爱因斯坦自己也发现到这个问题,并为此感到不高兴。身为牛顿无限、永恒的宇宙概念的拥护者,他说服自己一定有个物理定律可以避免宇宙整体的膨胀或收缩。当时空被质量影响时,一定有什么允许局部的变化,而不改变宇宙整体的状态。爱因斯坦因此在他的方程式多加一个“宇宙常数”:一种微弱的斥力,抵消了重力向内的拉力,因此避免宇宙整体的动力变化。
弯曲的太空
爱因斯坦的广义相对论说,太空并不是真空——它是一个看不见的结构,里面嵌着恒星和星系。这些大量的物质使结构变形,在物质周围的空间中,产生了一个“挤压”。普通空间的三维图像变形,会弯曲成为思维图像。因为这很难想象,所以科学家们往往将其简化,表示成为二维“橡皮单”宇宙,由于天体的质量而弯曲成三维图。
扭曲的宇宙按最大规模来说,整个宇宙的质量可以使得它周围的太空弯曲。广义相对论认为宇宙可以向三个方向中的任一方弯曲,这取决于里面物质的密度。如果再次用橡皮单模型,宇宙可能是扁平的,它可能向内弯曲两边相碰,也可能向外弯曲成马鞍状。
然而勒梅特认为加上这个“宇宙常数”是不合理的。假设你接受轻微膨胀宇宙的数学模型,这表示有一个扩张性的力会抵抗重力,宇宙里所有的物质因此能保持一个距离。如果这扩张性的力稍微比重力大,那么宇宙会继续膨胀而且越变越大。因为昨天的宇宙经过膨胀才有今天的大小,所以昨天的宇宙比今天来得小。因此当你往时间的反方向推进时,宇宙会越来越小;这表示宇宙在很久以前的某个时刻是最小的。
勒梅特认为这就是宇宙的开端,他的教会一直在寻找的创始时刻。他以为他已经找到了一个完美的模型:一个上帝所创造的宇宙,从“太古原子”继续成长和扩张,就像一株橡树是由一颗橡实长大而成的一样,而且这个宇宙忠实地遵循当代科学大师爱因斯坦的数学,也恰巧可以解决爱因斯坦方程式所预测的膨胀问题。
很不幸的,爱因斯坦并不欣赏勒梅特的想法。
爱因斯坦对哈勃的研究很有兴趣,决定到威尔逊山天文台拜访他。同时,勒梅特在加州理工学院安排一场演讲,请爱因斯坦和哈勃一起来。在演讲中,他仔细地一步步论证他的“太古原子”理论,并提出整个宇宙在“没有昨天的那一天”被创造出来,并使劲地把数学式子从头到尾推演一遍。演讲结束后,爱因斯坦实在无法相信他亲耳听见的:他站起来说,那是他听过最美妙和最令人满意的诠释,接着承认他引进的“宇宙常数”是他生命中最严重的错误。
对天主教会来说,这可说是一项丰功伟业,因为勒梅特建构了一个包含创始时刻的宇宙模型。这模型符合圣经里显示的图像,同时还得到当代最伟大的科学家的支持。此外,如果你细心分析哈勃的数据,可能还可以知道相关的时间尺度。从计算星系的运动速度以及在不同时间它们之间的相对距离和离开地球的距离,可以追溯到所有星系都挤在一起的时刻,这就是勒梅特所谓的创始时刻,结果发现那已经是150亿年前的事了。这截然不同的动态宇宙概念所描述的宇宙是从一个特定的起点开始成长,很明显地指出无限、不变的宇宙可能完全是错误的。
伸展的太空太空天体的质量使得太空向内围绕着它弯曲,但是很多天文学家们现在相信,存在着另一种力,隐藏在空旷的太空中,起到了相反的作用,把太空向外推,这可以用来解释最近的观察结果。观察表明宇宙同扁平模型相符。这个隐藏的作用力叫“宇宙常数”。首先是由阿尔伯特·爱因斯坦作为他的广义相对论的一部分提出的,尽管后来他称此为他的最大的错误。这个宇宙常数使得宇宙中天体之间的空间能逐渐伸展。
但还有一些显赫的科学家——尤其是那些坚定的无神论者——还没有被说服。宇宙从一个比原子还要小的东西开始成长的想法,对他们来说太可笑了,使他们无法认真看待它。在剑桥有一个研究小组想要寻找其他的解释。他们认为,为什么不假设我们只不过没有看到整个的图像呢?我们看到的宇宙可能是正在膨胀,但是在我们视线以外的范围,它可能往相反方向移动并缩小。整体上,宇宙可以是稳定不变的,里头包含膨胀和收缩的部分,像一大锅热水永远在沸腾,起着泡泡。他们推论爱因斯坦的数学毕竟同时允许膨胀和收缩。