奇點是“宇宙的原子”

物理 宇宙 黑洞 霍金 地球 金日談 2018-12-04

現代的哲學是哲學,科學是科學,古代的哲學和科學“不分家”,古希臘的學者德謨克利特系統地探討了物質如何組成的問題,他在古希臘的“第一科學”——原子論中提出:原子是物質組成的最小單位。他認為自然世界不可分割的兩個最小組成是原子和虛空,原子存在於虛空,無限數目的原子在無暇空曠的虛空中永恆運動,它們相互結合成不同的化合物,原子數目的無限性對應了自然物質的無限,虛空的無限性對應了自然時空的無限,原子和虛空結合的多樣性對應了自然化合物的多樣。德謨克利特在微觀的原子論和宏觀的物質論、微觀的虛空論和宏觀的時空論之間建立了“互聯互通”的聯繫,他認為原子與原子結合成物質,物質與物質結合成星體;原子與原子分離造成了物質的分解,物質與物質分解造成了星體的毀滅。物質之間存在性質、種類、形態、體積的差別,同樣,原子之間存在性質、類別、形態、體積的差異。原子論和物質論有形式的一致性,兩者符合哲學形式論的“等效原理”;原子論和物質論存在內容的差異性,兩者符合哲學內容論的“差異原理”。可以將古希臘的“原子論”看成是經典物理思想的源頭,經典物理學家注意了原子論和物質論的一致性;量子物理學家則發現了原子論和物質論的差異性。

物理學家弗裡德曼推論了“宇宙奇點”存在的可能,霍金和彭羅斯構造了“宇宙奇點”理論。弗裡德曼求出了廣義相對論場方程的一個解,他實際上是“宇宙大爆炸”理論的最早發現者,在弗裡德曼構想的宇宙膨脹模型中,宇宙的物質、時間和空間起源於於一個“最小點”,它沒有體積的大小,物質和能量的密度卻無限大,由於物質和能量被引力無限壓縮,或時空被超密度的物質和能量無限捲曲,科學家相信,物理學規律在物質的無限壓縮下消失了,在“無窮小點”處發生了“迷失的規律”;將時空的無限捲曲理解為時空的消失,在“無窮小點”存在“迷失的時空”,這樣的“無限小點”就是“宇宙奇點”。由於“宇宙大爆炸”發生在非常遙遠的百億多年前,“宇宙奇點”早已消散,我們能構根據“黑洞奇點”的存在和性質來推斷“宇宙奇點”的合理性,黑洞和宇宙“奇點”的存在和性質符合哲學存在論和屬性論的“等效原理”。黑洞和宇宙結構的等效性是一種“自然的奇蹟”,可以將黑洞稱之為“小宇宙”,而將我們的宇宙稱之為“大宇宙”,從小宇宙的存在和屬性為依據,人們可以獲得大宇宙的很多祕密,黑洞物理學幫助我們揭開宇宙物理學的很多謎團,這是天體物理學家對黑洞抱有極大興趣的原因。科學人士和網民通常對黑洞的“時間穿越”感到好奇,人們對“另一個世界”抱有某種幻想,甚至設想了“復活”的場景:在一個世界消亡,在另一個世界出現。

奇點是“宇宙的原子”

弗裡德曼以廣義相對論為依據推論了“宇宙奇點”的存在,彭羅斯根據同樣的理論推斷了“黑洞奇點”的可能,在1965年提出了“彭羅斯定理”。彭羅斯在理論物理研究中發現,大質量的恆星在演變的最後階段將發生兩種作用力失衡的現象,恆星內部的熱輻射力不足以抵抗引力的收縮,恆星在引力的作用下將產生向內的塌縮,如果恆星的體積和表面積不斷地縮小到最後的零值,那麼這個物質密度、或時空曲率無限大的“點”就是“黑洞奇點”。霍金將彭羅斯定律推廣到宇宙,他的研究思路似乎回到了弗裡德曼。“霍金——彭羅斯定律”和“弗裡德曼定律”的共同基礎是廣義相對論,彭羅斯和弗裡德曼的“奇點理論”符合哲學概念論的“等效原理”。如果霍金是愛因斯坦去世之後一位最偉大的天體物理學家,那麼他的科學家同事彭羅斯也是。愛因斯坦沒有預言“宇宙奇點”和“黑洞奇點”的存在,卻為兩種奇點理論的預言提供了廣義相對論的依據。宇宙大爆炸理論認為宇宙有一個起點,這一起點是宇宙的“奇點”,然而,弗裡德曼、彭羅斯和霍金的“奇點理論”不能徹底解釋“奇點”的內在性質,它如何轉變為一場規模巨大、壯麗無比的宇宙“大噴發”,宇宙誕生的“第一推動力”遠遠超過了讓牛頓一直困惑的“第一推動力”,一個是讓宇宙怎麼來的推動力,一個是讓太陽和地球怎麼轉的推動力,而兩種“第一推動力”的神祕性符合哲學動力論的“等效原理”。

波爾在1913年提出了量子化的原子模型,新的原子結構融合了普朗克的量子理論和盧瑟福的“行星系模型”原子結構,普朗克用量子理論解釋了黑體輻射中能量的傳播機制,物質吸收和發射能量不是連續的,而是“一份一份”地進行,能量傳播的不連續性就像“一個一個”的物質粒子不連續性一樣,能量和物質粒子的不連續性符合哲學間斷論的“等效原理”。波爾在原子結構的研究中假定,電子在原子核周圍運動時攜帶的能量不同,離原子核遠的電子攜帶的能量高,反之,離原子核近的電子攜帶的能量低,電子處在不同的能級,能級軌道不是連續的,而是“一級一級”的排列,電子從低能級“跳躍”到高能級時吸收光子的能量,而電子從高能級“跌落”到低能級時釋放光子的能量。波爾的原子模型解釋了原子結構的穩定性問題,處於最低能級的電子既不吸收、也不釋放能量,它們不能“跌落”到原子核上,不會造成原子結構的“崩塌”。廣義相對論不能完全解釋黑洞和宇宙的“奇點”性質,在經典物理和廣義相對論“失效”的場合,奇異的量子理論正好“派上用場”,霍金對弗裡德曼和伽莫夫的“宇宙大爆炸”模型進行了量子化改進,在1982年提出了無邊界條件的“量子宇宙論”,霍金對廣義相對論描述的宇宙模型進行的量子化改進和波爾對經典物理描述的盧瑟福原子模型進行的量子化改進符合哲學量子論的“等效原理”。

奇點是“宇宙的原子”

在量子化的宇宙模型中,量子宇宙在量子漲落之中發生分裂和聚合,也許在量子宇宙在發生分裂的過程中形成了平行宇宙,而在量子宇宙發生聚合的過程中形成了複合宇宙,如果“量子平行宇宙”得到了物理實驗和天文觀測的證實,那麼我們將獲得關於宇宙奇異性、詭異性最不可思議的結論,即:原子核的裂變和聚變和量子宇宙、或“宇宙奇點”的分裂和聚合符合哲學分合論的“等效原理”。量子化的原子理論基本得到物理實驗的反覆證實,相關的激光和光電技術的開發和應用已經滲透到社會經濟和人們日常生活的多個方面,而量子化的宇宙理論基本停留在設想的層面,沒有得到天文觀測的證實。科學人士和網民期待下一個愛因斯坦的出現,希望以愛因斯坦式的智慧和神奇化解“宇宙學常數”、或“宇宙暗能量”的謎團,同樣,我們期待下一個霍金的誕生,期願以霍金式的睿智和勇敢解開“量子宇宙”、或“量子平行宇宙”的謎題。科學人士和網民也許對“下一個愛因斯坦”的期待更為迫切,然而,“下一個霍金”同樣關係到“第一科學”——宇宙學的進展,“宇宙暗能量”和“量子宇宙”、或“奇點宇宙”的神奇性符合哲學奇異論的“等效原理”。

原子和宇宙結構的等效性主要表現在三個層次,第一個層次是原子和恆星系結構的等效性,既可以將原子結構理解為“行星系結構”或”恆星系結構“,也可以將恆星系結構理解為“原子結構”,天文學家發現太陽系、或恆星系的結構在前,物理學家發現原子的結構在後,他們通常使用原子模型的“行星結構”術語,沒有使用恆星系模型的“原子結構”語句。第二個層次是原子和星系結構的等效性,在銀河系和其它星系的中心潛藏了一個超大質量的黑洞,它們就像“超大原子核”,所有的恆星系和脫離星系的天體像一個個的“超大電子”一樣圍繞它們旋轉。第三個層次是原子和黑洞、宇宙結構的等效性,“黑洞奇點”像一種“超級原子核”,黑洞圓盤的氣體和塵埃,周圍的中子星和白矮星,恆星和行星像一個個的“超級電子”一樣圍繞它們轉動,我們對“宇宙奇點”的瞭解很少,它在宇宙誕生的最初就像一個“宇宙的原子”,宇宙的暴漲和膨脹從“奇點”開始,宇宙的誕生和演變似乎是“有組織的行為”,不是一種雜亂無章、“自由散漫”的行為,宇宙先是形成物質之初的原子結構,後是形成星系和星系群團的宇宙結構。原子和宇宙結構的偶然性也許是由微觀世界的量子物理機制帶來的,而原子和宇宙結構的必然性也許是由宏觀世界的經典和相對論物理機制引起的,或許存在未知的物理機制,我們需要將量子物理、經典和相對論物理融合在“大統一理論”之中,以此回答愛因斯坦和波爾從1927年到1955年發生“世紀之爭”的問題。原子和星系結構的等效性應該是最神祕的宇宙現象之一,對這一現象的研究構成了未來物理學家的使命。

奇點是“宇宙的原子”

(宇哲手稿:鄧如山

時間:2018-11-29)

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