宇宙加速膨胀挑战科学对时空的认识


【明慧网二零零七年八月二十日】物理学是二十世纪科学的领头羊,物理学有两大支柱:量子论和相对论。象人们日常用的手机、电视等等和量子论有关,核武器、核能源等和相对论有关。然而困惑物理学界的是,量子论和相对论互不相容,基本观点相互冲突:量子论是基于几率解释,而相对论是决定论。爱因斯坦对量子力学的几率解释一直难以接受,于是他说“上帝不掷骰子”。为了解决量子论和相对论之间的冲突,爱因斯坦晚年尝试建立一个能描述自然界所有力的统一场论,之后很多科学家一直在追求建立一个能描述整个宇宙的“大统一理论”。但是到目前为止并没有成功,主要是无法和引力统一。

一九九八年,天文学家发现了宇宙在加速膨胀,而不是物理学认为的宇宙膨胀应该减速。这一新发现完全出乎现代物理学的预料,从而导致物理学认为有一种神秘的力量(能量)在推动宇宙在加速膨胀,并且把这种神秘的力量称为“暗能量”。现在天文学观察到宇宙中有约百分之九十六的成份是由暗能量(占百分之七十三)和暗物质(占百分之二十三)组成,而人能够看到和观察到的物质加起来只占宇宙的百分之四。所以现代科学对整个宇宙知之甚微。

观察数据表明,暗能量在宇宙中起决定性作用,以越来越快的速度把宇宙撕裂,直接决定宇宙的命运。二零零七年二月的《科学美国人》杂志登出文章说,暗能量是个看不见的手,不仅推动宇宙加速膨胀,而且决定星系的形成。

宇宙加速膨胀是二十一世纪初科学最大的谜,对科学产生了巨大的冲击,使得物理学界面临巨大挑战和危机。一些物理学家认识到,暗物质和暗能量的发现,正在动摇现代物理学的基石,可能需要发展新的物理学理论。

在几十年构建“大统一理论”的努力中,主要的成就是提出了超弦理论。超弦理论认为自然界的基本单元不是象电子、光子、中微子和夸克等等这样的粒子,这些看起来象粒子的东西实际上都是非常小的弦的闭合圈(称为闭合弦或闭弦),闭弦的不同振动和运动就给出这些不同的基本粒子。

为了试图解释宇宙的加速膨胀,超弦理论不仅必须增加三维以外的额外维度,而且提出了无限多的“平行宇宙”。认为形成宇宙的“大爆炸”不断地发生,从而炸出了无数个宇宙时空。我们所在的宇宙只是这些“平行宇宙”的一个,这些“平行宇宙”遵守不同的物理学定律。许多物理学家认为关键问题不是“平行宇宙”是否存在,而是有多少级(level)。二零零三年五月的《科学美国人》杂志发表一篇文章介绍“平行宇宙”,认为有四级“平行宇宙”,有无穷多个宇宙(空间)。

不仅如此,超弦理论新的解释支持“人择原理”,即生命能够在宇宙存在只是因为各个基本常数的组合导致了一个适合生命的环境,反过来说,宇宙若不是这个样子,就不会有我们这样的智慧生命。二零零六年八月十一日这一期《科学》杂志的一篇文章说,“人择原理”引起了巨大的争议,在物理学内部导致了哲学上的严重分歧,有的物理学家认为威胁到了物理学的基础。反对者认为,这象是研究哲学,不象是实证科学;支持者认为,现在很多的证据支持“人择原理”。发明量子计算机的英国牛津大学理论物理学家大卫•德伊池(David Deutsch)认为,实证主义是死胡同,是科学的毒药。

总之,宇宙的加速膨胀挑战目前科学对时空和生命的认识。据美国《新科学家》杂志报道,二零零五年十二月,在比利时召开的一次极负盛誉的关于“大统一理论”的物理学会议上,加州大学理论物理学家、诺贝尔物理学奖获得者大卫•格罗斯(David Gross)坦承:“我们不知道我们在说什么。”(“We don't know what we are talking about.”)他说物理学现在处于“一个完全混乱的时期”(“a period of utter confusion”),现在物理学可能缺少一个根本的东西。这个根本的东西是什么?作为二十世纪科学领头羊的现代物理学对此一无所知。

近来媒体报道,美国哈佛大学理论物理学家丽莎•蓝道尔(Lisa Randall)由于提出“第五度空间”(a fifth dimension),被美国《时代》杂志评为二零零七年一百名最有影响力的人物之一。她的方法直观,容易让大众理解,其实额外维度并不是新的概念,只是她提出的“第五度空间”不象超弦理论的额外维度那样非常非常的小,而是非常大。《时代》杂志说,她最重要的贡献是提出了可以测试额外维度空间存在证据的方法。这是物理学熟悉的实证老路子,不象“人择原理”那样,尽管有很多证据支持,但因为难以用实证方法验证,所以不少物理学家抵制“人择原理”,是其中一个原因。对于“人择原理”,有人还会联想到科学界更加敏感的宇宙是不是由“智力设计”的问题(即宇宙是不是由高智慧生命设计创造的),这也是物理学界的一些人反对“人择原理”的另一个原因。

现在额外维度或另外空间(宇宙)的问题是物理学研究的焦点之一,这个问题本身对人类认识宇宙、时空和生命影响深远。然而目前的实证科学方法对此研究困难重重。其实现代科学缺乏的“根本的东西”在中国古代科学与修炼界里可以找到,中国古代科学与修炼界,对另外空间与生命有独特而深刻的认识。例如,中国古代的周易、太极、五行学说、中医的经络、脏象理论,甚至世间小道的风水,都是着眼于额外维度或另外空间,从另外空间与我们这个看得到摸得着的时空的相互作用入手进行研究的。只有抛弃实证科学的方法,运用新的思维才能够深入地探测额外维度或另外空间(宇宙),以及里面存在的物质与生命形式。