大爆炸宇宙学及其哲学意义

大爆炸宇宙学及其哲学意义古希腊哲学家赫拉克里特早就说过，世界“过去、现在和未来永远是一团永恒的活火，在一定的分寸上燃烧，在一定的分寸上熄灭”。毕达哥拉斯则认为“整个的天是一个和谐，一个数目”。17世纪德国哲学家莱布尼茨相信“先定和谐”，认为这个世界是“一切可能的世界中最好的世界”。同时代的牛顿，从他的“惯性定理”推论，得出“无限宇宙模型”。康德“星云说”将演化引入天文学，认为太阳系是由宇宙中的微粒在万有引力作用下逐渐形成的。进入二十世纪，1917年爱因斯坦按照广义相对论提出引力弯曲造成“有限无界”的球形宇宙；可是他引入一个“宇宙常数”来维持球形宇宙的静态。1922年苏联物理学家弗里德曼(AlexanderFiedman)对爱因斯坦模型做了改进，舍弃“宇宙常数”，按照爱因斯坦引力方程，得出一个膨胀的宇宙模型，并证明这种膨胀会在某一天停止，然后会开始一个收缩过程，直到宇宙中所有的物质都重新集中到一个“奇点”上。物理学上讲的“奇点”，是一个密度和势能无限大、时空曲率无限高、体积无限小的“点”，一切已知物理定律均在奇点失效。从40年代末开始，美籍俄国物理学家伽莫夫等人相继提出“大爆炸宇宙模型”。他们预言，宇宙收缩的“奇点”将发生大爆炸，基本粒子、化学元素和各种天体在随后过程中逐步形成。通过计算，他们有两个预言：（1）大爆炸早期有一个超高温超密度阶段。当温度下降至10亿度时候，中子、质子同电子合成元素周期表上最轻和最简单的两种原子氢和氦，其比例是3∶1，因此氦应占宇宙总质量的1/4，即25%左右；（2）那时的宇宙超高温一直在缓慢下降，到目前应当为绝对温度5K左右，因此整个宇宙应当有同这个整体温度相应的黑体辐射，即宇宙微波背景辐射。从1908年起，美国在西部架设了一系列越来越大的天文望远镜，用来观测星空，后来特别是用以观察弗里德曼通过计算预言的现象。美国天文学家哈勃(EdwinHubble)从1919年起在加州威尔逊山天文台投入这方面工作。他先是用巨型望远镜观察仙女座大星云，发现它实际上是由许多恒星构成，并且计算出它同太阳系的距离是70万光年，因此肯定是在银河系之外。哈勃连续十年对众多河外星系观察。与此同时，另外一位美国天文学家斯莱弗在做恒星光谱分析，发现它们普遍存在“红移”现象。所谓“恒星光谱”，是指每个星系发出的光按波长同颜色的对应关系分布的谱线；蓝端波短，红端波长。星系正不断向我们靠近，距离缩短，波长亦压短，其谱线“蓝移”；反之，正在不断远离我们而去，距离伸长，波长亦拉长，其谱线“红移”。运用斯莱弗的“恒星光谱分析”方法，哈勃研究了24个星系的光谱，获得了惊人的发现：24个星系的光谱谱线，无一例外，都是红移。这就是说，在银河系以外有许多同我们银河系一样的星系，它们无一例外，都像从散射弹枪射出的散弹一样，正在彼此飞离；或者说，它们像分布在一个不断胀大的气球表面上的点，彼此之间的距离都在不断胀大，而且退行速度达到1000公里/秒这个惊人数值。哈勃在1929年宣布了自己的发现，并提出哈勃定理：各星系退行的速度跟它们同地球的距离成正比。哈勃发现的“红移”，正是弗里德曼“膨胀的宇宙模型”的铁证。爱因斯坦也为这一发现欢呼，并且承认引入“宇宙常数”是他一生所犯最大错误。1964年，美国贝尔电话实验室的彭齐亚斯(ArnoldPenzias)和威尔逊(RobertWilson)在做射电天文观测时无意发现了一个在电磁微波段的噪声，其强度相当于绝对温度3.5K的黑体辐射。这个不明噪声是恒定的：在各个方向上同性，不随时间、季节和气候变化，且无法当作噪声消除。他们把这一奇怪的发现公布出来之后，普林斯顿大学的一批物理学家立刻对它作出了解释——这就是人们一直在寻找的伽莫夫预言的宇宙微波背景辐射，它是宇宙大爆炸起源留下的宇宙温度。科学界又一次欢呼宇宙大爆炸的另外一种“活化石”找到了！彭齐亚斯和威尔逊为此获得1978年的诺贝尔物理学奖。宇宙大爆炸理论的第三个有力证据是整个宇宙25%的氦丰度。在伽莫夫做出预言的时代，通过观测和计算，科学家们已经发现太阳内部气体的比例为氢约占四分之三，氦约占四分之一。根据现有的元素合成理论，这么大比例的氦是无法在恒星内部通过核反应来合成的，于是伽莫夫大胆地提出了氦元素是在宇宙大爆炸几分钟后合成的思想。在二十世纪后期，用光谱分析方法和宇宙线方法，科学家们对许多不同类型的天体的氦丰度做了观测和计算，两种方法所得结果都表明，它们有大致相同的氦丰度，其值在25%至30%之间。这样，第三种“活化石”大爆炸形成的“原初氦丰度”也找到了，它同样证明了大爆炸宇宙学的科学性。需要说明的是，在本世纪大爆炸宇宙学已发展得比较成熟，并且建立了标准模型，但仍然有一些解释不了的现象，所以，到80年代，又发展出作为补充的暴涨模型。它用真空相变，真空的对称性破缺以及从真空中产生出粒子并释放出潜热这样一段过程来描述大爆炸最初瞬间的情况。由于它能解释余下的那些现象而被纳入了标准模型。大爆炸宇宙学在理论上是相对论和量子力学的结合，通过实验观测又获得“宇宙恒星光谱红移”、“宇宙3K背景微波辐射”和“宇宙25%氦丰度”这样三个铁证，所以，尽管还有若干比较起来不那么重要的疑点，到二十世纪后期这个学说已经被科学界普遍接受，成为继相对论、量子力学之后二十世纪的第三项具有划时代意义的科学发现。大爆炸宇宙学的确立是对基督教《圣经》为代表的“神创论”的致命打击，是进化论的伟大胜利。人类历史上，不管是在神话时代，还是在宗教时代，各个民族的文化都有不同形式的神创论，而其中尤以犹太民族传下来的基督教《圣经》讲述的神创论最为完备，传播最广，影响最大，即便到二十世纪，二十一世纪，仍然有难以计数的信众。《圣经》开篇“创世记”具体讲述了上帝在六天之内如何区分出光明和黑暗，如何创造日月星辰、山河湖海、飞禽走兽，以及果蔬食粮。最后，在伊甸园中，上帝按照自己的形象用泥土造出男人，又用男人的一根肋骨造出女人。十九世纪中叶，年轻的达尔文以“博物学家”的身份登上“贝格尔号”军舰做环球考察，特别是在南美洲的巴西和后来经印度洋考察澳洲大陆，他看到许多低等和高等的新奇生物，收集大量生物标本和古生物化石，大开眼界。他当时心想：“上帝不可能在六天里创造出这么多稀奇古怪的物种，他会太累了”，于是萌发新的思想：生物是自己逐步进化出来的。回到英国后，经过２０多年潜心研究和写作，达尔文终于写成《物种起源》、《动物和植物在家养下的变异》、《人类起源及性选择》等科学巨著，创立生物进化论，对神创论造成致命打击。同时代和随后又有A.孔德、H.斯宾塞、L.H.摩尔根、E.B.泰勒和L.T.霍布豪斯等学者将达尔文的生物进化论推进为社会进化论。特别是马克思和恩格斯创立历史唯物论和科学社会主义理论，论证“劳动在从猿到人转变过程中的决定作用”，找到“阶级斗争”作为社会进化的推动力，“社会进化”的思想可以说是更加深入人心。现在，大爆炸宇宙学在二十世记诞生了，以严整的科学形态的“创世记”取代《圣经》开篇神创论的“创世记”，从而填补了宇宙-天体进化这一大段空白，构成从时空奇点大爆炸，真空相变，场进化，能量进化，物质进化，信息进化，生命进化，社会进化，直到人类社会面临的当代全球问题这样一个完整的进化过程。这样一来就催生出一门新的哲学学科——广义进化理论。这是科学进化论对神学创世记的全面胜利，也为解决全球问题打开了新的思路。