科学宇宙观的得与失/比较文明学

                        科学宇宙观的得与失

 

科学宇宙观与宗教神话、哲学理性的宇宙观是不同的，科学宇宙观是以近代科学方法来研究宇宙形成与天体运动的，这是一种综合性学科，天文学、天体物理学、地质学等学科在这里交叉，已经成为当代科学研究的前沿学科，取得了许多成就。虽然如此，从宇宙观的科学体系来说，仍然是一个极不完全的学科体系，特别是由于任何方法都是有自身缺陷的，自然科学的进步将会使得原有的科学理论体系不断更新，任何建立于其上的假说都会被重新建构。我们先简要描绘这一学说的主旨，然后再提出我们的看法。

托密勒

哥白尼

从托密勒宇宙论已经为有了科学研究方式的萌芽，但在宇宙论中，真正具有科学意义的还是哥白尼的天体论。可惜的是，由于当时科学的局限，哥白尼虽然提出了模型，但仍然不能用物理学原理来解释自己的太阳中心说。这项工作直到１６８７年牛顿的《自然哲学的数学原理》中才得到阐明，根据万有引力定律，引力使月亮围绕地球运转，这一路线是绕着椭圆形轨道进行的。同时，地球与其他行星以同样的椭圆形轨道绕着太阳公转。

牛顿

但是，正如恩格斯所指出、以后又被黑格尔自然哲学的历史命运所证实，自然科学家对于形而上学的反感，成为了自然科学发展的最大障碍。牛顿的名言是：物理学，小心形而上学啊！这一警告与爱因斯坦的另一说法几乎完全相同，历史告诉我们，伟人也会犯错误，而且其错误造成的后果远大于一般人。当然，一定程度上，这也反映出自然科学研究方法如果不与人文精神相结合，其作用是相当有限的。

爱因斯坦

现代物理学的代表人物爱因斯坦（Ａlbert Einstein）相对论提出后，对于宇宙论产生了巨大影响，就如同当年康德运用牛顿力学来解释宇宙论一样，当代科学家们趋之若鹜，用爱因斯坦的相对论观念来解释宇宙论，希望能获得突破。由于这些理论都正在建构之中，大多数还很没有经过时间的考验，我们只能对于其中有代表性的“大爆炸理论”作一个简单的评述。

其一，根据广义相对论，宇宙是有始有终的。一位自称用相对论建构宇宙理论的物理学家，英国剑桥大学的史蒂芬·霍金(Stephen Hawking)认为： 

史蒂芬·霍金

然而在广义相对论中，情况则相当不同。这里，空间和时间变成为动力量，当一个物体运动时，或一个力起作用时，它影响了空间和时间的曲率；反过来，时空的结构影响了物体运动和力作用的方式。空间和时间不令去影响，而且被发生在宇宙中的每一件事所。正如一个人不用空间和时间的概念不能谈宇宙的事件一样，同样，在广义相对论中，在宇宙界限之外讲空间和时间是没有意义的。

在以后的几十年中，对空间和时间新的理解是对我们的宇宙变革。古老的关于基本本上不变的，已经存在并继续存在的无限久的宇宙的观念，已经为宇宙的膨胀的并且看来是从一个有限的过去开始的并将在有限的将来终结的宇宙的观念所取代。这个变革正是一下章的内容。几年之后又正是我研究理论物理的起始点。罗杰·彭罗斯和我指出，从爱因斯坦广义相对论可推断出，宇宙必须有个开端，并可能有个终结。1

 

    其二，既然宇宙有开端，那么这个开端是什么？如果它不是上帝的第一推动力，又是什么开创了宇宙。从１９１２－１９１６年相对论创立开始，经过多位科学家的研究，终于提出宇宙产生于大爆炸理论，这是康德宇宙论之后最重要的宇宙理论，也是自然科学家们提出的最重要理论体系。这种理论经历了数十年发展，在２０世纪后期才趋于成熟，但直到今日，仍然是一种发展中的理论。

根据广义相对论，一个时间不变的空间的静止空间是不存在的，那个宇宙就是时而变大时而变小的。这样就有两种宇宙状态，其一是封闭宇宙状态，即宇宙中物质密度大于宇宙延伸速度时，宇宙便处于膨胀之中。不过这种膨胀的速度是有限的。其二是无限膨胀，这种状态就是物质密度低于临界值时发生的，这时空间变得无限大，天体之间的分裂也是无限的，互相分离而去。这样，我们就必须假定存在一个原初的统一宇宙，这就是１９２７年比利时天文学家勒梅特所提出的“宇宙蛋”的设想，这是宇宙的物质和能量原本所在的，这是在宇宙的零时刻存在的。这个宇宙蛋突然发生了大爆炸，宇宙产生于这次大爆炸之中。美国科学家伽莫夫为这种理论命名为“大爆炸理论”，从此风行世界，成为普遍流行的学说。

埃德温·哈勃

这一学说的物理学验证是１９２９年美国天文学家埃德温·哈勃所提出，这就是宇宙是膨胀的证实，哈勃用望远镜发现，除了银河系所在的星群之外，其余所有的星系都在远离地球而去，而且速度越来越快。哈勃计算了九个星系与地球之间距离的关系，得出了哈勃定律：即星系远离地球的速度与星系和地球之间的距离成正比。

另外两上辅助性的证明是：其一是，１８４８年伽莫夫以粒子物理学理论研究大爆炸学说，认为大爆炸会留下遗迹，那就是在宇宙里的温度为几度（Ｋ°）的微状背景辐射。这一假设于１９６５年得到证实，美国贝尔实验室中的两位天文学家彭齐亚斯和威尔逊发现了宇宙微波背景辐射温度，大约是３度。其二是宇宙中氦的存在，这也是伽莫夫所提出的。如果真的有大爆炸，那么宇宙中应当遗留有大约有２５％的氦。以后的宇宙科学家们认为，可以证实宇宙中存在着３０％的氦，可以说也证实了伽莫夫的假设。

霍金关于大爆炸理论作了进一步的推演，但是基本上是总结了前人的学说，他认为：

 

按照广义相对论，宇宙在过去某一时刻必须有一无限密度的状态，亦即大爆炸，这是时间的有效起始。类似地，如果整个宇宙坍缩，在将来必有另一个无限密度的状态，即大挤压，这是时间的终。即使整个宇宙不坍缩，在任何坍缩形成黑洞的局部区域里都会有奇点。这些奇点正是任何落过黑洞的人的时间终点。在大爆炸或其它奇点，所有定律都失效，所以上帝仍然有完全的自由去选择发生了什么以及宇宙是如何开始的。1

 

一、宇宙认识论的缺失

 

 当我们完成对于人类宇宙观特别是宇宙起源的简单回顾之后，一个结论是不可避免的。即宇宙起源仍然是一个未解决的问题。这不仅我们的结论，也是当代物理学家们大多数赞同的看法，霍金在《时间简史》的结尾处就一再强调，至今尚未有一种完整的理论来解释宇宙起源。他还引用了爱因斯坦的话：在制造宇宙时，上帝能有多少选择？这不只是对于上帝创世的怀疑，更应当看作是人类对于宇宙起源研究的一种思索。笔者认为，这种科学态度是值得肯定的，人类认识的阶段性使其认识必然要受到限制，认识的初期从感性得至启示，但无法获得理性的方法，在获得理性能力之后，可能则要失去观察与体验的兴趣。当代科学中的经验论泛滥与科学认识论的缺失，其实恰恰妨碍了正确宇宙观念的形成，一些所谓“科学的宇宙认识论”，并不是真正代表科学的见解。

从以往的研究可以看出，不同的方法在不同的历史阶段发挥主要作用。但是并不意味着方法的绝对意义上的错误与正确。历史上的主要研究方法都曾对于宇宙论发展有过重大贡献，其中任何一种方法的历史价值都不可否认。神话与宗教方法、理性哲学方法与科学方法，只是人类历史上因时代不同所形成的不同认识方法，现在我们还不能说哪一种方法观念能够得到世界的赞同。而且三种方法是完全结合在一起的，比如，宗教的上帝创世论就与现代科学理论可以共同存在，无论是牛顿、爱因斯坦还是当代西方科学家们的理论中，都仍然把上帝创世作为一种最基本的前提。特别是哲学的、理性的宇宙论，在２０世纪的消褪是十分不合理的。历史的教训告诉我们，在宇宙之谜的解释中，现代科学家们曾经拒绝哲学方法，这种状况对于科学进步恰恰构成障碍。

这个错误在爱因斯坦相对论中就已经存在，他在《相对论前物理学中的时间与空间》一文中就曾经说过

 

我坚信，哲学家曾经对科学思想的进步起过有害的的影响，在于他们把某些基本概念从经验论（empiricism）的领域里（在那里它们是受人们驾驭的）取出来，提升到先验论  （the a priori）的难以捉模的高处。因为即使观念世界看起来并不能借助逻辑的方法从我们的经验中演绎出来，但就一定的意义而言，它还是人类意识(human mind)的产物，没有人类的意识便无科学可言。不过，这个观念世界很难独立于我们的经验之外，正如衣服依赖于人体的形状一样。这对于我们的空间与时间概念尤为正确。迫于事实，物理学家只好使时间与空间概念众先验的奥林帕斯山降落到人间的土地上来，以整理这些概念并使之适用于实际情况。１

 

    其中对于先验论与哲学家的偏见是毫无根据的，事实上，爱因斯坦最终还是在时间与空间这个他曾经认为是最富经验的概念上，不得不承认自己的错误。

爱因斯坦与荷兰物理学家德西特把相对论用于宇宙研究中，发现宇宙是运动的，它不是静止的，宇宙或是膨胀，或是收缩。但是爱因斯坦不能接受这一事实，因为这与他从经验论出发的观念是相反的。于是，爱因斯坦修改了理论，目的是说明宇宙是平静的。这是爱因斯坦的一个明显违犯科学精神的错误。他自已在晚年时谈到此事时，曾经承认这是他一生中“最大的错误”。当然，也正是这种勇于承认错误的精神，使我们更感到这位科学巨匠的精神境界的高尚。

杰出的科学家们早已经认识到经验论科学的巨大缺陷，早在１８９９年，德国杰出科学家与哲学家恩斯特·海克尔就曾经指出： 

恩斯特·海克尔

在我们这个“自然科学世纪”里，经验知识取得了巨大的进步，可是理论上对它根本不能进行相应的说明，我们称之为“哲学”的那种对各个个别现象的因果联系的更高认识，也与它极不相称。我们经常看到，几个世纪以来，在我们大里讲授得的所谓哲学是抽象的，色大部分是形而上学的科学，它把自然科学新近获得的财富拒之于千里之外。另一方面，我们也不得不同样遗憾地承认，绝大多数所谓“精密的自然科学”的代表人物，只满足于他们专门研究的狭小范围，沾沾自喜于他们的观察和实验，而对所观察到的现象的普遍联系作更深入的认识──这正是哲学！──却认为是多余的。……自然科学与哲学、经验成果与成果之间这种反常的和破坏性的对立，在广大学术界无疑会越来越激烈，会引起越来越大的苦恼。近半个世纪以来，浩如烟海、层出不穷的自然哲学通俗读物，都反映出这样的情况。尽管观察的自然科学家与思考的哲学家之间存在着对立，可是还有那些来自两个陈营的杰出之士携起手来，共同研究，致力于解决最尖端的研究任务──即简称的“宇宙之谜”，这确实是一种可喜的现象。２

 

    当代最负盛名的宇宙大爆炸理论的解释者，剑桥大学物理学家霍金也认为，这种现象是不合理的，正是这位科学家呼唤哲学进入宇宙论。他指出：

 

迄今为止，大部分科学家太忙于发展描述宇宙为何物的理论，以至于没有工夫去过问为什么的问题。另一方面，以寻根研究为已任的哲学家跟不上科学理论的进步。在１８世纪，哲学家将包括科学在内的整个人类知识当作他们的领域，而讨论诸宇宙有无开初的问题。然而，在１９至２０世纪，科学变得对于哲学家，或除了少数忖家以外的任何人而言，过于技术性数学化了。哲学家如此地缩小他们质疑范围，以至于连维特根斯坦──这位本世纪最著名的哲学家都说道：“哲学余下的任务仅是语言分析”。这是从亚里士多德到康德了哲学的伟大传统的何等的堕落！１

 

    霍金的批评虽然略显辛辣，却是逆耳忠言，表现出杰出科学家的一种坦诚与远见。经验科学可以解决宇宙是什么以及其如何运动的问题，但它不能解决宇宙产生的原因与它的未来，正因为不能解决这些问题，宇宙论就没真正建立。可以说，历史是有意把问题留给了它所宠爱的形而上学，留给了这个人类的“伟大传统”。

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1 [英]史蒂芬·霍金：《时间简史》，许明贤、吴忠超译，湖南科学技术出版社，２００３年版，第４４页。 

1 [英]史蒂芬·霍金：《时间简史》，许明贤、吴忠超译，湖南科学技术出版社，２００３年版，第２３２页。 

１[美]阿尔伯特·爱因斯坦：《相对论的意义》，郝建纲、刘道军译，上海科技教育出版社，２００１年版，第２页。

２[德]恩斯特·海克尔：《宇宙之谜》，郑开琪等译，上海世纪出版集团，２００２年版，第２页。

１英]史蒂芬·霍金：《时间简史》，许明贤、吴忠超译，湖南科学技术出版社，２００３年版，第２３３页。