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哲学随笔(2008.8.15)

 再问宇宙 2016-05-21
哲学随笔(2008.8.15)既然上贴谈到了哲学,不妨再深入一帖。俺喜欢伶牙俐齿的大学同学的辩论会。个个风华正茂,承诸葛亮当年舌战群儒之遗风,灵机闪现,稍纵即逝,妙语连珠,咄咄逼人。。。而评判老师则多以辩论的技巧说事儿。。。这也难怪,所有辩题都是以人本的利害为中心展开的,也就难免有赛翁失马之嫌,焉知非福?或许自然哲学会好一些?辩题本身会离人本利害关系远一些。骨子里还是在追求“眼见为实”的境界 --- 事实胜于雄辩!

主持人,各位同学、辩友,下面综述我方观点:)正方同学说:“宇宙偏爱简洁。。。”我方的观点是:“宇宙是复杂的巨系统,里面充满了非线性的作用机制(如正、负反馈等),不是宇宙偏爱简洁,而是人脑需要简单化原则。抓住主要矛盾,忽略次要矛盾是我们的思维艺术。。。”

俺是站在反方的立场上的:)俺认为所有物理定律都是在你所研究的那个宇宙结构层次上,在忽略了次要矛盾后,抽象出来的。只有很好地利用这种抽象艺术,抓住纲领才能建立数学模型。进而推知,一切物理定律都是对真实宇宙的一种近似描述。基于任何理论都存在这种与生俱来的“缺陷”(或叫先天不足),只有步步紧跟试验或观测走,一步一个脚印,步步为营才扎实可靠。当然,理论的功能之一是预言或引申推演,但这种功能要在严格的监督意识下谨慎使用,适度的延伸和推演有时会给我们带来新的认知,如果无限度地放飞被我们视为“真理”的伟大理论,其结果必定是一场灾难。。。

现实和我们用来描述它的语言本身就有差距。虽说数学要比我们普通的语言严谨多了,如果你是个杠头,牛角尖还必须得钻,那么严格地说数学中所定义的点、线及面在真实世界中是找不到的。如果没有点、线、面的概念,数学几乎要全盘歇菜了。不妨先拿牛人,伟大的牛顿说事儿。万有引力定律人人知晓。就是形式上这么简单的公式中却充满了有意无意的各种假设和抽象。首先星球被忽略成质点了;两质点距离的平方反比律暗示空间是欧氏的;引力是什么?不知道。反正有一种互相感召的吸引力存在。。。等等,等等。。。在此我们忽略了什么呢?那可就多了去了。如:星球的形状;星球本身的辐射、温度、振动、自转等物理状态,更为关键的是自然界不存在仅为二体的孤立系统,太阳系中不但有行星,还有小行星带及各种诡秘的不速之客。。。等等,等等。如果面面俱到,不巧妙地抽象,不抓主要矛盾,忽略次要的反馈因素,能不能写出万有引力公式还是个问题呢,即使能写出来,估计也只有上帝能读懂了。。。为什么我们强调万有引力定律(包括一切物理定律)的引申推演要在严格的监督意识下谨慎使用呢?从公式中可以明显地看出:二体的距离趋近于零,引力将趋近于无穷大;如果二体距离是一个很大的数值,你敢保证空间还是欧氏的吗?如果不是,平方反比律就将失效。。。当然在“适用范围”内,这个伟大的公式能将我们送上月球。。。

《广义相对论》再伟大,在抽象主要矛盾和忽略次要反馈因素的方式方法上与万有引力定律也是同一个套路。你能说它是“放之四海而皆准”的真理吗?相信没人敢说,否则,它就变成《圣经》了。。。可以说,数学上的任何一种极端推演都需要我们谨慎地对待。任何物理定律的“适用范围”是应该被严格限定的。因为构筑某一理论之初所抽象出来的主、次要矛盾在不同的时空背景或物理条件下是要不以人的意志而转化的。超越了“适用范围”,这种转化往往带有非线性的,复杂的,交感放大扭曲的色彩。只有在恰当的领域做恰当的事儿才不会改变初衷。。。也许今后会产生震撼的大统一,但又牵涉到令人头痛的物理认知极限等一系列哲学问题,就此打住了!

虽然也有学者(包括许多重量级选手)在不同的场合,多次强调这种“适用范围”的重要性,但在实际操作中仍然缺少有效的监督意识或理论依据,任其放任自流。。。嘿!别看就这么一个浅显的原则性问题,竟然一直被忽略着。。。这个所谓的“适用范围”绝不能轻轻地一带而过。不管你有多么的不耐烦,都要驻足细细地品一下,相信你会有“小事儿不能小看”的感觉。。。

与牛顿引力理论一样,广义相对论的适用范围似乎也有必要被限定在宏观领域之内。无原则地将其推向宇宙整体,似乎很盲目。如果我们展开一下来看看这个外推过程,似乎别有玄机。。。引力场方程可不是好玩儿的。尽管你的脑袋会变大,即使憋爆了,相信也不会有一个好解。历史上有条件的解不过寥寥数个。最简单,也是最典型的有:球对称解、轴对称解及所谓的“宇宙学原理”解。。。有学者似乎将这三种解法相提并论,或未加以明确区分。俺觉得这是一个值得商榷和引起关注的问题。我们知道,物质的球对称分布或轴对称分布是可观测宇宙中物质存在的一种普遍形式,是由自发的动力学因素引起的;而“宇宙学原理”条件则是截然不同的,物质分布的形态绝不是自发的,是完全被动的。似乎存在第三只手,如果沿用牛顿的说法,有上帝之手的“第一拿捏”。。。不管你读什么文献,英文的还是中文的,书籍还是论文原稿,在用场方程和宇宙学原理联姻构筑宇宙大厦的基础时总是淡淡地一带而过:引用“宇宙学原理”作为边界条件,解引力场方程。尽管表述有许多种,但实质只有这一个。。。

哲学随笔(2008.8.15)不知为什么,这个问题就像一种魔术很容易在眼皮子底下悄悄地滑过,在此不妨放慢一下镜头,来看看这种魔术的手法。。。对于场方程而言,就在我们引入“宇宙学原理”(常曲率空间假设)的一霎那间,似乎就改变了一切。这无异于我们在不知不觉中强行规定了宇宙整体时空形态。更加形象地说,我们按照宇宙空间是均匀的,各向同性的假设做了三种刚性的盒子(球面、双曲及平直),然后将“相对论性物质”均匀地放入其中,最后还要视这些物质的“多少”来决定是哪个盒子。。。;也许换个说法,分一下步骤能更清楚一点,仅凭“宇宙学原理”我们就可以构建“运动学宇宙论”,其度规为R-W度规。函数R(t)是未知函数。如果我们承认哈勃红移是宇宙学的,至少可以判定目前为止R(t)是t的增函数。。。请注意:至此与广义相对论还没有任何关系。。。这时引入场方程的全部意义在于:用其来决定R(t)的函数形式或来判别空间形态的取舍。。。可别忘了,这种物质的分布形态绝对不是“相对论性物质”自发形成的,而是有上帝之手的“第一拿捏”在先。。。在此请特别注意:引入了这种动力学因素后,这种动因只能驱使其中的一种装有“相对论性物质”的刚性盒子(拓扑上讲不能改变的空间形态)整体上的膨胀与收缩。。。我们情不自禁地要问:这种结果是《广义相对论》的初衷吗?显然有悖。。。如果从另外的角度来看,局域的动力学背景条件与整体上的是有着天壤之别的。。。

什么是“相对论性物质”?根据广义相对论,我们知道物质产生引力场,而引力场要影响时空属性(时空度规),而且要影响一切物理过程。。。如果按照其属性,来点拟人化处理,似乎要轻松一点:)“相对论性物质”是什么?那就是爷,没人敢惹。见到熊人就压不住火,遇到软的就想捏,是一群混不凛的小霸王。都想称霸一方决定一切,改写历史。。。面对这么一群小暴民,个个的小脾气儿还都顶在门儿上呢(没办法,老子爱因斯坦横呵),真能安然地让他们顺乎宇宙秩序而均匀地并且乖乖地爬在那里。。。那是不可能的!就是用板儿砖拍不死他们,也得就地正法了才能顺天意啊。。。

相比之下“牛顿性物质”还真是属牛的,多有几分温顺。虽然不甚情愿被绑架,倒也不需要流血就能被招安。。。有学者F. J. Tipler (Rigorous Newtonian cosmology. Am. J. Phys., Vol. 64, No. 10, Oct. 1996)证明,如果将牛顿引力论用几何语言演绎,得出的宇宙模型严格地等同于Friedmann模型,而且适合更一般的情况。。。即便如此也证明不了什么,我们只是举一个例子来说明,为什么两种不同观念的理论会在此交合。俺认为,和广义相对论一样,牛顿引力论也是局域理论,并不适合宇宙整体。

我们认为“宇宙学原理”与《广义相对论》并不兼容,在引入到场方程的那一瞬间,就改变了“相对论性物质”的属性,由此可以断定:Friedmann模型及其孪生兄弟们似乎都是一种不符合逻辑的怪胎。。。

自从有了狭义相对论和量子力学后,逻辑的力量似乎要大打折扣了。其实这种所谓的“逻辑”也是要有所区分的。常规的逻辑还是要遵守的,进门就管老子叫哥们儿,那纯属皮肤痒痒,不是在找抽吗。如果这种混乱的行为持续下去,估计安定医院的救护车已经在门口等着呢。。。“宇宙学原理”与“广义相对论”存在不可调和的内在矛盾,是可以用常规逻辑来分析和解释的。这不同于狭义相对论或量子力学本身在极端情况下的那种“戏法”或“魔术”。

哲学随笔(2008.8.15)哲学随笔(2008.8.15)H.P.Robertson (1935)在题为《KINEMATICS AND WORLD-STRUCTURE》及 A.G.Walker (1936)在题为《ON MILNE’S THEORY OF WORLD-STRUCTURE》这两篇划时代的著名论文中分别系统地阐述了R-W度规(这两篇论文在国图可以找到,俺前几年在那里复印的)。虽然R-W度规与广义相对论没有任何内在的联系甚至相左,对此两位作者都在论文中谨慎地“涉及”到。。。如果我们看看那个年代,或许会有些启示。在1935-1936的科学界,那是伟大的爱因斯坦与日同辉的年代。加上此前及后来不断有人,包括爱因斯坦本人,在场方程中引入常曲率空间假设,很容易给人造成一种错觉,误认为R-W度规是广义相对论的一种自然结果。俺就看到过不止一篇个别国外学者的相关论文或文章。。。另外,在国外有的论文或文章中经常出现的所谓FLRW度规(Friedmann-Lemaitre- Robertson- Walker)的提法也是不准确的,主流学者在文献中坚持用R-W度规这个名词是有其道理的。。。

至此您可能要问:既然你否定了《广义相对论》甚至包括《牛顿引力论》作为宇宙论的动力学基础,那么你的动力学体系在哪呢?

俺的观点的确如此。目前为止俺所讨论的一切还都仅仅局限在所谓的“运动学宇宙论”的范畴之内。俺感觉不能想当然地将我们在宏观(仅仅在太阳系内)取得的成功理论,包括物质与时空关系的哲学,盲目地外推至整个物理宇宙。整体宇宙的时空状态是由这“两论”就能左右得了吗?显然不能,事实上“宇宙学原理”本身就规定了宇宙可能的时空形态。如果非得要“两论”之一来充当引擎拉动或压缩空间岂不是过于牵强?正像量子力学领域或接近光速的狭义相对论效应一样,在宇宙整体时空结构层次上也会出现些令我们始料不及的“妖蛾子”。宇宙整体空间膨胀的机制似乎仍然是迷。。。虽然俺在以前的帖子中也有所猜测,空间膨胀源于时间“增长”。那么时间“增长”又源于何物?。。。这就是现实,未知的东西实在是太多了。科学的精神之一是什么?俺认为科学的精神之一就是实事求是,不知道就是不知道。。。

正因为有如此多的未解之谜,俺认为宇宙学要想成为一门真正的科学,每一步都离不开观测数据的支撑。一个理论首先要在内功上不能自我乱了方寸,悖论丛生。要贴地飞行,时时接受观测的考验。。。就拿函数R(t)来说事儿,俺认为现有的理论不可能揭开它的身世。就得拿观测数据的拟合来看清它的面目。方法倒是想了一些,自认为其中可行的一种是:用“视界”这把筛子筛选出没有“视界”问题的函数,来与观测拟合。。。

哲学随笔(2008.8.15)虽然爱因斯坦说过,在构建他的广义相对论时曾受到过马赫原理的影响,但他的理论与马赫原理并不兼容。可以说马赫哲学过去是,现在仍然是最具有吸引力的哲学。俺坚信它犹如一座明亮的灯塔,在漆黑的夜空中已经照亮了一片未知的水域。。。还是用保罗的那句话,“假如。。。我说的是假如。。。”假如我们上面帖子中讨论的线胀球面模型经受住了观测的考验,这或许就为构建马赫原理的数学模型提供了一种舞台,惯性力的原因或将找到?。。。想在宇宙整体上玩动力学似乎要考验我们大脑的终极输出功率(脑袋到底能变多大个:)。如何在这个层次上抽象出主要矛盾,忽略次要矛盾来作出基本假设?用什么样的数学工具,会牵涉多少令人畏惧的非线性东东?毫无疑问,引力的本质基本上还处于“黑箱”状态。在我们所生存的这个物理宇宙的整体结构层次上,引力的行为是爱因斯坦式的,牛顿式的,量子力学式的,还是其它未知形式的?这些都是让我们的脑袋随时都有可能爆破的问题。。。

借用电影《甲方乙方》的语气:打死俺也不敢玩儿宇宙动力学了!后面要讨论的还是“运动学宇宙论”的内容。。。还是那句话:在讨论中限于俺的学识,肯定会有各种错误,如果发现,俺真诚地欢迎您的批评指正:)

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