宇宙熱爆炸和冷爆炸理論的兩種劃分

2020-12-03 鄧如山

(1)宇宙大爆炸理論和弦理論各自成功地解釋了「第一科學」的宇宙起源問題,或者宇宙大爆炸理論和弦理論的解釋符合宇宙起源論的「等效原理」。我們可以將解釋宇宙起源和演化的宇宙大爆炸理論理解為「熱爆炸理論」,而將解釋宇宙起源和演化的弦理論理解為「冷爆炸理論」。現有的物理和天文認識不能完全揭開宇宙起源的奧秘,我們的浩無邊際、天體和星繫結構複雜的宇宙起源於「熱爆炸理論」解釋的情形,最初的宇宙可能濃縮在一個無邊無界的奇點,或壓縮在一個直徑不大的「原始火球」;起源於「冷爆炸理論」解釋的情形,最小的物質和能量單位可以追溯到比普朗克時空單位還小的「能量弦」或「振動弦」,比基本粒子還小的「弦子」或「弦能子」在奇異、鬼魅般的振動過程中產生宇宙原初的基本粒子,這就好像大提琴手或小提琴手演奏時,在琴弦上彈奏數位化的音符、或音符化的數字一樣,「弦子」、「弦能子」在奇妙的振動中產生基本粒子、「能量子」的過程和琴弦在音樂家的彈奏中產生美妙音符的過程符合哲學想像論的「等效原理」,這就是著名的弦理論家、天體物理的科普作家布萊恩格林將弦理論稱之為「宇宙的琴弦」的原因。物理學家用「鬼魅般的超距作用」來描述量子糾纏現象,根據哲學描述論的「等效原理」,我們可以用「鬼魅般的超越作用」來描述弦理論的神奇。

(2)對於「熱大爆炸理論」的「奇點理論」,物理學家在理論上推導了「奇點」的形成,但是,他們不能通過物理和天文的手段證實「宇宙奇點」的存在,人們通常難以相信所有的宇宙物質和能量被壓縮在無限小、沒有邊界的「奇點」,一些宗教人士逐漸接受了現代宇宙學的奇點理論,但是,他們仍然心存疑惑,難道上帝和神明的啟示錄曾經「潛藏」在一個物質和能量密度、壓力和溫度幾乎無限大的「奇點」?他們怎能相信最高的神明承受了最大的苦難,為了宇宙和人類的誕生以「第一潛伏者」的身份備受「奇點高壓」的煎熬?對於「熱大爆炸理論」的「原初火球理論」,我們發現物理學家無法準確地判斷它的大小,原始火球也許相當於小行星和月球、或地球和太陽的直徑,將它定量為太陽系或銀河系的直徑顯得太大,將它定量為「一個兵乓球」的大小則顯得太小,將它定性為一個沒有直徑大小的「奇點」似乎更為理性,避免了科學人士對「原初宇宙」尺度大小的各種令人迷惑的猜測。原初的宇宙就是奇點的宇宙,奇點的宇宙就是量子的宇宙,宇宙起源於量子,一切科學的根基源於量子力學,這裡的量子力學表示量子物理學、量子化學、量子數學的廣泛含義。

(3)對於「冷爆炸理論」或弦理論分支的「量子泡沫理論」,可以發生、也可以不發生宇宙的「熱大爆炸」,或者宇宙大爆炸的發生和不發生符合哲學量子論的「等效原理」。「冷爆炸理論」給宇宙大爆炸理論增加了新的變數,簡單說來,宇宙大爆炸理論和量子泡沫理論都合理地解釋了天文學家在二十世紀的早期和二十世紀的晚期發現的宇宙膨脹和加速膨脹現象。如果將宇宙大爆炸和量子泡沫理論對立起來,那麼兩種理論的其中一種是正確的,或者宇宙大爆炸推動了宇宙的膨脹,或者量子泡沫的膨脹將宇宙星系相互推遠。如果將宇宙大爆炸和量子泡沫理論融合起來,那麼兩種理論的解釋可能都是正確的,天文學家發現的宇宙大膨脹既有宇宙大爆炸的衝動,也有量子泡沫的推動,我們可以設想一種「合力推動」的可能:在宇宙誕生的最早時刻,宇宙大爆炸和量子泡沫形成合力,兩種力量促成了宇宙物理學家或物理宇宙學家定義的「暴漲」。物理學家提出了被科學界廣泛接受的「暴漲理論」,但是,他們不能清楚地說明宇宙早期暴漲發生的原因。在宇宙演化的晚期、或者距今大約四十億、五十億年前,宇宙大爆炸的慣性和量子泡沫形成了合力作用,兩種力量促成了宇宙學家和物理學家定義的「加速膨脹」,在二十世紀末發現了宇宙加速膨脹的事實,但是,他們不能完整地說明宇宙「晚期」加速膨脹發生的原因。科學家不能充分而完整地解釋宇宙早期的暴漲和宇宙「晚期」的加速膨脹符合哲學測不準論的「等效原理」。

(4)廣義相對論對「暗能量」的解釋不完備、只有初步的分析,量子力學對「量子泡沫」的解釋不完備、只有初步的探討,或者廣義相對論和量子力學對宇宙膨脹的解釋符合宇宙哲學缺陷論的「等效原理」,人類科學在現有水平上不能充分地解釋宇宙膨脹的現象,這反映了「廣義測不準原理」的約束,而對宇宙膨脹進行天文觀測和物理實驗所取得的每一階段成果都將拓寬或加深人類對宇宙學和天文學的認識,或者約束的邊界得到了拓展,或者約束的係數得到了延伸。既然廣義概念的量子力學是一切科學的根基,那麼可以將宇宙的誕生過程建立在量子力學的基礎上,讓量子泡沫理論對宇宙起源的解釋獲得「優先權」,宇宙在發生大爆炸之前已經存在,「前大爆炸時期」的宇宙在「弦子」、或「量子弦」、「弦量子」振動和碰撞的作用下產生宇宙的「原初物質」,它們是夸克、電子、中微子和光子一類的基本粒子,夸克經過強核力的作用結合成質子和中子,質子和中子結合成原子核,原子核和電子在電磁力作用下結合成原子,原子和原子結合成分子,作為分子物質的塵埃和雲團在引力作用下結合成顆粒和團塊,恆星在大團的塵埃和氣體雲中形成,行星在大團的顆粒和團塊的碰撞和合併中產生。「後大爆炸時期」的宇宙在「宇宙奇點」或「原初火球」的基礎上誕生,而宇宙奇點或原始火球則在「前大爆炸時期」的宇宙通過宇宙引力的作用形成。

(5)如何將熱爆炸型的宇宙大爆炸理論和冷爆炸型的量子泡沫理論統一在一個理論框架中?這是物理學家和宇宙學家未來需要思考和解決的理論問題,廣義相對論和量子力學的「不相容性」給兩種理論的結合和統一帶來了難以消解的困難,或者宇宙大爆炸和量子泡沫理論相結合的困難性與廣義相對論和量子力學相結合的困難性具有一致性的特徵,符合宇宙哲學結合論的「等效原理」。宇宙大爆炸和弦理論都成功地解釋了物質和時空的起源,我們從這兩種理論獲得了宇宙起源的基本認識。宇宙大爆炸和量子泡沫理論都成功地解釋了宇宙的暴漲和膨脹,天文學家間接地尋找早期宇宙發生大爆炸和暴漲的痕跡,宇宙微波背景輻射的發現是其中最重要、最有說服力的證據,天文學家直接地尋找「晚期」宇宙膨脹和加速膨脹的證據,星系遠離我們的光譜紅移現象顯示了宇宙大膨脹的圖景。目前的物理學家不能通過實驗手段尋找比夸克更小的「弦子」、「弦能子」,天文學家希望在最遙遠的宇宙發現它們的蛛絲馬跡。在宇宙大爆炸的「原點」,所有自然的基本力或已知的四種基本力統一在一個力系中,物質和能量,時間和空間融合成一個混沌的「綜合體」,同樣,在弦理論的「弦點」,所有的自然基本力,物能和時空不能分割,沒有獨立存在的形式,它們在今日宇宙呈現的獨立、分割性的樣式只是一種表象,它們仍然發生我們已知和未知的聯繫,宇宙大爆炸理論對「原點」、「奇點」和弦理論對「弦點」、「弦能點」的這些解釋符合哲學原點論的「等效原理」。

(宇宙學哲學筆記 初稿 2015-2-25 發表 2018-7-27)

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