詹姆斯·韦伯望远镜：望向宇宙，无限时间及空间之眼

自哈勃望远镜发射三十年后，它的继任者詹姆斯韦伯望远镜最近已经投入了使用。 大爆炸宇宙学家期望它能看见在宇宙自身“开始”之后不久诞生的年轻星系。 但是，正如大卫·加西亚·科林和文森特·安格勒所解释的那样，随着詹姆斯·韦伯望远镜对宇宙的深入观察，其传回的图像将会颠覆我们对宇宙的基本认知，并指向一个时空无限的新宇宙。（译者：Hildegard Hoshino）

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从詹姆斯·韦伯太空望远镜 (JWST 以下简称韦伯望远镜) 传回的图像令世界惊叹。正如人们所预料的那样，这些照片是人类迄今为止获得的最为清晰、影响最为深远的宇宙图像。一位在梵蒂冈天文台工作的耶稣会天文学家将这些照片描述为：“它（韦伯望远镜）向我们揭示了上帝的造物，我们可以在其中看到他惊人的力量和他对美的热爱。”

但是，在赞美上帝的创造之外，韦伯望远镜正要发回的数据将对现代创世神话：大爆炸理论带来深重的挑战。 随着韦伯望远镜对太空的深入研究，它将开始挑战长期以来对宇宙起源和发展的偏见，并为深刻而重要的科学和哲学问题提供了启示。

韦伯望远镜于去年 12 月被送入距离地球 150万公里的轨道，经过了大约 6 个月的校准和12小时的全面运行后，它产生了最为耀眼的图像。凭借其强大的 25 平方米镜片，韦伯望远镜能够以其前辈哈勃望远镜100倍的功率探测广泛的红外光，它有望彻底改变我们对宇宙和我们在其中的位置的理解。

在新闻发布会上，美国宇航局（NASA）发布了五张惊人的图像。

在其中一张图像中，我们观察到了距地球 7,500 光年的船底座星云：一团气体和尘埃，这是新恒星的温床。在这张图像中，科学家们将能够精确地研究恒星诞生的过程。 正如美国宇航局科学家Amber Straughn解释的那样：

“我们在这里看到了大量的恒星，在那里可以观察到宇宙的边界和一望无际的空间。 在船底座星云中可以看到幼年期恒星，紫外线辐射和恒星风形成巨大的尘埃和气体墙。 我们可以看到数百颗新恒星。 新生恒星产生的气泡和喷流的例子，还有更多的星系潜伏在背景中。”

另一个令人惊叹的图像是“八字星云”。 它展示了一颗垂死的恒星，它距离我们的星球大约 2,500 光年，周围环绕着一个巨大的气体球体，看起来像一个巨大的变形虫，它的中心有一颗永恒痛苦的明亮恒星。 在“船底座”中，科学家们可以研究出生时的恒星，而在这里我们可以看到它们的死亡。

韦伯太空望远镜镜面正在接受低温测试。//图片来源：Ball Aerospace, Flickr

韦伯望远镜真正令人惊讶的照片是距地球约 3 亿光年的“斯蒂芬五重奏”。图中捕捉到了五个星系，其中四个相互环绕，这是有史以来观测到的第一个紧凑型星系。这壮丽的宇宙舞蹈显然与黑洞的存在有关，黑洞释放出的气体能量相当于太阳光度的 400 亿倍。 根据欧洲航天局（ESA） 天文学家 Giovanna Giardino 的说法，“我们看不到黑洞本身，但我们看到它正在消耗旋转的物质。”利用这些最新数据，科学家们希望揭示星系之间发生的相互作用，以及这种湍流运动在宇宙实体诞生中所起的作用。

距地球约 3 亿光年的“斯蒂芬五重奏”；图中捕捉到了五个星系，其中四个相互环绕。//图片来源：JWST

而在距离地球1,150 光年的地方，我们观察到了一颗名为 WASP-96b 的巨大气态行星，它的质量约为木星的一半，但体积却比木星大1.2倍，在其大气中发现了水的证据。而水蒸气是我们已知的生命出现的主要先决条件，拥有这种特征的行星在宇宙中可能很丰富。自 1995 年以来，人们已经发现了大约 5,000 颗系外行星（位于太阳系之外的行星）。詹姆斯韦伯望远镜将帮助研究它们并确定其中一些是否具备生命的条件。

韦伯望远镜拍摄的新图像揭示了物质在其演化过程中许多令人难以置信的时刻以及惊人的多样性。它们揭示了宇宙的诞生与毁灭的过程，产生恒星与星系的难以想象的张力，以及产生生命的条件；这令人惊叹的全景图展示了物质在辩证发展过程中不断演变的复杂性。

大爆炸

也许韦伯望远镜最为壮观和最广为流传的照片是被称为韦伯第一深场的的惊人远景。根据美国宇航局局长比尔·尼尔森的说法，韦伯第一深场代表着：“宇宙的一小部分，只有手指上的一粒沙子大小。”在这片无垠的虚空中，可以观察到无数个形状各异的星系：拉长的、扁平的、圆形的； 其他星系如此明亮，以至于光辉使得它们的邻居都黯然失色。“宇宙吞没了我们，”尼尔森说。“我们无法想象它的巨大。或许有照片的话会更好想象一些？没有任何图像可以代表它的壮丽，但从本周开始，我们有最接近它的东西。这一整星期我们都在激动地看着詹姆斯韦伯望远镜拍摄的第一张照片。如果卡尔·萨根能看到这张照片，他今天会多么高兴！”

根据初步计算，这些星系中最遥远的星系——由于它们所谓的“红移”和引力透镜效应扭曲了它们的外观形状，它们呈现为微红色的弧线——在超过 130 亿年前发出了它们的光：根据大爆炸理论，这时距整个宇宙在 138 亿年前被创造的那一刻仅有几亿年。越来越多被观察到的的星系几乎不符合宇宙起源的假设，这引发了对大爆炸理论可行性的严重质疑。明亮的、完全形成的星系怎么可能存在于宇宙学术语中宇宙形成后的“瞬间”？这就像看着一个婴儿在分娩后极速发育成人一样。根据最广为接受的星系形成模型，巨型星系是由小而微弱的云层形成的，这些云层通过引力逐渐合并。这个过程需要数十亿年。

在宇宙被认为处于婴儿期的时候，该理论只预测了最微弱的矮星系，它们是如此之小和微弱，以至于我们几乎不会观测到任何东西。直到后来，宇宙间的物质合并才形成巨大的星系。 然而在这里，在韦伯望远镜发回的第一批图像中，我们已经遇到了与银河系类似的庞然大物：这在既定的大爆炸理论中，星系根本不可能在大爆炸理论分配给它们的时间内形成。

韦伯的第一张深空照片。

韦伯望远镜之前的观测已经让一些天文学家充满了琐碎的疑问。2016年，星系GN-z11被发现之后。 根据既定的理论，它的光应该是在134亿年前发出的，仅仅比假设的宇宙起源仅仅晚了 4 亿年。用天文学的尺度来说来说，这4亿年不过是一声叹息。而在2020 年，人们发现了迄今为止观测到的最古老的黑洞，年龄为 128亿年。但是，在物质被认为过于分散而无法引起引力坍缩的时候，黑洞怎么会出现呢？牛津大学的初级研究员、黑洞专家贝基·斯梅瑟斯特 (Becky Smethurst) 说：

“让我们假设第一批恒星在大爆炸后约 2 亿年形成黑洞。 在它们坍缩之后，你将有大约 135 亿年的时间将你的黑洞扩大到太阳质量的数十亿倍。 仅仅靠吸积来让它变得那么大的时间太短了。”

同样，直到 2021 年才被发现的星系 BRI 1335-0417，这是一个有124亿年历史的螺旋星系，比根据大爆炸理论认为可能形成这种类型的复杂星系的时间早了大约10亿年。太平洋大学的物理学家吉列尔莫·巴罗说 “我们在宇宙中发现了‘猛犸象’，但是它们似乎本不应该存在。现在我们需要更多数据来了解它们是如何出现在那里的，”。韦伯望远镜接下来的观测或许将进一步阐明这些问题。但我们估计，新的数据只会给大爆炸理论的支持者带来更多疑问。

蜘蛛星云

尽管现在仍处于早期阶段，需要进行更严格的分析来确认最初的观察结果，但有些人已经相信韦伯望远镜已经对迄今为止发现的最古老的星系进行了成像：GLASS-z11 和 GLASS-z13，它们被称为“格拉西”。根据初步分析，这些星系是在大爆炸后3亿年才形成的。相比之下，我们的地球有45亿年的历史，而我们的银河系需要2亿年才能自转一周！星系发展的经典理论无法解释这些星系是如何在如此短的时间内形成的。而这仅仅是个开始。 其他发表前的论文声称已经确定了更古老的星系。用一位科学记者的话来说：

“事实上，天体物理学家已经发现早期宇宙可能比他们预期的要繁忙得多。 恒星的形成速度可能比某些模型预测的要快得多。物质是如何在早期合并并开始形成这些星系的？我们尚且无从得知。但韦伯望远镜似乎已经改写了我们所认知的一切，好吧，一切重新开始。”

提到“格拉西”，同一篇文章继续说，“天文学家正在沉浸在它的可能性中，它不仅是一个潜在的破纪录者，这两个星系比他们预期的要奇怪得多。天文学家一直认为，在宇宙历史的早期，星系不可能变得非常大，只会在大爆炸后约5亿年后开始膨胀。 但是格拉西太过明亮了，这表明它拥有非常丰富的恒星，这些恒星的质量大约是太阳的10亿倍。”

对既定理论提出的质疑的不仅仅是这些星系的大小。他们的组成也是如此。构成它们的物质通常表明它已经在多代恒星形成过程中被回收利用。大爆炸理论家们计算出，在创造宇宙的最初爆炸之后，存在的只应该是氢和氦以及少量更重的元素。但我们已经在这些早期星系中发现了在早期恒星中产生的大量更重元素和尘埃。再次，用一位在 2020 年研究此类早期星系的科学家的话来说：

“在之前的研究中，我们了解到这些年轻的星系没有多少尘埃。然而，我们发现在这个早期星系中，大约有20%已经充满了尘埃，而新生恒星发出的大部分紫外线已经被这些尘埃所掩盖。”

星系形成的问题——由旋转的气体、尘埃和恒星组成的巨大聚集体——还只是冰山一角。 观测天文学发现了远大得多的星系结构，这些结构完全让大爆炸宇宙学家感到困惑。根据构成大爆炸宇宙学一部分的假设，任何宇宙物体的宽度都不会超过 2.5 亿光年。然而，每年天文学家都在发现越来越大的巨型结构，其宽度达数十亿光年。

2021 年，天文学家发现了一个名为“巨弧”的结构。虽然它太微弱，肉眼无法看到，但它却覆盖了天空的一个区域，长度跨越约20个满月直径。然而，这个巨大的星系串位于令人难以置信的90亿光年之外，长达 33 亿光年。毫无疑问，韦伯望远镜将继续发现其他更为古老的星系结构（译者注：此处原文为mammoth structures，即“猛犸象”结构，译者认为此处应该指代的是诞生的更早的星系结构），也许还有一些比“巨弧”还要大的结构。

光本身需要数十亿年才能穿越这样的结构。物质在重力作用下的自由落体坍缩将持续更长更长的时间。这些发现给大爆炸理论带来了压力。而大爆炸理论的捍卫者们只能继续以他们几十年来所坚持的双重标准（译者注：此处原文为continue moving the goalposts，即“移动球门柱”，这个成语在英语中往往指代“双重标准”，故照引申义翻译），以迫使观察结果符合他们的先入为主的观点。

随着理论被设计出来来解释观测的结果，在某个阶段积累的令人费解的观察结果则需要对理论进行修正。对此天文学家们肯定有一种不安的情绪。而恐慌就是阅读一篇发表前论文最好的注脚（译者注：此处原文是”title”，但是笔者认为此处表达的是学者在阅读论文时的感受，故译作注脚）。堪萨斯大学的艾莉森·柯克帕特里克（Alison Kirkpatrick）在推特上说：“现在我发现自己凌晨三点还睡不着，我想知道我所做的一切是否都是错的。”

然而，科学界精英们的意识却相当保守。因此，他们没有去质疑基础理论——大爆炸宇宙学理论——而是否认星系处于婴儿期。鉴于星系几乎与宇宙本身一样古老的证据，大爆炸的支持者们则开始假设早期星系的形成速度比最初理论的要快。

尽管没有理由假设局部宇宙的历史没有被突然发展的时期打乱。很可能曾经有过一次或多次的星系形成热潮。宇宙中充斥着突如其来的辩证过程。然而，调整星系诞生率的尝试与解释星系的诞生关系不大，而与拯救一个因新发现而迅速受到质疑的理论有关。

多普勒频移

大爆炸宇宙学在其历史上经历过许多这样的“调整”。这种宇宙学理论可能源于科学史上最荒谬的推断。 在 1920 年代，天文学家埃德温·哈勃 (Edwin Hubble) 发现星系离我们越远，它的光谱就越偏向红色。这种变红可以通过称为“多普勒效应”来解释，即远离我们的物体的光谱看起来更红。所以天文学家由此得出结论，可观测宇宙似乎正在膨胀。然而，这却得出了一个极端而荒谬的结论：如果一切物体都在远离其他一切物体，那么在宇宙历史上的某个时间，所有物质一定都在一个点上，大爆炸的捍卫者称之为 “奇点”，奇点的体积不会大于单个氢原子。 在那个时候，不仅所有的物质和能量都出现了，而且据说空间和时间的结构也出现了。

但多普勒频移充其量只是宇宙一个区域膨胀的证据，而不是时间和空间的单一和绝对开始。 在这里，我们有一个不幸的例子，一个事实被推到了荒谬的极限，并真正实现了宇宙飞跃。大爆炸理论与其说是科学证据的问题，不如说是对证据的哲学解释。在我们狭窄的视界内，宇宙的一部分似乎正在膨胀，这并不意味着我们可以肯定整个宇宙都在膨胀。我们更不能从这个事实中推断出：宇宙的一切都源于一个奇点，空间和时间都神秘地凭空出现在这个奇点上。

有些人否认大爆炸意味着时间的开始。他们声称大爆炸宇宙学只是对宇宙过去存在于一个炎热、密集的状态的假设。然而，杰出的现代宇宙学家们实际上确实捍卫了时间的开始。 “‘宇宙’并非永远存在，”斯蒂芬·霍金解释道。“相反，宇宙和时间本身，在大爆炸中都有一个开端……真实时间的开端，应该是一个奇点，物理定律会在这个奇点处被打破。” 坦率地说，试图避开奇点（如“大反弹”、膜碰撞等）的替代大爆炸理论与奇点的概念一样具有投机性或荒谬性。

在 1920 年代首次提出大爆炸假说的天文学家乔治·勒梅特（Georges Lemaître）当然对宇宙红移以某种方式证明宇宙是凭空创造的这一观点没有异议。这是因为，作为一位神父，他很清楚宇宙是如何从虚无中创造出来的：它是由造物主上帝创造出来的。而勒梅特也因为他对信仰的贡献而赢得了梵蒂冈热情洋溢的桂冠。

首次提出大爆炸假说的天文学家乔治·勒梅特（Georges Lemaître）——作为一位神父——当然对宇宙红移以某种方式证明宇宙是凭空创造的这一观点没有异议。

尽管如此，宇宙大爆炸这个在1920年代首次提出的理论在整个世纪的观测天文学检验中仍然幸存了下来，这似乎令人印象深刻。但是今天存在的大爆炸理论与勒梅特的原始假设只有少许的相似之处，正是因为理论再未能与观测结果相符。而上个世纪大爆炸宇宙学的唯一一次观测“成功”是在 1965 年意外发现了宇宙微波背景辐射（CMBR）——一种穿透太空的黑体辐射，它的温度约为 2.7K（零下-270.45摄氏度）。

但即使是这个意外的发现也与预测不符。毕竟，如果宇宙正在膨胀，那么从天空的一部分到达我们的光是由一个光源发出的，该光源永远不会与天空直接相对部分的发光区域有因果关系。然而不知何故，它们的温度相同。考虑到这一现象和其他无法解释的观察结果，有人提出了所谓的“暴胀场”：即宇宙早期历史中的一段极速膨胀时期。对于这样一个奇迹般的扩张阶段，却没有已知的机制可以证明。这仅仅是为了拯救理论而被发明出来的的。它是宇宙学家为挽救该理论而发明的许多没有物理证据的纯数学推导之一。其他包括暗物质和暗能量之类的假设，虽然它们从来没有出现在观测结果中，但大爆炸宇宙学家们声称它们构成了宇宙现有物质的95%。关于星系及其不可思议的童年时代的最新故事也只是对这一理论的最新数学补充，无法改变这个理论在其矛盾的重压下开始呻吟的事实。

而时间、空间、物质和能量从无到有的观点本身，也是与唯物主义的自然观完全不相容的。

人类的全部经验表明，没有哪怕一滴物质可以被创造或毁灭。物质有它自身的运动规律：永远地结合、分散和重新结合。 假设一个创造行为提出了一个问题：它的原因是什么？如果它不是物质因素（根据大爆炸宇宙学，它不可能是物质因素，因为物质本身随着大爆炸而存在），那么它一定是一个非物质的创造者：上帝。

斯蒂芬·霍金是那些捍卫时间开端的杰出的现代宇宙学家之一

把可能的创世的日期从 6000 年前推后到 138 亿年前，这并不能减少其荒谬性。作为唯物主义者，我们应该拒绝物质是从无到有的想法。物质宇宙是无限的和不断发展的。当然，这带来了新的问题：根据定义，无限的宇宙总是会包含更多有待发现的东西。随着旧问题的解决，新的更高层面的问题会被提出。但正如创世纪的创世神话似乎只是“解决”了地球从何而来的问题，直到 18 世纪地球的星云起源被发现，这个问题才得以最终解决；因此，大爆炸自身的创造行为似乎只能“解决”多普勒频移和宇宙背景辐射的问题。

我们不是宇宙学家。但我们绝不会假装为此类问题提供完整的解决方案。但我们相信，新的发现以及观测——如韦伯望远镜的那些——将证实唯物主义的观点并推翻创造时刻的想法。

一次哥白尼式的革命

当我们退后一步审视现代宇宙学的现状时，我们会想起15世纪地心说的危机。就像今天的大爆炸理论一样，宇宙的地心说已经存在了很长时间——事实上，比大爆炸理论还要长得多！阿那克西曼德在公元前6世纪赞同这种理论。到公元前 350 年，亚里士多德给了它一个更完善的形式，太阳、月亮、星星和行星沿着圆形轨道围绕地球运行。但到了公元2世纪，亚历山大天文学家托勒密给这个理论一个完整的、甚至有些优雅的表达。

在这个“托勒密”宇宙中，太阳、月亮和星星被固定在一个围绕地球旋转的水晶球体上。 行星的运动总是有点做作。为了解释它们的逆行运动，它们被放置在天球上，称为“本轮”，在其他天球内，称为“顺行”。尽管有所人为的元素，但这个宇宙模型在描述先前的观测结果的方面做得非常好。然而几个世纪以来，更新、更准确的观察结果不断积累。但是这优秀的天文观测是建构在这个古老的、现在已经僵化的宇宙学的基础上的，旧的理论很难将其新的观测成果纳入其中。

但当时的天文学家们没有抛弃旧的理论，而是在球体内发明了新的球体。 为了使新的事实符合旧的理论，偏心、本轮和顺行被成倍增加，就像今天的“宇宙膨胀”、“暗物质”和“暗能量”一样。 到了15 世纪，旧理论已经处于被推翻的边缘（此处原文是the old theory was in a state of crisis，此处应该指代的是旧理论正处于被推翻的边缘——Hildegard），等待着哥白尼在 1543 年的致命一击，他在临终前发表了他的著作 《De Revolutionibus Orbium Coelestium》（《在天体的轨道上》）。

根据哥白尼的新理论，地球远离作为宇宙的固定中心点，它与所有的其他行星一起沿着围绕太阳的近圆形轨道移动。 这是天文学的一场深刻革命，也是欧洲现代科学的真正起点。 但对旧理论的否定并不意味着它的彻底毁灭。正如丹麦天文学家第谷·布拉赫与哥白尼理论的斗争中所表明的那样，哥白尼的理论在数学上与旧的托勒密观点并没有什么不同。事实上，每当一个新的科学理论取代一个旧理论时，它总是会将旧理论中的合理性纳入一个否定的辩证过程中，这绝非意味着完全消灭旧理论而支持新理论。

哥白尼为我们带来了一场天文学的深刻革命，也是欧洲现代科学的真正起点。

很奇怪的是，今天科学机构在天主教会中有一个坚定的盟友来捍卫大爆炸宇宙学。这对多年来的宿敌竟然已经和解了！幸运的是，反对大爆炸理论的异端并没有面临风险（译者注：这里指的是布鲁诺那样被天主教会烧死）。然而，新的理论确实面临着更强大的障碍。 学术科学是一项非常大的产业——数十亿美元被投资于各种理论和机构。一个理论可能已经过时了，但如果它拥有数百万美元的投资，它就不会轻易被推翻。在科学革命初露端倪的时候，资本主义确实是一股革命力量。但是今天，虽然大爆炸理论阻碍了科学的进步，可是它在今天仍然存在，因为它“大到不能倒”。

有许多能力很强的科学家为大爆炸宇宙学领域做出了各种复杂的贡献。我们不反对他们的能力，而是反对他们对证据的哲学解释。实际上大多数科学家没有自己有意识的哲学。因此，他们不可避免地会倾向于采用那些在社会中占主导地位的哲学碎片，这些碎片反映了一个衰败中的统治阶级的利益，而在它的衰败中，它正在复活数百年前的神秘主义。

学术界正朝着哲学唯心主义的方向发展，由一个紧紧抓住“上帝之手”的统治阶级和一批极力捍卫其利益、声望、预算和奖学金的学术贵族领导。科学研究也不例外。唯心主义的逻辑结论是创世论：物质从纯粹的虚无中产生。以大爆炸宇宙学的形式，而这种观点早已深入了最受尊敬的学术圈子。

但这只是一种趋势。有许多科学家希望反对科学中的唯心主义和神秘主义潮流。最值得注意的是埃里克·勒纳（Eric Lerner），他因勇敢地反对大爆炸而被主流科学界排斥。我们强烈推荐他的文章《大爆炸从未发生》，这篇文章评论了韦伯望远镜的观测结果。

马克思主义者们明白，与腐朽的资本主义的斗争不仅包括政治和经济斗争，还包括意识形态的斗争。 正如列宁所阐述的那样：

“战斗唯物主义为了完成应当进行的工作，除了同没有加入共产党的彻底唯物主义者结成联盟以外，同样重要甚至更重要的是同现代自然科学家结成联盟，这些人倾向于唯物主义，敢于捍卫和宣传唯物主义，反对盛行于所谓“有教养社会”的唯心主义和怀疑论的时髦的哲学倾向。”

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