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一次长远路途的“思想旅行”总有歇息和停止的时候,写完《手稿》文集的最后一节,本作者将要转向下一部《手稿》的写作。在“总结性陈词”的最后一节,本作者不是要归纳一下文集的中心思想,而是要理清一下在文集中提出的“四个原理”的相互关系。文集的“重头戏”是从自然演变多因素的相互作用中归纳出“等效原理”,分析原理的形成,发现这一原理在宇宙学和量子宇宙学中的表现。宇宙哲学和量子宇宙哲学不是一门新科学,却是一门意境深远的年轻科学,与我们对宇宙的诞生和演变、物质结构、生命和人的认知息息相关,尽管国内外的大学没有在物理学和天文学,哲学和认知心理学领域开设宇宙哲学专业,但是,这些大学和研究机构的“顶尖人物”都在宇宙学和哲学的“交叉地带”发表言论,著书立说,在这一科学哲学的领域进行了“浓墨重彩”的描绘。本作者不是“眼睛向外”,紧盯剑桥大学和麻省理工在宇宙哲学领域的顶尖学者,而是“眼睛向内”,紧扣自己的内心追问,将一小朵、一小朵“思想的浪花”采撷下来,汇聚成一片“花海”。之所以将哲学概念的“等效原理”看成是科学思想的基础性原理,是因为离开了这一原理的支撑,我们的科学认知活动甚至无法进行,比如:离开了牛顿的经典力学、麦克斯韦的经典电磁学,我们还能认识爱因斯坦的相对论吗?无论相对论在多大的程度上超越了经典物理学,本作者相信,在牛顿的经典力学和爱因斯坦的相对论之间存在“等效性解释”,至少有部分、弱“等效原理”的发生,我们可以从哲学概念上将“相对性原理”理解为爱因斯坦只是“相对性”地脱离了经典力学,而不是“绝对性”地背离了经典物理。
可以用数学几何上的点、线、面关系来简单地理解宇宙哲学的“等效原理”,在点和线之间存在“等效关系”,因为点是线上的一个“点”,或者线由无数个“点”构成;线和面之间存在“等效关系”,因为线是面上的一条“线”,或者面由无数条线构成;在点和面之间存在“等效原理”,因为点是面上的一个“点”,或者面由无数个点构成。我们可以将点、线、面的“等效性”推广到点线面与体的关系,我们只要记住点、线、面、体不属于“同质同量”的概念。牛顿在经典力学的描述中使用的是三维时空概念,而爱因斯坦在相对论的描述中使用的是数学家闵可夫斯基的四维时空概念,三维和四维时空不属于“同质同量”的概念,给出的物理定义和结论也完全不同,不能用“等效原理”来解释这类性质十分不同的定义和理论。可以用近日一次行星科学的发现来说明宇宙哲学的“等效原理”,美国航天局的天文学家使用斯皮策太空望远镜,在距离地球40光年的一个“太阳系”上发现了7颗地球尺度的行星,其中的三颗位于主恒星的宜居带,尽管7颗行星之间,行星与主恒星之间的距离很近,远远小于地球与太阳,太阳系行星之间的距离,但是,这个“太阳系”的主恒星是一颗矮星,不能发出太阳一样的光和热,因此,不排除在三颗宜居的行星上存在液态水的可能,根据“等效原理”的推断,不排除在三颗宜居的行星上存在生命的可能。在更大的空间范围内,我们甚至不排除外星人存在的可能,如果说只有在地球上存在智慧生命,那么“等效原理”的解释就失去了效力,具有和地球同样条件的行星为什么不能诞生生命和智慧生命昵?探索系外生命是天文学家的使命之一,美国为此建造了过去最大的阿雷西博射电望远镜,中国建成了现在世界上最大的“天眼”——贵州平塘射电望远镜。
天文学起源于古代人的劳动和生产活动,因为古代人的劳动成果基本上“靠天吃饭”,古代人在四季交替和日月变换的“天象”观测中萌发了探求天地奥秘的渴求,人类最古老的天文学已经演变成和数学、物理、化学、生物和地理同等地位的“六大学科”,本作者甚至相信,在“广义天文学”的意义上,可以认为数学、物理、化学、生物和地理学起源于天文学,起源于古代劳动人民对天地万物的原始认识,只有那些体验到古代劳动人民生产和生活艰辛的古代先民能够成为古代的“天文学家”、或者“占星术士”。人类进入文明社会之后,天文学家的一个重要使命是探究天体的起源和演变,寻找天文观测的方法和技术,在技术改进和理论创新的过程中发现新的天体和万物运行的法则。最早的“天文台”遗址可以追溯到古埃及人在4700年前建造的金字塔,金字塔可以作为日月星辰观测的“台址”,远古时期的“英国人”在高地上建造了巨石阵,用以观测太阳和月球的“起落”,推算一年不同季节的变化。尽管现代宇宙学在哈勃观测和爱因斯坦广义相对论的推动下演变成一门十分精确的科学,但是,宇宙学更接近“天文哲学”,它从总体上探索宇宙的起源和演变,最引人瞩目的宇宙学是伽莫夫等科学家提出的宇宙大爆炸理论,这一理论以广义相对论和原子核理论为基础,认为我们的宇宙起源于大约137亿前的一次“大裂变”,随着初期高压高热的释放,在“大裂变”中释放的能量变成了基本粒子,退化成几十万年后的宇宙微波背景辐射,巨量的基本粒子在引力的作用下,开始聚拢和塌缩,逐渐形成我们现在看到的宇宙结构和天地万物。
根据点、线、面之间“等效原理”的解释,我们可以推断:在天文学和宇宙学之间存在“等效性关系”,或“等效性解释”,在天文学中的理论天文学、天体物理学和宇宙学之间存在更多的、强的“等效原理”,而在天文学中的测量天文学、观测天文学和宇宙学之间存在更少的、弱的“等效原理”。天文学主要通过望远镜来观测进入到地球的天外辐射,研究宇宙天体的物理性质、化学构成、生物特征以及运行和演变的规律。天文学与物理学之间的关系如何昵?实际上,天文学、宇宙学和物理学之间存在“同质异构”、或“同构异质”的关系,物理学是自然科学中的“带头大哥”,构成了不同工程学的理论基础,物理学和天文学的不同在于研究对象和研究方法的不同,物理学研究物质的基本结构和物体运动、变化的一般规律,物体既可以指微小的基本粒子,也可以指宏观和宇观的天体,以微观粒子为研究的对象时成为粒子物理学,以宏观天体为研究的对象时成为天体物理学。在天文学中最热门的天体物理学体现了天文学和物理学的“交集”,这是在天文学和物理学之间存在“等效性关系”的基础。物理学研究物质和能量,时间和空间,运动和转化的方式对天文学和宇宙学产生了深刻的影响。本作者由此得出一个结论:在天文学、宇宙学、物理学三者之间存在“等效原理”,或存在等效性的关系和理论解释。同样,天文学的“太空实验室”和地球的物理实验室之间也存在此类关系,两类实验不能互相取代,却可以相互支持和补充,比如:在加速器中完成不了的物理实验,很有可能在“太空实验室”中找到答案,在宇宙射线撞击大气层的过程中产生了类似于加速器的效果。
本作者在100节的《手稿》中提出了四个宇宙哲学的原理,即:等效原理、转换原理、量子效应递减规律、广义测不准原理,这四个原理之间不是各自独立,而是存在一定的关联性,可以从相对论和量子论相结合的物理学“大统一理论”中分析它们的相关性。在相对论和量子论之间存在可转化性,从相对论到量子论的转化,或者从量子论到相对论的转化体现了“转换原理”的要义。相对论和量子论之间的可转换性提供了两种理论体系统一的可能,我们可以将相对论和量子论的统一性理解为“等效原理”,等效关系可以用数学形式上的一致性来表述。在广义相对论和量子力学的时空尺度上,广义测不准原理将表现得十分明显,广义相对论和量子力学为我们提供了预测宇宙和粒子命运的理论依据,但是,如果我们真正要预测宇宙的终极命运和诸如一个质子的命运时,将会遭遇到广义测不准原理的约束,有许多“变幻莫测”的不确定因素。本作者对宇宙哲学的一个主要贡献可能是提出了“广义测不准原理”,这一原理不会“载入史册”,但会“摆到台面”,成为未来的宇宙哲学家讨论的话题。在量子力学的微观领域,粒子的量子效应表现为最大化,而在广义相对论的宏观领域,量子效应表现为最小化,因此,在相对论向量子论转换的过程中,发生了量子效应的递增规律,或者在量子论向相对论转换的过程中,发生了量子效应的递减规律,我们在量子效应最大化和最小化的领域都遇到了预测难题,这两类“广义测不准原理”之间存在“等效原理”,比如:当预测一个质子的命运和预测一个最遥远星系的命运时,我们遇到了相似的困难。需要动态地理解“广义测不准原理”,因为每一个时代都有属于这个时代的技术和认识能力的限制,比如:望远镜有分辨率的限定,大型强子对撞机有能级的限制,广义相对论依据的“公理”有不能证明的因素,弦理论和圈量子理论停留在数学定义和验算的范围。
谁是宇宙哲学的奠基人?谁的哲学照亮了宇宙?谁的宇宙学照亮了哲学?我们也许首先想到了爱因斯坦,晚年的爱因斯坦在物理学的研究中没有获得大的进展,却在宇宙哲学领域建树颇丰,甚至致力于建立一个横跨科学、哲学和宗教学的“超大统一理论”,完成自然科学和社会科学的“大统一”,但是,比爱因斯坦更早的人物有马克思和恩格斯,马克思发现了唯物主义和辩证法的历史观和自然观,恩格斯依据马克思的自然观写出了《自然辩证法》,恩格斯论述的自然辩证法和我们理解的“宇宙辩证法”之间存在“等效性解释”的关联,因此,马克思和恩格斯同为宇宙哲学的“人类导师”。比马克思和恩格斯更早的人物还有康德和拉普拉斯,1755年,德国哲学家哲学家康德写了题为《宇宙发展史概论》的著作,在书中首次提出了太阳和星系形成的“星云假说”,这一假说得到了现代天文观测的证实,我们大脑和身体的物质最早也是由星云形成的,谁说不应该给作为哲学家的康德“追认”一个现代意义的诺贝尔物理学奖?一个能够得到证实的理论假说,比如:康德的星云假说具有获得诺贝尔奖和“突破奖”的资格。1796年,法国科学家拉普拉斯写了题为《宇宙体系解说》的著作,从力学和运动学上提出了有关太阳系起源的星云假说,拉普拉斯的星云假说在康德的基础上有了更为科学的描述,因此,我们可以将康德和拉普拉斯看成是两位近代宇宙哲学的奠基人。
既可以将天体物理学理解为一门天文学科,也可以理解为一门天文学和物理学之间的“中间学科”,天体物理学应用力学、电磁学、统计力学、热力学和量子力学等物理学方法来研究天体、宇宙的结构和演变。尽管天体物理学家和粒子物理学家提出了一个又一个的理论模型,试图用精确的数学语言来描述天体和宇宙的运行状态,在量子宇宙领域,科学家深入到原子、原子核、中子和中微子的层面,在相对论的宇宙领域,他们深入到星系、星系团、超大星系团的层面,但是,我们仍然不能获得最精确的宇宙认识,最基本的问题依然如故,比如:宇宙是怎样形成的?什么因素导致了宇宙的起源和膨胀?暗物质和暗能量的本质是什么?它们如何决定宇宙演变的终极命运?最早的恒星和星系是怎样形成的?“第一缕光”和“最后一缕光”出现在什么时候?量子宇宙中的不均性是怎样发生的?宇宙在大尺度中的均匀性又是怎样发生的?为什么在量子宇宙中的“不对称性”导致了物质世界的形成和反物质世界的消失?是否有外星生命的存在?“第二个地球”究竟是地球人、还是外星人的候选基地?这些宇宙学和物理学问题的存在从一个侧面也验证了“广义测不准原理”的有效性,本作者将在下一部文集的论述中进一步给出形成这一原理的原因。感谢浙江在线和星岛寰球网的博客频道曾经将本作者的博文列为“MVP”级别的文章,感谢网易云为文集提供了展现的平台,本作者本来不会触碰宇宙学的艰难话题,但是,中国科学家探索引力波的勇气和网友的“网聚力量”为本作者增添了信心。“思想的旅行”没有尽头,却能给我们带来无穷的乐趣。
(邓如山2017-2-24邮箱:[email protected]&160;)
(“Theendofhistory”willnotappearinthefieldofscienceandphilosophy)
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