人類何以撥動宇宙的琴弦——愛因斯坦廣義相對論綻放百年有感

06-18

當代歐美思想史大家斯特龍伯格教授熱情洋溢地寫到「20世紀初，喬伊斯的傑作《芬尼根守靈夜》，就文字運用的精彩絕倫而言舉世無雙，與愛因斯坦物理學恰成雙峰對峙，都難以逾越。」1915年11月25日綻露的「引力場方程」（通稱廣義相對論），實為愛因斯坦奠基的現代物理學宮殿中最璀璨的明珠。她的橫空出世，把歐洲科技界，特別是天文物理數學領域自哥白尼時代激發出來的探索宇宙奧秘之熱情引入到一個波瀾壯闊、高潮迭起的新紀元。正如探源博大精深中國哲學，如果不洞悉《周易》;尋找宇宙運行規律，如不明察愛因斯坦廣義相對論引力理論，同樣不可思議。

1905年，26歲的愛因斯坦以專利局最普通職員的身份，創立了光量子假說，解決了牛頓以來經典物理學無法解釋的光電效應，（因此獲得了1921年諾貝爾物理學獎）；同年5月他發表論文《論動體的電動力學》，獨立完整地提出狹義相對性原理，物理學史稱1905年為「愛因斯坦年」。此後，愛因斯坦傾注10年心血，孕育、催生了廣義相對論理論，將其研究推向了難以超越的巔峰。愛因斯坦還第一個肯定光的波粒二象性，奠基量子力學諸多重大科學發現。愛因斯坦不僅是繼伽利略、牛頓以來最偉大的物理學家，還是著名的國際反法西斯戰士，也是人類核安全的積極推進者。愛因斯坦是《時代周刊》1999年評選的「世紀偉人」之一。

20世紀20年代末，英國天文學家愛丁頓的實驗成果（在太陽外緣發現了恆星位移大小在0.9秒到1.8秒間，這與愛因斯坦廣義相對論理論的預言完全相符）鼓舞玻爾、玻恩、泡利、德布羅意、海森伯、薛定爾、狄拉克等一大批頂級科學家，眾人拾柴點燃了量子力學之火，迎來了物理學的「黃金年代」：愛因斯坦殫智竭慮，志在建立描述引力和電磁力的統一場論；量子力學的日臻完善在已發現的引力、電磁力、強力（原子之間的作用力）、弱力（質子電子之間的作用力）四中力中，提出了將電磁力和弱力統一的標準模型。伴隨著宇宙「大爆炸」理論的提出和宇宙輻射背景物質等一系列驗證，以及調和廣義相對論和量子力學「無窮大問題」的弦理論的成長。似乎人類已能摸到了大自然的命脈，離解開宇宙的神秘面紗的「終極理論」只有一步之遙！

從物理學「黃金年代」以降的發展，筆者聯想到了近代大哲學家雅斯貝斯在其歷史哲學代表作《歷史的起源和目標》中創造的」軸心期說」，公元前800-200年發生的精神過程標誌人類歷史正處在一個軸心時期，公元前500年是它的高峰期。此階段中國誕生了孔子、老子、莊子、墨子等各派思想家；當時的印度佛陀時代，不可知論、唯物論、詭辯論、虛無主義等哲學學派都得到了發展；在伊朗，襖教提出了挑戰性的觀點，將世界視為善與惡的鬥爭。巴勒斯坦出現了以利亞、以賽亞等先知，希臘湧現了荷馬、赫拉克利特、柏拉圖等賢人哲士。所有這一切幾乎是同時而相互隔絕地在中國印度和西方產生。

直到近代，人類一直靠軸心期所產生、思考和創造的一切而生存。每一次新的飛躍都回顧這一時期並被它重燃火焰。似乎軸心期解決了人類認識上的所有問題。也有中國學者提出在人類文明的第一個軸心時代，中國聖人們思考的是治國和強國問題，希臘賢者們思考的是人和自然的範疇。春秋戰國之後，中國開啟了1500年的輝煌時代。與此同時羅馬帝國盛極而衰之後，歐洲在黑暗中度過了千年，西方在第二軸心時代，文藝復興、啟蒙運動、工業革命和資產階級革命把歐洲推向現代社會快速發展軌道。沒有出現第二個軸心時代的中國印度等國則衰落了。由此看來，一個軸心期、兩個軸心期都解決不了人類認識和發展的全部問題，也許還有很多軸心期，新的軸心期必有新的時代特徵，必是人類思想的大碰撞，大融合，迎來的必將是人類文明大發展。人類幾千年沒能把自身整明白，更何況對複雜萬倍的自然呢？

宇宙是天地人三大系統的完美統一，從認識自然規律和人類自身兩個方面看，充其量人類剛剛解開了解自然宇宙全部奧秘的序幕。從科學層面看，不到500年歷程的現代科學，所有的理論都是在一定的限定條件下產生的。科學理論不是真理，是一個自洽的體系，是對自然非常有限的認識、感覺和描述。就廣義相對論理論而言，它是基於一個假設，時空中某一點上的物質密度和動量的變化等同於該點空間形狀（曲率）的變化，同時假設該點空間只有彎曲沒有扭轉。在眾多限定條件下創立的理論和理論的組合，怎麼可能對自然對象乃至宇宙達到全面精準的把握？正如愛因斯坦自己所說「我感到我的工作中沒有任何一個概念會牢固地站得住腳，我也不敢肯定我所走的道路一般的是正確的。它肯定會被一個新的理論所取代……我相信深化理論的進程是沒有止境的。」筆者認為從發展的觀點，現有所有理論廣義相對論、量子力學、弦論、超弦論等等都是偏離、狹理、甚至謬理，都將隨著人類認識自然水平的不斷提高而改進、甚至徹底顛覆。

從哲學的層面看，且不說宇宙，與地球幾十億年的歷史相比，人類幾百萬年的歷史演變，有史以來的幾千年歷史，第一軸心期2500年以來的歷史，科學突飛猛進幾百年的歷史。後者與前者相比，都太短太短。人類要把地球系統搞明白，尚需漫長時日，人類探索太陽系、銀河系、宇宙，更是處在蹣跚起步階段。人類文明的進程從大陸文明、海洋文明、太空文明、宇宙文明乃至宇宙外文明，還要多次大躍進、大變遷。人類對自然、對宇宙的認識遠沒有達到盲人摸象的境界。玄談建立「終極理論」，就要解開宇宙奧秘，更是可樂之極。人類的發展離不開科學發展，但科學也是把雙刃劍。20世紀物理學帶給我們諸多享受的同時，不是也在人類頭上懸了一把「核毀滅」的達摩克利斯之劍嗎？更廣泛地看，近幾個世紀來，人類的貪慾藉助科技力量，對自然界巧取豪奪，締造出了五彩繽紛的繁榮。同時，把養育人類、正當青春年華的人類地球母親折磨得滿目瘡痍：清潔的水源受到污染；大氣中二氧化碳急劇增加；地下水源和資源接近枯竭；原始森林遭到亂砍濫伐；大量水土流失，荒漠化日益擴張；大量物種瀕臨滅絕等等。地球生態環境嚴重惡化，生態系統可能遭受滅頂之災。自然界正在憤怒地反擊：洪澇、乾旱、沙塵暴、霧霾、地震、颱風、冰雹、泥石流等開始恣行無忌。事態發展關乎人類未來，不可不察！中國夢的實現要靠實施創新驅動發展戰略，科技創新是關鍵。深化科技創新，要有大胸懷、大視野、大魄力和大舉措。但也要謹防被一些西方國家吹的玄之又玄的所謂「大科學」項目所誤導，我們財力有限，要把錢用在刀刃上。冷戰期間，美蘇「星球大戰計劃」惡拼，殷鑒不遠。

還是讓我們走進魂牽夢縈、生機勃勃、無與倫比、無邊無際的宇宙。她離人類是如此之近，我們就在她博大溫暖的懷抱里；離我們又是如此的遙遠，我們無法想像她的頭、手、腳在哪裡？是什麼力量雕刻琢磨出美輪美奐的宇宙？在宇宙中萬物中：大到上百萬光年的星系，小到千萬億分之一的基本粒子；快到以光速漂移的星雲，慢到我們圍著銀河系繞個圈費時幾億年；最熱的星體表面熱到20多萬度，有的星雲長年冷到零下幾百度，豈止是冰火兩重天；生物有雌雄，物質有反物質、暗物質，能量又暗能量；黑洞、白洞還有蟲洞；有紅移還有藍移；——宇宙的琴弦奏出了這千姿百態、色彩斑斕的精美統一。人類何以撥動宇宙的琴弦？

再回首迄今人類科技描述的粗中有細、溫柔的宇宙，其中星系的運行精密度與機械鐘錶有一比。宇宙天文學家從「大爆炸」以來的宇宙歷史研究，發現宇宙中一組精確的常數，如果其中一個略有變化，很可能就沒有地球和人類的存在。第一個數，大數N（10的36次方），它是把原子結合在一起的靜電力和原子間的萬有引力之比。第二個數ε(0.007),它表明在恆星內部發生的核聚變過程中轉化成能量的質量比例，即只有0.7%的參與核聚變的質量轉化成了能量。如果ε是0.06宇宙中就無法形成足夠含量的碳和氧，如果ε是0.08，宇宙中就無法存在氫元素，水也就不存在。因此，無論ε偏大或偏小，那樣的宇宙中都不會有我們人類。第三個數是宇宙常數Ω。第四個數是λ，愛因斯坦的靜態宇宙模型中的「宇宙項」，代表「宇宙斥力」。第五個數Q,它的大小是十萬分之一，它描述星系之間引力束縛在一起的結實程度。第六個數是我們生活在其中的這個世界的空間維度D(3)。這6個數的大小十分敏感地影響著宇宙的進程，如果其中任何一個出現失調，就不會產生恆星和生命。由此可見，宇宙對我們人類是多麼的厚愛有加。所以，自古人類對天（宇宙）抱有感激和敬畏之情。「天人合一」乃中國傳統文化之精華，我們探尋自然宇宙的奧秘，正是為了同自然更和諧相處。「興天下之利，除天下之害」體現出中華民族源遠流長的博大胸懷。我們在經歷「靠天吃飯」「聽天由命」「挑戰自然，戰天鬥地，改造自然」的實踐和反思後，「尊重自然、順應自然、保護自然的生態文明理念」已成為共識。

在結束本文時，想到了恩格斯在談到十六世紀歐洲文藝復興時曾經說過,這「是一個需要巨人而且產生了巨人——在思維能力、熱情和性格方面，在多才多藝和學識淵博方面的巨人的時代。」（《自然辯證法·導言》）。在慶祝廣義相對論百年華誕，緬懷愛因斯坦那一代及有史以來為推動人類文明做出偉大貢獻的科學先哲們之際，我們期待並有足夠的理由相信，在中華民族偉大復興征程上必將湧現出更多像李冰、蔡倫、張衡、祖沖之、郭守敬、李時珍、李四光、華羅庚、鄧稼先、錢學森、陳芳允、陳景潤、王選等一樣傑出的中國科學巨匠。新一代科學大師們科技創新實踐結出的豐碩成果，將帶給我們久違了的人類科技創新領跑者的自豪，將帶動中國整體科技水平產生歷史性的質的飛躍，也是流淌著創新基因的中華民族對人類文明發展的一份新貢獻。

（作者系戰略學報科技顧問、研究員）