6.宇宙无限论的理论基础

PAGEPAGE4宇宙无限论的理论基础人类在揭示自然规律的道路上才刚刚起步！自然界是纷繁复杂的，有时候从务实的角度去探讨自然规律是非常困难的，甚至显得很简单、很笨拙！人类多么希望任由自己的思想飞翔啊！人类多么希望自然界就像是一只听话的羔羊，用一些数学公式一运算就可以尽显自然界本身的奥秘啊！然而，世界是实实在在的客观存在，科学探索的道路是非常艰辛、坎坷、漫长的！不管这条道路多么艰辛、坎坷、漫长，尊重逻辑！脚踏实地！客观务实！这才是我们必须坚持的原则和方向.1.牛顿的宇宙无线论在牛顿建立经典力学体系之前，人类还没有一个逻辑严密的科学体系，他在1687年出版了《自然哲学的数学原理》，第一次基于严谨的数学语言描述了物体如何在空间和时间中运动的理论.在这本堪称人类科学史上最重要的著作中，除了力学三大定律之外，牛顿也提出了万有引力定律，指出宇宙中任意有质量的两个物体之间均存在吸引力，其大小与质量乘积成正比，与质心距离的平方成反比.万有引力定律是牛顿根据经验观测推理得到的一个物理定律，并且通过该定律，可以从数学上严格证明开普勒的行星运动定律.可牛顿对于万有引力定律中的“超距作用”深感不安，他在1692年的一封信中写到：“一个物体可以在真空中对另一个物体产生超距作用，而无需任何其他媒介，它们的作用和力可以通过这种方式相互传递，这在我看来是如此荒谬，我相信，任何一个在哲学问题上具有良好思维能力的人都不会陷入这种境地.”用牛顿自己的话说，他从来没有确定过引力的成因是什么，甚至拒绝对此提出任何假设，只要引力确实存在，天体的所有运动都遵循牛顿力学的定律运行，这就足够了.基于万有引力定律，牛顿提出了一个无限宇宙模型，包括这几点：宇宙是静止的、宇宙无限大、宇宙是均匀的、宇宙拥有无限长的时间，因为好像只有这样才能解释恒星可以保持不动而不是一起落向中心形成一个巨大的球体.到了19世纪，逐渐有人开始质疑牛顿的无限宇宙模型，德国天文学家奥伯斯就是其中之一.他于1823年提出，如果宇宙是无限而且静止的，则每一道光线都会终结于一个恒星上，使得夜空和太阳一样明亮.奥伯斯自己的解释是远处恒星的光线会被它穿越过的物质吸收而减弱，然而如果真是如此，介于其间的物质最终会被加热到发出和恒星一样强的光为止.奥伯斯佯谬印证了两点：第一，宇宙的年龄是有限的，第二，宇宙不是静止的.时空的无限性和人类的有限性的矛盾，是人类认识宇宙的最大的问题，是一个不易逾越的难题.人类生活在无限宇宙中极为细小的一个角落，若把地球看着宇宙的一粒尘埃，那么生活在地球表面的人类的活动空间有多么的渺小不言而喻.人类生活在无限宇宙无始无终时间长河中的一个极短的瞬间，而每个个体的生存时间就更短了；人类的个体是认识宇宙的主体，除了艰难的维持生存的劳作外，可供认识宇宙的时间就寥寥无几了！人类生存的时空局限，规定了人类的有限性，限制了人类对无限宇宙的认识活动，使人类不能直接接触和观察一些必须了解研究的客观对象，造成众多人类直接观察无法达到的死角，给人类的认识带来了一些盲区和空白.人类不能直接看到遥远星系和空间的真实情况，也看不到地球表面深处正在发生什么；看不到人类史以前的宇宙状况，前人可能并不准确的记载和见解在学习或传授之中，对于宇宙的未来人类处在预测和猜想状况里.如果不是人类群体的协作和继承，在这样的条件下人类是无法达到今天这样的对宇宙认识的水平.2.爱因斯坦的宇宙无限论如果宇宙是在膨胀，宇宙常数就不该有.但是直到目前为止，也还没有一个人能找出一个理论上的论据来证明这一项不该有.这一困难，即“宇宙常数问题”，是今日物理学中最深刻的未被解决的问题之一（笔者注：按照前面的观点宇宙常数的实质是引力的反作用力——弱相互作用的表现形式）.1998年以前，物理学家和天文学家一般都认为宇宙学常数等于0或很小可忽略，而且粒子物理学家认为，宇宙学常数可以看作宇宙真空能量密度的一种量度.但近几年来，越来越多的观测证据表明，宇宙正处于加速膨胀的阶段，一个正的宇宙学常数对所观测到的数据有最好的拟和结果，几乎所有的宇宙学家都相信宇宙学常数的存在，并期待在宇宙学上有更多的观测效应如果宇宙在膨胀，宇宙不存在中心，距离观察者越远膨胀速度越大的原因为何，BigBangCosmology的起点在何处？按照BigBangCosmology理论，地球与太阳之间的距离应当越来越大，太阳的辐射频率应当越来越小.在宇宙的BigBangCosmology过程中，温度和密度随着时间的流逝而下降.在BigBangCosmology早期，温度太高，原子和分子均无法存在，自然力的强度随环境温度的变化而变化，现代物理学认为分子的平均动能E=1.5kT，那么温度的实质是何？3.笔者的观点根据引力场的space-time本质的观点，能量是物质与space-time的相互作用，如果认为引力质量具有正的能量，那么必须认为引力场具有负能量，自然界不存在负引力质量的物体，物理学家预言宇宙中存在负引力质量，但是没有发现由负引力质量形成的物质原因在于此.引力定律确保了宇宙中所有质量之间的（负的）引力位能，必定永远和每个质量m相关联的（正的）能量mc2的总和大小相等、符号相反.因此总的结果准确的等于0.现代物理学认为物质的引力场的质量是静止质量的10-37倍，原因在于它只是计算的其space-time量子形式.整个宇宙的电磁质量之和为0，物理学中的反物质是电磁质量不同，引力质量相同.现代天文学测得宇宙的扩张速度正在加快，像有一股普遍的推动力持续将space-time结构向外推，原因在于正负引力质量间相互排斥，不至于把宇宙卷曲到无限小的尺度，所以宇宙不存在起源问题.因为整个宇宙的正引力质量为无穷大，空间和时间可能会共同形成一个在尺度上有限而没有任何边界或边缘的面，所以绝对空间弯曲为一个半径为无穷大的封闭的球形空间，而封闭的球形空间对光线有一种独特的聚焦作用，使得物体向远处运动时在一定距离上越来越大.人们可以说：“宇宙的边界条件是它没有边界.”宇宙是完全自足的，而不被任何外在于它的东西所影响，它既不能被创生，也不能被消灭，它就是存在.因此宇宙不存在起源问题，宇宙应当是时间上无始无终、空间上无边无缘，造物主无所事事的宇宙，这也符合唯物辩证法的基本观点——space-time在本质上是无限的【1】.关于大爆炸理论，它可以是宇宙存在过程中的一个环节，而决不可能是宇宙的起源.如果说是起源也只能说是某个阶段的起源，宇宙是不存在一个绝对开始的那种“起源”的.稳态宇宙学提出以后，曾得到了几方面的支持，其一是大爆炸宇宙学难以解释的星系产生问题，在这里可以顺理成章地得到说明.因为只要在稳态宇宙方程中，物质的产生和宇宙的膨胀不是正好地得到补偿，就可能出现稳恒态附近的起伏解，解中恰好呈现了物质分布的局域不均匀性.在稳态宇宙学中，不出现高温、高密度的初态，避开了难以摆脱的“奇点”困扰.像一切其它宇宙模型一样，稳态宇宙模型也有一些先天不利的因素.它引出了一个物质不断创生的假设，这是现今物理学无法解释与理解的.此外，近年来的一些观测结果也给它增加了诸多不利的因素，例如对河外射电源计数结果与它的预言数不一致.更重要的是3K宇宙微波背景辐射的发现表明，宇宙的早期确实呈高热状态，稳态宇宙学对3K的解释却是牵强和不自然的.此外，它还不能对现今宇宙中氦元素的形成与丰度做出解释.笔者认为宇宙学宇宙学是一门最深奥的科学，地球人认识宇宙，只能逐步深化，永无止境.宇宙是无穷的，其魅力也是无穷的，尽管物理学所能研究的范围是有限的，但人类对宇宙和物质世界的科学探索和哲学思辨是没有止境的，这也正是科学与哲学的魅力所在.数学、物理学和哲学都是人类智慧的结晶，是人类对世界的认识.将数学、物理学和哲学有机地联系起来，在一定程度上可以帮助我们理解科学与哲学之关系.生态文明时代的宇宙观将是生态宇宙观.这一新宇宙观是美国物理学家卡普拉（F·Capra）首先提出并积极倡导的.1975年卡普拉出版了《物理学之道》，立即成为国际畅销书.七年后卡普拉又出版了新著《转折点－－－科学、社会和正在兴起的文化》.这部著作更精彩，很快轰动世界.《转折点》出版后，卡普拉于1983年创建了Elmwood研究所‚专门研究新的生态思想及其用于解决当今世界社会、经济和环境诸多问题的途径，以促进他在该书中所提出的从机械宇宙观向生态宇宙观的大转变.后来Elmwood研究所还将《转折点》一书拍成了电影，以进一步扩大其影响.卡普拉的著作立足于人类社会危机的现实，面向人类文明发展的未来前景，眼光宏大，论述严谨、新颖而深刻.在这些著作中卡普拉创立了生态宇宙观理论的基本框架.卡普拉所努力作出的超前探索及其成果，使得我们可以这样说：生态文明时代的大宇宙观已经从关于人类文明危机与前景的世界性大讨论中脱颖而出了.卡普拉运用其物理学家丰富的专业知识和对东方宗教哲学的深入理解，阐明了现代物理学与古代东方宗教哲学之间的相似性，揭示了现代物理学把人类文明引向一种与东方神秘主义宇宙观基本相通的新观念的发展趋势.众所周知，现代物理学对人类社会的影响不再局限于科技领域，它已扩展到思想