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宇宙学最新的进展所产生的各种思想没有解决与宇宙存在的争论

宇宙学最新的进展所产生的各种思想没有解决与宇宙存在的争论
2020年08月29日 09:57 新浪网 作者 街角灯光球场

戈特弗里德·威廉·莱布尼茨说——为什么某个事物存在而不是不存在,这个在大自然中得有个原因。史蒂芬·芬伯格说——宇宙越是好像可以理解,它也就越是好像没有意义。

  在世界很多宗教里比如基督教或者犹太教文化中有这么一个坚实的根基,就是某个造物主按它的意志让宇宙诞生了,然而我们已经看到了这个假设引起的问题,比解决的问题还要多,而且在好多个世纪以来,它甚至受到了神说家们自己的严肃质疑,问题出在哪呢?

  出在时间的性质上。

  两种创世观的区别

  目前我们知道时间和空间是不可分割的,时间就好像物质一样也是自然宇宙的一部分,时间有自己的变化,还有行为规律,这些规律明显是属于物理学范畴的,那假如时间属于自然的宇宙,而且受到物理学规律的支配,那么时间必然就会包括在自认为是上帝创造的这个宇宙范围里,那按照我们通常对因果关系的理解,一件事的原因必然在时间上先于它造成的结果,那么说上帝是时间存在的原因又是什么意思呢?因果关系是一种时间性的活动,在任何事物成为某种原因的结果之前,必须得先有时间这么个东西,那假如时间都不存在,假如没有之前,那在宇宙之前创造宇宙这句话本身就存在着逻辑上的问题了。

  “圣奥古斯丁”早在五世纪的时候就看出这个问题来了,一个世纪之后“ 鲍依修斯”专门说明了这些问题,并且把它们发挥成一个叫创生的概念,这个概念比大多数门外汉仍然熟悉的概念抽象的多,也更难懂,他的观点是这样的——上帝是存在于时间和空间之外的,在某种意义上来说,上帝是超乎自然而不是先于自然的,这个时间之外的上帝被认为是在每个时刻都把握着宇宙的存在,他以这种强有力的方式创造了宇宙,这个上帝并不是简单的启动了宇宙,而是一直在行动。

  按照上述所说的上帝一共有两种:

  “时间中的上帝”——他是创造了宇宙,是宇宙创生的原因。

  “超乎时间的上帝”——他把持着宇宙,包括宇宙里的时间。

  

  这两种说法的区别就是:

  第1种说法——上帝是宇宙的原因。

  第2种说法——上帝是宇宙的解释。

  物理定律,是以事物发生的规律性向我们呈现出来的,行星在它的轨道上精确运行,元素光谱上面的规则条文都是有规律的,在开动着的汽车上,假如你踩了刹车,汽车就会慢下来,假如你点燃火药,火药就会爆炸,热的火焰会让冰块融化,花瓶落在坚硬的地板上会碎裂,这个事件并不是杂乱无章没有规律可循的,至少在某种程度上它是可以预测的,也是有秩序的,那我们从受限的时空观点出发,用原因和结果来解释这些规律性。 比如太阳的引力是地球运行轨道发生弯曲的原因。但是还有另外一种可能性,上帝实际上是所有事件的原因,上帝从我们宇宙之外对我们所在的宇宙施加作用,它精心地安排每一个时间让它们显示出规律性来。

  举例说明:

  有一个机枪手前面有一个枪靶,这个机枪手以恒定的速度扫射这个枪靶,结果马上就出现了间距相同的枪眼组成的图案,这个时候有这么一种生物,它们只能生活在枪靶的平面上,它们是一种二维生物,它们会怎么看这一系列的事件呢?它们会这么想——在它们的世界里,这个孔洞是有规律性出现的,它仔细观察这个孔洞之后就会推论了,孔洞的形成不是随机的而是周期性的,而且孔洞的布局也有几何学上的质朴性,它们之间的间距也是相同的。于是这些二维生物就会自信地宣布一条平面物理的新定律——孔洞创生定律,也就是说每一个孔洞的出现都以一种有规律的方式造成了下一个孔洞的出现,这个二维生物从它那个受限的二维世界的观点出发看问题,所以就完全看不到真正的事实,所有的孔洞实际上是完全彼此没有关系的,它布局的规律性完全是那个枪手的行为造成的。

  同样,宇宙有秩序的运行也可以这么解释,上帝从某种更广阔的背景,以一种有组织的方式创造了每一个世界,更为广阔的背景可能是更高维度的空间,是一种不是空间的物理结构,是一种全然非物理的结构。

  

  怎样证明这个看法是有道理的呢?

  看看宇宙复杂的结构,想一想下物理定律背后的数学公式,看看物质的安排,从旋转的星系到自然的原子活动,所有的物质都被安排的井井有条,为什么会有这样的宇宙,有这么样一套定律,有这样的物质和能量上的安排呢?简单来说一句话,为什么竟然会有事物存在呢?

  自然宇宙中的每一个事物,每一个事件都要依赖外在于它们的事物才能得到解释,要解释一个现象就得用另一个现象来解释它,但是假如这个现象是存在的一切,也就是整个自然宇宙,那么按照宇宙的定义,宇宙之外显然再也没有任何物理性的东西来解释宇宙了,所以宇宙的任何解释就必定是非物理的和超自然的东西,在宗教里面这个东西就被称为——上帝或者是佛祖。宇宙之所以是这样的,是因为上帝要它这样。

  科学按定义来说只是研究自然宇宙的,它可以成功的用这个自然宇宙范围里的一个事物来解释另外一个事物,再用其他的事物来解释这个事物,但是自然事物的总体却得从自然之外进行解释,那么上帝这个解释在宗教的领域可以说是很完美的,但是科学家不服气,科学家就得进一步追问,那上帝的解释又是什么呢?如果说上帝创造了宇宙,那上帝又是从哪来的呢?

  神学家就可以这么回答,上帝是必然的存在,用不着解释,他自己就包含了他自己存在的解释了,但是这样的话科学家肯定还是不同意啊,那如果可以这么说的话,我们也可以用同样的论点来解释宇宙,宇宙是必然的,宇宙在它内部已经包含了它自己存在的原因了,也不需要解释了,其实这个观点正是来自于科学家“惠勒”的观点,一个自然的系统包含着它自身的解释,这句话这么说起来看起来有点自相矛盾,但这个思路在物理学里其实是有某种优越性的,可以姑且这么认为,一切事件都是偶然的,需要用其他的事件来解释的,这个没有问题,但是同时也没有必要得出结论,认为这个因果链要么是无限的长,要么仍然是终止于上帝,这个序列它可能闭合为一个圈。

  目前这个理论获得了夸克理论的强有力的实验支持,但是根据不可思议的量子论的特征,则有另外一幅图,量子论认为根本就不存在所谓的基本粒子,相反每一个粒子都是由其他的粒子构成的,没有哪个粒子是最基本、最原始的,每个粒子都包含着其他所有粒子的某些的特性,很多个粒子在一个自洽的解释圈里产生了自己构成了一个系统,这也就是刚才我们说的形成一个环状的因果链,但是这样解释,又存在一个问题,就好像我们不需要解释了,宇宙就是这样,它是偶然的也是自洽的,那如果这样的话,科学不就和神学一样就走到头了吗?

  

  科学家和神学家还有另外一个争论

  神学家认为上帝是一个独立于世界之外存在的精神,他有想法可以做决策,甚至还有情绪,可同时神学家没有声称上帝是独立于时间之外存在的,谈论一个存在于时间之外的精神有意义吗?像思想、决策还有诸如此类的事物不正是在时间之中发生的吗?也就是上一秒我想了什么东西,然后下一秒我做出了怎样一个决定,那假如上帝独立于时间之外存在,他不能够做决定,那他对宇宙的性质和存在负责又是什么意思呢?

  其实发展到今天,科学和神学对于宇宙原因的争论就集中在这么一个焦点上,就是评价一个包含着自身原因的宇宙,或者是评价一个要求上帝来解释它原因的宇宙,这两种观点,那么无论在看这篇文章的你是有神论者还是无神论者,我一定要给你澄清一点,这里你可千万不要误会,科学家们都是很理性的很聪明的,而神学家都是很无知很愚昧的,千万不要有这种错觉实际上很多高级的神学家们,他们思考的问题也是非常深刻的,只不过他们思考的路径和科学家们不太一样而已,而且神学家也好,科学家也好,到现在并没有找出一个可以验证的结论来,只不过在我们生活的这个世界,科学对我们身边事物的解释力比神学要来的有效,而且是离我们生活越近的东西它就越有效。

  举例说明:

  比如说你手里有一台手机,如果你相信是科学把它造出来的,那你就能期待同样的科学,没准哪天还能给你造出一台更多功能的手机,但如果你相信你手里的手机是上帝造出来的,那这个解释就到此为止了,你不能指望上帝再给你造出 一台更多功能的手机。

  科学比神学有效说的是离我们生活越近的越具体的问题科学越有效,但是对于万物起源这样的大问题离我们每个人都很遥远,科学和神学并没有分出一个真正的谁高谁低来。

  

  关于宇宙的解释

  根据目前对原初宇宙最科学的了解,似乎宇宙的确开始于一种最简单的状态,也就是热平衡,目前观察到所有的复杂结构还有宇宙的各种活动,都是在热平衡之后才发起的,原初的宇宙实际上是我们所能想到的最简单的事物,按照表面的意义上来理解,对原初起点的预测宇宙就是开始于宇宙无限高温,无限密度还有无限能量的状态。那么某一个理论真要能说得通,关键在于能否证明宇宙的复杂性和有序状态,真的是从简单的原初状态自然发展而来的。

  这种说法似乎是和热力学第二定律相矛盾,这个热力学第二定律的要求是和这个假设正相反的,它是让有序让位于无序,让复杂的结构倾向于衰退成无序的最简单的状态,宇宙的原初状态不是最大的组织状态,也就是最复杂的状态,而是一种简单和平衡的状态。这个事实和热力学第二定律的明显冲突其实是在最近才得到解决,原来热力学第二定律严格来说只适用于孤立的系统,而要想把任何东西从引力那里孤立出来,在物理上是不可能的,世界上没有引力屏障,即便是有有关的系统本身也逃不开它自己的引力。在一个膨胀的宇宙里,宇宙物质都受到宇宙引力场的影响,也就是受到宇宙其他部分累加引力的影响,那有了引力就开通了通过引力将有序的状态注入宇宙物质的途径,假如有外部能量的供给,就可以在一个系统中造成无序为代价,在另一个系统中创造出有序。太阳流入的光和热造成了地球生物圈高度复杂的有序,但这个只能通过不可逆转的牺牲太阳核的有限燃料才可以做到,同样宇宙的爆炸和膨胀也可以在宇宙物质中创造出有序来。

  

举例说明:

  

原初的宇宙物质是非常热的,但是宇宙的膨胀让它冷却下来,通过基本的测量论证,可以得出在宇宙膨胀的每一个阶段,宇宙物质的温度,空间区域每扩大一倍温度就会减半,另一方面比如说像氢气这样的物质冷却的就要更快,它与尺度的平方成比例,这也就是说只要把氢气与辐射分裂开来,膨胀宇宙就会在宇宙物质的这两种成分之间生产出一个温度差,温度差其实就是一个理想的能量来源,实际上也是太阳能在地球上产生生命的奥秘所在,今天我们的宇宙里有组织的能量,绝大多数的来源是高度活泼的氢气,它大概占了宇宙物质75%,氢为所有正常的恒星提供燃料,氢在核聚变中被燃烧之后变成了一些比铁之类的更重的元素,铁只是核烣烬,其中没有可用的核能封闭在它里面了。

  所以恒星有序的存在主要依仗于氢,多于依仗于铁,这种情况可以用宇宙的膨胀来解释,在原初阶段温度特别高合成的原子核,比如说铁就不能存在,只有像氢核这样最简单的物质才能存在下去,那随着宇宙不断的膨胀、冷却,氢就可以变成一些比较重的元素了,宇宙的物质就是沿着这条路走下去的,但是走的不是特别远,大概有25%的宇宙物质走到了氦这一步,只有极少的部分走过了氦,那绝大多数的物质之所以没能走多远,这就得怪宇宙的膨胀了,当初膨胀得太快使物质来不及经过必要的复杂核变反应,变成铁这样的重原子核,只有几分钟的爆炸温度就降到了核反应点火所需要的温度以下,这个就是暴胀,原子核的火堆熄灭了,大部分的物质就被冻结在氢和氦的这个状态里了,在时间过去很久之后,到了恒星开始形成的时候,才形成了分散的热点,让宇宙物质继续向比较重的元素进发,总之在膨胀的宇宙里有组织的能量可以自然而然的出现,用不着一开始就有。

  所以也就用不着把宇宙的有序状态,也就是低熵的状态归结为上帝的活动,或者归结为在最初的起点处有组织的能量输入,起点可能当初放出来的是完全没有规则的,非常混沌的能量,没有规则的能量,后来在膨胀宇宙的影响下自发的组织了起来,也就是说不仅可以把物质的起源归结为空间的膨胀,也可以把物质的组织的起源也归结为空间的膨胀,最终通过宇宙的膨胀产生有序的其实是引力场,正是引力的存在才让冷却的宇宙里形成了恒星,形成了一个个零星的热点,但是别忘了我们可是要一直较真的问下去,如果说引力就是万物的起因,那和说上帝是万物的起因又有什么区别呢?

  

  引力让物质变得有序

  虽然可以通过把责任推给引力而解释物质如何变得有序,但是我们还得接着解释,一开始有序是怎么出现在引力场里的,那这个解释到哪里才是头呢?现在的问题成了热力学第二定律是否既适用于物质也适用于引力,没有谁真正了解这个问题,在科学里这个引力真的是一个最大的谜团,甚至正是引力阻止了人们发现大一统理论,最近对于黑洞的研究显示出某种迹象,热力学第二定律可能适用于引力,但是也有一些科学家通过同样的观察发现了正好相反的结论,比如物理学家罗杰·彭罗斯他说大尺度的宇宙引力场处于低熵的状态,也就是说在宇宙创生的时候必须得要有序的输入,而其他的物理学家霍金他就认为宇宙的引力是高度无序的,在创熵的起点不需要有序的输入。关于这个问题其实就是现在神学家、物理学家甚至是哲学家所关注的一个问题,说到这你可能听起来有点晕,罗杰·彭罗斯与霍金到底是在争个啥,举一个简单的例子你就明白了。

  

举例说明:

  

在一个箱子里假如所有的气体分子都挤在四个角上,这个显然是一种比较复杂的状态,换句话说它也是一种比较有序的状态,那么最无序最平衡的状态是什么呢?是气体均匀的分布在整个箱子里。如果说所有的气体分子都挤在箱子的四个角作为一个初始状态,但随着时间的流逝,这个箱子里面小小的宇宙里最终的状态肯定是所有气体均匀分布这个才对,那么如果现在我们观察到这个箱子气体集中在四个角,就必然相信在这一刻往前推,它肯定是有一个更有序的状态,那么这个更有序的状态是谁来输入的呢?这个就是前面罗杰·彭罗斯与霍金争论的问题了。

  但是霍金这样的科学家他是认为在宇宙这样的尺度上,如果把整个宇宙看成一个大的箱子,因为有引力的介入,这个过程正好是相反的,宇宙中的气体不会一成不变的倾向于布满整个宇宙,而是在引力的作用下形成一个一个的小团,最后形成恒星。

  换句话说就是引力会自动地生长出结构来,本来是均匀分布的物质,会在引力的作用下形成星团和稠密的集聚物,甚至是星系,总而言之对不受引力作用的系统来说,有序意味着复杂,无序意味着简单,但是对于有引力的系统来说,情况就正好反过来了。但是科学和神学之争还远远不止于物质的有序这一点上,还有一个更大的问题就是物理定律本身,即使在开始的时候宇宙非常简单,但是物理定律毫无疑问是又多又特殊的,它们又是从哪来的呢?

  

  宇宙的成分包括质子中子,介子,电子等等又怎样解释呢?为什么只会有这些粒子呢?为什么这些粒子会有它们所具有的质量和电荷?为什么这些亚原子粒子的种类不多不少就这么多?

  神学家当然有现成的答案了,上帝就是要这样,上帝是无限的简单,但愿意创造出具有复杂多样性的物理定律还有物质的成分,它的目的就是创造一个有趣的宇宙,只是在最近不接受这个理论的科学家也开始找到了类似问题的答案了,新的进展源自于一项理论工作,这个理论工作的目的是将自然界的很多种力统一在一个单一的描述框架里,根据这个理论框架,如今丰富多样的物理定律纯粹是一个低温的现象,随着物质温度升高,各种作用于物质的力也开始趋向于统一,最后到了一个极高的温度的时候,自然界所有的力会合成为一种非常简单的力,可以用很简单的数学公式来表示,而且所有众多完全不同的亚原子离子也会失去它们的个性,它们各不相同的特性将消失在高温中。

  

  人类对于高能物理学的研究就得出了一个结论,物质在高温下趋向于更简单的证据,对于大爆炸理论会有意味深长的含义,在宇宙创生的时候,无限高温的情况下,起作用的力只有一个简单的力和为数不多的几种简单的粒子,今天分化出来的各种力和粒子只是随着宇宙冷却才产生出来的,这样的宇宙的状态、物理定律还有物质的各种成分,这一切似乎开始的时候都处在很简单的状态,那又回到刚才的解释了,这个世界的复杂来自于宇宙的膨胀和冷却。有一些物理学家就受到这种简单性的启发,提出一种观点很可能最终的定律是一种非常简单的数学结构,这就是说这种神学家们把上帝说成是必然的一样,在这里物理也被说成必然的了,因为它来源于数学,甚至有的人说上帝就是数学的,物理学家说霍金他说,实际上应该料想到宇宙的原初状态应该是很简单的,理由就是因为宇宙来自于一个远处的起点,那起点的最基本特性是,它像是时空的边缘和边界,也就是自然宇宙的边缘,这也就是说在边缘以外就没有自然这件事,起点的一个粒子是一个无限致密的状态,它标志着大爆炸的开始。

  人们认为黑洞里也有起点发生,可能在其他地方也有起点,那么到目前为止,一切物理理论都是在时空范围内提出的,所以时空边界的存在就意味着自然的物理过程不可能延续到这个边界之外,在起点的地方物质能够进入或者离开自然的世界,从起点能发出影响,而这些影响是自然科学所完全不能预测的,甚至在原则上也不能预测,起点是科学所发现的最接近超自然动因的东西了,说到这你就能知道为什么科学家这么热衷于研究黑洞了,因为宇宙大爆炸不可能为了我们的研究再重新发生一次,我们想要研究起点就必须从黑洞入手,在一开始人们还认为起点是对引力模型过分理想化所造成的一种人工的东西,后来在一系列精巧的数学定理里,罗杰·彭罗斯与霍金证明起点其实是相当普遍的,而且在合理的物理条件下,一旦引力变得足够强大,起点的出现就是不可避免的,可以稍微夸张一点的说。

  神学和科学的边界处就是起点,而起点来源于引力,罗杰·彭罗斯与霍金只是在数学上作出证明了,如果人们想认真对待这两个人的证明,就必须脱离数学动动脑筋去想,起点会有什么样的行为,各条思路汇集到了这一点上,也就是起点产生的东西或者是完全无序没有结构的,或者是有条理有组织的,在前一种情况下,大爆炸的起点只是产生出一种无秩序的宇宙,没有任何具体的秩序,在后一种情况下宇宙是带着某种程度的组织出现的,更像是钟表上的弦可以开始计时了。霍金就提出了一个无知原理,他的意思是说起点最终是不可知的,所以也应该是完全没有信息的,而在物理学里信息差不多就和有序是同义词,那如果起点是没有信息的,它也就是无序的,这也就是我们前面所说的霍金关于宇宙来源于无序这个观点的由来,很多这样的观点现在都处在物理学的前沿,所以只能通过理论未来的发展才会得到澄清。

  有趣的是物理学家们对于时空起点的问题意见是不一致的,也就是对原初宇宙到底是处在什么样的状态,是高有序还是高度无序,这样的一个问题都没有达成一致的意见,换句话说,宇宙学最新的进展所产生的各种思想没有解决上帝与宇宙存在的争论,而是加剧了这样的争论,而随着生物学的发展,这样的争论又延续到一个全新的领域生命,生命到底是个什么东西!

  

  黄媂结语·关于宇宙起源因果链的端头

  一旦到了物理学最深刻的问题里面,就会感觉日常的语言越来越不够用了,因为语言来自于词汇,而我们人类造出这些词汇来可不是为了解释宇宙本源这么深刻的问题的,我们一开始创造词汇是指着一棵大树说这个东西叫树,指着一座山说这个东西叫山,而像什么本源、有序、熵值,结构,这样的词都是我们日常生活中根本看不到也没法形容的一个纯抽象的词汇,甚至在用这些词汇的时候,都要用一个更抽象的词汇来解释它,比如这句话——理论是认知的必经途径。

  这句话似乎是把理论这个词给解释出来了,但是你要进一步追问认知又是什么呀,那你总不能说认知,就是那个把理论作为必经途径的东西,这也就是说随着问题越来越抽象,我们人类发明出来的自然语言就越来越不能精准的表达出它想表达的意思了,而物理学家们的选择就是干脆不用自然语言了,把抽象进行到底用数学来讲道理,所以民科的贴友经常发题,说是不用公式推翻相对论,这样的论断其实并不是说他不用公式,而是说他看不懂公式,只能用自然语言来表达,而这样的“民科推论”在数学的面前肯定是经不起一击甚至是不值得反驳的。但是我发文总不能给你列一堆数学公式,而且有的数学公式说实在的,我自己也真的是看不懂,我讲到特别抽象的地方,只能换一些比喻来帮助你理解,但是你要知道这样的比喻它永远只是比喻,它起到的只是一个辅助的作用,永远不能真正代表科学的本身,如果今天的内容你看得一头雾也真的是很正常,因为这个已经是神学家和科学家们所争论的终极问题了,如果能通过一篇文章能解决,那这场比赛早就应该有结果了,不是吗?

  

  如果非要用一句话来帮你总结今天的内容,这句话应该这样说——关于宇宙起源这条因果链的端头,无论是科学家和神学家之间,还是在科学家的内部都有一个争论,就是宇宙应该开始于有序还是无序,作为一般的系统如果不搭理它,肯定是从有序慢慢发展成无序,如果按照一般系统的规律来推演整个宇宙的发展,那么它的开始一定要非常的有序,而这个有序的输入要么是来自于上帝,要么是来自于一个目前物理学没法解释的东西,而霍金认为宇宙的一开始不需要有序,这里面的关键就是引力在作祟。而引力是什么?它从何而来?甚至到底为什么会存在引力?到现在也没有一个结论,也许我们把引力之谜揭开的那一天,就是发现宇宙终极秘密的那一天

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