第五十九章物质与场

瑞柏（G. Reber）是射电天文的开创者，1976年，在《无始无终无边无界的稳定宇宙》中，他写道：“时间是事件的序列，无始无终。物质的宇宙延伸到我们以光学与射电手段可以观测到的更远处，宇宙无边无界。炽热的天体释放出的能量通过电动力学（而非热动力学）方式得以循环。死亡星系遗留的物质再循环产生新的星系。物质与能量的分布在小尺度上产生细节的变化。在任何大尺度与长时间范围，宇宙的宏观特征保持不变。”

1982年，他又说：“半个多世纪以来，宇宙在膨胀的理论统治了天文学。所有的流行理论，从各种大爆炸模型到不同的稳态模型，都明确假设宇宙是在膨胀的。然而，那些对膨胀宇宙有利的证据都是间接的，是基于一种‘纯粹的假设’（哈勃，1936），即地球上的观测者接收到的由遥远天体传来的光线所产生的红移是由于相对运动而产生，因而可以用多普勒效应来解释。哈勃还说‘…持续膨胀的模型…似乎相当值得怀疑’，以及‘另一方面，如果舍弃退行的因素，如果红移主要不是速度红移，图像就会是简洁而易于接受。那么，就不会有膨胀的证据存在，没有时间尺度的限制，没有空间弯曲的痕迹，没有空间维度的强制。’（哈勃，1936）。这些表述在今天如同在1936年一样确实无疑。”

瑞柏描述了一幅无边无际无始无终出于平衡态的宇宙图像（A timeless, boundless, equilibrium universe）。他从宏观上给出了一个使人心安的宇宙景象。从宇宙无限的观点出发，这样的宇宙是一个最符合逻辑的最合理的结论。局部的物质状态发生变化，如同康德所描述的，弥散的物质由引力而聚集而收缩成为星系与星体。或者星系与星体在爆发中重现物质的弥漫状态。宇宙在变化，老的星系星体死亡，新的星系星体诞生，循环不已。因为其无限，在总体上宇宙处于星体星系与能量的平衡状态，一种动态的平衡。

假设宇宙是在膨胀的各种大爆炸模型和稳恒态模型，也并不是一无可取。在宇宙的局部区域，如前所述，膨胀（或其相反过程-收缩）现象都是存在的。膨胀产生局部的暴发，如超新星。收缩则在局部形成新的天体（系统）。这种过程便可以描述为爆炸（收缩）过程。而稳恒态的膨胀模型描述了物质粒子由虚空中的产生。在黑洞附近的空间，这可能是一种真实的物质循环的过程。

在二十世纪初期，之所以膨胀模型得以建立，其中一个因素就是人们认为星系际空间没有物质粒子存在。这便是哈勃所说的一种“纯粹的假设”的产生原因。因为没有物质，光线的红移便没有物质的原因，那么，多普勒效应便成为惟一的解释。哈勃是沿用了前人的惯用方法，将红移解释为速度效应，因为多普勒效应是当时唯一清晰可用的解释。这种情况到现在以经改变。现在我们知道，在星系际空间是有物质粒子存在的。那么，光线必然与这些物质粒子发生作用。“纯粹的假设”也就失去了其必要性。红移的原因可以在光线与物质粒子的作用中寻找。

尽管哈勃后来质疑了红移的速度解释，但是后人却没有重视这些质疑，而是接受了他早期采用的速度红移的解释，因为那个解释是清晰而简洁。接受一种观点很容易，用自己的大脑去思考却比较困难。这种情况类似于托勒密在建立他的地心图像时，尽管他说以地球为中心只是为了计算的方便，真实的物理世界的景象并非真实如此，后人们还是将地心说作为事实来接受，而使得日心说要经历艰难的过程才被接受。

宇宙是我们作为一个组成部分的唯一实在。宇宙的本原是物质，物质的分布产生空间，物质的运动产生时间。在宏观尺度上，分布的物质之间的相互作用主要为引力与电磁力。

引力是物质的一种属性，是一种存在于所有物质之间的力。因而，引力作用存在于从微观到宏观所有尺度的物质（系统）之间。物质是不可消失与毁灭的，因此引力的变化只能由某一物质系统相对于其它物质的位置变化引起。对引力变化的探测是困难的，因为引力是万有的，发生于任一物质元素的引力作用于宇宙间所有的物质元素，要构造一个系统使得引力只对其中的某一部分（探测器）发生作用是不可能的。这使得以人为的方式构造一个仪器系统探测引力波成为困难的。至今为止，人类对引力波的探测还没有结果。然而，宇宙本身就给我们提供了引力波探测器，那就是地球本身，地球上地陆地与海洋系统。相对于地球上的一个固定的港口或海岸位置来说，太阳与月亮对地球的引力形成昼夜变化的波动，潮汐便是这个引力的表现，是引力的指示器。地球本身就是一个太阳系内的引力探测器。

物质间为什么会存在引力，至今无人知晓，这也许是永远不会有答案的一个问题。但是，从逻辑的角度，可以考虑，如果物质之间存在的是与引力相反的力-斥力，宇宙间所有的物质将不会聚集，而是以最微小的粒子均匀分散。如果物质粒子之间既无引力也无斥力，那么物质也不会聚积成为星体，而是处于一种随机的分布状态。因此，宇宙中的物质形成星体与星体系统必需有引力的存在。

电磁力由静止的或运动的电荷产生。不同于引力存在于任一物质微粒，电磁力由两种电荷-正电荷与负电荷-产生与感知。

电荷的运动产生电磁场，传播的电磁场成为能量与信息传递的主要手段，从伽玛射线到射电波。电荷系统的尺度小到原子，大到天体。因此电磁波也有各种不同的检测手段。伽玛探测器，X光掠射仪，紫外、光学、红外望远镜，射电望远镜到VLBI。

电磁波由微观电荷的运动产生，也为电荷感知，因而易于检测。

而引力效应表现为宏观物体的作用，并且所有的引力效应是叠加的。理论上的引力波即使无误，却难以产生，发出引力的是宇宙间全体物质，每一个原子或一个物体感受到的引力为宇宙间全部物质产生的引力的总和，即使某一处产生了物质分布的变化，如果不是在月球这样的距离或尺度产生，作为地球上的人类要检测到引力波，是很困难的。

物质、引力场与电磁场组成了整个宇宙。我们是物质，我们与宇宙因引力场而稳定存在，在宇宙中，电磁场为我们接受与传递能量与信息的方式。

Endless, Boundless, Stable Universe

Time is merely a sequence of events. There is no beginning nor

ending. The material universe extends beyond the greatest distances

we can observe optically or by radio means. It is boundless. The energy

from hot material is recycled by electrodynamic (not thermodynamic)

means. The material from dying galaxies is recycled into new

galaxies. Details of material and energy distribution change on a small

scale. Over any large volume and long time, the gross features of the

universe remain stable. I am not offering a finished product. I am attempting

to instill thinking about the Endless, Boundless, Stable Universe.

Endless, Boundless, Stable Universe is the text of a lecture delivered

by Dr. Grote Reber in the University of Tasmania on Wednesday,

8 September 1976.