、凝聚态物理学、生物物理学、地球 物理学、天体物理学，等等。生物学一过去是兴趣广泛的博物学家研究的 对象一和相关的植物学、动物学、昆虫学、生态学和古生物学等共同成长 起来，分化为分子生物学、生物化学、遗传学，等等。而天文学一它的知 识（但不是计算的技术)过去人人都懂得一样多一分化成为行星科学（研 究星体结构和大气、星际介质)、星系天文学、超星系天文学，以及分离的关 于无线电波、红外线、光学、紫外线、X射线和Y射线的天文学。 显然，科学分解宇宙，是为了让它的每一部分构建一个具体的特别的知 识领域。科学把事物分裂成越来越特殊的组成元素一通常也是越来越小的 碎片一一越来越近地关注它的细节。深入研究一个科学分支的人变成了专家， 他全身心地投入在具体知识的迷官里，对宇宙的一个小范围的知识懂得很多， 对所有其余部分相对说来却知之甚少。 宇宙学是很难专门化的一门学科。它的主要目标是拼合宇宙的一块块积 木，而不是具体研究任何一个木块。当其他科学家不断把宇宙分割得七零八 碎的时候，宇宙学家却在费尽心思组合那些碎片，拼出一幅图画。跟所有其 他科学家不同，宇宙学家带着宏大的眼光；跟印象派画家一样，他们站在远 离画布的地方，以免看到过多的涣散精神的细节。 16宇宙学
宇宙学的引论不是天文学分支。它是一部“宇宙全书”（cosmopedia), 而不是宇宙万物的清单，也不是“全宇宙”描述天文数据的“编目”。宇宙 学研究原始宇宙的组成要素，例如，化学元素的起源和历史，构成膨张宇宙 骨架的空间和时间的起源和历史。重要的原始事物分散在广大的空间区域， 经历着漫长的时间。恒星和星系的起源和演化，甚至生命和智慧的起源，是 宇宙学的重要课题。宇宙学还感兴趣的是亚原子粒子、它们在宇宙最初时刻 的作用以及它们如何在后来合成原子和分子一正是这些原子和分子形成了 复杂的生命细胞和我们周围复杂的世界。 这些宇宙学的问题，每每令我们犹豫和反思。许多至关重要的问题依然 模糊不清：人类是如何获得语言能力和巨大头脑的？他们是如何发展这些能 力来产生抽象的精神结构和定量思想的？决定人类思维方式的也决定着他们 在宇宙中所感知的设计。人类形成宇宙学的一个关键部分，代表着那个感知 自己并思考自已的大宇宙。 哪些人是宇宙学家呢？专门的宇宙学家没有几个；他们都有很好的数学、 物理学和天文学的经验，他们研究物理宇宙的演化和大尺度结构。不过一般 说来，如果谁在寻求认识大宇宙，他就变成了宇宙学家。当我们远离具体的 知识领域，或者避开我们的日常事物，思考一般的事物，想的是认识整个森 林而不是一棵树，看一幅图画而不是几块色斑，看一面挂毯而不是几根丝线， 那么我们也成了宇宙学家。① 巫术的宇宙 宇宙学跟“现代人”（智人）一样古老。它可以追溯到生活在原始社会 群落的人类，那时他们形成了语言，第一次尝试去认识周围的世界。千百万 年前，人类可能用神灵来解释他们的世界。各种神灵在像人一样的冲动和情 绪的鼓动下，推动着每一个事物。初始的人们把内心的思想和感觉投射到外 面那个万物有灵的世界，在那个世界里，每一样事物都是活的。人类向着神 灵发愿、祈祷，向它献祭，给它礼物，凭这些来控制他们世界的现象。 这是巫术的时代一那些以植物、动物和人类的形象出现的仁慈或邪恶 的神灵的时代。内心和周围的神灵的喜好、目的和活动，理所当然被用来解 释发生的每一件事情。那是一个活的土、水、风和火的人神同性的世界，男 人和女人把他们自己的情感和心愿投入进来，当做引领它的力量；它也是孩 子们在童话里读到的那种世界。我们对黑夜威胁和风雨咆哮的原始恐惧，，我 ①从这里看，宇宙学家仿佛是那些以整体论的观点来看世界的人，实际上，宇宙学的方法论还 是传统物理学的，并不是系统论的。 什么是字宙学 17
们对日出日落和雨后彩虹的好奇和疑惑，都发生在这个“黄金时代”。我们现 在还不完全明白，为什么每个地方的人都维持着同一个种族，而文化（语言、 社会规范、信仰体系、法律、技术)在相互扩散。今天规范我们家庭杜会行 为、决定伦理是非的道德准则，可能就是经过漫长时间从原始社会里自然选 择出来的。缺乏人与人相互关心和支持的风尚的社会，几乎不可能延续下来。 神话的宇宙 在一万多年前的历史的黎明，早期的城邦有了更抽象的大宇宙概念。神 灵的宇宙演化成为神话的宇宙，神灵的时代走进了有神的时代。曾经无处不 在、启动万物的神灵，结合在一起，隐退进了遥远的神的王国，成为威力巨 大的诸神，为抽象的思想和语言赋予了人性。弗雷泽(James Frazer)在《金 枝》(The Golden Bough)里思考了原始社会的巫术如何演化为有神论，巫术 的宇宙又如何转化成为种种神话的宇宙： 但是随着知识的增长，人们学会了更清楚地认识自然的伟大和自身在 它面前的渺小和软弱。虽然人们认识了自己的无能，却并不因此也相信他 们想象居住在字宙中的那些超自然生命也是无能的。相反，他们更加相信 它们的力量…人们既然觉得自己那么脆弱和渺小，他们一定相信控制那 个庞大的自然机器的生命，该是多么伟大而有力！…于是，在这敏锐的 思想里，万物有灵逐渐被宗教取代了，自然现象的演进被认为是像人一样 但力量远远超越了人的精神生命的意愿、激情或好恶所决定的。 神学的许多内容都是原始的宇宙图像（图1.4)。例如，苏美尔的、亚述- 巴比伦的、克里特的、希腊的、中国的、挪威的、凯尔特的和玛雅的神 学，都因为描绘了人类早期的宇宙观而具有历史意义。其中，创世纪的神话， 虽然往往难以解释，却有着特别的意义（见第25章）。 宇宙中心的人 神话里的诸神，不论变得多么强力，多么遥远，仍在继续服务和保护人 类，而各处的男女安然无恙，仍在一个以人为中心的宇宙中保持着他们的中 心地位。宇宙集聚在一个中心周围，而人类占据着那个中心。 人类中心论形成了希腊人以地球为中心的宇宙的宇宙学的基础。公元前4 I8世纪，亚里士多德的宇宙是以地球为中心的(geometric)；球形的地球处在宇 宙的中心，月亮、太阳、行星和恒星固定在半透明的天球，绕着地球旋转。 天空最内层的区域一地球以上、月球以下的区域—一包括世间那些状态不停 18宇宙学
图1.4布莱克(William Blake,1757~1827)“当他在渊面的周围画出圆圈”(《箴言》8：27)。 变化着的实在物：天空较外面的一层—一天体所在的区域一一包括天上那些 状态永恒不变的无形事物。经过后来的苦心经营，这个系统越来越符合天文 学的观测，最终在公元140年形成了托勒密体系。 什么是宇宙学19
中世纪（5~15世纪)并不像过去认为的那样可怕。从13世纪到16世纪 19 的宇宙，大概是历史上最令人满意的宇宙学模型。基督徒、犹太人和穆斯林 人鼓吹有限的宇宙，他们在那样的宇宙里占据着最重要的地位。依照当时阿 拉伯和欧洲的标准，那是一个合理的严格组织的宇宙，人人都能理解；它确 立了人类在万物组织中的地位和重要性，为宗教提供了安全的基础，为人类 在地球的生活找到了意义和目标。不论在它以前还是以后，宇宙学都没有如 此真切地服务于普通人的日常需求；它同时是人们的宗教、哲学和科学。 哥白尼革命 从有限的地球中心的宇宙向无限的无中心宇宙的转变，就是著名的哥白 尼革命。16世纪，哥白尼(Nicolaus Copernicus)掀起了源于2000年前古希 腊科学的天文学思想潮流，提出了以太阳为中心的（heliocentric)宇宙。哥白 尼的太阳中心宇宙很快转变为无限的没有中心的笛卡儿宇宙，然后紧跟着牛 顿宇宙。一派思想革命的景象占尽了16和17世纪。哥白尼革命为现代宇宙 学开辟了道路。 但是神灵的宇宙（在一些人看来比物理的宇宙重要得多)仍然坚决地以 人为中心。神灵的宇宙原是“伟大的生物链”，它联系着数不清的环节，从人 类向下经过各种低等的生命以至无生命的事物，从人类向上经过重重天使达 到上帝的御座。人类是联结天界和尘世的中心环节。即使在无限大的物理宇 宙中，地球和太阳被剥夺了自然的中心地位，仍然可能量守那些古老的观念， 把人类看作宇宙大戏的主角。诸神过去很神秘，而在哥白尼革命之后，它们 比以往更加神秘了。 达尔文革命 19世纪中叶，最可怕的革命来了：达尔文革命。曾经是宇宙大戏主角的 人类，从此成了野兽的同类。一直眷顾和保护人类的诸神也被驱逐出了物理 的宇宙。 人神同性的巫术的宇宙与以人类为中心的神话的宇宙，几乎在每一个细 节上都是错误的。中世纪的宇宙死了，一同死去的还有那伟大的生物链。科 学是最后的胜利者，过去的神话和迷信都灰飞烟灭了。我们欢呼15到16世 纪的艺术和知识的复兴，我们欢呼17世纪的笛卡儿和牛顿的世界体系，我们 欢呼坚信人类理性力量的理性时代(18世纪的启蒙运动)，我们欢呼17到20 世纪的科学的时代，同时我们也很容易忘记，在千百年中不断失去意义和目 标的宇宙中的寻常男女们日益增长的失望和祖丧。随着旧宇宙一人神同性 的宇宙和人类为中心的宇宙一的衰落和死亡，人类也漫无目的地流落到一 20 宇宙学