根據天文學家的說法,宇宙正在膨脹。事實上,隨著一種神秘的暗能量在以日漸加快的速度使星係遠離彼此,其膨脹的速率正在加快。他們還說,隨著太陽燃燒氫,使其核心變得更熱,使其外層膨脹,太陽也在穩步變大。在大約六十億年之後,太陽會大到完全吞噬水星和金星的程度,而且會將地球變得不再適宜居住。
考慮到這種宇宙的膨脹趨勢,地球會不會也在變大呢?乍一看,這似乎不大可能,因為地球是一顆岩石行星,而岩石一般不會改變大小。但是有一個假說在過去的一個世紀裏徘徊在地質學的邊緣,它主張事情就是這麽回事:地球在膨脹,而且會在可預見的未來繼續膨脹。
20世紀初,人們發現大陸似乎如拚圖拚板一樣相互吻合,尤其是發現了南美洲的海岸線與非洲海岸線幾乎完美地吻合。與此同時,出現了這一假說。
1910年前後,德國氣象學家阿爾弗雷德·魏格納對這種吻合產生了興趣,他想出了一種解釋,主張數百萬年前,這些大陸肯定曾作為超級大陸聚在一起,隨後漂移開來,抵達了它們如今的位置。魏格納把這稱為“大陸漂移理論”。然而,地質學家對這一理論的反應極為冷淡,部分因為它違背了所謂大陸的位置是永久固定的主流信念;另一部分是因為魏格納無法給出有說服力的解釋,說明大陸是如何能穿過洋底的致密物質而移動的。因此,他的理論被斥為“激進的地質學邊緣理論[51]”。
但是,對大陸明顯相互吻合感興趣的並不止魏格納一人。雖然他的理論遭到了拒絕,被一流的地質學家斥為偽科學,但有一小撮組織散漫的反傳統者—包括20世紀30年代的德國地球物理學家奧特·希爾根貝格、20世紀50年代的澳大利亞地質學家沃倫·卡雷—他們相信魏格納發現了一個重要的問題。盡管他們並不認為他的大陸漂移說是很好的答案。相反,他們給出了完全不同的解釋:如果整個地球原本小得多,各個大陸就可能曾經相連在一起。於是,誕生了“膨脹地球假說”。
據希爾根貝格和卡雷想象,該假說基本的概念是,當地球剛剛形成時,它大約是其目前(直徑大約七千九百英裏)一半的大小。而且,隨著高溫的熔融態地球降溫,一層完整的岩石地殼在其地表形成。通過這種方式,大陸以其原初的狀態完整地將地球的地表包裹了起來。隨後地球就開始膨脹了。為什麽?我們會很快談到這一點,但是現在先想象一下這一膨脹的壓力將地殼撕裂成幾塊,形成了各個大陸。這些大陸之後又隨著地球繼續膨脹而分散開來。岩漿從膨脹的壓力造成的裂縫中湧出來,在大陸間日漸變寬的裂縫處形成了洋底。
於是,當魏格納讓大陸如同巨大的戰艦一樣,在洋底致密的物質中間艱難前行,從而在地表移動的同時,地球膨脹模型沒讓大陸穿過任何東西移動。它們仍然在原來的位置,隻是垂直向上移動了而已,而新洋底的生成增加了大陸之間的距離。這就是大陸分散開來的模型,而非漂移的模型。
在所有證據中,有一個令希爾根貝格和卡雷確信,膨脹地球假說比大陸漂移說更好。他們堅信大陸在一個更小的地球上相互吻合得更好。
這是一個很輕易就可以嚐試的實驗:在地球儀上,把大陸做成拚圖拚板,隨後嚐試把它們拚在一起。你會發現,盡管整體的輪廓相吻合,尤其是大西洋兩側的海岸線吻合得很好,但它們並不是完美吻合的。在它們中間豁開了很大的三角形裂口。地質學家將這些裂口稱為“三角地帶[52]”,也很恰當地給了它們一種糟糕的感覺。魏格納的批評者們很樂於指出這種不夠吻合的情形,以嚐試駁斥他的理論。
希爾根貝格和卡雷發現,如果你將拚圖的大陸拚板維持在原大小,但試著在更小的地球儀上拚合它們,就能拚合得更好了。三角地帶漸漸消失了。如果你的地球儀夠小,大陸幾乎能無縫地包裹住整個模擬地球的地表。尤其,希爾根貝格還是一名製作不同尺寸地球儀的愛好者—他喜歡的材質是混凝紙—而製作地球儀變成了具有地球膨脹運動鮮明特色的手工藝傳統。每當其愛好者在全球會議上相聚,他們都會驕傲地向彼此展示他們各種尺寸的地球儀。
膨脹地球的擁護者也曾提供支持該假說的其他理由。他們指出,與當時任何其他地質模型不同的是,他們的模型解釋了為何地球上有兩種截然不同的地表—陸地和洋底。同時他們指出,膨脹地球模型使大陸較均勻地分布在地球上,和魏格納的模型不同,他們感覺,魏格納的模型生成了極不平衡的地球,在地球一邊是一塊巨大的超級大陸,而另一邊卻什麽也沒有,隻有空曠的海洋。但正是更小的地球上大陸吻合得更好這一點最激勵他們。在他們心裏,大陸的輪廓在這種情形下能吻合得這麽好,根本不可能僅僅出於巧合。
但世界上到底有什麽會造成地球膨脹呢?現在到了該聊這個謎題的時候了。這是一個不能避開的明顯的問題。擁護者知道膨脹的機製有可能成為他們假說的致命弱點,所以他們耗費了巨大的精神能量試圖想出解釋。
這其中,從科學上最保守的解釋(也就是說,激怒科學家的程度最淺的)由匈牙利地球物理學家拉斯洛·埃傑德於20世紀50年代提出。他主張,地球地核和地幔交界處的物質可能在從高密度轉變到低密度狀態的過程中膨脹,這有點像水在從液態向固態冰轉變的過程中體積增加一樣。如果這樣的情形在地核周圍發生,它會向上推動地幔,造成地球以每年大約一毫米的速度發生非常緩慢的膨脹。
其他膨脹論者對這樣慢的增長速度並不滿意,他們找到的機製涉及更具猜測性的物理原理。卡雷暗示,地球的地核中間可能有新的物質出現,由此增加了地球的質量和體積。他從宇宙學的穩態理論中借來了這個想法,想象物質持續不斷地產生是整個宇宙膨脹的原因。[53]當時(20世紀50年代),穩態理論仍然被認為是大爆炸理論很重要的競爭對手,而且有許多著名的支持者。因此,卡雷利用它來解釋膨脹地球似乎也屬合理。這麽做同時也暗示宇宙和地球的膨脹存在相似之處。
還有更激進的主張,指出引力或許在整個宇宙中變小。如果事實如此,它會導致地球的地幔重量持續下降,這會減少對地核的壓迫力,從而造成其膨脹,就像彈簧恢複原有尺寸一樣。這個觀點是德國物理學家帕斯誇爾·約爾丹的創想,而他又是改動了英國物理學家保羅·狄拉克的猜想而得到的這個想法。狄拉克曾經暗示:宇宙的各個常數(所有那些經觀察從未改變的數字,諸如光速、質子的質量,以及引力相對於質量和距離的大小)可能隨時間而變化。由於物理學家不知道這些常數的數值為何是這樣,其中一些,諸如引力,可能隨著宇宙壽命增長而改變,似乎也隱約有些可能。
但是在膨脹論運動中,有一個很顯著的派別。他們承認確實沒有明顯的膨脹機製,但他們主張這不應該被用來反駁假說。畢竟,在科學中,觀察到某事正在發生往往先於了解為何它會發生。達爾文早在生物學家發現使演化得以實現的基因機製之前,就描述了通過自然選擇演化的過程,也許在未來,物理學家會發現造成地球膨脹的機製,但是目前,意識到它在發生已經足夠了—即使沒有人知道它為什麽會發生。
這就是20世紀50年代末的情形。大陸漂移說和膨脹地球說都提供了大陸為何相互吻合的解釋,但是兩者本質上似乎誰都沒有比對方更可信。兩者都要求人們接受極為反直覺的理念,而且就大多數地質學家而言,兩者都同樣荒謬,因為大陸根本沒在移動。
隨後,地質學的那些信念被徹底顛覆了。這一戲劇性轉變的起因是對海底擴張的發現。20世紀50年代到60年代間,漸漸地,對洋底的聲呐測繪開始揭示了巨大的水下裂穀的存在,它們布滿全球的大洋洋底。在這些裂穀中,洋底開裂並向兩側擴張,在岩漿從日漸變寬的裂縫中湧出的地方,形成新的大洋地殼。
這是一樁驚人的發現。裂穀是巨大而且高度活躍的地質構造。沒幾年,地質學家們就意識到固定大陸的傳統信念已經被徹底推翻。大陸顯然一定會移動。但是問題在於,哪個關於大陸移動的解釋與這一新發現更匹配呢—漂移還是膨脹?
許多一流的科學家,如承擔了海底測繪大部分工作的布魯斯·希曾認為膨脹論比較匹配。畢竟,膨脹地球假說預言了新大洋地殼生成處的洋底存在張裂[54]。因此,在很短的一段曆史時期,膨脹論似乎得到了實實在在的機會,能被主流科學接受。
但是這種情況沒有持續多久。地質學家很快意識到,不僅有新的地殼在裂穀形成,而且還有舊地殼同時在俯衝帶消亡。俯衝帶是位於大陸邊緣的地帶,在那裏洋底會俯衝到大陸的下方。到了1970年,這引起了板塊構造學說的發展,該學說想象洋底的生成和消亡就像某種傳送帶一樣,使大陸無休止地繞著地球移動。在這個模型中,大陸更多是飄浮在地幔對流的上方,而不是漂移。
這並不完全等同於大陸漂移說,但是它也足夠接近,足以證實魏格納的理論了。這是他的理論的一個推論,從海底擴張的發現中產生,成了地質學新的正統理論。而另一方麵,膨脹地球假說仍然沒有相應的機製。它的擁護者們也無法解釋俯衝的存在。因此,在它與主流信念短暫的交集之後,其科學地位像石塊一樣一落千丈。
這本應是膨脹地球假說故事的結局。事後看來,其擁護者正確地將大陸的吻合看作了重要的現象,他們隻是選擇了錯誤的解讀而已。魏格納贏得了辯論,他們輸了。因此,這一假說自然應該很快就消散。地質學家也希望如此。
但它卻沒有消散。相反,膨脹地球假說進入到了一個整體而言更奇怪的新時期。它根本沒有消散,反而固執地徘徊在那裏,成了地質學一個叛逆的假說。其擁護者繼續在會議上聚集,他們向學術期刊提交文章,而且在20世紀90年代,隨著互聯網的出現,他們還組織線上活動,顯然麵向的是數量龐大的支持者。這一切都令主流地質學家感到無窮無盡的困擾。
其支持者並非觀念完全一致的一群人,因此整件事毫無價值;在他們中間有各種不同程度的信念。一頭是快速膨脹論者,他們主張地球在以非常快的速度膨脹,每年膨脹超過五毫米,這種膨脹大都發生在過去的兩億年裏。該觀點最主要的支持者是沃倫·卡雷的一名學生—地質學家詹姆斯·馬克斯洛,他預測在下一個五億年裏,地球會膨脹成一顆像木星那麽大的氣態巨行星。
信念的另一頭是緩慢膨脹論者,他們聽進去了拉斯洛·埃傑德的理論,主張地球在其曆史上,一直在以幾乎察覺不到的速度膨脹,每年僅僅膨脹幾分之一毫米。快速膨脹論者因為他們誇張的主張而吸引了大多數公眾的注意,但是,就大多數地質學家而言,他們所有人都一樣瘋狂,因為關於地球為什麽會膨脹根本沒有可信的解釋。
既然如此,為什麽對這一假說的支持仍然延續下去了呢?激發其擁護者熱情的一個最核心的問題就是,他們一直確信在更小的地球上大陸吻合得更好。他們癡迷於回到這個主題,並且堅稱這種更好的吻合不可能僅僅是巧合。
最嚴謹地進一步闡述這一論點的人是英國博物館的古生物學家休·歐文。1984年,英國劍橋大學出版社出版了他的《大陸位移地圖冊》。他主張在更小的地球上,大陸吻合得更好,而這本書就是由詳盡追蹤這種吻合情況的地圖組成的。他總結說:“其中最佳的吻合,是在現有大小80%的地球上出現的。”就連主流的書評人,如英國地質學家安東尼·哈勒姆也勉強承認:“這雖說古怪,但也是非常認真的學術研究的結果。”
然而,也許這一假說始終不散的主要原因在於,所有支持或反對它的證據都不大直接。爭論無休止地圍繞著諸如大陸的吻合或膨脹可能的機製等問題轉,卻沒有去設法解答地球是否真的在以可測的程度改變大小的問題。這是因為科學家們不可能用量尺繞地球一圈來弄清此事,而這製造的懷疑足以使膨脹論者繼續主張他們的觀點。
至少,直到21世紀之前,科學家還做不到這一點。21世紀基於衛星的技術使此事成為可能。地球的膨脹可以被直接用實證檢驗了,而NASA的一個研究團隊就開始著手做這件事了。
就算是用上了先進的技術,鑒於地球並非靜止的實體,這仍然是具有挑戰性的任務。海平麵和大陸在持續的運動中,由於造山運動和其他自然過程不斷升起和降落,所有這一切都必須被納入考量。但是在2011年,經過十年的觀測,該團隊報告了他們得到的結果:沒有證據表明地球在膨脹,它看起來大小是固定的。NASA發了一篇新聞通稿來公布這一消息,他們用這篇長長的文章勝利地宣稱,膨脹論這個異端理論終於可以被放下了。
你可能會認為,這應該就是結局了吧。似乎膨脹地球的故事又一次迎來了結局。但故事還沒完。它的支持者實在是夠執著的。
2016年,膨脹論的擁護者馬修·愛德華在經同行評審的期刊《地球和太空科學曆史》上發表了一篇文章,在文中承認,衛星測量的確對快速膨脹論者來說構成問題。快速膨脹肯定應該能被探測到才對。但是他主張:由拉斯洛·埃傑德提出的那種緩慢膨脹就是另一回事了,尤其當你更仔細地審視來自NASA的測量結果時更是如此。
看起來,研究者並非根本沒發現膨脹。他們記錄下了一年0.1毫米的膨脹,有可能由於測量技術內在的不確定性,這個數值可以達到0.2毫米。他們把這個看作“在統計學意義上與零沒有差別”。但愛德華反駁稱它絕對不同於零,因為即使一年隻膨脹0.1或0.2毫米,經過45億年,就會變得相當顯著。而最近來自中國武漢大學的研究者做出的測量暗示,膨脹速率可能達到每年0.4毫米,這就使數字進入了緩慢膨脹論者預測的範圍之內。
膨脹論者反敗為勝了嗎?愛德華承認需要更多的研究。一個問題在於,衛星測量所依靠的大多數地麵基站都位於北半球。也許未來的研究更均勻地審視整個地球的地表之後,會確認沒有膨脹發生。但即使如此,他堅稱:“給膨脹地球徹底結案還為時尚早。還有各種其他的可能性需要證明。”