哲學(xué)隨筆（2008.8.15）

再問宇宙 2016-05-21

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既然上貼談到了哲學(xué)，不妨再深入一帖。俺喜歡伶牙俐齒的大學(xué)同學(xué)的辯論會。個個風(fēng)華正茂，承諸葛亮當(dāng)年舌戰(zhàn)群儒之遺風(fēng)，靈機(jī)閃現(xiàn)，稍縱即逝，妙語連珠，咄咄逼人。。。而評判老師則多以辯論的技巧說事兒。。。這也難怪，所有辯題都是以人本的利害為中心展開的，也就難免有賽翁失馬之嫌，焉知非福？或許自然哲學(xué)會好一些？辯題本身會離人本利害關(guān)系遠(yuǎn)一些。骨子里還是在追求“眼見為實”的境界 --- 事實勝于雄辯！

主持人，各位同學(xué)、辯友，下面綜述我方觀點：）正方同學(xué)說：“宇宙偏愛簡潔。。?！蔽曳降挠^點是：“宇宙是復(fù)雜的巨系統(tǒng)，里面充滿了非線性的作用機(jī)制（如正、負(fù)反饋等），不是宇宙偏愛簡潔，而是人腦需要簡單化原則。抓住主要矛盾，忽略次要矛盾是我們的思維藝術(shù)。。?！?br>
俺是站在反方的立場上的：）俺認(rèn)為所有物理定律都是在你所研究的那個宇宙結(jié)構(gòu)層次上，在忽略了次要矛盾后，抽象出來的。只有很好地利用這種抽象藝術(shù)，抓住綱領(lǐng)才能建立數(shù)學(xué)模型。進(jìn)而推知，一切物理定律都是對真實宇宙的一種近似描述?；谌魏卫碚摱即嬖谶@種與生俱來的“缺陷”（或叫先天不足），只有步步緊跟試驗或觀測走，一步一個腳印，步步為營才扎實可靠。當(dāng)然，理論的功能之一是預(yù)言或引申推演，但這種功能要在嚴(yán)格的監(jiān)督意識下謹(jǐn)慎使用，適度的延伸和推演有時會給我們帶來新的認(rèn)知，如果無限度地放飛被我們視為“真理”的偉大理論，其結(jié)果必定是一場災(zāi)難。。。

現(xiàn)實和我們用來描述它的語言本身就有差距。雖說數(shù)學(xué)要比我們普通的語言嚴(yán)謹(jǐn)多了，如果你是個杠頭，牛角尖還必須得鉆，那么嚴(yán)格地說數(shù)學(xué)中所定義的點、線及面在真實世界中是找不到的。如果沒有點、線、面的概念，數(shù)學(xué)幾乎要全盤歇菜了。不妨先拿牛人，偉大的牛頓說事兒。萬有引力定律人人知曉。就是形式上這么簡單的公式中卻充滿了有意無意的各種假設(shè)和抽象。首先星球被忽略成質(zhì)點了；兩質(zhì)點距離的平方反比律暗示空間是歐氏的；引力是什么？不知道。反正有一種互相感召的吸引力存在。。。等等，等等。。。在此我們忽略了什么呢？那可就多了去了。如：星球的形狀；星球本身的輻射、溫度、振動、自轉(zhuǎn)等物理狀態(tài)，更為關(guān)鍵的是自然界不存在僅為二體的孤立系統(tǒng)，太陽系中不但有行星，還有小行星帶及各種詭秘的不速之客。。。等等，等等。如果面面俱到，不巧妙地抽象，不抓主要矛盾，忽略次要的反饋因素，能不能寫出萬有引力公式還是個問題呢，即使能寫出來，估計也只有上帝能讀懂了。。。為什么我們強(qiáng)調(diào)萬有引力定律（包括一切物理定律）的引申推演要在嚴(yán)格的監(jiān)督意識下謹(jǐn)慎使用呢？從公式中可以明顯地看出：二體的距離趨近于零，引力將趨近于無窮大；如果二體距離是一個很大的數(shù)值，你敢保證空間還是歐氏的嗎？如果不是，平方反比律就將失效。。。當(dāng)然在“適用范圍”內(nèi)，這個偉大的公式能將我們送上月球。。。

《廣義相對論》再偉大，在抽象主要矛盾和忽略次要反饋因素的方式方法上與萬有引力定律也是同一個套路。你能說它是“放之四海而皆準(zhǔn)”的真理嗎？相信沒人敢說，否則，它就變成《圣經(jīng)》了。。?？梢哉f，數(shù)學(xué)上的任何一種極端推演都需要我們謹(jǐn)慎地對待。任何物理定律的“適用范圍”是應(yīng)該被嚴(yán)格限定的。因為構(gòu)筑某一理論之初所抽象出來的主、次要矛盾在不同的時空背景或物理條件下是要不以人的意志而轉(zhuǎn)化的。超越了“適用范圍”，這種轉(zhuǎn)化往往帶有非線性的，復(fù)雜的，交感放大扭曲的色彩。只有在恰當(dāng)?shù)念I(lǐng)域做恰當(dāng)?shù)氖聝翰挪粫淖兂踔浴?。。也許今后會產(chǎn)生震撼的大統(tǒng)一，但又牽涉到令人頭痛的物理認(rèn)知極限等一系列哲學(xué)問題，就此打住了！

雖然也有學(xué)者（包括許多重量級選手）在不同的場合，多次強(qiáng)調(diào)這種“適用范圍”的重要性，但在實際操作中仍然缺少有效的監(jiān)督意識或理論依據(jù)，任其放任自流。。。嘿！別看就這么一個淺顯的原則性問題，竟然一直被忽略著。。。這個所謂的“適用范圍”絕不能輕輕地一帶而過。不管你有多么的不耐煩，都要駐足細(xì)細(xì)地品一下，相信你會有“小事兒不能小看”的感覺。。。

與牛頓引力理論一樣，廣義相對論的適用范圍似乎也有必要被限定在宏觀領(lǐng)域之內(nèi)。無原則地將其推向宇宙整體，似乎很盲目。如果我們展開一下來看看這個外推過程，似乎別有玄機(jī)。。。引力場方程可不是好玩兒的。盡管你的腦袋會變大，即使憋爆了，相信也不會有一個好解。歷史上有條件的解不過寥寥數(shù)個。最簡單，也是最典型的有：球?qū)ΨQ解、軸對稱解及所謂的“宇宙學(xué)原理”解。。。有學(xué)者似乎將這三種解法相提并論，或未加以明確區(qū)分。俺覺得這是一個值得商榷和引起關(guān)注的問題。我們知道，物質(zhì)的球?qū)ΨQ分布或軸對稱分布是可觀測宇宙中物質(zhì)存在的一種普遍形式，是由自發(fā)的動力學(xué)因素引起的；而“宇宙學(xué)原理”條件則是截然不同的，物質(zhì)分布的形態(tài)絕不是自發(fā)的，是完全被動的。似乎存在第三只手，如果沿用牛頓的說法，有上帝之手的“第一拿捏”。。。不管你讀什么文獻(xiàn)，英文的還是中文的，書籍還是論文原稿，在用場方程和宇宙學(xué)原理聯(lián)姻構(gòu)筑宇宙大廈的基礎(chǔ)時總是淡淡地一帶而過：引用“宇宙學(xué)原理”作為邊界條件，解引力場方程。盡管表述有許多種，但實質(zhì)只有這一個。。。

不知為什么，這個問題就像一種魔術(shù)很容易在眼皮子底下悄悄地滑過，在此不妨放慢一下鏡頭，來看看這種魔術(shù)的手法。。。對于場方程而言，就在我們引入“宇宙學(xué)原理”（常曲率空間假設(shè)）的一霎那間，似乎就改變了一切。這無異于我們在不知不覺中強(qiáng)行規(guī)定了宇宙整體時空形態(tài)。更加形象地說，我們按照宇宙空間是均勻的，各向同性的假設(shè)做了三種剛性的盒子（球面、雙曲及平直），然后將“相對論性物質(zhì)”均勻地放入其中，最后還要視這些物質(zhì)的“多少”來決定是哪個盒子。。。；也許換個說法，分一下步驟能更清楚一點，僅憑“宇宙學(xué)原理”我們就可以構(gòu)建“運動學(xué)宇宙論”，其度規(guī)為R-W度規(guī)。函數(shù)R(t)是未知函數(shù)。如果我們承認(rèn)哈勃紅移是宇宙學(xué)的，至少可以判定目前為止R(t)是t的增函數(shù)。。。請注意：至此與廣義相對論還沒有任何關(guān)系。。。這時引入場方程的全部意義在于：用其來決定R(t)的函數(shù)形式或來判別空間形態(tài)的取舍。。。可別忘了，這種物質(zhì)的分布形態(tài)絕對不是“相對論性物質(zhì)”自發(fā)形成的，而是有上帝之手的“第一拿捏”在先。。。在此請?zhí)貏e注意：引入了這種動力學(xué)因素后，這種動因只能驅(qū)使其中的一種裝有“相對論性物質(zhì)”的剛性盒子（拓?fù)渖现v不能改變的空間形態(tài)）整體上的膨脹與收縮。。。我們情不自禁地要問：這種結(jié)果是《廣義相對論》的初衷嗎？顯然有悖。。。如果從另外的角度來看，局域的動力學(xué)背景條件與整體上的是有著天壤之別的。。。

什么是“相對論性物質(zhì)”？根據(jù)廣義相對論，我們知道物質(zhì)產(chǎn)生引力場，而引力場要影響時空屬性（時空度規(guī)），而且要影響一切物理過程。。。如果按照其屬性，來點擬人化處理，似乎要輕松一點：）“相對論性物質(zhì)”是什么？那就是爺，沒人敢惹。見到熊人就壓不住火，遇到軟的就想捏，是一群混不凜的小霸王。都想稱霸一方?jīng)Q定一切，改寫歷史。。。面對這么一群小暴民，個個的小脾氣兒還都頂在門兒上呢（沒辦法，老子愛因斯坦橫呵），真能安然地讓他們順乎宇宙秩序而均勻地并且乖乖地爬在那里。。。那是不可能的！就是用板兒磚拍不死他們，也得就地正法了才能順天意啊。。。

相比之下“牛頓性物質(zhì)”還真是屬牛的，多有幾分溫順。雖然不甚情愿被綁架，倒也不需要流血就能被招安。。。有學(xué)者F. J. Tipler （Rigorous Newtonian cosmology. Am. J. Phys., Vol. 64, No. 10, Oct. 1996）證明，如果將牛頓引力論用幾何語言演繹，得出的宇宙模型嚴(yán)格地等同于Friedmann模型，而且適合更一般的情況。。。即便如此也證明不了什么，我們只是舉一個例子來說明，為什么兩種不同觀念的理論會在此交合。俺認(rèn)為，和廣義相對論一樣，牛頓引力論也是局域理論，并不適合宇宙整體。

我們認(rèn)為“宇宙學(xué)原理”與《廣義相對論》并不兼容，在引入到場方程的那一瞬間，就改變了“相對論性物質(zhì)”的屬性，由此可以斷定：Friedmann模型及其孿生兄弟們似乎都是一種不符合邏輯的怪胎。。。

自從有了狹義相對論和量子力學(xué)后，邏輯的力量似乎要大打折扣了。其實這種所謂的“邏輯”也是要有所區(qū)分的。常規(guī)的邏輯還是要遵守的，進(jìn)門就管老子叫哥們兒，那純屬皮膚癢癢，不是在找抽嗎。如果這種混亂的行為持續(xù)下去，估計安定醫(yī)院的救護(hù)車已經(jīng)在門口等著呢。。?！坝钪鎸W(xué)原理”與“廣義相對論”存在不可調(diào)和的內(nèi)在矛盾，是可以用常規(guī)邏輯來分析和解釋的。這不同于狹義相對論或量子力學(xué)本身在極端情況下的那種“戲法”或“魔術(shù)”。

H.P.Robertson （1935）在題為《KINEMATICS AND WORLD-STRUCTURE》及 A.G.Walker （1936）在題為《ON MILNE’S THEORY OF WORLD-STRUCTURE》這兩篇劃時代的著名論文中分別系統(tǒng)地闡述了R-W度規(guī)（這兩篇論文在國圖可以找到，俺前幾年在那里復(fù)印的）。雖然R-W度規(guī)與廣義相對論沒有任何內(nèi)在的聯(lián)系甚至相左，對此兩位作者都在論文中謹(jǐn)慎地“涉及”到。。。如果我們看看那個年代，或許會有些啟示。在1935-1936的科學(xué)界，那是偉大的愛因斯坦與日同輝的年代。加上此前及后來不斷有人，包括愛因斯坦本人，在場方程中引入常曲率空間假設(shè)，很容易給人造成一種錯覺，誤認(rèn)為R-W度規(guī)是廣義相對論的一種自然結(jié)果。俺就看到過不止一篇個別國外學(xué)者的相關(guān)論文或文章。。。另外，在國外有的論文或文章中經(jīng)常出現(xiàn)的所謂FLRW度規(guī)（Friedmann-Lemaitre- Robertson- Walker）的提法也是不準(zhǔn)確的，主流學(xué)者在文獻(xiàn)中堅持用R-W度規(guī)這個名詞是有其道理的。。。

至此您可能要問：既然你否定了《廣義相對論》甚至包括《牛頓引力論》作為宇宙論的動力學(xué)基礎(chǔ)，那么你的動力學(xué)體系在哪呢？

俺的觀點的確如此。目前為止俺所討論的一切還都僅僅局限在所謂的“運動學(xué)宇宙論”的范疇之內(nèi)。俺感覺不能想當(dāng)然地將我們在宏觀（僅僅在太陽系內(nèi)）取得的成功理論，包括物質(zhì)與時空關(guān)系的哲學(xué)，盲目地外推至整個物理宇宙。整體宇宙的時空狀態(tài)是由這“兩論”就能左右得了嗎？顯然不能，事實上“宇宙學(xué)原理”本身就規(guī)定了宇宙可能的時空形態(tài)。如果非得要“兩論”之一來充當(dāng)引擎拉動或壓縮空間豈不是過于牽強(qiáng)？正像量子力學(xué)領(lǐng)域或接近光速的狹義相對論效應(yīng)一樣，在宇宙整體時空結(jié)構(gòu)層次上也會出現(xiàn)些令我們始料不及的“妖蛾子”。宇宙整體空間膨脹的機(jī)制似乎仍然是迷。。。雖然俺在以前的帖子中也有所猜測，空間膨脹源于時間“增長”。那么時間“增長”又源于何物？。。。這就是現(xiàn)實，未知的東西實在是太多了。科學(xué)的精神之一是什么？俺認(rèn)為科學(xué)的精神之一就是實事求是，不知道就是不知道。。。

正因為有如此多的未解之謎，俺認(rèn)為宇宙學(xué)要想成為一門真正的科學(xué)，每一步都離不開觀測數(shù)據(jù)的支撐。一個理論首先要在內(nèi)功上不能自我亂了方寸，悖論叢生。要貼地飛行，時時接受觀測的考驗。。。就拿函數(shù)R(t)來說事兒，俺認(rèn)為現(xiàn)有的理論不可能揭開它的身世。就得拿觀測數(shù)據(jù)的擬合來看清它的面目。方法倒是想了一些，自認(rèn)為其中可行的一種是：用“視界”這把篩子篩選出沒有“視界”問題的函數(shù)，來與觀測擬合。。。

雖然愛因斯坦說過，在構(gòu)建他的廣義相對論時曾受到過馬赫原理的影響，但他的理論與馬赫原理并不兼容。可以說馬赫哲學(xué)過去是，現(xiàn)在仍然是最具有吸引力的哲學(xué)。俺堅信它猶如一座明亮的燈塔，在漆黑的夜空中已經(jīng)照亮了一片未知的水域。。。還是用保羅的那句話，“假如。。。我說的是假如。。?！奔偃缥覀兩厦嫣又杏懻摰木€脹球面模型經(jīng)受住了觀測的考驗，這或許就為構(gòu)建馬赫原理的數(shù)學(xué)模型提供了一種舞臺，慣性力的原因或?qū)⒄业剑?。。。想在宇宙整體上玩動力學(xué)似乎要考驗我們大腦的終極輸出功率（腦袋到底能變多大個：）。如何在這個層次上抽象出主要矛盾，忽略次要矛盾來作出基本假設(shè)？用什么樣的數(shù)學(xué)工具，會牽涉多少令人畏懼的非線性東東？毫無疑問，引力的本質(zhì)基本上還處于“黑箱”狀態(tài)。在我們所生存的這個物理宇宙的整體結(jié)構(gòu)層次上，引力的行為是愛因斯坦式的，牛頓式的，量子力學(xué)式的，還是其它未知形式的？這些都是讓我們的腦袋隨時都有可能爆破的問題。。。

借用電影《甲方乙方》的語氣：打死俺也不敢玩兒宇宙動力學(xué)了！后面要討論的還是“運動學(xué)宇宙論”的內(nèi)容。。。還是那句話：在討論中限于俺的學(xué)識，肯定會有各種錯誤，如果發(fā)現(xiàn)，俺真誠地歡迎您的批評指正：）