你還覺得哲學無用?在宇宙學中無法探討的問題 哲學竟能提供洞見
2020-11-21 前瞻網你還覺得哲學無用？在宇宙學中無法探討的問題 哲學竟能提供洞見
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-布麗姬·法爾克是挪威奧斯陸大學理論天體物理研究所的博士後研究員。
天體物理學界和宇宙學界中憎恨哲學的人到底是怎麼回事?從已故的史蒂芬·霍金(Stephen Hawking)宣稱「哲學已死」，到史蒂芬·溫伯格(Steven Weinberg)在1992年出版的《終極理論之夢》(Dreams of a Final Theory)中對哲學的長篇悲觀論調《反對哲學》(Against Philosophy)，許多物理學家和天體物理學家都認為哲學毫無用處，至少對科學毫無用處。與此同時，霍金和他的合著者Leonard Mlodinow在《大設計》(2010)中提出了一種科學探索的方法，稱為「依賴模型的唯實論」，而溫伯格的書激烈地且哲學地反對邏輯實證主義和形上學。如果它毫無用處，那麼為什麼霍金和溫伯格——以及尼爾·德格拉斯·泰森、勞倫斯·克勞斯等其他反哲學的人——會如此頻繁地參與哲學討論呢?
不管那些仇恨者怎麼想，所有的科學領域都面臨著在科學內無法回答的問題。每當科學家檢驗一個檢驗理論的最佳方法，或想知道科學模型如何與現實相聯繫的時候，他們就是在研究哲學。但處於對整個存在的研究的獨特地位，宇宙學尤其充滿了哲學的困惑和立場。
但其實有一種哲學信仰隱藏在宇宙學的核心。宇宙學原理指出，在大尺度上，宇宙是同類的(在所有位置看起來都一樣)和各向同性的(在所有方向看起來都一樣)。例如，從海洋中央的一艘船看到的景象是各向同性的，但是，當看到陸地時，從各個方向看到的景象是不一樣的。海洋表面本身可能是同類的，直到你靠近海岸。
宇宙學原理對於我們理解宇宙是如何從一個均勻的、熾熱的等離子體，膨脹到冷卻，形成了我們現在可以通過望遠鏡看到的錯綜複雜的宇宙網來說至關重要。為了假定所有地方都具是同類性和各向同性的，人們必須首先將不重要的、較小的差異平均起來，比如整個行星，甚至整個星系。因此，宇宙學原理是一個統計學原理：只有當你把它應用到足夠大的尺度上，它才成立。
但即便如此，這可能也不是真的。宇宙不一定是均勻的;如果宇宙學原理不成立，那麼愛因斯坦的引力理論也照樣成立，而且引力會導致結構隨著時間的推移而增長，從而誇大了微小的初始差異。(這些最初的區別是來自於虛擬粒子的「量子漲落」還是其他更奇怪的東西?或者是更奇怪的理論?這個問題還沒有得到解決。)
因此，科學家們在接受方面上猶豫不決。宇宙學原理是我們如何描述宇宙演化的基礎，但到目前為止我們還不能證明它一定是真的。試圖測量宇宙是同類的——或者在什麼尺度上變得同類的嘗試得到了混合的結果。但是宇宙的各向同性確實已經被觀察到：在宇宙大爆炸後幾十萬年從宇宙的任何地方發射出來的宇宙微波背景輻射，是各向同性的10萬分之一。類似地，我們的船在海洋中可能會看到微小的差異，比如小波浪，但視圖基本上是各向同性的。
而現在在沒有同類性的情況下，是可以得到各向同性。在物質的球形分布中心的觀察者看來，事物在各個方向上看起來都是一樣的，但這樣的分布不一定是均勻的。然而，許多宇宙學家滿足於相信在某種範圍上存在著同類性，無論它是否被測量過——因為在非經驗的哲學原理的幫助下，同類性從邏輯上遵循各向同性。
這就是眾所周知的哥白尼原理，它指出沒有特權觀察者，我們在宇宙中並不是一個特殊的地方，而中心當然是一個非常特殊的地方。根據這一原理，宇宙必須是各向同性的，並且從所有有利的角度來看都是，而不僅僅是我們的角度，為了實現這一點，宇宙也必須是同類的。如果每一艘船都能看到各向同性的景象，那麼就一定沒有能讓一切看起來不同的陸地，所以海洋在每個地點都肯定是相同的。
哥白尼原理在宇宙學中已經被徹底接受了，以至於許多科學家把它和宇宙學原理混淆了，或者僅僅把它當作成為一個給定的東西，這種情況甚至出現在教科書中。平心而論，宇宙學原理可以被看作是哥白尼理論的一個更普遍的版本——因為在一個同類的、各向同性的宇宙中，沒有特權的觀察者或者特殊的地方。然而，宇宙學原理可以被明確地檢驗，而哥白尼原理採用了一種宇宙是怎樣的，而不依賴於經驗數據的信仰。這也是一個非常現代的概念;在人類歷史的大部分時間裡，人們也毫無疑問地相信地球是萬物的中心。
這些觀點在宇宙學中的意義，只是這門學科依賴於哲學論證的其中一種方式。就像天文學研究天體一樣，宇宙學只能通過觀察而不是實驗來驗證它的理論。我們不能在整個宇宙上做實驗，就像我們不能在實驗室裡引爆一顆恆星一樣(即使我們可以在實驗室裡引爆一顆恆星，但我們也應該採取我們不應該在實驗室裡引爆的哲學立場)。儘管天文學家們正在建造望遠鏡來觀測數百萬個星系或10億顆恆星，但宇宙只有一個(或者，如果你必須要這麼想的話，也只有一個多元宇宙)。此外，我們被困在它的一個有利位置上，只能觀察到宇宙的有限(雖然非常大)體積。這些局限性意味著哲學的選擇將在建立和檢驗宇宙學理論中發揮作用。
除了方法的問題，宇宙論的內容還提出了關於存在本質的哲學問題。宇宙學用最基本的方法來探究宇宙的開端。宇宙是從大爆炸的初始奇點開始的嗎?時間本身呢?(這個問題有意義嗎?)或者奇點——一些局部無限的點，比如黑洞——是否意味著我們的理論存在問題?也許我們應該更喜歡周期性的宇宙理論，在這種理論中，大爆炸發生之前，一些過去的宇宙已經消亡，而我們自己的宇宙就是在這些過去的宇宙的消亡中誕生的。如果不可能重現早期宇宙的條件——如果這些高能量是我們能夠想像出來(先不說能不能造出來)的粒子加速器都無法企及的話——那我們該如何著手解決這些難題呢?
思考或回答這些問題不一定是宇宙學家的工作，就像提出「萬物理論」不是科學哲學家的工作一樣。但是宇宙學家可能會從與他們的哲學同行更和諧的合作中獲益。有如此多的科學家執著于波普裡亞證偽等理論，以及粒子物理學家和宇宙學家在多元宇宙的人為推理中艱難前行，我們肯定需要一些幫助。越來越多的宇宙論倡議可能是一個跡象，表明前景正在改善，儘管仍然有討厭哲學的人。宇宙學原理的例子提醒我們，無論我們是否意識到，宇宙學中處處充滿了哲學的選擇。
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