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存在:科学家关于伟大问题的探索(二)-谷际岐(译)

已有 1033 次阅读 2021-1-11 22:39 |个人分类:存在:科学家关于伟大问题的探索|系统分类:观点评述

宇宙的开始(上篇)


存在的第一个重大问题一度让我们所有人感到愉悦:宇宙从哪里来?它是如何产生的?在众多起源中创世神话貌似处于中心地位。但所有的创世神话都很难解释以前为什么没有物质的存在。一部分神话说,在宇宙的一些地方有一对父母进行交配,地球和它的居民是从腋窝里冒出来的后代。在另一些地方,有一个巨大的宇宙之蛋,裂开后一半形成了天穹,另一半在适当的时候变成了地球。有时我们的宇宙就像在波利尼西亚神话中,塔阿罗阿厌倦了被关在原始的鸡蛋里,把它炸碎了,在一系列自我挫败青春期中,用他自己的脊椎组成了山脉,他的肠子变成了龙虾,血液变成了红色的天空。亚伯拉罕宗教的创世神话面临着同样的问题,但在我们听来,这是一种更平静、更成熟、更抽象的方式,主要是让上帝的旨意从混乱中以某种神秘的方式召唤出创世秩序,然后就放任不管了。在印度教的《梨俱吠陀》和《奥义书》中,抽象达到了极限,因为它是通过否定不存在实现对世界的解释;但对于每一个西方人来说,这不是一个令人满意的解释。

事实上,在现实背景下,有三个深刻问题需要解决。一个是宇宙的产生机制:一开始到底发生了什么?另一个问题是,在宇宙诞生之前世界是怎样的,在某种意义上诞生宇宙是否有意义。在这里,我们面临着一个在语言上和概念上都很吸引人的问题,那就是是否没有任何东西可以成为另一种东西。第三个问题是,是否需要一种媒介来触发宇宙发生的过程,这个过程是把虚无变成表面上看起来有物质存在,还是把自己变成某种物质?这三个问题听起来似乎都在科学研究范围之内。第四个问题,为什么会有宇宙,虽然跟其他三点有点不同,但仍然非常有趣;我将暂时把它放在一边,稍后再谈。

一种观点认为,这三个问题都可以通过假设创造因素的存在而解决,为了简洁我们可以称之为上帝:上帝以一种神秘的方式创造了宇宙。他身处时空之外,凭着心血来潮的翅膀,从零开始可以召唤出任何东西。尽管这样的观点看起来比梨俱吠陀的极端抽象更具体,但它们并不完全令人满意。当然,他们可能是正确的。我将把召唤上帝的答案称为“宗教”,因为这就是他们的本质,但我会尽可能地保持上帝的香草味,把他的敬拜方式留给你们自己选择。

科学还有更好的话要说吗?那些希望保护宗教的人声称,科学在这些问题上没有主导权,它可以解释已经存在的东西,而对尚不存在的东西却无法解答。他们声称科学本质上无法与他们对抗,或许也会勉强承认,当新生的宇宙的非常原始时,科学可能有一些有用的东西可以说,在什么都没有变成什么之后,自然规律已经到位。如果这种观点是正确的(这种观点认为这样的问题超出了科学方法的能力范围),那么唯一的办法似乎是要么接受人类大脑无法识别自发宇宙发生的过程,要么接受创造者的存在和不可理解的非现实活动。

因此,为了评估这一立场,面对这些非常有趣的问题,科学并不是无能为力的,而且在适当的时候,对这些问题的某种无作用力的答案将会到来。我认为,科学的驱动力是好奇心和乐观主义的结合,是回答问题的冲动,以及相信它会回答它所研究的问题;科学在进行探索的时候,并不以无法解释的现象为基本假设。

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首先,不可否认的是,与宗教在过去3000年中取得的进展相比,近300年科学在阐明宇宙的早期时刻(不包括宇宙的起源)方面取得了更大的进步。一种更尖锐的观点是,宇宙起源神话实际上是承认无知,“它们是时尚的新衣服,里面没有皇帝”。虽然有时令人愉快的神话和当前科学的共鸣可以设计出来,但它们本质上是模糊的,就像一张橡皮条,可以被拉伸以覆盖更多的讨论。我们应该谨慎相信神话制造者的说法。

其次,虽然科学目前被宇宙正在发生的细节所束缚,但必须将似乎束缚与谨慎前进的实际区分开来。就像兔子认为乌龟是静止的一样,我们必须认识到乌龟的谨慎前进是科学的特征。科学具有闪闪发光的想象力和极端谨慎的思维能力。科学家们很少会跃跃欲试地做出革命性的解释:更常见的是,他们走向未知领域前,会先建立桥头堡。桥头堡建立在实验检验的理论之上,而异想天开地的无知做法很少成功。即使20世纪那些伟大的范式转变(相对论和量子理论)也建立在经典物理学的桥头堡上。科学家是保守的革命者,谨慎地探索,然后征服未知。

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由于他们的谨慎,几乎每个科学家都不愿对宇宙诞生发表看法。因为,他们一点头绪都没有。他们目前的任务是小心翼翼地在时间上倒退,测试他们的想法,也许在未来一个未知的时间节点,他们会形成整个理解框架,这会带来一系列的巨大的转变,甚至比相对论或量子理论的引入更颠覆人们的想象。

宇宙诞生后,前沿领域的科学家将其推回到零点几秒以内,137亿年前的大爆炸在很大程度上仍然是随机的。我们可以说,大爆炸伴随着宇宙开始时的错综复杂过程可以追溯到所谓的“普朗克时间”,即宇宙开始后的10-34秒。但目前的我们的理论失败了,假定的空间和时间的连续性都消失了。简而言之,我们还没有掌握必要物理学知识,无法参透普朗克时间,与创世的瞬间对上号。然而,理论物理学家们也可能大致知道某些线索指向的方向。这会是一个艰难的旅程,需要很长的时间来覆盖最后的100万亿万亿分之一秒,而且这会涉及到难以想象的范式转变。但目前还没有迹象表明,我们需要调用一个创造性的“代理人”来完成我们理解的“马赛克”。

这也就是承认,目前科学只能看到起源的模糊暗示,甚至这个暗示也可能是海市蜃楼,正如我们稍后提到的那样,仍然值得推测一下起源的未来方向。有人认为这种投机行为是愚蠢的。科学的投机与宗教之间的区别在于,科学投机的真实性将向公众公开,而宗教投机的真实性则必须得到信任。宗教人士可能会争辩说,这种信任是有根据的,因为它是对上帝话语的信任。我们知道圣经的叙述是虚构的,但这些神话也行有一天会揭示深刻的真相,但不应该被这些人当真。尽管如此,在我看来,人类有责任继续前进,扩大人类的认知能力。

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起源的模糊轮廓是海市蜃楼的一个原因,我们的宇宙可能没有开始,或者至少在现在的时间范围内没有开始。早期宇宙理论表明,现有的宇宙,例如我们的宇宙,可以孕育出一个宇宙的女儿。这就意味着,我们这个宇宙可能有一位母亲,在时间的倒退的深渊中可能还有其他母亲,而我们所认为的开始并不是万物真正的开始。因此,我们的大爆炸只是一个局部的时间节点,而不是一个宇宙的真正开始。

事实上,我们视野的扩大和意义的减弱可能导致对起源问题产生巨大低估。如果时间在宏大的宇宙尺度上失去了意义,那么“开始”的概念也就失去了意义。任何宇宙都有可能萌芽成无数个宇宙,目前的宇宙数量已经是无数个,但还在增加,而且可能以加速的速度无限地增加,所以我们的大爆炸是一个宏大超宇宙舞台上的极小事件。虽然科学在自诩真正理解时可能显得很傲慢,但它所发现的往往是谦逊的基础。

事实可能会证明,现有宇宙萌芽演化成女儿要比初始宇宙的起源容易解释得多,因为当一个宇宙存在时,一些物理定律支配着它:如果我们能在宇宙中识别出这些定律,那么我们可能会发现,这些定律导致了宇宙萌芽成女儿。但是,即使能做到这一点,要确定女儿宇宙的孕育也相当困难。上帝也许是女儿宇宙的孕育者,他现在已经无可挽回地埋葬往后萌生的无数子孙了吗?也许只有可靠的信仰能回答,没有任何人知道这个答案。

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我不得不怀疑,即使这个令人叹为观止的场景,即无数宇宙无限加速的诞生场景是真实的,宇宙是否还有一个开始。现在有一条光芒,但它是疯狂的猜测,没有科学基础。描述它的唯一原因是为了强调科学的乐观主义:即使面对巨大的困难,也要相信最终会出现一个人类可以研究出解决的最终方案。

因此在这里,我展开了一些有趣的沉思,让我们把宇宙想象成由一个点组成(我们的玩具宇宙)。为简单起见,我将考虑一条线上有四个点(非常微小的微宇宙):在这个宇宙中,我可以说点2紧挨着点1和点3,以此类推。从技术上讲,在点中识别邻居被称为强加“度量”,从现在开始我将使用这个术语。因此,我们的玩具宇宙由具有一定度量的四个点组成。现在跟我走下一步:同样的四个点可以有不同的度量,其中点2是点4的邻居,依此类推,我可以设想另一个宇宙,在这个宇宙中,点1是点4的邻居,依此类推。因此,相同的四个点,可以组成几个不同的玩具宇宙。

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为了跳到一个真实的宇宙,我们可以把它想象成由数量不多的几个点组成(例如,点1和2是相邻的)以及一个由相同的点组成的另一个宇宙,其中点1在类地行星碳核的某个地方,点2在遥远星系中围绕织女星运行的小行星铁核的某个地方。因此,多个宇宙可以从相同的点尘埃中建立,每个点都有不同的特征,且度量不同。在这个愿景中,我们每个人都跨越了不同的宇宙:只有在这个宇宙中,我才是紧凑的我;在其他众多的宇宙中,我无处不在;在许多宇宙中,如果你们的相似实体恰好居住在其中,我就是你们的一部分。因为这些点构成了时空,而不仅仅是空间,所以我是所有过去和将来的一切。在这种情况下,女儿的不断萌芽只不过是新指标的出现,其中一个指标相关的点与其他指标进入了一种新的关系。

我曾在其他地方表达过这种投机的、毫无根据的愿景,它自然的没有引起波澜。然而,这个想法至少有一个创造性的结果,因为美国作家约翰·厄普代克显然被它逗乐了,更令人兴奋的是他在“Roger’s Version”的最后几页提到了这个愿景。

所以,”克里格曼说。“什么都想不到,完全是一片真空。”但是等等!里面有东西!点,潜在的几何体。一种无结构的尘埃点。或者,如果这对你来说太模糊了,你可以试试“一组点,这些点还没有组合成任何特定维度的流形。”把这些尘埃想象成漩涡,因为它还没有维度,没有距离,也没有远近,它并不完全像你我所知的那样在漩涡中旋转,但不管怎样,有些尘埃被吹成直线后就消失了。时空无中生有。从虚无和野蛮的几何学出发,没有人把它们交给摩西,也没有人必须把它们交给摩西,否则就不可能有这样的定律。一旦你有了那粒种子,那小小的芥末种子,就会砰的一声响!“生活大爆炸”即将到来。

推测愿景的一个重要方面是,一个自然萌芽的宇宙表面上大量的创造被简化为单一的事件。创造的过程是我们宇宙世世代代不断涌现和目前正在涌现的行为,实际上可能是从单一的创造中产生的,即构成每一种度量基础的尘埃中产生。尘埃构成了每一种度量的基础,而创造实际上可能是从一次创造行为中产生的,这些点又构成了每一种度量的基础。然后,每个单独的后续创建都包含一个度量的出现。不知何故,至少在我看来,为一组预先存在的点采用一种度量标准(在点的竞技场表面浮现邻居的概念,而邻居的每一次标识都是不同的宇宙)比创建一个完全有边界的物理宇宙更抽象,因此也不那么繁琐。

毫无疑问,这些都是无稽之谈:这是塑造认真而略显乏味科学家性格的好材料。我不想让所有科学家都认为我所勾画的情景有任何证据甚至理论支持。我强调的是,即使我们面对压倒性的问题,也要进行建设性的思考,从而削弱我们开始之初认为是天意之举的观点。

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有一个问题并没有消失:这些观点是从哪里来的?如果一个科学家想知道理性思维能把他或她带到哪里,他或她必须承认,如果在任何阶段必须援引“代理人”来解释存在的东西,那么科学将承上帝的存在。我可以用不同的方式来表达:具有讽刺意味的是,通过其不信神的研究,科学可能会发现它证明了上帝的存在。因为我不想向宗教人士服输,不想让我的乐观情绪屈服于信仰,所以我需要探索科学以解决这个特定的问题。

在这方面,摆在科学面前的任务是研究一些东西是如何在没有干预的情况下从无到有的。没有人知道这是否会发生,如果发生的话,它是如何实现的。有些人认为,宇宙初生的问题可以通过证明它是物理定律的结果来解释,比如它是“真空的量子浮现”。然而,这并不足以作为一种解释而存在,因为绝对没有什么是没有规律的,就像它没有其他一切一样,即使是完全真空的财产也比真正没有要丰富得多。宇宙中没有不存在的法则,因为法则是随着它们的行为、随着新兴宇宙的出现而存在的。将我们的起源追溯到“真空的量子飞跃”可能区别于女儿宇宙的子宇宙,因为现有的宇宙确实拥有一个具有丰富属性的真空,但它不足以解释女儿宇宙,因为没有什么是没有性质的,因此它不会经历量子飞跃。

绝对虚无的展开缺乏敬畏,包括空白空间,我们称之为虚无,进入某种物体是一个极其困难的问题,目前远远超出了科学的能力范围。然而,这是科学必须瞄准的目标,尽管对一些人来说(即使是对悲观的或仅仅是现实倾向的科学家来说),这似乎永远是科学无法企及的。然而,因为我的意图是表明一切,包含一切,这些都在科学的触手可及之处,而且科学提供了对于现实的理解,给予人们最激动人心的前景,所以我不得不走乐观的道路,带着些许“偏见”,试图证明从无到无的科学解释也同样相当有意义。

 

注:未来一段时间会一直更新本书的翻译,让思想可以交流,让知识可以传播,让观点可以分享!

原书:On Being: A Scientist's Exploration of the Great Questions of Existence 

谷际岐 2021.1.11 于中国农业大学资源与环境学院




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1 宁利中

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