禅宗与宇宙.docx

禅宗与现代宇宙学最近刚看完一本科普书籍禅道与现代宇宙学-“The Zen in Modern Cosmology”，现在来分享一些我的读书心得和收获。禅宗源自于佛教，由佛陀弟子摩诃迦（大迦叶）传入中国。而关于大迦叶最闻名的故事就是佛祖拈花一笑。拈花一笑，体现了禅宗注重心领神会，而非言传的传经精髓。这与道德经中的“道可道，非常道；名可名，非常名”的思想很相似。而我们对外界世界的理解就真的不能描述清楚吗？还是我们没有找到一个描述领悟之理的合理方式？“身是菩提树，心如明镜台。时时勤拂拭，勿使惹尘埃。”神秀“菩提本无树，明镜亦非台。本来无一物，何处惹尘埃。”慧能上面的两首诗的对比，可以有千姿百态的想法。单从我的理解方面，一是对存在的理解客观存在和本源即空，二是对求道方式的理解-渐悟和顿悟。而慧能（禅宗）关于存在方面的理解与现代宇宙学的质量起源部分的机制有强烈的共鸣频道。接着开启一段短暂的旅程，迅速地经历一段漫长的宇宙史。物质是从何起源的? 这个问题可以追溯到，我们生存的宇宙是如何诞生的呢？一个最有可能（现在看来）的事实是我们诞生于虚空的状态。宇宙起源一次大爆炸，之后的10-33到10-32秒这短暂的时间内发生了暴涨（Inflation），而这巨大的能量来源于之前的“假”虚空态。而能量不就不守恒了吗？不，我们关于能量守恒的概念一直是模糊的。首先能量守恒是一个结果产物，在经历了一段时间间隔前后（我们不能经历一个时间点）孤立封闭系统的能量守恒，就像化学反应中的催化剂，它们可以在过程中改变自身的量，只要在“监督者”去重新地观察前保证还回去就行了（我们可以认为“监督者”需要一定时间来处理关于系统初态的信息）。因此“宇宙”能在极为短暂的时间内向更高维度的外界空间借取一定能量，然后再及时地还回去，于是暴涨就是在这样一种完全虚空态的环境中发生的（而关于在早期宇宙何处发生的问题，我们可以认为是在均匀且各向同性的早期宇宙内发生的对称性自发破缺）。暴涨仅发生了非常的短暂的时间（因此才能借取足够多的能量），之后便经历了三个时期。如果包括暴涨在内共可以分为：一.（Inflation-dominated era）暴涨纪元,二.（radiation-dominated era）辐射纪元，三.（matter-dominated era）物质纪元，四.（dark-energy dominated era）暗能量纪元，即现在我们人类所经历的时期。暴涨之后的宇宙整体平均温度由1027K降到1022K,此时大量潜在的势能场会转化形成粒子并释放能量，经历一个“reheating”的时期，因为宇宙开始升温。并且此时的宇宙有了与现在相同的所有能量。这个再热过程中有大量的能量形式是成对的粒子和反粒子不断产生又湮灭，没有稳定的形态，而其中（Majorana neutrino）马约喇纳中微子（这里有两个理论，我选择了其中一个）对物质起源起到了关键作用。我们知道粒子总有它的反粒子，如果一个粒子的反粒子就是他自己本身，这种粒子就称之为Majorana neutrino。此时形成的重型中微子就是之一，它将接着衰变成反轻子致使宇宙中的反轻子的数目多于轻子数。而1/3的过量反轻子将通过sphaleron mechanism机制转变成重子，而不稳定的重子接着衰变成稳定核子，从而基本的质子和中子和他们的反粒子就这样诞生了，并且质子与中子以sphaleron mechanism的优势多于他们的反粒子而形成了一个重子与反重子数量不同的宇宙。再热时期过后，温度重新回到暴涨初期的高温。此时的粒子均运动得相当快，而都是相对论性粒子。而此时无法形成复杂的原子核更不要说原子，物质以等离子态的形式存在，局部混合着几乎等量的正电粒子与负电粒子。而此时的等离子密度是如此之高，从带电离子上发出的光迅速地被邻近的带电离子所吸收，于是此时形成了一种耦合态的形式。而等离子态的密度之高，温度之高使得很多种粒子都与热辐射场中的光子相互耦合在一起。于是此时宇宙空间充斥着热辐射场的光子，并称此为辐射纪元（radiation-dominated era）。随着宇宙的膨胀，温度降低，慢慢地许多粒子依次与光子脱藕。此时热辐射电磁波得以向浩瀚的太空传播，从而形成我们如今的宇宙微波背景辐射（Cosmic Microwave Background Radiation-CMB）。粒子脱藕后便能开始相互作用并结合形成稳定原子核（不再有恼人的高能光子拆散他们）。接着便开启了精彩的星系形成演化旅程。在恒星形成初期，主要是由大量的氢分子气体受引力聚集，然后势能转化为氢分子的动能。获得大量动能的氢分子运动得如此快，使氢分子分解为氢原子接着氢核与电子分离，以致发生迎面对撞的两个氢核发生核聚变形成氘核并释放一个正电子和一个电子中微子(这些粒子都跑不出来，就像辐射纪元一样，他们与其他粒子湮灭或耦合)，而由于氢核数量是那么庞大，一个氘核会容易又与一个氢核发生相互对撞产生氚核和一个正电子，最后的产物是稳定的氦核，这便形成了一个质子-质子链的反应过程。当氢燃料全部消耗完，便是氦核作用来形成其他元素，有个有趣的事情是原子数为偶数的元素，其在整个宇宙中的丰度都普遍高于原子数为奇数的元素。原因便是氦核(p2,n2)作为基本原料来生成更高级的复合核素，而氢核(p1,n0) 与氘核（p1,n1）参与碰撞聚变过程没有氦核那么频繁，因为他们绝大部分都会聚变形成稳定的氦核。随着元素的不断合成，在氦核后形成的碳，氧，镁一直到铁，结合能最高的核素，此时便不再形成更高级的核素了。而此时恒星会趋于稳定的状态，内核像洋葱头一样一层包着一层，最内层是最重的元素铁，接着是硫硅层，镁氧层，氖氧层，碳氧层，氦氮层，氢层。而这种不再有更多的聚变来提供内核反抗强大引力的阻抗力的恒星称为白矮星。这种恒星将依靠内核部分的电子简并压来抗衡引力，维持在一个僵持的阶段。而电子简并压是源于泡利不相容原理对所有费米子实施的一个特例，具体便是只有自旋相反的一对电子才能占有相同的状态，而其他的电子将被严格地排斥在外而去占有其他可能的状态。当白矮星质量大于Chanderasekhar limit时，作为与引力抗衡的电子简并压将占下风，不过不会马上形成黑洞，不然恒星的演化就太无趣了。接着白矮星的碳氧中心球核表面会继续发生核聚变，“烧”碳变氖，最后经过这样的类似循环在中心形成密度极高的气态铁球。不过铁元素拥有结合得最为紧密的铁核，所以不可能再从聚合铁来获取能量，因此这里的最后阶段由铁球内的电子简并压来抗衡引力，此时又要用一次 Chanderasekhar limit来判定恒星的未来(由于热辐射和质量抛射丢失，就像太阳的日珥抛射外围粒子)。如果再一次大于1.4倍太阳质量，那么会产生引力坍缩，此时才会有更加有趣的现象发生。(此时需要用广相来处理理论计算了)由于洋葱头结构的内核是铁核，引力坍缩后光子能量异常强大(源于引力势能转化)，光子将击碎铁原子核而形成一片中子质子海洋，而质子会和电子结合形成中子并释放一定能量和电子中微子。因为质子和电子的密度如此之高，且为保证局部电中性，质子和电子由强大电力吸引并在极短距离发生弱相互作用而衰变:质子的一个u夸克变为d夸克。于是此时将由中子简并压来抗衡引力。由于突然的引力坍缩会极速加热内核而导致巨大的内外压强差，以致于将外面大部分的元素“炸”出去，这便是超新星爆发，也是宇宙中最为美丽精彩的“烟花秀”。 十分高兴的是我们身体中的大部分元素都来自于那顷刻间照亮整个夜空的超新星爆发。而后再对中子星进行一次命运审判，不过由于是高密度下的中子状态方程是需要结合广相和量子力学的(并且处理黑洞问题也是必须用量子引力论啦)，前人做了估算给出了中子星的质量上限为1.53太阳质量。当中子星质量超过上限之后才是黑洞。本书最后只是简短地谈了谈禅宗和现代宇宙学的关系。我谈谈我的理解。禅宗和宇宙学都强调一个“空”，而禅宗的空是心境的空灵，足以包容万物，广阔无边。宇宙学的空是一种事实的空，客观存在真实的空，在原初宇宙的虚无中诞生了我们丰富多彩的世界。而他们之间更加微妙精细的关系我还无法描述，并有更多的未知阻挡在我与两座大山的面前。因此我只能给出一个肤浅的读书心得，待我学习了这些理论的演绎形式并深入思考，或许能有比现在更多的理解与感悟或者。我将走在一条渐悟与顿悟并存的道路上。注：中微子参与弱相互作