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新宇宙观.pdf

新宇宙观

taoqianggreatman
2012-10-22 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《新宇宙观pdf》,可适用于人文社科领域

前言“全息隐能量场”是国际性的广义进化论研究小组负责人、著名系统哲学家E·拉兹洛提出的极富想象力、大胆而又新颖的科学假说据此对发生在宇宙和我们这颗行星上的进化过程特别是科学至今解释不了的许许多多现象提出了更为深刻的和全新的解释。与“广义进化论”这个称谓摆到一起达尔文在世纪中期提出的生物进化论似乎可以恰当地称为“狭义进化论”因为它只研究生物进化特别是由猿到人这一段。达尔文进化论在打破神创论方面有石破天惊之功在奠基科学的进化论方面有划时代的意义。但他提出的随机变异、生存竞争、自然选择这一套新物种形成的机理顶多是抓住了进化的部分机制。他自己多少意识到了这一点后半生一直在苦思冥想这样的问题:怎么解释眼睛的进化?为什么会进化出这么精巧的眼睛?孔雀美丽无比的大尾巴是怎么进化出来的?难道非进化成这个样子它们才能生存下来吗?长颈鹿的脖子又是怎么一回事呢?难道真是为了吃树顶的叶子才进化成这个样子吗?然而致命的缺陷是地下的化石挖出来的越来越多但众多物种渐变进化的中间环节却始终找不到它们很像是一批一批地在极短的时限内突然冒出来了。正因为有这样一些问题在纪念达尔文逝世周年的时候才会有人写书问“达尔文错了吗?”在达尔文离世之后的多年里进化论在许多地方有非常重要的发现和推进例如生物进化论被推进成社会进化论发现了生物遗传基因并建立起分子遗传学创立了灾变理论和群体遗传学。世纪中期以后建立了关于宇宙进化的大爆炸理论并获得了许多有力的证实。更有系统科学异军突起出现了耗散结构理论、协同学和超循环理论这几种解释生命起源的自组织理论奇妙的混沌理论及相关的分形分维数学加深了我们对宇宙和生命复杂性的认识。这些进展显示如果我们把这十几门学科的成就连缀起来进化的整个画面从大爆炸到意识和全球问题似乎应当是完整和清晰的了。我相信这就是拉兹洛在年代中期成立广义进化论研究小组的初衷和抱负。可是当他真正把宇宙学、物理学、生物学、心理学、社会学、历史学、系统学、哲学等领域从事进化理论研究的一批专家集合到一起并把他们的成果连缀到一起之后他发现进化的整体画面远不是完整和清晰的有相当多的断裂、谜团和概念黑洞。于是他投入了探寻“空缺因素”的紧张工作。经过十多年的阅读、思考同处在各学科前沿的科学家们讨论他提出了场是宇宙的终极实在的思想②进而发展出了本书讲述的具有全息记忆①F·希钦《达尔文错了吗?》载《国外社会科学》年第期。②E·拉兹洛《当代科学的新形而上学》《哲学研究》年第期。的隐能量场的理论。他先把这种场称为“ψ场””①后又把它称为“亚量子层次上的真空零点场”详细描述了量子真空相互作用的机理。他相信这就是宇宙进化全景式图景中的根本性的空缺因素。这样一来他就提出了一种新的宇宙观和新的进化理论。我们感觉不到的那个无形的隐能量场像是汪洋大海我们感觉得到的这个有形的世界不过是浮现在上面的涟漪和岛屿。这个有形世界发生的任何动静都会迅速传遍那个隐能量场并按全息记忆图式的方式留下永久的记忆。进化过程连同它的最高产物人的大脑始终同这个具有全息记忆的隐能量场保持着通讯不断从中提取信息又不断留下新的信息。拉兹洛的全息隐能量场理论不但能对宇宙进化过程特别是生命进化过程提出更圆满的解释而且还能对许多更高级、更玄妙的精神现象提出比较合理的解释如意识、灵感、心灵感应、超距作用甚至还有前生经验和某些人体特异功能。同我们国内的全息理论和特异功能研究相比拉兹洛的全息隐能量场理论的科学性要强一些理论性要深一些涵盖面要广一些因为他广泛地吸收了西方科学前沿的许多重要的新成就和新理论。尽管这样全息隐能量场理论毕竟还处在科学假说的阶段。它可能在不久的将来被证实那肯定会引发一场科学和哲学的革命也可能长久得不到证实但是不管怎样它至少大大开阔了我们的眼界激发起我们的想象力和探索精神使我们更清楚地认识到科学是一场永无止境的探险活动现在还远未完成每当我们到达了一道地平线时一道又一道新的未知的地平线又出现在眼前。需要说明的是拉兹洛近年来在全息隐能量场理论方面先后发表了三本书为避免食洋不化我邀请几位中青年学者将三本书都逐字逐句翻译出来。第一本书《有创造力的宇宙》(TheCreativeCosmos)由钱兆华、刘文海、周继红译成中文。第二本书《相互联系的宇宙》(TheInterconnectedUniversity)由黄传寿译成中文。第三本书《微漪之塘》(TheWhisperingPond)由钱兆华译成中文。在获得拉兹洛的授权之后我又请钱兆华将三本书的内容融贯成一书他做的工作很出色内容的选择、结构的编排和文字的表达都很清楚和恰当。相对来说我最后的审订工作就没有什么大的麻烦了。最后请让我代表拉兹洛教授和几位中青年学者对“前沿科学与交叉科学”这套书的主编湛垦华教授本书的责任编辑苏士学先生表示忠心的感谢。他们的支持和辛勤劳动使这项成果得以在中国呈现给科学界和学术界。中国社会科学院哲学研究所闵家胤年月日①E·拉兹洛《系统哲学讲解集》中国社会科学出版社北京年。引论了解我们周围的世界并把我们自己也看成这个世界的一部分一直是一个伟大的梦想。地球上的所有文化和所有文明都有这种梦想。它是史前神话和早期巫术的启示也是神秘主义者的直觉和预言家的想象力的启示。自从多年前古希腊思想家用理性的解释代替了神话观念和巫术的仪式以来这种试图了解天空中的星星和内在的心灵的梦想也一直是刺激哲学进步的一个主要动力。在世纪和世纪当具有开拓精神的人们开始用观察和实验的方法来探索实在的本质时这种试图理解世界和人类自身的梦想又促进了科学事业的发展。人类走到了现代这一梦想险些儿被抛弃。对物质文明进步的强烈追求往往支配着寻找人生意义和世界存在整体性的愿望并反对早期文明的完整信仰体系。对于古代文明而言既然上苍如此那么下界也应如此中国古代的天人合一观就是其很好的典范:神圣的秩序是对人类抱负的永恒激励。但是现代思想不接受以下观点:宇宙的许多层次如我们脚底下的地球圈和头顶上的天体圈都被无所不包的交感结合在一起微观宇宙可以反映宏观宇宙即一粒沙子可以反映整个世界。今天无论我们是否喜欢科学已经变成了世俗的宗教。在中世纪维系主人奴仆关系的是教堂而在牛顿之后的年时间里主人角色已经被科学的传道者所取代。科学体系的建立造就了具备深奥知识的知识分子型牧师、僧侣以及一切神职人员。这一小团体使公共政策合法化并建立人们的行为规范而它的神圣经典就是理论和实验科学家的论文。物理学家的教条证明了自然科学和社会科学工程的正确性生物学家的发现影响了关于健康和幸福的立法微观经济学家的公式是管理个体企业的指路标宏观经济学家的教义影响了国内和国际经济过程的调控。现代社会的进化尤其是突然进化主要由科学革命的技术和社会效应来推动而政治家和管理者的力量和意志则降到了次要地位。微电子学革命开通了全球通讯的信息高速公路它可以使地球上的所有人都能相互交流从地方闲言杂语到全球危机的各个感兴趣领域中的话题并提出自己的看法交通技术革命使得大批旅游者和生意人非常舒适和安全地在几个小时时间内到这地球上的任何地方生物技术革命使粮食供应增加医学的进步使人类寿命的延长成为可能。更不可思议的是甚至之所以没有爆发大规模战争在很大程度上就是由于以科学为基础的技术的进步:现代武器已经变得如此威力无比以致于它们已对潜在的胜利者自己构成威胁。在科学的成功和好处的一览表之外我们还可以列出科学的缺点和危害的一览表。它的短视应用降低了环境的质量它过分地开发了自然资源它破坏了人与人之间关系的和谐它把世界简化成了没有感觉和价值没有心脏和灵魂的数学公式它还使人的生活变得越来越空虚和越来越无意义。不过值得庆幸的是试图找到把我们观察到和体验到的各种事物和事件联系在一起的统一世界图景的伟大梦想毕竟没有被抛弃。到了世纪后期支离破碎的知识和信念体系所留下来的精神真空使这种梦想重新复活并激励着新的探索。今天这种探索活动正在展开。正当我们向世纪迈进的时候人类和我们周围的社会和世界正在变得越来越复杂和越来越受到失控的威胁灾难的幽灵使消除危机的前景更加黯淡。为了保护我们这个家地球人们正在探索新的方法来了解社会中人与人之间社会与社会之间和人与自然之间的相互联系来彻底搞清楚我们人类在自然界及宇宙中的起源、地位和作用。这种争取获得一幅统一的世界图景的努力已经渗透到当代文化和社会的广泛领域。它的标志和表现是:重新关心整体论思维东方哲学宗教和神秘主义以及自然的生活方式。人们不再满足于通过各种专业技术的狭缝来看世界他们越来越看到世界上的一切越来越看到世界上一切事物和现象之间的相互联系越来越看到世界的整体。在一个混乱和动荡不定的时代里争取用一种统一的观点来看待人类和世界是一种健康和具有活力的标志。有证据表明人们需要“知道和理解”的基本倾向就好像需要食物的基本倾向一样在变化着的纷繁复杂的世界中一直没有消失。衰败的文化可能满足于缺乏更深刻意义的破碎概念但具有生命力的文化要寻找它们体验到的整个实在的轮廓。在寻找统一世界图景的努力中我们不应低估科学的作用尽管它的作用并不比艺术、宗教和神秘的经验领域更重要。科学并不像流行的想象所描绘的那样仅仅探索要观察和描述的事物和过程虽然必须有观察和描述但也必须有说明和解释。对我们能够观察到的一切作过分简单化的归类会产生一种使人困惑的事物和事件组合使彼此之间没有明显的相关性。在科学事业中寻找意义是一个基本的方面尽管这种事业要被诸多的标准和方法严格限制。在许多学科中探索完整的理解即将进入一个新的阶段。这表现在探索新物理学和新宇宙学的统一理论阐明数学、混沌学和新兴的“复杂性科学”中的动态系统科学以及把广义进化和转化理论用于各种生物学社会科学和人文科学等方面。为科学知识的综合所开拓的范围是广阔的和激动人心的。一幅统一完整的世界图景正在出现这是一幅贴切的、准确的且富有内在意义的图景。探索和发展这一观点并把它传达给任何愿意寻找完整意义和完整理解的人是我们这个时代的最重要和最激动人心的挑战。寻找描述建立在现代科学前沿上的统一世界图景的轮廓是这本书的最终目标。在这幅建立在当代前沿科学基础上的图景中世界是由其部分组成的无缝的整体在这一整体中所有部分都永恒地相互接触相互作用相互影响共享着宇宙中诞生的一切信息并把实在嵌进这一相互作用和相互通讯的巨大网络中:微妙的但一直存在的微漪之塘。当我们和我们的社会正在被拖进相互作用和相互依赖的技术、财政、生产、消费和直至休闲和文化之网中时我们的意识应当渗透进这一新的图景。我们必须认识到在人类的成员之间和人类与自然之间的恒久的相互联系是极其重要的而且是非常有意义的。正是这种洞察将使我们能够重新建立起这一脆弱世界的和谐和平衡。共流逝同呼吸万物皆交感。古希腊希波克拉底第章关于物质和精神现象的现代科学框架正像在真实世界中探寻航路一样当我们开始探索正在显现的科学的统一的世界图景时我们一定要从靠近海岸的地方开始:即在科学知识方面我们已经掌握了什么?当然因为已有的科学知识体系不是永恒的所以我们没有必要在岸边徘徊。我们迟早要越过模糊的海岸线而走向大海。这是因为任何科学知识尽管可以暂时地被确证但它最终总是逃不脱被证伪的命运。正如科学哲学家波普尔爵士指出的可证伪性是科学家的观察和实验当中所有概念和理论的主要特点。随着科学的进步不仅更多的事实和科学要素添加进了科学知识的原有体系中而且原体系中有一部分科学要素被证明是错误的它们被新的证据或新的方法所证伪了有时甚至关于观察到的世界的本质的基本假设也公然被怀疑。当然毅然抛弃基本假设并不仅仅是基于证据在迈出这关键的一步前科学家们要寻找可以替代的工作假设。只有当发现了坚实的思想基础后以前的基本假设才被抛弃。随后科学就经历一次革命即所谓的“范式转换”。科学家获得了他们的新知识开始从以前熟悉的知识海岸向新的最近刚被征服的大陆过渡。就整体而言这是科学进步的形式:通过一段时间的积累随后经历一段时间的革命。在这一科学进步的过程中处于前沿的理论家突然瞥见了新的地平线当他们成功地描述了它们时他们的实验者和主要同事就进行细节方面的探索。以前被接受的知识的海岸线逐渐消失新的较模糊的海岸线变得越来越清晰可见。当它被充分描画出来时科学家发现他们自己已具备了关于一部分经验世界的新观点。尽管我们的目标是要到达新的海岸线但我们不能直接地跳跃上去我们必须首先通过大海中间地带虽然这一地带很可能是朦胧的或汹涌澎湃的。我们一定要从近海岸出发即从已经确立的知识海岸出发。使我们自己熟悉这一海岸的主要路标就是这一章的任务。宇宙的诞生和演化以思辨为基础的猜测像古代印度人、中国人一样古代苏美尔人、巴比伦人和埃及人都对他们认为的人类和宇宙的最终本质是什么的问题作了详细说明。在哥伦布到达美洲之前的玛雅、印加和阿兹台克文明中以及在非洲的部族文化中都发展起了神秘宇宙学。他们用神秘的创造来解释现实世界是来自于能够支配超自然力量的超自然实体的原因。有时这些实体被看作是相互冲突的而现实世界的本质则代表在冲突中一方的获胜。在绝大多数宇宙学中尤其在东方宇宙学中现实世界的进化过程包括许多阶段这些阶段一个接着一个依次更替。中国古代哲人老子把“道”当作产生并决定世界万物的最高实在他说“道生一一生二二生三三生万物万物负阴而抱阳冲气以为和。”①老子认为有了道就有了世界的原始统一体由这原始的统一体中分化出“阴阳二气”阴阳二气冲涌激荡又产生“和气”于是万物渐次产生。此外中国古代的神秘哲学著作《周易大传》中还提出了“太极”的思想。太极就是天地未分的原始整体就是天地万物的最初根源。《周易大传·系辞上》论述了宇宙万物的生成演化过程:“易有太极是生两仪两仪生四象四象生八卦。”其中两仪指天地四象指春、夏、秋、冬八卦指天、地、风、火、雷、水、山、泽。而八卦的相互作用就演化出了万事万物。公元前世纪爱奥尼亚的自然哲学家们抛弃了直到那时为止一直统治着各种文明的神话宇宙观并试图用理性来理解经验世界。最初的尝试把重点放在宇宙的起源上他们提出的根本问题是我们所看到的多样性和有序性如何可能产生于非多样性和无序。古希腊的思想家们说过宇宙是从“混沌”(指缺少有序)状态向“和谐”(指井然有序)状态发展的。他们具有这样一种信念:在我们所看到和听到的情景和声音的多样性背后存在着一个更深层次的、一贯的和单一的实在。人们的早期尝试集中在根据一种被简单地称之为“一”的基本统一体来理解感觉经验的多样化世界。这个“一”既可以表现为一粒沙子也可以表现为整个宇宙。微观宇宙反映宏观宇宙宏观宇宙在微观宇宙中显示出来。爱奥尼亚的哲学家们也知道“多”:他们看到世界上形形色色的东西植物、动物和人还有岩石、海洋和浮云。他们认为这种明显的多样性产生于一种基本的原始物质:统一性存在于多样性之中。随着古希腊文明黄金时代的没落希腊哲学家们的注意力从宇宙学的推测转向人类事务。希腊思想上的这种伟大转变是苏格拉底提倡的在他①《老子》第章。的范围广泛的讨论中人类活动的道德性支配着早期自然哲学的思想。但是苏格拉底的杰出学生柏拉图认为世界的本原有时叫形式有时叫理念每一个客体都有它本身的形式或理念。事实上宇宙的基本构件被认为不是固体而是几何形式。因此柏拉图在最后的分析中把经验世界的多样性归结于观念上的不变的形式。亚里士多德学派的自然主义从柏拉图传统的唯心主义框架中摆脱了出来。按照亚里士多德的观点整个世界由相互作用的四种基本自然元素所构成它们是土、水、气和火。每一种元素都具有它的自然位置:土在中心水在土的上层而火和气则处于最高层。这种排列使宇宙中的“巨大存在链”井然有序从无生命的物体到植物和动物再到人类。无机物通过变态成为有机物自然界从最不完善的阶段渐近地、持续不断地走向最完善的和最理智的阶段。古罗马人保留并详尽阐述了古希腊哲学但基本上没有给它添加任何新的东西。后来从君士坦丁改信基督教的时候起东拜占庭帝国对整体的探索就转向了宗教探索。知识基于信仰而不是基于理性基于接受到的宗教教义而不是基于自由探索。随着帝国的灭亡中世纪的欧洲坚定地把信仰置于推理和经验之上。世纪托马斯·阿奎那使基督教的教义同亚里士多德的自然哲学协调起来他的《神学大全》是他那个时代的智慧的结晶。从此以后在中世纪欧洲甚至最有才智的人也可以满足于获得对人类可知世界的令人满意的看法。依然存在的大量神秘事物都可以归结为上帝意志的不可思议的杰作。以科学为基础的解释随着文艺复兴和宗教改革运动的兴起基督教教义的控制力削弱了独立的探索也已在寺院大墙外开始。关于人本主义的争论已经兴起中世纪的综合终于四分五裂新思想在其中得以蓬勃发展的文化空间也已建立起来。这些新思想包括重新建立原始形式的基督教的尝试和按传统模式复兴市民人本主义的运动。但是也有一些人向教会对知识的垄断提出挑战并坚持独立的、以经验为依据的探索活动。伽利略、布鲁诺、哥白尼、开普勒和牛顿是这场文化突变的先锋人物。后来这场文化突变逐渐形成近代科学的世界图景。伽利略也许比其他任何人更能被看作是这种新世界观的倡导者。这种新世界观借助仪器观察和数学描述把宇宙看作是一架不受人控制的巨大机械装置。正如伽利略在信中所说的他“焦虑地生活”在“我们哲学的巨大的不和谐的风琴”发出的嘈杂的音调之中而他的目的就是要发现和理解自然界的新规则。正是由于伽利略发现了惯性定律和使用新发明的望远镜来观察天体因而哥白尼的以太阳为中心的宇宙学说得到了证实。后来在哥白尼日心说的基础上诞生了关于天体起源和演化的诸多假说。大约在年笛卡儿完成了一部名为《论宇宙》的著作。在这部著作中他不仅主张哥白尼的日心说而且也提出了天体演化的思想。可是就在这一年伽利略由于主张和宣传哥白尼的日心说而被定罪。笛卡儿听到这一消息为了避免和伽利略的同样遭遇他放弃了出版《宇宙论》的打算。他曾说过:“给我运动和广延我就能构造出世界。”他正是用运动和物质解释了天体的形成。他认为太初时同一的原始物质弥漫于整个空间并且处于旋转运动中因而整个宇宙形成一个巨大的旋涡。原始物质在旋涡中因摩擦而成为尘埃状的东西这就是第一物质。它们是火元素太阳和其他恒星都由它们来构成。另外一些原始物质则摩擦成球状的东西这就是第二物质。它们是气或以太元素弥漫于星球空间。还有些只是磨去棱角的大块物质即第三物质它们就是构成地球、行星和恒星的土元素。尽管布鲁诺和伽利略本人都受到了迫害但近代科学还是起飞了。它不受教会权威的约束继续进行研究借助观察和实验来探索实在的本质。由伽利略和布鲁诺这些先锋人物倡导的科学世界观在牛顿的伟大综合中达到了顶峰。在牛顿的“科学范式”的引导下陆续诞生了许多前所未有的“科学的”宇宙学说。牛顿本人认为宇宙在空间上是无限的在无限的空间中分布着许多物质。这些物质在万有引力的作用下趋向于结合成团块结果无限的宇宙空间中就充满着这些巨大的物质团块。我们之所以只能看到有限的星群是因为我们的望远镜的限制。近代科学史上如果说笛卡儿的天体演化学说仍然还包括哲学思辨的内容那么康德的天体演化学说则完全建立在牛顿力学的基础之上。年康德在《宇宙发展史概论》(原书名叫《关于诸天体的一般发展史和一般理论》或《根据牛顿原理试论宇宙的结构和机械的起源》)中第一次提出了关于太阳系起源的星云假说。康德认为太阳系的所有天体是从一团由大大小小的微粒所构成的原始星云通过引力和斥力的相互作用逐渐形成的。大微粒吸引小微粒凝聚成较大的团块。团块在运动中经常发生碰撞有的破碎了有的则形成更大的团块。在这种不断的凝聚过程中总有一个地方的引力比其他地方大成为星云物质的引力中心。它对周围物质的吸引力越来越大生长也越来越快首先形成了太阳。太阳外面的微粒在太阳吸引力的作用下向中心下落由于斥力的作用使得向引力中心下落的微粒从直线运动向侧面偏转使垂直的下落运动变成围绕引力中心的圆周运动。处于圆周运动中的微粒由于分布不均匀在万有引力作用下又逐渐形成几个引力中心这些引力中心最后凝聚成朝同一方向转动的行星。卫星的形成过程与行星类似。年拉普拉斯也独立地提出了与康德类似的太阳系起源假说而且他还运用角动量守恒定律和严格的数学推理论证了整个演化过程。这样一来太阳系起源的星云假说就逐渐流行起来。至于其他星系的起源。当然也可以以此类推。科学的宇宙学的下一个主要进展应归功于爱因斯坦。他在广义相对论发表后的第二年以广义相对论为基础提出了它的宇宙模型。爱因斯坦反对以牛顿绝对时空观为基础的无限宇宙的模型。他把时空联系起来并认为这一连续统(continuum)的非欧四维弯曲空间尽管无界但是有限的。时空自身又弯曲回来因此一个太空旅行者只要走得足够远走的时间足够长他最终就将仍回到他原来的出发点尽管在他自己看来他走的是直线。在爱因斯坦的数学宇宙学中物质被看作是好像弥漫在整个时空中。因为物质是遵守万有引力定律的因此在这个宇宙中物质趋向于汇集为一个质量中心。由于实际情况并非如此所以爱因斯坦引入了一个斥力项即所谓的宇宙学常数这一斥力将精确地同引力相平衡。他说这就保持了宇宙永远处于稳态。然而爱因斯坦的稳态宇宙模型不得不被抛弃因为年荷兰天文学家德西特发现了爱因斯坦相对论方程的另一个解。德西特的解显示当物质进入时空连续统时它就获得了一个远离观察者的速度这一速度随着距离而增大。与此相对应当距观察者的距离增大时时间变慢在极限时时间停止。不久以后英国天文学家爱丁顿爵士认识到在爱因斯坦的宇宙里物质的任何膨胀和收缩都将导致物质在被引入的方向上的连续运动。结果爱因斯坦的宇宙看上去仅仅提供了一个暂态相并将导致(如果物质的运动是在膨胀的方向上)德西特宇宙。这个非稳态宇宙模型是由俄罗斯数学家亚历山大·弗里德曼在年发现的。他的解修正了爱因斯坦的宇宙学常数并引入了一个可以是正数、负数和零的常数项。根据所选择的值宇宙看上去可以是膨胀的收缩的或稳态的。大爆炸宇宙学的兴起从年开始美国天文学家E·哈勃在威耳逊天文台进行了一系列的观察研究活动。该天文台可以验证和演示天文学上的多普勒效应(由靠近或退行波源发出的波两者之间有频率上的不同:靠近波源发出的波经过压缩频率增大而退行波源发出的波频率减小)。哈勃发现远距离的星系显示出典型的退行光源所具有的向低频方向的“红移”而且星系越远其红移量越大。这清楚说明距观察者越远的星系其退行速度也越大即星系的退行速度与星系到观察者之间的距离成正比。年哈勃把这一类关系写成公式:V=HD。式中的H叫哈勃常数是星系退行速度与距离之间的比值。这一公式就是著名的哈勃定律。根据这一解释宇宙的膨胀模型似乎已经确定地建立起来了。剩下的问题就是宇宙膨胀是如何进行的?世纪年代俄国血统的美籍科学家伽莫夫等人提出了“大爆炸宇宙论”。大爆炸本身被认为由两个依次相随的相变所组成。第一个相变导致波动“真空”的暴胀这一相遵守德西特方程因而被称为德西特宇宙。在第二相中暴胀宇宙变为更加稳定的罗伯逊瓦尔克(RobertsonWalker)膨胀宇宙这一宇宙就是我们今天所居住的宇宙。当宇宙年龄到万至万年时物质从辐射那儿脱离出来进一步的相变从而就发生了。空间变得透明物质粒子在宇宙空间的膨胀过程中自己诞生了。从这时起已知宇宙的历史就成了时空中星系和恒星进化的历史。根据流行的观点现在分布在宇宙广阔空间里的物质是大爆炸后最初的几百万分之一秒中合成起来的。但物质并不是突然出现的。在宇宙开始的最早阶段温度极高仅存在超热的等离子体原子是不存在的因为热噪声(thermalnoise)阻止电子和原子核结合。随后当等离子体冷却电子开始围绕原子核旋转时原子气体就出现了。随着进一步冷却各种原子构成分子。再进一步冷却又形成了复杂分子使物质从气态向液态过渡然后进一步向我们熟悉的晶体形式的固体过渡。随着物质在万有引力的作用下汇聚在一起星系形成了。在星系中恒星及恒星系又形成了。在活跃的恒星周围条件适宜的行星上分子和晶体结构进一步构成类细胞(celllike)结构(所谓的原生质)可能从此开始形成。如果热条件和化学条件适宜这就为向更高程度的有序结构(生命现象的基础)的进化打开了大门。根据大爆炸宇宙学的观点大爆炸后宇宙的演化过程经历了四个主要阶段它们所对应的时间间隔如图所示。■图宇宙的进化逐渐增加的有序度的出现按密度和温度的降低描绘①基本粒子形成阶段从图上可以看到合成的第一批粒子是强子(像质子、中子等重粒子)它们在大爆炸后的~s内形成。它们以非束缚的自由实体存在但是在宇宙早期的极高的密度中它们极快地相互碰撞和相互作用。这一时期的极高温度(估计为K)阻止粒子结合成原子。强子在这一过程中最易自我湮灭衰变为质子并把一部分能量添加给辐射火球。在最初的几毫秒后火球冷却到可以允许轻子(如电子和中微子这样的质量轻的粒子)占主导地位这时膨胀的宇宙密度变得更小它的物质含量从gcm降到了gcm。然而当宇宙生命的第一秒钟过去后轻子也自我湮灭成光子进一步以高频率的辐射为火球增添燃料。因此说在最初秒钟时光子数比物质粒子要多得多宇宙中的能量主要是辐射。存在的物质粒子不能聚集为更大的团。强烈的辐射场撕裂所有的更进一步的物质构型物质只能在强烈的辐射场中以暂态形式存在。②元素形成的核合成阶段当宇宙年龄达到s时平均温度已经降到了约K平均密度降到约为gcm与今天仍然存在的活跃恒星内部的温度和密度非常接近。这就能使强子和轻子以电磁力结合为中性原子。氢原子是一个电子以电磁力束缚于一个质子形成的它是最先出现的元素。因为火球的“烹调温度”仍足够高可以通过把质子质子结合为氦原子(估计每个氢原子就有一个氦)而把两个氢原子融凝在一起所以最初的年轻宇宙中充满了氢气和氦气。随后当物质有效地从辐射中脱离出来时星系形成的时代就开始了。③星系形成阶段星系形成的时间框架现在仍然还是一个争论中的问题。然而比较一致的看法是星系的形成可能是在宇宙~年之间开始的。这时的平均温度已经降到了K的范围密度从gcm降到gcm。在巨大的氢和氦的星云中氢和氦粒子的不均匀分布产生了进一步的引力中心使物质汇聚体的温度又升高到核燃烧温度这次是在新形成的恒星内部这就导致了一些重元素的合成如碳、氧和铁。④实物形成阶段从氢到氦的核嬗变过程产生了从活跃恒星向周围空间的发射恒定辐射流。在恒星具有围绕其旋转的行星的地方它们的卫星获得了部分能量流。只要行星距恒星的距离适当即能量流没有强到能使水沸腾也没有弱到致使水变成冰那么更复杂的汇聚体就有可能在已经比较复杂的元素混合体中出现。超分子构型(supramolecularconfigurations)不是在这儿就是在那儿必定产生出来其中有些构型(就像在我们这一星球上)达到了如此复杂的水平以致于与生命相联系的自我维持的新陈代谢过程就开始了。根据大爆炸宇宙论我们的宇宙大约有亿年历史(尽管也可能是亿或亿年)它的平均密度小于gcm背景温度是K我们的太阳是我们银河系中超过亿个星星中的一个而我们的银河系又是许多星系中的一个在银河系之外大约有亿个象银河系一样的星系其中有些大得惊人。物质是什么物质是什么?乍一听问这一问题似乎有点天真毕竟我们的身体是由物质组成的当我们用拳头击桌子时我们无可怀疑地碰到了物质。常识告诉我们任何“实在的”东西都是物质其余的仅仅是想象或幻想。然而物质是什么的问题并不那么简单。许多古代神秘主义者和形而上学主义者认为物质是一种复杂的能量形式有些古代的概念把它说成是空间的凝聚。在近代机械唯物主义科学中这种概念是以空洞的思辨或仅仅是迷信形式出现的。但在世纪科学家已经不那么绝对化了。尽管对宇宙中物质的起源和进化有了显著的深刻洞察但现代物理科学在物质的定义方面还没有最终定论。在考虑这一问题时科学家面临着与宇宙的最终起源和命运同样深刻(甚至更令人惊异)的奥秘。宇宙毕竟太大太老了而且也许是无限的和永恒的。但是物质确实在我们的周围而且事实上我们本身也是物质我们为什么不能更有把握地认识它呢?自从年前古希腊哲学兴起以来哲学家们就一直没有停止过争论这一看似简单而实际非常棘手的问题。据说几乎所有哲学家和实际上所有科学家都将在这篇论文上签名:在世界上我们所观察到的任何东西包括我们自己的身体都不可能绝对有把握地被认识决不可能释除对“它是什么甚至它是否真的存在”的怀疑。只有我们自己的精神过程这一事实包括怀疑本身这一事实是确凿无疑的正如笛卡儿所说:“我思故我在”。至少我思考是确凿的。但是提供这一陈述的这个“我”是笛卡儿和其他哲学家或科学家都没有十分把握加以确证的一个物质实体。我可以用我的肘关节击打桌子并感到疼我可以捏我的两颊并感到有压力这些事实都未必意味着我碰到了物质。我的身体仍然可以是像能量这样的微妙物质的致密体如果它遇到另一种桌子形状的致密能量它将不能穿透它。密度较小的能量(像水)就可以被穿透尽管有一些阻力而更稀薄的能量(像空气)就没有多大阻力。这就是说如果物质是真正的能量那么以上的假定就是有根据的。但是最终本质意义上的物质并不是“质料”而是其他东西的这一命题具有内在的合理性。世界并不需要像微小的砖头或撞球戏的球那种看不到的和坚硬的小构建块来构造它也可以由能量场来构建或用其他不同的东西来构建。整个问题需要作更深入的探讨。在科学和哲学史上无论是东方还是西方这一问题都是进行深入探讨的主题。要勾勒出出现在新物理学中的物质概念框架我们应回顾有关这一问题历史上的主要争论它们提供了我们人类观察者能够接近和理解有关物理实在的最终本质问题的可能替代方案。古希腊人的物质观古希腊人的第一个尝试就是集中精力根据称之为“一”的统一基础来理解纷繁复杂的感性经验世界。无论在整个宇宙中还是在沙粒中都可以找到“一”:小宇宙反映了大宇宙大宇宙照耀着小宇宙。古希腊哲学家也懂得“多”:他们看到了世界上千变万化的事物看到了植物、动物、人以及海洋和云。他们把这种多样性解释为来自于基本的源头“物质”他们说统一永远是多样性的孕育场所。根据泰勒斯的观点最初的统一物质是水。而他的门徒阿那克西曼德则认为火、土和气具有同样重要的作用最初的物质是不确定的无限的和包罗一切的。因而阿那克西曼德把最初物质看作是水和土的混合物被太阳晒热之后它们就通过自创生过程产生植物、动物和人类。无独有偶在古代中国也有类似的思想。五行说就认为自然界的万事万物是由金、木、水、火、土这五种元素组成的。古希腊哲人的理性心灵创立了由泰勒斯的水开始直到高度思辨的一种自然哲学。把火看成是最重要的物质的赫拉克利特强调永恒的变化:原则上“变化就是一切”。根据他著名的“人不能两次踏进同一条河流”的格言人们不可能知道世界上的某一种事物究竟是什么它在永恒地变化。而恩培多克勒把所有事物看作是由气、火、水和土组成的。这种组成原则是:通过爱两者结合通过恨两者分离。地球中的火产生了后来进化到人们熟悉的有机物的最初形式许多有机物是不完美的因而消失了而那些被证明是完美的有机物存活了下来。由于苏格拉底爱奥尼亚哲学家的自然主义与人类世界协调了起来:人是尺度。苏格拉底的主要弟子柏拉图把实在的观点看作是一种“可能的童话”:他认为知觉世界中的事物是永恒和不变形式或观念的幻影或影子。亚里士多德利用他与真正的百科全书式的知识相结合的认真观察来使自然主义代替了这一概念。亚里士多德的“存在链”从无生命物体通过植物和动物一直延伸到人类。在存在链中自然的进化和心灵的成熟是相吻合的。无机物是通过改变形态而变为有机物的在有机界王国里具有感觉能力的动物比植物更具活力因为植物仅具有滋养的能力。自然界从最不完善到最完善逐步地和不断地演化在这一过程中变得愈益复杂。进化并不是偶然的根据亚里士多德的观点任何事物都有其存在的原因。自然界的过程就是被其终极的原因“完善”导引向前的。提出对近代科学产生最深刻影响的物质理论的是留基伯和德谟克利特。该理论说所有事物都是由原子构成的原子是真实世界看不见的和不可摧毁的构件。原子和由原子构成的所有事物组成了存在圈(thesphereofbeing)但是由于原子能够且确实在变化所以存在不能充满整个空间还必须有空虚:非存在圈。世界之所以可以变化就是因为原子在它们存在的过程中改变着它们的停留位置并且在空虚中形成了不同事物。在原子论中德谟克利特搞清楚了许多人认为的那种世界的真正本质而这一世界就是由基本的和不可摧毁的相互结合在一起的物质元素构成的。根据有些说法这一理论持续了大约年一直到世纪实验物理学的兴起才逐渐衰落下去。近代科学的物质观随着文艺复兴运动的兴起和胜利以实验科学的理论和实际应用为基础的文明开始了它的新纪元。当早期实验科学家具备了相对原始的仪器和基本实验方法后以这些方法和设备为基础的第一批理论诞生了。这些理论讨论了由观察落体的速度和轨道以及从斜面上滚下的球的加速度而推导出的普遍运动规律。毫不奇怪近代科学的世界观变成了遵守简单和基本规律的机械主义的世界观。自然哲学在牛顿的伟大综合中达到了顶峰他在年出版的《自然哲学的数学原理》中用几何方法证明了地球上的物质物体按照数学表达的规则运动而天空中的行星按照开普勒定律旋转。所有物体的运动被证明是严格地由其初始状态所决定的例如像单摆的运动就是由它的长度和它的初始位移决定的而抛射体的运动则由它的抛射角和加速度所决定。总之牛顿的经典力学以其数学精确性预言了行星的位置预言了单摆的运动、抛射体的轨迹和所有“质点”的运动。这些质点代替了作为科学的已知世界最终构件的德谟克利特的原子。这就意味着牛顿物理学的世界是钟表装置的宇宙它严格地决定性地永恒地遵守着运动的基本规律。据此数学家拉普拉斯就吹嘘说有一个掌握控制自然界所有力的知识并知道所有自然实体的瞬时状态的精灵它能够把宇宙中最大的物体和最小的原子的运动包含在一个运动方程中因此任何事情都是确定的未来和过去对它的眼睛来说都是一回事现在这一精灵就是大家熟知的拉普拉斯妖。世纪初英国化学家道尔顿重新发现了德谟克利特的原子论。道尔顿的原子论在近代化学上掀起了一场革命该理论认为所有气体都是由微小的和不可分割的叫做原子的单位组成的。沿着这一理论阿佛伽德罗又进一步提出了分子理论后来原子分子理论就成了解释所有物质形态构成的正统理论。分子是物质中能够独立存在并保持该物质一切化学特性的最小微粒分子由原子组成在各种化学反应中组成分子的原子仍保持独立不改变其性质。当原子分子学说同化学元素理论结合起来时物质构成理论又得到了进一步完善。每一种化学元素代表着一种原子不同的化学元素就意味着不同的原子而所谓的单质就是由一种原子组成的如氢、氦、氧、碳、金、锗等等。不过当时人们发现自然界中化学元素只有几十种那么为什么自然界中有这么多种类的物质形态呢?这是因为不同的原子可以相互结合在一起形成不同的分子正是由于原子的这种不同的排列组合方式的多样性决定了自然界物质形态的多样性。现代科学的物质观仅仅在道尔顿的原子理论发表不到年后实验工作者就发现原子并不是不可分割的而是由更微小的粒子组成的后来人们又发现即使这些更微小的粒子也还可以再分割原子的碎片变得越来越碎。这样一来整个经典自然科学的宏伟大厦被动摇了。世纪初物理学的实验彻底粉碎了所有实体都是由不可分割的原子组成的观点但是物理学家却不能把比较一致和有意义的概念固定下来:物质概念本身变得有问题了。原子和原子核裂变后出现的亚原子粒子的表现方式不像传统意义上的固体它们具有称之为“非局域性”(nonlocality)的神秘的相互关联并具有波动性和粒子性的双重性质。到了世纪年代量子力学领域中的物理学家突然发现物理实在变得非常奇怪而不可思议。时间和空间再也不是物质原子(或牛顿的质点)相互作用的被动背景了它本身也变成了非常复杂的实体并与光子和电子相互作用进入物理现象的结构中。对哲学家和具有哲学头脑的科学家而言看起来似乎是物理世界本身非物质化了用科学哲学家卡尔·波普尔的话说它已经变得更像云而不是像岩石。量子力学抛弃了确定的运动轨迹概念并把概率决定性引进了物质实在。从这时起物质的领域变得越来越神秘客观实在在愕然的量子物理学家的眼前似乎烟消云散了。面对着自然界的难解之谜由丹麦物理学家尼耳斯·玻尔领导的许多科学家决定暂时放弃他们观察到的事物的独立本质的臆想:认为他们的观察客体仅仅是“现象”。德国物理学家海森堡说“原子物理学家不得不服从这样的事实:他的科学仅仅是连接人类与自然的无限链条中的一个链节科学不可能简洁地说出自然界‘本身’。”玻尔也同意他的观点“物理学只涉及我们对自然界能说什么的问题。”根据A·爱丁顿的观点物理学的永恒世界已经变成了影子世界。尽管有人建议不要考虑超越实验室观察范围的实体的本质但有些物理学家还是在进一步冒险。他们猜想用科学语言和“教科书”表述的世界是精神的而不是物质的。海森堡不无遗憾地说到德谟克利特哲学观点的错误他说世界是按数学而不是按物质和结构组成的越过它们自身追问数学物理公式提供了什么是无用的。正如柏拉图在抽象的形式和观念世界中粉碎了爱奥尼亚自然哲学家的唯物主义那样现在经典力学的决定论世界观在复杂的数学物理公式中也被粉碎了。科学家不仅不能认识作为多样性复杂现象基础的基本实体而且甚至不能说这样的实体真的存在于自然界中。很清楚无论是德谟克利特的原子还是牛顿的质点都不是物理实在的最终基础。物理学家E·魏格纳说得好现代量子力学必须满足于讨论“观察”而不是讨论“可观察的”。物理学家可以描述他们观察到了什么但是不可能把它们说成是独立于被观察而存在的实在。这种情况类似于《爱丽丝奇遇记》中的情况:物质粒子就像露齿而笑的猫它们显露出笑但是没有什么东西可以承担它们的笑。事情的这种状态并不是令人愉快的而且决不会被每个人所接受。在实验室中量子的物理学家所遇到的谜引起了现代科学史上有关物理实验的本质的最著名和最有影响的深刻讨论。从年到年间爱因斯坦和玻尔定期会见交流对令人迷惑不解的观察现象的解释。爱因斯坦不承认基本粒子行为中似乎固有的那种奇怪的非决定性他提出了一个又一个的思想实验试图证明当时表述的量子理论在逻辑上是不自洽的而玻尔则回击了超越实际观察范围的任何解释。玻尔指出自然不仅在我们能够测量和观察到什么上而且在我们对自然界无任何歧义地说些什么上都加上了绝对的限制。惠勒的观点与玻尔和海森堡的观点接近。他认为当说到粒子时我们再也不是在处理客观的独立于观察者的实体了在显示它们发射时被观察到的和被接收到的之间人们没有任何基础说粒子是什么和粒子正在干什么。用惠勒自己的话说在被观察到的和被接收到的之间出现的东西是一个“巨大的烟龙”在粒子发射的地方龙的尾巴是清楚的在它咬住检测器的地方龙的嘴也是清楚的但在这两者之间的身子却是“烟雾”什么也看不清。量子现象真是这个奇怪世界上最奇怪的东西。今天的量子物理学家已接受了这种最奇怪的现象按它们的方程做人们希望它们做的事。通常如果研究涉及到主要公式的有效性的话物理学家并不冒险探索更实在的东西。事实是在经过了约年的研究和探索后量子力学理论既取得了巨大的成功同时也给人们留下了使人烦恼的不解之谜:任何健康的心灵所能接受的作为独立于观察者的实体的本质究竟是什么?一方面量子力学理论不能描述作为客体中的要素的那些熟知客体的基本组分。这就是说(在常识认为是不可想象的)概率性的实体可在一个以上的位置上同时出现根据我们问什么问题和我们与它们如何作用它们可能是波也可能是粒子。另一方面量子力学理论也不能一般地解释关于我们自己和世界的最基本的直觉:时间的不可逆性。总而言之尽管在物理世界的小范围结构中量子物理学在计算过程上取得了无疑的成功但处于那个世界中的实体仍是模糊的仍由现实中不可想象的数学形式来描述。这些对计算目的来说也许是足够了但对于了解其意义来说是不够的。显然量子理论在本质上仍不完善因此量子世界的主要理论家还没有成功地对这一问题作出清楚地回答:“什么是物质”?生命的起源及其进化生命曾经是自然现象中最熟悉和最神秘的现象只要我们在思考和呼吸我们就确信我们活着但是这种确信并不能回答这样的基本问题:“生命是什么”?如果物质的本质仍被面纱罩着如果在理解宇宙的本质方面还有未解决的问题的话我们还能指望对生命的本质作科学的理解吗?生命可能是特殊的复杂化学机器由数以百万计的原子、分子和细胞组合而成它也可以表示为与物理世界完全不同的一种实体一种在本质上是精神的实体。西方宗教认为仅仅暂时地与生命体联系在一起但注定是永恒生命的是不朽灵魂而东方宗教则认为生命体被一次又一次地注入像灵魂的非物质要素并根据其功德和恶行一次又一次地因果报应。西方人的常识更倾向于认为生物体是一个复杂机器但是关于生命的新科学已经越过了这一概念。尽管科学家(偶而有例外)不同意与不同的无生命体相关联的灵魂或其他“生命原则”的概念但他们有一种与我们理解生物体的完全不同的概念。我们可以通过把它放进历史的透视中很好地理解这一概念看它实际上是如何出现的。生命来自非生命回顾近代生命概念的发展我们不需要追溯到亚当和夏娃只要回到世纪中叶就足够了。世纪科学的不解之谜显示了牛顿物理学的机械宇宙与达尔文的生命进化世界之间的冲突是多么深刻。物理宇宙被认为是时间可逆的机械并遵守少数几个普遍定律而生命世界被认为以不可逆的方式在进化。这样一来科学的实体概念就被撕为两半:如果达尔文是正确的即生命系统是从物理系统进化而来的那么物理世界一定渗透着一些超物理原则就像柏格森的“生命之流”之类的东西。与经典力学完全不同的经典热力学证实而不是否定了时间的不可逆性它的著名的第二定律声称在一个工作的封闭系统内无序和偶然性只能增加。无论其公式是多么著名和精确但这一定律对弥合牛顿物理学和达尔文生物学之间的罅隙没有什么帮助因为热力学第二定律显示可观察到的世界的发条将是在放松而不是在上紧。然而生命似乎依赖于后者:从细胞和由细胞的集合体构成的简单藻类和海绵生物开始沿着复杂性的阶梯向上爬直到动物王国的顶端似乎是人类。这说明在生物进化的过程中生物体变得越来越复杂而不是越来越简单。而热力学第二定律并没有解释这种现象是如何出现的。科学家一直等到世纪下半叶才有了一个可以接受的解决这一矛盾的答案这就是所谓的“非平衡态热力学”。这一新学科表明生物有机体并不是那种必定会衰败下去的系统因为它们不是封闭系统。生命系统实质上是开放系统它们不断地补充自由能贮量因此就可以像不断补充燃料的机器能保持运转那样使自己保持在远离热力学平衡态的状态。根据这些新概念我们可以推知尽管生命远不是一个想象中的物理系统但它可以被看成是物理宇宙中发生的过程的一种逻辑延伸。宇宙的进化导致产生了星系团在星系团中又有恒星有些恒星还有自己的行星。有些行星处在轨道上在那儿来自母恒星(mothersun)的能量流允许它们表面上已经很复杂的化学汤进一步结构化。来自区域恒星的能量的恒常辐射使化学汤更加充满活力并创造了开放系统(通过其边界有能量出入)这些系统进一步向远离化学惰性和热平衡状态移动。在适宜的行星表面(像我们的地球的表面)生命就在远离平衡态的环境下发展起来了而并不需要借助像生命力和非物质的灵魂这样的超物理原则的帮助。根据标准的大爆炸理论当生命在我们这个行星上(或许也在其他行星上)出现之前宇宙必定有至少亿岁了。围绕太阳的原初行星的气体似乎在亿年前开始固化显然地球上的生命的进化是在此之后不久开始的。现在已经确证具有高级化学进化痕迹的化石可追溯到亿年前原始的生物有机体被证明至少在亿年前就已存在而具有现代酶结构的原核细胞的生物化学活动的证据已经在化石中被发现这种化石据今约有亿年。生命进化所需的化学成分在生命进化产生之前就在地球的化学汤中存在组成已知宇宙的六种化学元素(氢、氦、碳、氮、氧、氖)和合成第一批自养细胞所必需的更复杂的分子已经在宇宙中合成起来甚至氨基酸和核酸已经在宇宙中创生人们在陨石中发现了它们。因此很可能生命在其他行星上也以某种形式发展起来了:在我们的银河系中有数百亿个行星在宇宙中有数百亿个银河系。我们这个行星上的热环境和化学环境非常适合于作为生命成分的复杂分子的合成。像糖、氨基酸、嘌呤、嘧啶这样的单体和由这些单位(如蛋白质、核酸和其他大分子)构成的线性复合体可能在来自太阳的恒定能量流中合成起来。在某个时候作为更高生命形式的先导的原核细胞诞生了并成了这一星球上正在出现的生物圈中的主要要素。除病毒和细菌这两个特例外

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