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《疯狂宇宙》:写宇宙论物理想哲学

来源:北京大学出版社 编辑:高芹 2015-05-19 17:12:50
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  从前,一个奇点在街上走着走着,突然就炸了。

  于是,我们就莫名其妙、毫无征兆地得到一个超级巨型大宇宙。布莱森的《万物简史》描述了这场爆炸:刹那间,一个光辉的时刻来到了,其速度之快,范围之广,无法用言语来形容,奇点有了天地之大,有了无法想象的空间。这充满活力的第1秒钟(许多宇宙学家将花费毕生的精力来将其分割成越来越小部分的1秒钟)产生了引力和支配物理学的其他力。不到1分钟,宇宙的直径已经有1 600万亿千米,而且还在迅速扩大。这时候产生了大量热量,温度高达 1 000万摄氏度,足以引发核反应,其结果是创造出较轻的元素——主要是氢和氦,还有少量锂(大约是1 000万个原子中有1个锂原子)。3分钟以后,98%的目前存在的或将会存在的物质都产生了。我们有了一个宇宙。这是个美妙无比的地方,而且还很漂亮。这一切都是在大约做完一块三明治的时间里形成的。

  科学家制定了一个宇宙大爆炸时间表,先别问为什么,我们看看奇点爆出这个大千世界的主要过程。这是一份时间跳跃、跨度巨大的宇宙简历。

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  0秒,怎么啦?谁都不敢随便说究竟发生了什么,这是个终极秘密。如果非要说点啥,姑且就认为是被某个哲学家摁下了起爆开关。

  10的-43次方秒,高温高压,时空破裂。一个比针尖还小的宇宙现身了。这个时期,能量为10的20次方亿电子伏特,长度为10的-33次方厘米,温度为10的32次方K。整个宇宙大概处于一个真空的高维空间中。然后,宇宙时空破裂,四维时空以10的50次方倍的巨大系数爆发式膨胀,空间膨胀速度比光速还要快。人世间没有这样的快门可以拍照留念。这个时候,宇宙除了足以熔化一切的滚烫热浪之外,几乎一无所有。要知道,此后一百多亿年,宇宙任何地方再也没有重现如此暴烈高温。

  这个时候最具直观冲击力的特点,就一个字:烫!宇宙为什么是从滚烫而不是从冰冷开始?这很哲学。烫,只是我们的主观感觉,宇宙曾经从顶级高温起步,仅仅因为宇宙时空扩展,它的能量必须走向稀释方向。如果宇宙反方向坍缩,温度则将向更高处攀升。这对宇宙来说无非是向左走、向右走的问题。滚烫的宇宙,并不比冰冷的宇宙需要更多特别的理由。

  10的-34次方秒,宇宙暴胀,不可收拾。温度降到10的27次方K,宇宙由夸克、胶子和轻子热乳浆液组成。宇宙达到目前太阳系的大小。窃以为,这个尺度已经相当不小,够宇宙了。这个时候最具直观冲击力的特点,是另外一个字:快!请读者看清楚时间,用“迅雷不及掩耳之势”来形容是严重不科学的,没有什么雷电霹雳可以如此地迅。太阳光抵达它身边的地球,尚且需要480秒。因此,我个人不大赞成大爆炸这个概念,这哪里是爆炸,分明就是“闪现”嘛!

  这个阶段,正物质和反物质互相抵消,物质微微超过反物质(十亿分之一),超过的这部分,将形成我们今天看到的周围物质。这也许是世界创生以来第一个重大的岔路口,我们的宇宙依靠一种量子运气取得决定性胜利,不再成为一颗哑弹,也相当幸运地没有成为古怪的反物质世界。

  3分钟,核子形成,大局底定。空间扩散,温度降到足够低,核子稳定。宇宙最初始元素氢、氦的原子核相继产生。原始火球基本结束,创世大局已经抵定,造物主想要后悔也来不及了。人们后来制造的原子弹证明,宇宙创生时的大部分巨大能量,凝聚到了原子核里面。3分钟后,宇宙温度降至9亿度。

  1977年,TOE终极理论梦想家温伯格写了一部科普畅销书《最初三分钟——关于宇宙起源的现代观点》,专门说这事儿。他对于知道这个重大秘密而有一些伤感,他说,我们不会从中得到什么慰藉,“人类总是不可抗拒地认为,我们和宇宙有某种特殊的关系,认为人类的生命不应该是追溯到最初三分钟的一连串偶然事件的多少带有笑剧性质的产物,而是从宇宙的开始就以某种方式存在了……宇宙愈可理解,也就愈索然无味”。温伯格这番灰色的话流传甚广,许多科学家,以及憎恨科学的什么家,都爱引用,令不少知识精英唏嘘惆怅,甚至抑郁。

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  奇点,即奇异之点(singularity),一个在数学上没有可知形状、在物理上没有可测性质的不可思议的存在。它不是任何东西。凡是你能够见过的、甚至虽然没见过但能够推演和理解的任何东西,它都不是。浑不讲理哦,相当傲慢啊。

  那科学家干嘛要弄出这么一个怪咖来?这是我们真正需要关注的问题。这需要换个角度来理解——不是谁发现了这么一个奇怪的点,而是人类在穷尽所有数学和物理,把宇宙逼问到墙角根儿之后,剩下这么一个绝望的点。

  事情是这样的:前面我们知道,137亿年以前,一个体积极小、温度极高、密度极大的点,爆炸产生了宇宙。科学家运用最先进的数学和物理知识,探究这个点到底是什么东西。现在,我们已经非常逼近奇点爆发一刹那的时刻,能够描述奇点爆发后10的-43次方秒那个时候的情况。那个时候之后,凡是能够用数学和物理来认知的问题,大概都解决了。至少,有可能通过数理知识来解决。但是,如果想再要继续,人类的数学和物理就失灵了。准确地说,人类的数学和物理迟早要失灵,也许今后还可以无限接近,但绝对不可能真正到达奇点。换句话说,虽然我们与奇点之间只有10的-43次方秒,即0.000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 1秒之遥,但那仍然意味着阴阳隔世、咫尺天涯!

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  宇宙是怎么来的?我们为什么存在?

  宇宙大设计,造物主的心智,人类读懂了吗?

  是谁,划一根火柴点燃了宇宙大爆炸?

  宇宙创生之前,还发生了什么?

  《周易》详细解释了宇宙大爆炸吗?

  佛说一切如梦幻泡影、如露亦如电,科学已经承认了吗?

  当代科学步入禅境,唯物主义彻底失败了吗?

  “上帝的粒子”找到了又怎样?

  异次元杀阵怎么回事,人类能不能探测异度空间?

  暗物质和暗能量究竟是什么?

  灵魂出窍,意念控物,量子力学可以证明吗?

  比夸克还小的是什么,有没有小到不可再小的东西?

  反物质是否存在?

  黑洞是通向另类宇宙的暗道机关吗?

  宇宙真的可以无中生有吗?

  “任意门”能不能实现,时间机器开机就要爆炸吗?

  宇宙之外,还有很多宇宙吗?

  外星人曾经主宰地球吗,人类DNA有它们的遗传基因?

  人造宇宙可行吗?

  人生原来大梦一场,我们都是缸中之脑?

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  宇宙十大疯狂设计

  10 大尺度

  9 暗存在

  8 鬼打墙

  7 无底洞

  6 万维弦

  5 负存在

  4 大爆炸

  3 多世界

  2 XXX

  1 思想者

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  引言

  软科普 硬哲学

  1 你有多久没有仰望星空了?

  2 世界上最强的科普读物,可能是斯蒂芬·霍金的《时间简史》。这本奇书被翻译成几十种文字,全球卖了1 000万册以上,它持续占领《纽约时报》、《星期日泰晤士报》畅销书排行榜时间之长,竟因此收入《吉尼斯世界纪录》。人们评价此书,语言极其通俗,内容极其艰深。有人说这种书之所以仍可以如此畅销,是因为它尝试解答过去只有神学才能触及的题材:宇宙究竟有没有一个终极设计者,时间有没有开端,空间有没有边界。我的问题是:你读过吗?

  3 还有比《时间简史》轻松活泼的科普畅销书,那是美国作家比尔·布莱森的《万物简史》,一部通俗的科普著作。布莱森不是科学家,他写此书的动机之一,是出于对枯燥乏味的各种科学读物感到不满:“教科书的作者似乎有个普遍的阴谋,他们要极力确保他们写的材料绝不过于接近稍有意思的东西,起码总是远远回避明显有意思的东西。”“我倒想要看看,是不是有可能在不大专门或不需要很多知识的,而又不完全是很肤浅的层面上,理解和领会--甚至是赞叹和欣赏--科学的奇迹和成就。”我也是这样想的。

  4 我们渴望揭秘宇宙大谜。但是,我们没有力气去啃读那些晦涩的教科书或科研专著。本书希望用最快速最简明的方式,解读霍金他们发现的宇宙顶层设计,把我从中感悟到的大智慧,分享给所有迷思世界本源的哲人,特别是那些远离物理数学,而又希望大致知道专业意见的智者。这本书,写的是宇宙,论的是物理,想的是哲学。

  首先它是“软科普”--讲的是科学内容,但并不深入专业。为什么?因为科学离大众的世界观太远了。我们的社会永远有无数人在抽签打卦求神拜佛,飞船都降落月亮了,还在靠风水指导公司生意,靠星座物色恋爱对象,失败者是这样,成功者也是这样。而我们的科普呢,要么是看不懂的钢铁论文,执着地跟几个不痛不痒的专业问题死磕较劲,要么就是什么“科学教你生活小窍门”之类的玩意儿,至于那些重大的世界真相,就是不告诉你。本书绝不向艰深和庸俗屈服,不探讨怎样测算天狼星运转轨迹,也不涉及蟹状星云包含多少重元素的分析。那多累啊!我只不过是想告诉人们,我们身处的这个宇宙,根据科学发现而不是神话传说,它是怎样的新奇有趣。是的,我确信好多事情你不知道,最新天体物理揭示的宇宙真相真的很古怪,值得围观。

  其次它是“硬哲学”--谈的是哲学问题,但比哲学多一些客观事实依据。人类玩哲学至少玩了两三千年,纯粹思辨再加诡辩玄学,早都腻了。在认识世界真相、探究宇宙本源方面,当代物理科学不仅靠谱,而且比哲学还哲学。比如,量子理论断言,宇宙的进化有多个真实历史,这事听上去都别扭,哲学有如此思想解放的底气吗?哲学认为“无中生有”、“一切如梦幻泡影”这些概念很玄酷,可在超弦理论那里,它们已经是实验能够证明的基本事实。我觉得,应该在哲学大厦的结构里添加一点新物理学的钢筋。同时,鉴于各种神秘主义在解读世界之谜方面比科学和哲学更有市场,本书还要讨论它们怎么看宇宙,但侧重于厘清它们认知世界的特点,因为,真要跟它们辩驳起来的话,我没有胜算。

  5 作为一份准科普读物,我尽量引用权威而不是自说自话,因此你将会发现书中有较多的引经据典,科学依据和引用出处详见附录开列的著作。你也将发现,那些严谨刻板的科学家竟然也可以说出如此文采飞扬、哲理深刻的话。本书涉及的专业内容,以没有明显科学错误为底线。我能够确信,没有任何人会拿着这本书去做科学实验,更不会发生电器短路或者烧伤烫伤事件。书中提到了核聚变反应,甚至还有自制黑洞原理、人造宇宙技术、时光机器技术,但肯定没有被人滥用的危险。如果真有什么危险,那一定是人文方面的问题。比如,读者的世界观也许会多少受到一些触动,而这正是我值得引以为傲的事情。如果有学生要写作文,希望这本书帮助他们开阔视野。而若理科生要写论文也欢迎引用,当然我不保证教授给你判多少分。误人子弟,最多就这个程度了。

  6 宇宙很神,也因此常常被弄得很诡。你看大学门口的过街天桥,总有一些鬼鬼祟祟的人在兜售各种小册子。今后,希望其中有我这一本。

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  第二章

  古怪科学………………………………………………

  宇宙很怪,科学就跟着怪。本章以非专业方式,综述牛顿经典物理、爱因斯坦相对论、量子理论、超弦理论等核心内容,看看人类对宇宙的科学认知,看看科学家们谈论宇宙的艰难别扭和深邃智慧。

  1 精美靠谱的经典物理/

  2 怎么也想不明白的相对论/

  3 明摆着无法让人接受的量子理论/

  4 据说猜透了造物主心思的超弦理论/

  5 预言一二百年内必将创立的XXX理论/

  6 暧昧的科学,微笑的神佛/

  7 仰望星空,我们激动莫名/

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  第三章

  浩大尺度………………………………………………

  本章内容为宇宙十大真相之10:大尺度。从太阳系、银河系到星系团、大结局,以形象比喻方式,仔细体验莫名其妙、匪夷所思的宇宙之大(包括宇宙之小)。事出反常必为妖。宇宙如此之大,一定具有非同寻常的意义。

  1 空旷太阳系/

  2 遥远两颗星/

  3 浩瀚银河系/

  4 无语大结局/

  5 反向大尺度/

  6 何处是尽头/

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  第四章

  隐秘构造………………………………………………

  本章内容为宇宙的各种奇异设计。主要是暗物质暗能量之谜、宇宙结构形态之谜、黑洞之谜、物质终极本源之谜、反物质负能量之谜。科学含量较高,新知激动人心,宇宙怪相一一呈现。

  1 宇宙把绝大部分东西雪藏起来了/

  2 宇宙为万物布置了一个超级迷魂阵/

  3 宇宙安装有通向另类世界的暗道机关/

  4 万物终究无物,只有弦的震动/

  5 正负抵消,宇宙就是一顿免费午餐/

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  第五章

  离奇生死………………………………………………

  本章内容集中揭示宇宙的起源和终结。这个问题非同凡响,科学、哲学、宗教都为之奋斗终生。宇宙大爆炸假说、宇宙暴胀假说、量子宇宙假说,包括中国八卦思想都认为,宇宙生死大问已经解决。本章细说根源。

  1 大爆炸真的吗/

  2 大爆炸怎么啦/

  3 大爆炸为什么/

  4 大爆炸再暴胀/

  5 大爆炸始于零/

  6 大爆炸很八卦/

  7 宇宙结局A、B剧/

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  第六章

  鬼魅家族………………………………………………

  本章内容集中揭示多元宇宙。我们从来没有想到,宇宙竟然是一个大家族,真正的天外有天,人类的千古幻想可能是真的。本章描述了各种有科学依据的宇宙存在,它们的形态和特征绝对令人眼花缭乱。

  1 古老的遐想宇宙/

  2 伤感的轮回宇宙/

  3 寂寞的远方宇宙/

  4 别扭的反转宇宙/

  5 喧嚣的气泡宇宙/

  6 诡异的高维宇宙/

  6 洞中的黑白宇宙/

  7 浪漫的全息宇宙/

  8 梦魇的幻影宇宙/

  9 TOE的疯狂解释/

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  第七章

  梦幻穿越………………………………………………

  本章专门讨论时空穿越,这个话题非常迷人。前半部分介绍科学对时空穿越的认知,后半部分描述几种可能的穿越方式。这些奇异的穿越故事,必将丰富我们的浪漫梦想。

  1 相对论发现时间空间不实在/

  2 相对论证明穿越未来可以有/

  3 相对论纠结穿越过去不好办/

  4 最实用的穿越/

  5 最炫酷的穿越/

  6 最苦逼的穿越/

  7 最顽强的穿越/

  8 最危险的穿越/

  9 最矫情的穿越/

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  第九章

  寒冷深空………………………………………………

  本章揭示外星人之谜。前半部分讨论科学如何认知和搜寻外星文明,并推测外星文明的基本特性及各种可能性。后半部分讨论大众对外星文明的迷信,对UFO和远古外星人的一厢情愿。

  1 外星文明物语/

  2 外星文明神话/

来源:北京大学出版社

编辑:高芹

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