科學宇宙觀的得與失/比較文明學

科學宇宙觀的得與失

科學宇宙觀與宗教神話、哲學理性的宇宙觀是不同的，科學宇宙觀是以近代科學方法來研究宇宙形成與天體運動的，這是一種綜合性學科，天文學、天體物理學、地質學等學科在這裡交叉，已經成為當代科學研究的前沿學科，取得了許多成就。雖然如此，從宇宙觀的科學體系來說，仍然是一個極不完全的學科體系，特別是由於任何方法都是有自身缺陷的，自然科學的進步將會使得原有的科學理論體系不斷更新，任何建立於其上的假說都會被重新建構。我們先簡要描繪這一學說的主旨，然後再提出我們的看法。

托密勒

哥白尼

從托密勒宇宙論已經為有了科學研究方式的萌芽，但在宇宙論中，真正具有科學意義的還是哥白尼的天體論。可惜的是，由於當時科學的局限，哥白尼雖然提出了模型，但仍然不能用物理學原理來解釋自己的太陽中心說。這項工作直到１６８７年牛頓的《自然哲學的數學原理》中才得到闡明，根據萬有引力定律，引力使月亮圍繞地球運轉，這一路線是繞著橢圓形軌道進行的。同時，地球與其他行星以同樣的橢圓形軌道繞著太陽公轉。

牛頓

但是，正如恩格斯所指出、以後又被黑格爾自然哲學的歷史命運所證實，自然科學家對於形而上學的反感，成為了自然科學發展的最大障礙。牛頓的名言是：物理學，小心形而上學啊！這一警告與愛因斯坦的另一說法幾乎完全相同，歷史告訴我們，偉人也會犯錯誤，而且其錯誤造成的後果遠大於一般人。當然，一定程度上，這也反映出自然科學研究方法如果不與人文精神相結合，其作用是相當有限的。

愛因斯坦

現代物理學的代表人物愛因斯坦（Ａlbert Einstein）相對論提出後，對於宇宙論產生了巨大影響，就如同當年康德運用牛頓力學來解釋宇宙論一樣，當代科學家們趨之若鶩，用愛因斯坦的相對論觀念來解釋宇宙論，希望能獲得突破。由於這些理論都正在建構之中，大多數還很沒有經過時間的考驗，我們只能對於其中有代表性的「大爆炸理論」作一個簡單的評述。

其一，根據廣義相對論，宇宙是有始有終的。一位自稱用相對論建構宇宙理論的物理學家，英國劍橋大學的史蒂芬·霍金(Stephen Hawking)認為：

史蒂芬·霍金

然而在廣義相對論中，情況則相當不同。這裡，空間和時間變成為動力量，當一個物體運動時，或一個力起作用時，它影響了空間和時間的曲率；反過來，時空的結構影響了物體運動和力作用的方式。空間和時間不令去影響，而且被發生在宇宙中的每一件事所。正如一個人不用空間和時間的概念不能談宇宙的事件一樣，同樣，在廣義相對論中，在宇宙界限之外講空間和時間是沒有意義的。

在以後的幾十年中，對空間和時間新的理解是對我們的宇宙變革。古老的關於基本本上不變的，已經存在並繼續存在的無限久的宇宙的觀念，已經為宇宙的膨脹的並且看來是從一個有限的過去開始的並將在有限的將來終結的宇宙的觀念所取代。這個變革正是一下章的內容。幾年之後又正是我研究理論物理的起始點。羅傑·彭羅斯和我指出，從愛因斯坦廣義相對論可推斷出，宇宙必須有個開端，並可能有個終結。1

其二，既然宇宙有開端，那麼這個開端是什麼？如果它不是上帝的第一推動力，又是什麼開創了宇宙。從１９１２－１９１６年相對論創立開始，經過多位科學家的研究，終於提出宇宙產生於大爆炸理論，這是康德宇宙論之後最重要的宇宙理論，也是自然科學家們提出的最重要理論體系。這種理論經歷了數十年發展，在２０世紀後期才趨於成熟，但直到今日，仍然是一種發展中的理論。

根據廣義相對論，一個時間不變的空間的靜止空間是不存在的，那個宇宙就是時而變大時而變小的。這樣就有兩種宇宙狀態，其一是封閉宇宙狀態，即宇宙中物質密度大於宇宙延伸速度時，宇宙便處於膨脹之中。不過這種膨脹的速度是有限的。其二是無限膨脹，這種狀態就是物質密度低於臨界值時發生的，這時空間變得無限大，天體之間的分裂也是無限的，互相分離而去。這樣，我們就必須假定存在一個原初的統一宇宙，這就是１９２７年比利時天文學家勒梅特所提出的「宇宙蛋」的設想，這是宇宙的物質和能量原本所在的，這是在宇宙的零時刻存在的。這個宇宙蛋突然發生了大爆炸，宇宙產生於這次大爆炸之中。美國科學家伽莫夫為這種理論命名為「大爆炸理論」，從此風行世界，成為普遍流行的學說。

埃德溫·哈勃

這一學說的物理學驗證是１９２９年美國天文學家埃德溫·哈勃所提出，這就是宇宙是膨脹的證實，哈勃用望遠鏡發現，除了銀河系所在的星群之外，其餘所有的星系都在遠離地球而去，而且速度越來越快。哈勃計算了九個星系與地球之間距離的關係，得出了哈勃定律：即星系遠離地球的速度與星系和地球之間的距離成正比。

另外兩上輔助性的證明是：其一是，１８４８年伽莫夫以粒子物理學理論研究大爆炸學說，認為大爆炸會留下遺迹，那就是在宇宙里的溫度為幾度（Ｋ°）的微狀背景輻射。這一假設於１９６５年得到證實，美國貝爾實驗室中的兩位天文學家彭齊亞斯和威爾遜發現了宇宙微波背景輻射溫度，大約是３度。其二是宇宙中氦的存在，這也是伽莫夫所提出的。如果真的有大爆炸，那麼宇宙中應當遺留有大約有２５％的氦。以後的宇宙科學家們認為，可以證實宇宙中存在著３０％的氦，可以說也證實了伽莫夫的假設。

霍金關於大爆炸理論作了進一步的推演，但是基本上是總結了前人的學說，他認為：

按照廣義相對論，宇宙在過去某一時刻必須有一無限密度的狀態，亦即大爆炸，這是時間的有效起始。類似地，如果整個宇宙坍縮，在將來必有另一個無限密度的狀態，即大擠壓，這是時間的終。即使整個宇宙不坍縮，在任何坍縮形成黑洞的局部區域里都會有奇點。這些奇點正是任何落過黑洞的人的時間終點。在大爆炸或其它奇點，所有定律都失效，所以上帝仍然有完全的自由去選擇發生了什麼以及宇宙是如何開始的。1

一、宇宙認識論的缺失

當我們完成對於人類宇宙觀特別是宇宙起源的簡單回顧之後，一個結論是不可避免的。即宇宙起源仍然是一個未解決的問題。這不僅我們的結論，也是當代物理學家們大多數贊同的看法，霍金在《時間簡史》的結尾處就一再強調，至今尚未有一種完整的理論來解釋宇宙起源。他還引用了愛因斯坦的話：在製造宇宙時，上帝能有多少選擇？這不只是對於上帝創世的懷疑，更應當看作是人類對於宇宙起源研究的一種思索。筆者認為，這種科學態度是值得肯定的，人類認識的階段性使其認識必然要受到限制，認識的初期從感性得至啟示，但無法獲得理性的方法，在獲得理性能力之後，可能則要失去觀察與體驗的興趣。當代科學中的經驗論泛濫與科學認識論的缺失，其實恰恰妨礙了正確宇宙觀念的形成，一些所謂「科學的宇宙認識論」，並不是真正代表科學的見解。

從以往的研究可以看出，不同的方法在不同的歷史階段發揮主要作用。但是並不意味著方法的絕對意義上的錯誤與正確。歷史上的主要研究方法都曾對於宇宙論發展有過重大貢獻，其中任何一種方法的歷史價值都不可否認。神話與宗教方法、理性哲學方法與科學方法，只是人類歷史上因時代不同所形成的不同認識方法，現在我們還不能說哪一種方法觀念能夠得到世界的贊同。而且三種方法是完全結合在一起的，比如，宗教的上帝創世論就與現代科學理論可以共同存在，無論是牛頓、愛因斯坦還是當代西方科學家們的理論中，都仍然把上帝創世作為一種最基本的前提。特別是哲學的、理性的宇宙論，在２０世紀的消褪是十分不合理的。歷史的教訓告訴我們，在宇宙之謎的解釋中，現代科學家們曾經拒絕哲學方法，這種狀況對於科學進步恰恰構成障礙。

這個錯誤在愛因斯坦相對論中就已經存在，他在《相對論前物理學中的時間與空間》一文中就曾經說過

我堅信，哲學家曾經對科學思想的進步起過有害的的影響，在於他們把某些基本概念從經驗論（empiricism）的領域裡（在那裡它們是受人們駕馭的）取出來，提升到先驗論 （the a priori）的難以捉模的高處。因為即使觀念世界看起來並不能藉助邏輯的方法從我們的經驗中演繹出來，但就一定的意義而言，它還是人類意識(human mind)的產物，沒有人類的意識便無科學可言。不過，這個觀念世界很難獨立於我們的經驗之外，正如衣服依賴於人體的形狀一樣。這對於我們的空間與時間概念尤為正確。迫於事實，物理學家只好使時間與空間概念眾先驗的奧林帕斯山降落到人間的土地上來，以整理這些概念並使之適用於實際情況。１

其中對於先驗論與哲學家的偏見是毫無根據的，事實上，愛因斯坦最終還是在時間與空間這個他曾經認為是最富經驗的概念上，不得不承認自己的錯誤。

愛因斯坦與荷蘭物理學家德西特把相對論用於宇宙研究中，發現宇宙是運動的，它不是靜止的，宇宙或是膨脹，或是收縮。但是愛因斯坦不能接受這一事實，因為這與他從經驗論出發的觀念是相反的。於是，愛因斯坦修改了理論，目的是說明宇宙是平靜的。這是愛因斯坦的一個明顯違犯科學精神的錯誤。他自已在晚年時談到此事時，曾經承認這是他一生中「最大的錯誤」。當然，也正是這種勇於承認錯誤的精神，使我們更感到這位科學巨匠的精神境界的高尚。

傑出的科學家們早已經認識到經驗論科學的巨大缺陷，早在１８９９年，德國傑出科學家與哲學家恩斯特·海克爾就曾經指出：

恩斯特·海克爾

在我們這個「自然科學世紀」里，經驗知識取得了巨大的進步，可是理論上對它根本不能進行相應的說明，我們稱之為「哲學」的那種對各個個別現象的因果聯繫的更高認識，也與它極不相稱。我們經常看到，幾個世紀以來，在我們大里講授得的所謂哲學是抽象的，色大部分是形而上學的科學，它把自然科學新近獲得的財富拒之於千里之外。另一方面，我們也不得不同樣遺憾地承認，絕大多數所謂「精密的自然科學」的代表人物，只滿足於他們專門研究的狹小範圍，沾沾自喜於他們的觀察和實驗，而對所觀察到的現象的普遍聯繫作更深入的認識──這正是哲學！──卻認為是多餘的。……自然科學與哲學、經驗成果與成果之間這種反常的和破壞性的對立，在廣大學術界無疑會越來越激烈，會引起越來越大的苦惱。近半個世紀以來，浩如煙海、層出不窮的自然哲學通俗讀物，都反映出這樣的情況。儘管觀察的自然科學家與思考的哲學家之間存在著對立，可是還有那些來自兩個陳營的傑出之士攜起手來，共同研究，致力於解決最尖端的研究任務──即簡稱的「宇宙之謎」，這確實是一種可喜的現象。２

當代最負盛名的宇宙大爆炸理論的解釋者，劍橋大學物理學家霍金也認為，這種現象是不合理的，正是這位科學家呼喚哲學進入宇宙論。他指出：

迄今為止，大部分科學家太忙於發展描述宇宙為何物的理論，以至於沒有工夫去過問為什麼的問題。另一方面，以尋根研究為已任的哲學家跟不上科學理論的進步。在１８世紀，哲學家將包括科學在內的整個人類知識當作他們的領域，而討論諸宇宙有無開初的問題。然而，在１９至２０世紀，科學變得對於哲學家，或除了少數忖家以外的任何人而言，過於技術性數學化了。哲學家如此地縮小他們質疑範圍，以至於連維特根斯坦──這位本世紀最著名的哲學家都說道：「哲學餘下的任務僅是語言分析」。這是從亞里士多德到康德了哲學的偉大傳統的何等的墮落！１

霍金的批評雖然略顯辛辣，卻是逆耳忠言，表現出傑出科學家的一種坦誠與遠見。經驗科學可以解決宇宙是什麼以及其如何運動的問題，但它不能解決宇宙產生的原因與它的未來，正因為不能解決這些問題，宇宙論就沒真正建立。可以說，歷史是有意把問題留給了它所寵愛的形而上學，留給了這個人類的「偉大傳統」。

1 [英]史蒂芬·霍金：《時間簡史》，許明賢、吳忠超譯，湖南科學技術出版社，２００３年版，第４４頁。

1 [英]史蒂芬·霍金：《時間簡史》，許明賢、吳忠超譯，湖南科學技術出版社，２００３年版，第２３２頁。

１[美]阿爾伯特·愛因斯坦：《相對論的意義》，郝建綱、劉道軍譯，上海科技教育出版社，２００１年版，第２頁。

２[德]恩斯特·海克爾：《宇宙之謎》，鄭開琪等譯，上海世紀出版集團，２００２年版，第２頁。

１英]史蒂芬·霍金：《時間簡史》，許明賢、吳忠超譯，湖南科學技術出版社，２００３年版，第２３３頁。