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道2  

2011-03-14 19:20:34|  分类: 道德经与宇宙 |  标签: |举报 |字号 订阅

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 好象过去发生的一切都是在为霍金作必要的准备。现在,宇宙正在膨胀的事实已被发现,而相对论和量子力学也在各自的领域取得了成功并正在指导着应用科学的进步。霍金带齐了必要的行装,登上了开往“自然终极定律”的列车,老子正在那里等候他的到来。
  
   为了找寻宇宙初始的奥秘,必须从1929年哈勃所发现的宇宙正在膨胀入手。由于哈勃发现,所有星体都在离我们远去,离我们越远的星系远离我们的速度就越快,而且星系远离我们的速度同离开我们的距离成正比。这个现象是无论你向天空中哪一个方向看都是一样的,这可能会使人们以为自己便是宇宙的中心。但是我们并不能否认有这种可能,就是在宇宙中别的地方也会得到相同的结果,或者更近一步,即在宇宙的任何一点向外看,都会看到哈勃所看到的情景。正如《时间简史》第三章所说:“所有的星系都直接相互离开。这种情形很像一个画上好多斑点的气球被逐渐吹胀。当气球膨胀时,任何两个斑点之间的距离加大,但是没有一个斑点可认为是膨胀的中心。”
  
   以这种模型描述的宇宙有这样一个特点:“即在过去的某一时刻(约100到200亿年之前)邻近星系之间的距离为零。在这被我们称之为大爆炸的那一时刻,宇宙的密度和空间——时间曲率都是无穷大。”因为以往我们所理解的空间和时间都是平坦、连续的,而在上述宇宙模型中存在这样一个点,空间和时间都不在具有连续性。也就是说,不可能将空间和时间的状态反推回去而通过这个点。“这表明,即使在大爆炸前存在事件,人们也不可能用之去确定之后所要发生的事件,因为可预见性在大爆炸处失效了。……正是这样,与之相应的,如果我们只知道在大爆炸后发生的事件,我们也不能确定在这之前发生的事件。就我们而言,发生于大爆炸之前的事件不能有后果,所以并不构成我们宇宙的科学模型的一部分。因此,我们应将它们从我们模型中割除掉,并宣称时间是从大爆炸开始的。”(《时间简史》第三章)。“爱因斯坦广义相对论本身预言了:时空在大爆炸奇点处开始,”《时间简史》第八章。
  
   这同我们通常所理解的大爆炸是不同的,我们总是想象在一个已经存在的空旷的空间里,在时间的某一刻,一个巨大、密集的物质团爆炸了,从而产生了今天的星系。这主要是因为我们在绝对时间的宇宙观里长大,那无边无际的空间和没头没尾的时间观念对我们的影响实在是太大了。要理解霍金所描述的宇宙的开始状态,必须去除无限空间和时间的概念。这是一个非凡的解释,也就是说,在宇宙开始的那一刻,空间和时间都不存在,宇宙的开端是一个“无”的状态!这也正是《老子》中所说的:“无、名天地之始”(第一章)“天下万物生于有,有生于无” (第四十章)。原来《老子》所说的“无”就是这种真正的无,不仅一无所有,而且时间和空间都是“无”。老子在《道德经》的开篇就斩钉截铁地宣称“无,就是天地的开始”。这同霍金的模型所推导出的宇宙的初始是完全一致的。
  
   但上述的模型还存在一个问题,就是用广义相对论虽然可以解释大爆炸以后不断膨胀的宇宙,但不能解释宇宙的开端,既大爆炸时宇宙的状态。正如霍金所说:“广义相对论只是一个不完全的理论,它不能告诉我们宇宙是如何开始的。因为它预言,所有包括它自己在内的物理理论都在宇宙的开端失效。”宇宙的开始点在广义相对论中是个奇点。奇点就象是大街上丢失了盖子的井,有些不协调,有些不和逻辑。如果说,在大爆炸以后,宇宙便依照一定的规律而自然演变,而这一非常有规律的演变竟是起源于一个毫无规律可言的起点,这似乎有些说不过去。由于在极早期宇宙中有过这样一个时刻,那时宇宙是如此之小,密度又是如此之大,此时的宇宙以基本粒子为主。于是,霍金想到了二十世纪的另一个伟大理论,量子力学。因为量子力学就是研究小尺度范围内基本粒子之间相互作用的成功理论。将量子力学引入到由相对论负责研究的大尺度引力问题,进而创建了量子引力论,霍金成功的描述了包括宇宙开端的宇宙演化过程。《时间简史》第五章中对量子引力论有详尽描写。我们在这里可以不用去理解太多的物理学术语,我们只需要知道以相对论和量子力学为基础,霍金成功地解释了1929年哈勃所发现的正在膨胀的宇宙,并依照其膨胀速度将宇宙推演到它的起始点。这样一来,我们可以说宇宙就是基于相对论和量子力学的宇宙。相对论和量子力学基本原理就是宇宙的基本原理。于是绝对时间宇宙观失效了。首先,宇宙空间不是无限的,在100多亿年前的那个起点上,宇宙空间的尺寸为零;在大爆炸之后,宇宙一直处于膨胀之中,宇宙空间的尺寸一直在变大,今天的宇宙尺寸已经是相当大了,但它只是浩瀚的,并不是无限的!其次,我们所熟知的时间不是无始无终的,它从100多亿年前的那个起点处开始,并有可能终结。
  
   在绝对时间宇宙观失效之后,进一步所发现的宇宙符合量子力学和相对论。而量子力学和相对论中分别有一个基本原理,那就是不确定性原理和光速恒定原理,他们就成为了霍金所描绘的宇宙的特征。而《老子》之中有关不确定性原理和光速恒定原理的描述将使人大开眼界。量子力学中的不确定性原理是,一个基本粒子的位置不确定叫△S;速度不确定叫△V;质量叫m;这三个参数不能为零,只能混在一起来说,三者的乘积要大于等于普郎克常数。当基本粒子的内秉质量为零时,就成为了光,而光遵守光速恒定原理,即不管观察者运动多快,他们应测量到一样的光速。
  
   《老子》第十四章中有这样的描写:“视之不见,名曰夷;听之不闻,名曰希;搏之不得,名曰微。此三者不可致诘,故混而为一。”(看它不到叫夷;听它不着叫希;抓它不住叫微。这三个不可能追究到底,所以要混而为一)。这简直就是不确定性原理的文言版。虽后老子说:“其上不皎,其下不昧。”(它上面不亮,它下面不暗),多么形象地描述的微观粒子的不确定性。“绳绳兮不可名。”(纷纭不绝无法命名),还记得光的波粒二重性吗?量子力学论证微观粒子和光一样也具有二重性,只不过微观粒子有质量,而光没有质量,所以对于微观粒子也是“名可名,非常名。”所以也就绳绳兮不可名了。然后,“复归于无物,是谓无状之状,无物之象,是谓惚恍。”(当它归于没有质量,就是无状之状,无物之象,就叫惚恍)。当基本粒子的内秉质量为零时,如上面所说,此时的基本粒子就是光。因此,“无状之状,无物之象”就是对光的描述,光的典型特征是波粒二重性,波是象、粒是状,光波没有质量,所以是无物之象;粒子无法确定其速度和位置,所以是无状之状。但老子并没有给它起名叫“光”,而是叫“惚恍”,惚恍是光一闪一闪的状态,光的闪烁意味着光的传播,对了,惚恍是光速!在物理学家们的发现中可以得知恒定的是光速而不是光本身。而后老子描绘了“惚恍”的特点:“迎之不见其首,随之不见其后。”(迎着它看看不到它的前头;跟着它看看不到它的后面)。老子所描述的惚恍与物理学家描述的光速(不管观察者运动多快,他们应测量到一样的光速)有异曲同工之妙。到此为止,老子在第十四章中完全精辟地阐述了不确定性原理和光速恒定原理。但是这并没有结束,老子接着说:“执古之道,以御今之有。能知古始,是谓道纪。”(用自古就有的道,来观察、理解今天的存在,可以理解宇宙的初始,这种方式叫做“道纪”)。而霍金就是利用自古就有的原理(不确定性原理和光速恒定原理),来观察、理解今天这个正在膨胀的宇宙,从而推导出了宇宙起始点。
  
   现在让我们完整的读一遍《老子》中包含了宇宙基本规律即不确定性原理和光速恒定原理,并将这种以道观今而知古始的方法命名为“道纪”的第十四章:
  
   视之不见,名曰夷;听之不闻,名曰希;搏之不得,名曰微。此三者不可致诘,故混而为一。其上不皎,其下不昧。绳绳兮不可名,复归于物。是谓无状之状,无物之象,是谓惚恍。迎之不见其首,随之不见其后。执古之道,以御今之有。能知古始,是谓道纪。
  
   霍金确定了解释宇宙的物理学定律,而且从理论上是成功的,量子引力学很好地解释了今天这个正在膨胀的宇宙。但是,霍金还需要一个证据,就如同当年,爱因斯坦预言光线偏折从而验证空间弯曲一样。霍金想到了一个办法:那就是象宇宙之初那样的物质高密度点可能存在于我们今天的宇宙之中,他把这种物质高密度点称为“黑洞”。黑洞的特点是物质被高度挤压而存在于一个极小的尺寸里,(如果黑洞的质量和一座山差不多,却被压缩成万亿之一英寸亦即比一个原子核的尺度还小!),而在这个尺寸里有巨大的引力场。正如《时间简史》第六章中所描述的:“一个质量足够大并足够紧致的恒星会有如此强大的引力场,以致于连光线都不能逃逸——任何从恒星表面发出的光,还没到达远处即会被恒星的引力吸引回来。”《时间简史》第二章中所描述的:“坍缩的恒星在自己的引力作用下被陷入到一个区域之中,其表面最终缩小到零。并且由于这区域的表面缩小到零,它的体积也应如此。恒星中的所有物质将被压缩到一个零体积的区域里,所以物质的密度和空间——时间的曲率变成无限大。换言之,人们得到了一个奇点,它被包含在叫做黑洞的空间——时间的一个区域中。”
  
   这样的高密度点,也就是黑洞,在时空之中是个奇点。它同宇宙之初的状态类似,时空在黑洞处不是连续而平坦的。黑洞的密度如此之高且尺寸如此之小,使得时空在这里弯曲并终结。如果有一个宇航员胆敢冲向黑洞的话,他完结的不仅是身体,他的时空也虽之终结。由于黑洞与宇宙之初大爆炸时的状态类似,如果能在今天的宇宙里找到这样的黑洞的话,就意味着有关宇宙之初大爆炸的推测是可信的。但是黑洞的引力是如此之大,以至于连光线都不能逃逸。在黑暗的宇宙中找黑洞,正如霍金所说:就如同是在煤库里找黑猫。
  
   进一步的研究使霍金看到了希望。到了二十世纪七十年代,对黑洞长时期的思考使霍金得出了“黑洞不是这么黑”的推测。霍金认为,由于黑洞的大引力场的作用,在黑洞的边界处应该时时刻刻发生着粒子从无到有,再从有到无的过程。也就是说在黑洞的边界处不时凭空诞生一对对正粒子和反粒子,而这些粒子都很短命,它们产生后便找到它们的伴侣并与之相湮灭。但是有些反粒子不慎掉进了黑洞,与它相伴的正粒子找不到相互湮灭的对象,从而有可能逃逸到太空之中。于是人们有机会观测到这些逃逸到太空之中的粒子,于是人们也就有机会找到黑洞。关于粒子从无到有,再从有到无的推测是巧妙的,也并不是毫无根据的,如今在高能加速器中就可以创造这样的过程。不仅如此,《老子》中对从无到有,从有到无的描写也异常精彩。《老子》第一章中是这样写的:“常无,欲以观其妙;常有,欲以观其徼。此两者,同出而异名,同谓之玄。玄之又玄,众妙之门。”(常从“无”来观察事物的奥妙;常从“有”来发现事物的边界。“无”和“有”两者是一回事,而名字不同,和在一起叫“玄”,玄之又玄,是一切变化奥妙的关键)。那什么是玄之又玄呢?玄是无和有的总称,“玄之又玄”就是“无和有再无和有”,就是从无到有,再从有到无。正粒子和反粒子在黑洞边界处的诞生与湮灭就是“玄之又玄”。通过正粒子和反粒子的“玄之又玄”从而使一些正粒子变成了“有”而逃逸到太空之中,使人们可以观测到它,并通过它而得知黑洞的存在,进而通过黑洞的存在证实宇宙诞生时的状况。霍金通过“玄之又玄,众妙之门”的方法成功地演绎了“黑洞不是这么黑”的推测,而随即他的推测即被证实。2500年的时空好象并不遥远,老子的“玄之又玄”在霍金的演绎下变得一点也不“玄”了。
  
   到现在,我们看到了许多《时间简史》与《老子》共通之处,但这些还不够。《老子》第二十一章的描写更是惊人。“孔德之容,惟道是从。”(大“德”的样子,只能通过“道”来解释)。老子在本章的开始先描述了“道”与“德”的关系,为了描述最高层的“德”必须从“道”入手。那什么是“道”呢?“道之为物,惟恍惟惚。”(“道”是什么呢?只是恍只是惚)。还记得惚恍吗?第十四章中的那个惚恍阐述了光速恒定原理和不确定性原理,在这里老子更加清楚地告诉我们“道”就反映在这个惚恍身上。而后老子继续描述惚恍:“惚兮恍兮,其中有象;恍兮惚兮,其中有物。”这是对光的波粒二重性的又一次精彩描述。“惚兮恍兮”是光的一种状态,“其中有象”,象是虚的,虚的是波;“恍兮惚兮”是光的另一种状态,“其中有物”,物是实的,实的是粒子。然而,这并不算结束,接下来的更是另人瞠目结舌:“窈兮冥兮,其中有精,其精甚真,其中有信。”窈是小,冥是暗、是不那么黑,其中有精华,这精华是非常真的。是不是很眼熟,对了,这里描写的是黑洞!“黑洞的特点是物质被高度挤压而存在于一个极小的尺寸里”,难道不是“窈”吗?“黑洞不是这么黑”,难道不是“冥”吗?“物质被高度挤压”,难道不是“其中有精,其精甚真”吗?不仅如此,老子还说:“其中有信。”有什么信,当然是宇宙初始的信息。霍金不就是通过黑洞的存在而证实宇宙诞生时的状况的吗?接下去老子自己给出了解释:“自今及古,其名不去,以阅众甫。吾何以知众甫之状哉?以此。”从今可以推知远古,那个宇宙诞生的真相一直存在,用来了解万物的本始。最后老子非常肯定地告诉我们:我是怎么了解万物的本始的状态的呢?以此。
  
   也许2500年的时空距离在黑洞的边缘处根本就不算距离。更好的解释是,世界的运行之“道”原本就在那里,真正是“自今及古,其名不去”。无论是2500年前的老子从人的规律通晓了天的规律;还是今天的霍金用试验的手段,通过观测了解了天的规律,最后殊途同归,共同归结到真正的“道”上面。
  
   让我们再一次回顾《老子》第二十一章:
  
   孔德之容,惟道是从。道之为物,惟恍惟惚。惚兮恍兮,其中有象;恍兮惚兮,其中有物。窈兮冥兮,其中有精;其精甚真,其中有信。自今及古,其名不去,以阅众甫。吾何以知众甫之状哉?以此。
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