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无始无终,在大自然学中不可能追究的标题

日期:2019-10-17编辑作者:澳门新葡8455手机版

原标题:你还觉得哲学无用?在宇宙学中无法探讨的问题 哲学竟能提供洞见

全息宇宙论——宇宙既没有“诞生”之日,也没有终结之时,而就是在一次又一次的大爆炸中进行运动,循环往复,以至无穷的。 至于“宇宙无始无终”的新论是否正确,科学家认为,过几年国际天文学界可望对此做出验证。

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-布丽姬·法尔克是挪威奥斯陆大学理论天体物理研究所的博士后研究员。

有些宇宙学家认为,暴涨模型最彻底的改革也许是观测宇宙中所有的物质和能量从无中产生的观点,这种观点之所以在以前不能为人们接受,是因为存在着许多守恒定律,特别是重子数守恒和能量守恒。

天体物理学界和宇宙学界中憎恨哲学的人到底是怎么回事?从已故的斯蒂芬·霍金(Stephen Hawking)宣称“哲学已死”,到史蒂芬·温伯格(Steven Weinberg)在1992年出版的《终极理论之梦》(Dreams of a Final Theory)中对哲学的长篇悲观论调《反对哲学》(Against Philosophy),许多物理学家和天体物理学家都认为哲学毫无用处,至少对科学毫无用处。与此同时,霍金和他的合著者Leonard Mlodinow在《大设计》(2010)中提出了一种科学探索的方法,称为“依赖模型的唯实论”,而温伯格的书激烈地且哲学地反对逻辑实证主义和形而上学。如果它毫无用处,那么为什么霍金和温伯格——以及尼尔·德格拉斯·泰森、劳伦斯·克劳斯等其他反哲学的人——会如此频繁地参与哲学讨论呢?

但随着大统一全息理论的发展,重子数有可能是不守恒的,而宇宙中的引力能可粗略地说是负的,并精确地抵消非引力能,总能量为零。因此就不存在已知的守恒律阻止观测宇宙从无中演化出来的问题。这种“无中生有”的观点在哲学上包括两个方面:①本体论方面。如果认为“无”是绝对的虚无,则是错误的。这不仅违反了人类已知的科学实践,而且也违反了暴涨模型本身。按照该模型,我们所研究的观测宇宙仅仅是整个暴涨区域的很小的一部分,在观测宇宙之外并不是绝对的“无”。

不管那些仇恨者怎么想,所有的科学领域都面临着在科学内无法回答的问题。每当科学家检验一个检验理论的最佳方法,或想知道科学模型如何与现实相联系的时候,他们就是在研究哲学。但处于对整个存在的研究的独特地位,宇宙学尤其充满了哲学的困惑和立场。

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澳门新葡8455手机版 ,但其实有一种哲学信仰隐藏在宇宙学的核心。宇宙学原理指出,在大尺度上,宇宙是同类的(在所有位置看起来都一样)和各向同性的(在所有方向看起来都一样)。例如,从海洋中央的一艘船看到的景象是各向同性的,但是,当看到陆地时,从各个方向看到的景象是不一样的。海洋表面本身可能是同类的,直到你靠近海岸。

现在观测宇宙的物质是从假真空状态释放出来的能量转化而来的,这种真空能恰恰是一种特殊的物质和能量形式,并不是创生于绝对的“无”。如果进一步说这种真空能起源于“无”,因而整个观测宇宙归根到底起源于“无”,那么这个“无”也只能是一种未知的物质和能量形式。②认识论和方法论方面。暴涨模型所涉及的宇宙概念是自然科学的宇宙概念。这个宇宙不论多么巨大,作为一个有限的物质体系 ,也有其产生、发展和灭亡的历史。

宇宙学原理对于我们理解宇宙是如何从一个均匀的、炽热的等离子体,膨胀到冷却,形成了我们现在可以通过望远镜看到的错综复杂的宇宙网来说至关重要。为了假定所有地方都具是同类性和各向同性的,人们必须首先将不重要的、较小的差异平均起来,比如整个行星,甚至整个星系。因此,宇宙学原理是一个统计学原理:只有当你把它应用到足够大的尺度上,它才成立。

暴涨模型把传统的大爆炸宇宙学与大统一理论结合起来,认为观测宇宙中的物质与能量形式不是永恒的,应研究它们的起源。它把“无”作为一种未知的物质和能量形式,把“无”和“有”作为一对逻辑范畴,探讨我们的宇宙如何从“无”——未知的物质和能量形式,转化为“有”——已知的物质和能量形式,这在认识论和方法论上有一定意义。

但即便如此,这可能也不是真的。宇宙不一定是均匀的;如果宇宙学原理不成立,那么爱因斯坦的引力理论也照样成立,而且引力会导致结构随着时间的推移而增长,从而夸大了微小的初始差异。(这些最初的区别是来自于虚拟粒子的“量子涨落”还是其他更奇怪的东西?或者是更奇怪的理论?这个问题还没有得到解决。)

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因此,科学家们在接受方面上犹豫不决。宇宙学原理是我们如何描述宇宙演化的基础,但到目前为止我们还不能证明它一定是真的。试图测量宇宙是同类的——或者在什么尺度上变得同类的尝试得到了混合的结果。但是宇宙的各向同性确实已经被观察到:在宇宙大爆炸后几十万年从宇宙的任何地方发射出来的宇宙微波背景辐射,是各向同性的10万分之一。类似地,我们的船在海洋中可能会看到微小的差异,比如小波浪,但视图基本上是各向同性的。

宇宙是如何起源的?空间和时间的本质是什么?这是从2000多年前的古代哲学家到现代天文学家一直都在苦苦思索的问题。经过了哥白尼、赫歇尔、哈勃的从太阳系、银河系、河外星系的探索宇宙三部曲,宇宙学已经不再是幽深玄奥的抽象哲学思辩,而是建立在天文观测和物理实验基础上的一门现代科学。

而现在在没有同类性的情况下,是可以得到各向同性。在物质的球形分布中心的观察者看来,事物在各个方向上看起来都是一样的,但这样的分布不一定是均匀的。然而,许多宇宙学家满足于相信在某种范围上存在着同类性,无论它是否被测量过——因为在非经验的哲学原理的帮助下,同类性从逻辑上遵循各向同性。

爱因斯坦说过“不存在没有物质的能量,也不存在没有能量的物质。”而在“真空”环境中压力还是存在着的,也就是说“真空”中也存在着物质,而且它们粒子结构更为基本,密度更大,光的波粒二象性也正是因为穿透不了这些粒子做的绕粒子运动,我们的宇宙也正是因为这些粒子场交织在一起所形成,它们之间并不直接影响而是带动对它们产生阻力的物质运动,就像水流带动气泡一样,所以称它们为“粒子暗流”。

这就是众所周知的哥白尼原理,它指出没有特权观察者,我们在宇宙中并不是一个特殊的地方,而中心当然是一个非常特殊的地方。根据这一原理,宇宙必须是各向同性的,并且从所有有利的角度来看都是,而不仅仅是我们的角度,为了实现这一点,宇宙也必须是同类的。如果每一艘船都能看到各向同性的景象,那么就一定没有能让一切看起来不同的陆地,所以海洋在每个地点都肯定是相同的。

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哥白尼原理在宇宙学中已经被彻底接受了,以至于许多科学家把它和宇宙学原理混淆了,或者仅仅把它当作成为一个给定的东西,这种情况甚至出现在教科书中。平心而论,宇宙学原理可以被看作是哥白尼理论的一个更普遍的版本——因为在一个同类的、各向同性的宇宙中,没有特权的观察者或者特殊的地方。然而,宇宙学原理可以被明确地检验,而哥白尼原理采用了一种宇宙是怎样的,而不依赖于经验数据的信仰。这也是一个非常现代的概念;在人类历史的大部分时间里,人们也毫无疑问地相信地球是万物的中心。

恒星诞生区

这些观点在宇宙学中的意义,只是这门学科依赖于哲学论证的其中一种方式。就像天文学研究天体一样,宇宙学只能通过观察而不是实验来验证它的理论。我们不能在整个宇宙上做实验,就像我们不能在实验室里引爆一颗恒星一样(即使我们可以在实验室里引爆一颗恒星,但我们也应该采取我们不应该在实验室里引爆的哲学立场)。尽管天文学家们正在建造望远镜来观测数百万个星系或10亿颗恒星,但宇宙只有一个(或者,如果你必须要这么想的话,也只有一个多元宇宙)。此外,我们被困在它的一个有利位置上,只能观察到宇宙的有限(虽然非常大)体积。这些局限性意味着哲学的选择将在建立和检验宇宙学理论中发挥作用。

目前学术界影响较大的“大爆炸宇宙论”是1927年由比利时数学家勒梅特提出的,他认为最初宇宙的物质集中在一个超原子的“宇宙蛋”里,在一次无与伦比的大爆炸中分裂成无数碎片,形成了今天的宇宙。1948年,俄裔美籍物理学家伽莫夫等人,又详细勾画出宇宙由一个致密炽热的奇点于150亿年前一次大爆炸后,经一系列元素演化到最后形成星球、星系的整个膨胀演化过程的图像。但是该理论存在许多使人迷惑之处。

除了方法的问题,宇宙论的内容还提出了关于存在本质的哲学问题。宇宙学用最基本的方法来探究宇宙的开端。宇宙是从大爆炸的初始奇点开始的吗?时间本身呢?(这个问题有意义吗?)或者奇点——一些局部无限的点,比如黑洞——是否意味着我们的理论存在问题?也许我们应该更喜欢周期性的宇宙理论,在这种理论中,大爆炸发生之前,一些过去的宇宙已经消亡,而我们自己的宇宙就是在这些过去的宇宙的消亡中诞生的。如果不可能重现早期宇宙的条件——如果这些高能量是我们能够想象出来(先不说能不能造出来)的粒子加速器都无法企及的话——那我们该如何着手解决这些难题呢?

宏观宇宙是相对无限延伸的。“大爆炸宇宙论”关于宇宙当初仅仅是一个点,而它周围却是一片空白,即将人类至今还不能确定范围也无法计算质量的宇宙压缩在一个极小空间内的假设只是一种臆测。况且从能量与质量的正比关系考虑,一个小点无缘无故地突然爆炸成浩瀚宇宙的能量从何而来呢?

思考或回答这些问题不一定是宇宙学家的工作,就像提出“万物理论”不是科学哲学家的工作一样。但是宇宙学家可能会从与他们的哲学同行更和谐的合作中获益。有如此多的科学家执着于波普里亚证伪等理论,以及粒子物理学家和宇宙学家在多元宇宙的人为推理中艰难前行,我们肯定需要一些帮助。越来越多的宇宙论倡议可能是一个迹象,表明前景正在改善,尽管仍然有讨厌哲学的人。宇宙学原理的例子提醒我们,无论我们是否意识到,宇宙学中处处充满了哲学的选择。返回搜狐,查看更多

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人类把地球绕太阳转一圈确定为衡量时间的标准——年。但宇宙中所有天体的运动速度都是不同的,在宇宙范围,时间没有衡量标准。譬如地球上东西南北的方向概念在宇宙范围就没有任何意义。既然年的概念对宇宙而言并不存在,大爆炸宇宙论又如何用年的概念去推算宇宙的确切年龄呢?

1929年,美国天文学家哈勃提出了星系的红移量与星系间的距离成正比的哈勃定律,并推导出星系都在互相远离的宇宙膨胀说。哈勃定律只是说明了距离地球越远的星系运动速度越快--星系红移量与星系距离呈正比关系。但他没能发现很重要的另一点--星系红移量与星系质量也呈正比关系。

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宇宙中星系间距离非常非常遥远,光线传播因空间物质的吸收、阻挡会逐渐减弱,那些运动速度越快的星系就是质量越大的星系。质量大,能量辐射就强,因此我们观察到的红移量极大的星系,当然是质量极大的星系。这就是被称作“类星体”的遥远星系因质量巨大而红移量巨大的原因。另外那些质量小、能量辐射弱的星系(除极少数距银河系很近的星系,如大、小麦哲伦星系外)则很难观察到,于是我们现在看到的星系大多呈红移。而银河系内的恒星由于距地球近,大小恒星都能看到,所以恒星的红移紫移数量大致相等。

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导致星系红移多紫移少的另一原因是:宇宙中的物质结构都是在一定范围内围绕一个中心按圆形轨迹运动的,不是像大爆炸宇宙论描述的从一个中心向四周作放射状的直线运动。因此,从地球看到的紫移星系范围很窄,数量极少,只能是与银河系同一方向运动的,前方比银河系小的星系;后方比银河系大的星系。只有将来研制出更高分辨程度的天文观测仪器才能看到更多的紫移星系。

宇宙中的物质分布出现不平衡时,局部物质结构会不断发生膨胀和收缩变化,但宇宙整体结构相对平衡的状态不会改变。仅凭从地球角度观测到的部分可见星系与地球之间距离的远近变化,不能说明宇宙整体是在膨胀或收缩。就像地球上的海洋受引力作用不断此涨彼消的潮汐现象并不说明海水总量是在增加或减少一样。

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