奇點(diǎn)
——循環(huán)宇宙的邏輯起點(diǎn)

李青燕

(福建師范大學(xué)公共管理學(xué)院,福建福州 350007）

奇點(diǎn)
——循環(huán)宇宙的邏輯起點(diǎn)

李青燕

(福建師范大學(xué)公共管理學(xué)院,福建福州 350007）

文章從宇宙大爆炸的起點(diǎn)疑難出發(fā)，依據(jù)宇宙觀測(cè)的新證據(jù)，論述了宇宙在時(shí)間上既無(wú)起點(diǎn)也沒(méi)有終點(diǎn).從最小的物質(zhì)構(gòu)成到最大的宇宙形成兩個(gè)方面說(shuō)明宇宙自然的邏輯前提，認(rèn)為在可理解宇宙的概念下，大爆炸是循環(huán)宇宙的邏輯起點(diǎn).

奇點(diǎn) 邏輯在先 循環(huán)宇宙 可理解宇宙

1 宇宙大爆炸的由來(lái)及其疑難

1.1 宇宙大爆炸的由來(lái)

1917年，愛(ài)因斯坦(Albert·Einstein)在廣義相對(duì)論中用引力研究宇宙時(shí)，發(fā)現(xiàn)宇宙時(shí)空不是平坦的，而是彎曲的，引力越大，曲率越大，在曲率無(wú)限大時(shí)，時(shí)空為零，這就是所謂宇宙奇點(diǎn).這樣，宇宙應(yīng)該是從奇點(diǎn)膨脹起來(lái)的.愛(ài)因斯坦以為自己的理論有紕漏，便在他的方程中加一項(xiàng)常數(shù)，使宇宙保持靜態(tài)[1].

1922年，蘇聯(lián)物理學(xué)家和數(shù)學(xué)家亞歷山大·弗里德曼（Alexander Friedman)卻根據(jù)廣義相對(duì)論的原本內(nèi)容，提出了膨脹宇宙的預(yù)言.

1929年，哈勃(Hubble)發(fā)現(xiàn)宇宙在不斷膨脹，證實(shí)了弗里德曼的預(yù)言.

1931年，比利時(shí)物理學(xué)家喬治·勒梅特(Georges Henri Joseph Eduard Lenautre)提出，宇宙開(kāi)始于一個(gè)“原始原子”.

1946年，前蘇聯(lián)物理學(xué)家喬治·伽莫夫(George Gamow)進(jìn)一步提出，宇宙是由物質(zhì)密度無(wú)限大、溫度無(wú)限高的火球——“宇宙蛋”迅速膨脹起來(lái)的.

1964年，彭若斯(R·Penrose)初步證明了一個(gè)奇性定理，該定理是說(shuō)真實(shí)的物理時(shí)空一定至少存在一個(gè)奇點(diǎn).史蒂芬·霍金（Stephen William HawK－ing認(rèn)為:“彭羅斯理論適合于整個(gè)宇宙;而且，如果將時(shí)間反演，宇宙是從奇點(diǎn)開(kāi)始.”

1970年，他們共同論證，宇宙過(guò)去必須有一個(gè)大爆炸奇點(diǎn).

1981年，古斯(A·Guth)提出宇宙極早期暴漲的思想.

1998年，Ia超新星爆發(fā)的觀測(cè)研究發(fā)現(xiàn)宇宙正在加速(而非減速)膨脹.

據(jù)此，“正確的物理概念和圖像應(yīng)當(dāng)是宇宙時(shí)空處處都在膨脹，在足夠大的尺度上各處都是一樣的，并沒(méi)有任何一處是特殊的宇宙或爆炸中心;在非常大尺度上，宇宙時(shí)空中的物質(zhì)分布是均勻的和各向同性的.“這一根本假設(shè)就是通常所謂的宇宙學(xué)原理，它原本帶有相當(dāng)程度的哲學(xué)意味，現(xiàn)在已經(jīng)為若干重要觀測(cè)事實(shí)所支持.”[2]

1.2 大爆炸的疑難

那么，這種宇宙起源于奇點(diǎn)的說(shuō)法有什么問(wèn)題呢?宇宙的奧妙遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是人類所能完全理解的，因此達(dá)不到推演法的第一個(gè)要求;而推演法的第二個(gè)要求，即得出的理論要正確而普適于宇宙.即便是在廣義相對(duì)論已經(jīng)是目前我們所已知的最好的引力理論的條件下,也不可能完全達(dá)到.即使霍金提出了有界無(wú)邊的宇宙模型，但是在奇點(diǎn)處，一切科學(xué)定律都失效了，連時(shí)空概念本身也失效了.這些發(fā)現(xiàn)對(duì)于科學(xué)來(lái)說(shuō)無(wú)疑是一場(chǎng)災(zāi)難.

1981年，宇宙學(xué)家納里卡 (Jayant Narlikar)以《果真有過(guò)大爆炸嗎》為題提出，大爆炸宇宙學(xué)不是大尺度宇宙的唯一模型，“奇點(diǎn)”的物理意義就是一次創(chuàng)造世界的行為.他認(rèn)為，宇宙“奇點(diǎn)”就是“整個(gè)宇宙的體積為零，事實(shí)上現(xiàn)在是說(shuō)，在零時(shí)刻的一次巨大爆炸中，整個(gè)宇宙突然出現(xiàn)了.但是，這個(gè)大爆炸是怎樣發(fā)生的?為什么這個(gè)時(shí)刻發(fā)生?在這以前又怎樣?在以前物質(zhì)存在嗎?還是物質(zhì)產(chǎn)生于這次大爆炸?如果是后者，那么物質(zhì)是怎樣在明顯違背能量守恒定律的情況下產(chǎn)生出來(lái)”.[3]宇宙從無(wú)中創(chuàng)生的問(wèn)題使得科學(xué)家們不得不從相對(duì)論的困惑中求助于量子力學(xué).然而霍金指出:“今天，科學(xué)家按照兩個(gè)基本的部分理論——廣義相對(duì)論和量子力學(xué)來(lái)描述宇宙.可惜的是，這兩個(gè)理論不是互相協(xié)調(diào)的，它們不可能都對(duì).當(dāng)代物理學(xué)一個(gè)主要的努力，即是尋求一個(gè)能將其合并在一起的理論.我們還沒(méi)有這樣的新理論，要獲得這個(gè)理論，我們可能還有相當(dāng)長(zhǎng)的路要走.”[4]

2 邏輯起點(diǎn)的定義及其對(duì)宇宙大爆炸的適用性

綜合宇宙大爆炸的疑難，實(shí)際就是利用宇宙學(xué)已有成果，避其矛盾之處;本文認(rèn)為大爆炸奇點(diǎn)既不是宇宙的起點(diǎn)也非終點(diǎn)，而只是宇宙不同階段的“過(guò)渡”.這個(gè)循環(huán)過(guò)程如下:奇點(diǎn)——白洞(大爆炸)——星系的演變——黑洞——奇點(diǎn).在認(rèn)識(shí)論上，奇點(diǎn)只是宇宙大爆炸的邏輯起點(diǎn).

2.1 邏輯在先與時(shí)間在先

正如黑格爾所說(shuō):“自然在時(shí)間上是最先的東西.”[5]從感性意識(shí)來(lái)看，“自然才是第一性的東西，直接的和存在的東西.”[5]因此，從邏輯上來(lái)說(shuō)，“絕對(duì)的東西卻是理念;這種絕對(duì)的東西是終極的東西，真正的開(kāi)端.”我們必須要把“邏輯在先”與“時(shí)間在先”兩個(gè)概念嚴(yán)格區(qū)別開(kāi)來(lái).作為一個(gè)體系，這一點(diǎn)是很重要的，從絕對(duì)理念出發(fā)最后復(fù)歸于絕對(duì)理念，這個(gè)絕對(duì)理念既是一個(gè)終點(diǎn)，同時(shí)又是一個(gè)起點(diǎn)，整個(gè)黑格爾哲學(xué)就是一個(gè)圓圈.胡塞爾（E· Edmund Husserl)也認(rèn)為:“認(rèn)識(shí)并不僅僅是完全依靠順序相續(xù)產(chǎn)生的，它們?cè)谶壿嬯P(guān)系中相伴出現(xiàn)，它們相互產(chǎn)生于對(duì)方，它們相互”肯定“，相互證明，仿佛在相互加強(qiáng)它們的邏輯力量.”[6]上述講的循環(huán)宇宙便是一種“否定之否定”的體系，而在奇點(diǎn)上，“時(shí)間在先”毫無(wú)意義，自然在時(shí)間上不能再往前追溯了，這一點(diǎn)在下一節(jié)將會(huì)得到闡明.

2.2 宇宙循環(huán)理論簡(jiǎn)介

普林斯頓大學(xué)天文學(xué)教授保羅·斯坦哈特(Paul Steinhardt)與劍橋大學(xué)教授尼爾·圖羅克(Neil Turok)共同提出了新的觀點(diǎn).他們指出，宇宙是處于不斷循環(huán)的過(guò)程中.如今的宇宙是在上個(gè)宇宙的塵埃中誕生.“大爆炸并非空間和時(shí)間的起點(diǎn)，而只是宇宙的兩個(gè)不同階段中間的過(guò)渡.當(dāng)宇宙從膨脹轉(zhuǎn)為收縮，星云將轉(zhuǎn)而向宇宙中心移動(dòng).運(yùn)動(dòng)速度因萬(wàn)有引力而增加，溫度將升高.宇宙中的萬(wàn)物因而將逐一消滅.先是人類，然后是地球，原子以至基本粒子，所有質(zhì)量都將轉(zhuǎn)化成輻射.頻率增高，溫度達(dá)到高限.此時(shí)另一次大爆炸爆發(fā)，宇宙則完成了一個(gè)循環(huán).”[7]科學(xué)家介紹說(shuō):“他們的這一新理論的框架來(lái)自于弦論.弦論的基本內(nèi)容是，宇宙物質(zhì)已知是由各種極小粒子組成，但因?yàn)槿祟愂艿轿锢韺?shí)驗(yàn)精度的限制，實(shí)際上并無(wú)法測(cè)定出這些粒子是否真的是無(wú)限小的點(diǎn).科學(xué)家假設(shè)這些粒子是極小的弦，然后據(jù)此描述基本物理定律.弦論能解釋其他基本理論無(wú)法解釋的物理現(xiàn)象，被認(rèn)為具有廣闊的發(fā)展前景.”[8]按照粒子物理學(xué)的新成就在宇宙學(xué)上的應(yīng)用:“在大爆炸時(shí)，能量是高限，時(shí)間是低限，也就Planck時(shí)間.當(dāng)能量降低，宇宙的壽命將逐漸增長(zhǎng).當(dāng)能量趨近于低限時(shí)，宇宙達(dá)到壽命的中點(diǎn).而后宇宙由膨脹轉(zhuǎn)為收縮，宇宙將持續(xù)下半生直到另一次大爆炸爆發(fā)，從而完成一個(gè)整循環(huán).”[9]這是作為整體的宇宙的循環(huán)這不僅僅是一個(gè)重復(fù)上一段歷史的循環(huán)，而是開(kāi)啟了一段全新的歷史.我們面對(duì)著的整個(gè)自然界形成一個(gè)體系，即各種物體相互聯(lián)系的總體”，恩格斯在《自然辯證法導(dǎo)言》中這樣抽象概括了宇宙整體以后指出:“無(wú)限時(shí)間內(nèi)宇宙的永遠(yuǎn)重復(fù)的連續(xù)更替，不過(guò)是無(wú)限空間內(nèi)無(wú)數(shù)宇宙間同時(shí)并存的邏輯的補(bǔ)充.”[10]

2.3 大爆炸是循環(huán)宇宙的邏輯起點(diǎn)

霍金說(shuō):“宇宙具有多重歷史，每一個(gè)歷史都是由微小的硬果確定的.”[11]其實(shí)這也充分表明了宇宙演化的非線性特征.由于宇宙系統(tǒng)本身的非線性作用始終存在，宇宙會(huì)有許多可能的狀態(tài)，即所謂宇宙多重歷史的存在.根據(jù)不確定性原理，宇宙在極早期階段出現(xiàn)的細(xì)微的差別，可能導(dǎo)致不同的宇宙演化史.每一重宇宙史都必然有一個(gè)起點(diǎn)，這個(gè)起點(diǎn)不定是時(shí)間在先，因?yàn)樵谀且稽c(diǎn)上時(shí)間是否存在還是一個(gè)懸而未決的問(wèn)題.在這一意義上，我贊同奧古斯丁(Augustine)的觀點(diǎn):“世界不是在一定時(shí)間中產(chǎn)生的，而是隨著時(shí)間的產(chǎn)生而同時(shí)產(chǎn)生的，在世界存在之前并沒(méi)有時(shí)間存在.”[12]

如果我們能夠從最小的物質(zhì)構(gòu)成到最大的宇宙形成兩個(gè)方面說(shuō)明宇宙自然的邏輯前提，自然也就說(shuō)明了居于二者之間所有事物存在的邏輯前提.這可能需要從宇宙早期的暴漲才能更好地說(shuō)明.而據(jù)宇宙觀測(cè)已得到了如下重要結(jié)果:

(1)我們宇宙的總Ω值標(biāo)記為Ωtot滿足0.98≤Ωtot≤1.08，這表明我們生活在一個(gè)具有臨界密度的宇宙中;

(2)在宇宙年齡為1 min時(shí)，大爆炸核子生成所產(chǎn)生的原始氘素的觀測(cè)值和宇宙微波背景輻射表明宇宙能量密度的重子貢獻(xiàn)ΩB＝(0.024±0.0012)h-2.各種獨(dú)立觀測(cè)所得的h值范圍為h＝0.72±0.07，所以ΩB≈0.04～0.06.這些觀測(cè)計(jì)算了所有的重子.結(jié)合到先前的討論，可以得到結(jié)論，我們宇宙的絕大多數(shù)能量是非重子的;

(3)包括星系旋轉(zhuǎn)曲線、星系團(tuán)質(zhì)量估計(jì)、引力透鏡和星系巡天研究在內(nèi)的一系列觀測(cè)都指出，宇宙中存在不發(fā)光的物質(zhì)分量——暗物質(zhì)(DM)，它們很可能是大質(zhì)量弱相互作用粒子 (WIMPs).這一分量的貢獻(xiàn)ΩDM≈0.45;

這一些結(jié)果都說(shuō)明，從最小的物質(zhì)，到可觀測(cè)到的最大宇宙，均有一個(gè)存在的邏輯前提，它們可能作為宇宙暴漲產(chǎn)生的“副產(chǎn)品”，它還產(chǎn)生了演化為恒星、星系和星系團(tuán)以及宇宙中的其他結(jié)構(gòu)的種子.這個(gè)前提只能是大爆炸的奇點(diǎn).之所以不是先后的時(shí)間順序，“是在該點(diǎn)上“普朗克時(shí)”不能往前再進(jìn)行追溯(亦即大爆炸后的10～43 s)從科學(xué)的觀點(diǎn)看，尋找這種問(wèn)題的答案選得毫無(wú)意義.正如經(jīng)常使用它們時(shí)的，盡管“之前”、“先前”或者“先行的”被認(rèn)為是一種定義相當(dāng)準(zhǔn)確的時(shí)間用語(yǔ)，但是與此形成鮮明的對(duì)照的是，一旦涉及前述的t＝0前發(fā)生過(guò)什么事情的問(wèn)題，這些語(yǔ)詞就變得含糊不清了.事實(shí)上這是一個(gè)虛假的文圖:它理應(yīng)被擱置在一旁而不應(yīng)該被用來(lái)啟發(fā)人們?nèi)で蟠鸢?”[13]

3 結(jié)論及展望

我們的宇宙可以具有“奇點(diǎn)”，但這個(gè)“奇點(diǎn)”是我們未知的過(guò)去的宇宙的終點(diǎn).我們的宇宙同樣有一個(gè)創(chuàng)生和消滅的過(guò)程.從哲學(xué)角度理解，它既不是唯一也不是永恒，而是無(wú)限演化著的宇宙的一個(gè)鏈條和環(huán)節(jié).但是，奇點(diǎn)是不能經(jīng)驗(yàn)到的，只能恰當(dāng)運(yùn)用人類的理性得到.只有本質(zhì)直觀的抽象才能產(chǎn)生“普遍有效的性質(zhì)的確定性”，而“直觀和對(duì)自身被給予之物的把握就是最后的根據(jù)，這是絕對(duì)的自明性”[14]正如愛(ài)因斯坦斷言的:各種概念“都是思維的自由創(chuàng)造”，它們不能從感覺(jué)經(jīng)驗(yàn)中歸納地得到”這里有一條“邏輯上不能逾越的鴻溝”.[15]

我所理解的“宇宙”一詞并非是一個(gè)實(shí)體，一個(gè)具有先于宇宙論模型所賦予的概念特性而存在的結(jié)構(gòu)的實(shí)體.米爾頓（K.Munitz)總結(jié)說(shuō):“作為一個(gè)整體的宇宙的概念之隨著宇宙論模型本身的建構(gòu)而產(chǎn)生.描述宇宙作為一個(gè)整體的可理解的宇宙是人類理性的一個(gè)創(chuàng)造，是創(chuàng)造性的想象、語(yǔ)言和思想的一種產(chǎn)物.宇宙作為一個(gè)整體的概念和描述其特性的可理解的結(jié)構(gòu)構(gòu)成了一個(gè)組織模式，用來(lái)解釋觀測(cè)資料，并對(duì)遠(yuǎn)在可觀測(cè)領(lǐng)域之外的四維時(shí)空做出判斷和推論，不惜實(shí)現(xiàn)假定在所有的探究之前(t＝0)就有一個(gè)物體、實(shí)體、或總體，具有一組特性和結(jié)構(gòu).”[13]高明的研究者通過(guò)建構(gòu)、試驗(yàn)、和對(duì)參加的宇宙論模型的評(píng)估才實(shí)現(xiàn)了對(duì)現(xiàn)行宇宙觀的超越.因此，可理解的宇宙的概念，其歷史是與技術(shù)、社會(huì)結(jié)構(gòu)以及人類不同文化時(shí)期的思維模式的重大變化相適應(yīng)，未來(lái)的人類對(duì)宇宙肯定會(huì)超越現(xiàn)行的宇宙觀.

[1]中國(guó)自然辯證法研究會(huì)天文學(xué)專業(yè)組編.天文學(xué)和哲學(xué)[M].北京:中國(guó)社會(huì)科學(xué)出版社,1984.

[2]Peebles P JE.Principles of Physical Cosmology[M].Princeton N J:Princeton University Press，1993:7.

[3]納里卡.果真有過(guò)大爆炸嗎[J],自然雜志,1982(5):336.

[4]史蒂芬·霍金.時(shí)間簡(jiǎn)史[M].長(zhǎng)沙:湖南科學(xué)技術(shù)出版社，2005.

[5]黑格爾.自然哲學(xué)[M].梁志學(xué)譯.北京:商務(wù)印書(shū)館，1980.

[6]胡塞爾.現(xiàn)象學(xué)的觀念[M].倪梁康譯.上海:上海譯文出版社，1986.

[7]Barrow JD.Eternity is Unstable[J].Nature,1978,276:453-459.

[8]Page D N.Matter Annihilation in the late Universe[J].Physical Review(D)，1981,24:1458-1469.

[9]何國(guó)柱.理量的極限原理和循環(huán)宇宙[J].中國(guó)科學(xué)G卷:物理學(xué)、力學(xué)、天文學(xué)，2007，37(6):758.

[10]恩格斯.自然辯證法[M].北京：人民出版社，1971:23.

[11]史蒂芬·霍金.果殼中的宇宙[M].吳忠超譯.長(zhǎng)沙:湖南科學(xué)技術(shù)出版社，2002:67.

[12]奧古斯丁.懺悔錄卷十一[M].周士良譯.北京:商務(wù)印書(shū)館，1981:239.

[13]米爾頓·穆尼茨.理解宇宙——宇宙哲學(xué)與科學(xué)[M].徐式谷譯.北京:中國(guó)對(duì)外翻譯出版公司，1997.

[14]愛(ài)因斯坦.愛(ài)因斯坦文集:第3卷[M].許良英，趙中立譯.北京:商務(wù)印書(shū)館，1979.

[15]愛(ài)因斯坦.愛(ài)因斯坦文集:第1卷[M].許良英，李寶恒譯.北京:商務(wù)印書(shū)館,1976.

Big Bang,a Logical Starting Point for Cycle Universe

LIQing-yan
(Institute of Public Administration,Fujian Normal University,Fuzhou Fujian,350007)

This paper,for the starting point of the Big Bang from a difficult start,by observing the universe based on new evidence,discusses at the time the universe has neither beginning nor end.Consist ofmaterial from the smallest to the largest two aspects of the universe was formed in the logic of the premise of the natural universe.We believe that under the concept of the intelligible universe,big bang,the universe is a logical starting point for cycle.

singular point;logical priority;cycle universe;the concept of fhe intelligible universe

P159.3

A

〔編輯 李?！?/p>

1674－0874（2010）02－0093－04

2010-01-06

李青燕（1982-），男，廈門海滄人,碩士，研究方向:宇宙學(xué)史和宇宙哲學(xué).