郭海强：质疑霍金－人类能否最终破解宇宙起源之谜

质疑霍金：人类能否最终破解宇宙起源之谜　　

 郭海强　　

【内容摘要】科学的最基本态度之一就是疑问，最基本精神之一就是批判。对于宇宙起源这个关乎人类终极认识的重大问题，中国科学界、哲学界及思想界不应满足于被动追随西方科学发展的现状，更不能成为西方科学认识的“应声虫”。作为东方文化代表的中国，理应在这个重大问题上通过独立思考及自主创新而发出自己的声音。面对当前国际科学界再度掀起的探索宇宙起源热潮，笔者的结论是：人类不可能破解宇宙起源之谜，这是人类认识的唯一禁区。本文将从常识、科学以及哲学三个层面来展开论证（现先发表常识部分以供网络讨论）。　　

【关键词】宇宙起源 大爆炸理论 宇宙学 相对论 量子论 霍金　　

                          导   言　　

“曰遂古之初，谁传道之？上下未形，何由考之”（屈原·《天问》）？早在两千多年前，中华民族就已经发出了关于宇宙起源的一声“天问”。古今中外，无数人类的智者都曾为了揭开宇宙起源之谜而苦苦思索，亦在神话、宗教以及哲学等领域给出了形形式式、林林总总的假说式“答案”。自二十世纪初爱因斯坦（A.Einstein 1879～1955）创立相对论以来，西方天文物理学界即凭借不断进步的现代科技手段探索宇宙（Universe），力图从科学途径解答宇宙起源之谜。俄裔美国物理学家乔治·伽莫夫（G.Gamov 1904～1968）在1948年创立的“大爆炸理论”广为国际科学界所接受，成为迄今为止影响最大、最具代表性的宇宙起源学说。　　

“我们为何在此？我们从何而来”？2006年6月19日，世界著名理论物理学家、剑桥大学卢卡逊数学讲座教授史蒂芬·霍金（S.Hawking 1942～）出席北京国际弦理论大会并在开幕式上作了题为《宇宙的起源》的报告，随即在中国引发了一股“霍金热”。今年9月10日，欧洲大型强子对撞机（Large Hadron Collider，简称LHC）开始启动，进行为高速粒子对撞实验作准备的全轨道试验。在这项长达12～15年的划时代实验里，科学家们将会让质子和离子加速至接近光速并使其相撞，从而模拟出宇宙大爆炸后一万亿分之一秒内的能量和条件，随后对撞击所产生的残骸物进行细致的分析，以此来探求物质本质的线索，以及自然中新的力量和平衡，力求最终找到所谓的“上帝粒子”——希格斯玻色子以揭示宇宙起源的奥秘。这项实验显示当代粒子物理学的科研成果已经在宇宙演化研究中发挥着重要的支柱作用，国际科学界亦由此再度掀起了一阵探索宇宙起源的热潮。但笔者认为，人类不可能最终破解宇宙起源之谜。“宇宙起源”的成因已经超出了人类认知能力的极限，因而宇宙起源之谜成为人类认识的唯一禁区。本文将从常识、科学以及哲学三个层面来论证这个观点。　　

在这里，笔者需要首先说明一点：本人并非科技工作者，似乎没有资格质疑当今国际理论物理学权威之一的　霍金　教授；但作为一名哲学工作者，研究及探讨宇宙起源问题却是理所当然、不容回避的专业职责。事实上，在人类探索宇宙起源的历史发展进程中，神学、哲学及科学从来都是相互影响而又相互斗争的研究主体。随着相对论、量子力学、基本粒子学说等理论的建立和完善，现代天文学已从以往囿于局部天象的位置观测和运行计算，发展到目前研究天体的物理化学构成以及建立宇宙的整体结构模型。而当代宇宙学所形成的这种关于宇宙的整体研究及其理论体系，已经“不由自主”地演变为立足于实证科学研究基础上的一种哲学探索。而现代哲学也自觉地以现当代科学成果作为研究世界的出发点，从宇宙本体论的研究发展为科学认识论的探索，使得传统的思辩性玄想具有了客观的科学理论基础。肇始于十九世纪中期而在二战后充分发展起来的、以科学作为研究对象的科学哲学（Philosophy of science）,在今天已经成为沟通自然科学与社会科学的学术桥梁。尤其是二十世纪七八十年代期间，许多敏锐的理论物理学家感觉到当代最前沿的西方宇宙学说居然与最古老的东方神秘主义存在“两极相通”的现象，其中美国理论物理学家、系统论专家卡普拉（F.Capra）博士于1976年出版的《物理学之“道”——近代物理学与东方神秘主义》一书堪称此一思潮的代表作。由此可见，科学与哲学这两大学科自亚里士多德之后的分道扬镳转而历史性地殊途同归，在当代形成了辩证综合的、趋于统一的发展局面。　　

鉴此，笔者就宇宙起源问题提出“质疑”，实在不足为奇；又因为　霍金　教授曾经撰写了一本探讨宇宙起源问题的畅销科普著作《时间简史》，亦曾面向中国学界作过《宇宙的起源》的专题报告，自然大有资格成为笔者的质疑对象。通观　霍金　教授的《宇宙的起源》北京演讲，其内容与他于1987年6月在伦敦纪念牛顿《自然哲学的数学原理》出版三百周年会议上所发表的同名演讲大体相同，在理论认识方面可以说并无新意（尽管添加了更多的英式幽默）。当然，笔者丝毫没有以此指责　霍金　教授的意思，在探究宇宙起源这个人类终极认识问题上，二十年的时间变化根本不值一提，只不过在某种程度上反映了世界天文物理学和理论物理学的研究现状而已。但笔者对此提出“质疑”并非针对　霍金　教授本人，而是针对以霍金为代表的当代西方天文物理学界及其宇宙学研究成果。相信任何科学和哲学工作者都会同意，只要属于正常的、规范的思想交流或学术讨论，理应做到科学面前没有权威、真理面前人人平等。　　

在21世纪的今天，除了各个有关学科的专业需要外，我们已经毋须再去分析历史上那些各式各样的宇宙假说，而是将关注及研究的焦点放在当代西方科学的前沿学科——天体物理学、粒子物理学和理论物理学之上。天体物理学是一门通过应用物理学的技术、方法（如分光术、测光术和照相术等观测手段）和理论，研究天体的形态、结构、化学组成、物理状态和演化规律的天文学分支学科（宏观科学）。粒子物理学（又称高能物理学）是一门研究微观世界中比原子核更深层次的物质的结构、性质以及在极高能量下这些物质相互转化及其产生原因和规律的物理学分支学科（微观科学）。而理论物理学则是一门根据物理学的普遍规律，运用数学理论和方法，综合地、系统地阐述物理范畴内有关现象、概念及其应用的物理学基础理论学科。正如　霍金　教授在其演讲内所指出的，爱因斯坦的广义相对论无法预言宇宙如何由大爆炸而形成，如果把广义相对论（宏观学说）和量子论（微观学说）相结合，就有可能“预言”宇宙是如何起始的。可见，当前理论物理学的时代任务就是在综合宏观与微观两方面的科学认识的基础上，就建立当代宇宙结构模型进行科学及哲学思辨。　　

由于历史、文化、资金、科研技术以及理论水平等诸多原因，西方科学界一直执世界近现代科学之牛耳，从而基本上垄断了现代宇宙学的探索和研究，亦把持了关于宇宙起源问题的世界话语权。众所周知，科学的最基本态度之一就是疑问，最基本精神之一就是批判。对于宇宙起源这个关乎人类终极认识的重大问题，中国科学界、哲学界及思想界不应满足于被动追随西方科学发展的现状，更不能成为西方科学认识的“应声虫”。作为东方文化代表的中国，理应在这个重大问题上通过独立思考及自主创新而发出自己的声音。中共中央、国务院在2006年2月发布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006━2020年）》里指出，“增强自主创新能力，建设创新型国家，是一项极其广泛而深刻的社会变革”。“各级领导干部务必站在时代的前列，解放思想、实事求是、与时俱进，全面落实科学发展观，深化改革、扩大开放，大力实施科教兴国战略和人才强国战略，出色完成建设创新型国家的各项任务”。并在基础研究部分的“科学前沿问题”一节里，提出了研究“宇宙的起源和演化”的要求。在具体措施方面，既要充分开展国际科技合作与交流，在高起点上推进自主创新；同时也要大力促进哲学社会科学与自然科学的相互渗透，为建设创新型国家提供更好的理论指导。故此，笔者尝试从否定的立场来讨论宇宙起源问题，希望能为确立关于这个终极问题的科学及哲学认识提供一个新视点。　　

常识：“出师未捷身先死”的夏威夷土著　　

自十九世纪末至二十一世纪初，现代科学在这一百多年的时间里实现了惊人的飞跃式、井喷式、爆炸式发展，其成果之丰、成就之大超过了以往任何一个世界历史时期。这个亮丽的成绩难免使得世界上大多数的科学家沾沾自喜，不仅导致科学主义在社会及思想领域的泛滥，西方天文物理学家甚至发出“知道了上帝的精神”的豪言壮语（1），形成了一个“大跃进”式的、不正常的科学史现象。但科学家们在兴奋之余，似乎轻视、甚至是忽略了宇宙结构所具有的无与伦比的巨大尺度，以及地球人类在这种宇宙巨大尺度面前所无可避免的渺小和局限。事实上，这不过是个常识问题。因此，为了让广大读者也能了解本文的议论性质及思想认识，并积极参与讨论宇宙起源问题，笔者有必要先从人们日常经验之中的“常识”层面说起。　　

由于宇宙结构的巨大尺度，目前人类只能依靠观测各类大小天体所发出的光波或电磁波的间接手段来了解及研究宇宙，而不能进行直接的实地考察。因此，关于宇宙有多老以及有多大的问题，就只能通过观测可发光星系并依循时间的过去方向回溯其运动轨迹而进行估算，这使得宇宙的年龄和宇宙的大小存在着紧密的对应关系。根据美国科学家詹姆斯·皮博（J.E.Peebles）于1994年10月所发表的“大爆炸标准模型”的估算，宇宙的年龄大约为一百五十亿年，此一数据广为世界天文学界所接受。又据1999年9月《星岛日报》报道，美国宇航局埃姆斯研究中心、加州大学伯克莱分校的科学家小组借助哈勃太空望远镜，采用新式的几何测量法对代号为「NGC4258」的河外星系中的造父变星进行了观测，经研究后发现以往采用传统的造父变星测量法所得出的结果有误，宇宙年龄应为一百二十亿至一百三十亿岁之间。如上所述，由于宇宙的年龄与大小存在对应关系，既然宇宙有一百二十亿至一百五十亿岁，那么宇宙相应地大约有一百二十亿光年至一百五十亿光年之大（一光年约等于九万四千六百亿公里）。至于宇宙的形状，至今仍无定论，有说是“蛋形”的，有说是“喇叭形”的，可谓众说纷纭。但宇宙的重量倒是有一个粗略估算出来的数据：在人类目前可见的宇宙范围内，大约有一百亿个类似银河系那样的星系，而每个星系内又有一千亿颗类似太阳大小的恒星，如此推算下来，宇宙的总重量约为10×48次方吨（2）。显然，这个枯燥的巨大数字已经远远超出人类的日常经验之外，对普通人而言根本毫无意义。然而，这个数字远非宇宙质量的全部。近年来，天文学家发现宇宙充满着两种不能发光致使人类看不见的、并和常规物质几乎不发生相互作用的成分——暗物质和暗能量，它们竟然占了宇宙整个物质构成的绝大部分，而科学家们至今对这两种宇宙现象所知极少。据最新的估计，暗能量在宇宙构成中约占75%，暗物质约占23%，人类目前所能感知的常规物质和常规能量只占2%！这意味着我们在未来还可以不断地列出一串串比以上数据还要巨大得多的宇宙尺度。　　

上述各种关于宇宙宏观尺度的巨大数字所反映的宇宙图景，相信任何一个地球人均难以形成确切的概念或实际的感受，这大概就是宇宙学家对其产生轻忽态度的原因之一。但微观世界的数字同样惊人，仅一个成人的脑袋内就大约包含了一百亿亿亿（10×26次方）颗粒子，使得制造能够精确预言人类行为的电脑的企图成为不可能（3）。因此，读者们通过上述的资料介绍，对宏观世界和微观世界的基本情况应能形成一个大致的了解，那么我们也就可以从常识层面展开宇宙起源问题的探讨了。　　

众所周知，“科学”之所以成为科学，是因为具有实证性及可重复性，科学是一门具有实验共性结论的、可重复验证的学问。而一个物理理论能否成为正确的、成熟的理论首须满足两点要求：一个必要条件是这个理论本身不能有逻辑上、数学上以及物理概念上的错误；另一个充分条件是这个理论必须能被物理实验所证明为正确，然后才称得上是“物理理论”。人类要探求宇宙起源之谜，现有的各种假说及理论自然亦必须通过具体实验或实地考察才能获得确证，否则永远属于自说自话的“神话”而不可能成其为“科学”。　　

正如人类在进行了环球航行之后才真正了解“地球是圆的”一样，为了能够真实验证各种宇宙起源假说，首须掌握关于宇宙结构的第一手资料，现在我们就来模拟展开一个前往宇宙边缘以测量宇宙大小的“科学探索”：假设人类已经制造好一艘宇宙飞船准备前往宇宙的边缘进行关于宇宙大小的实地测量，假设这艘飞船拥有如永动机一般无穷无尽的动力，假设里面的人类乘客（也许是由人类制造的、被归类为非人类的‘人工智能人’）拥有自我复制的能力因而能够永生，但这艘飞船仍要飞越至少一百二十亿光年的距离才能抵达目的地。同时，根据爱因斯坦的相对论，除光波以外的任何常规物体都不可能以光速运动（4），那么我们可以将飞船的速度假定为光速的十分之一即每秒3万公里，时速则已达到令人恐怖的一亿零八百万公里（实在想象不出有什么人工材料能够抵受如此高速飞行所产生的极高温而不致烧成微粒）。但相应地飞船抵达目的地的时间就要延长至一千二百亿年，期间还不能发生任何意外而造成停留。但还有一个更要命的事实，就是宇宙每分每秒都在快速膨胀，因此所需时间实在不知还要增加多少倍。这样推算下来，人类可能需要几千亿甚至数十万、数百万亿年的时间才能走到宇宙边缘。对于人类而言，这无论如何都是一个不可能完成的任务，因为即使连宇宙本身也不可能如此“万寿无疆”（既有诞生必有灭亡、既有膨胀必有收缩，否则必然违反人类所能掌握的物理定律）。可见，如果连宇宙边缘都无法抵达，更遑论直接验证宇宙起源假说了。　　

自然规律告诉我们，任何事物都要经过产生、发展、灭亡的历程，地球人类亦概莫能外。与宇宙相比，地球人类作为一个生物种类必然会先于宇宙而消亡，即使未来能够实现太空移民，亦不可能改变这个事实。诚如唐诗所云，“前不见古人，后不见来者”。地球人类既看不到宇宙的开端，也活不到宇宙的终结。譬如有一个生长于夏威夷岛的青年土著，他在第一次出海的时候就不幸遇溺身亡，请问这个夏威夷土著又怎么可能知道太平洋的东岸在哪里？而西岸又在哪里？“朝菌不知晦朔，蟪蛄不知春秋”（《庄子·逍遥游》）。从生物物种的生命周期来看，越是高级的生命形态（如恐龙或人类）对维持生存的外部条件要求更高，因而越容易消亡，其物种生命周期就越短；而越是低级的生命形态（如各类微生物）对维持生存的外部条件要求很低，因而其物种生命周期就越长。换言之，生命周期非常有限的地球人类相对于悠久庞大的宇宙不过是昙花一现的“朝菌”和“蟪蛄”，却妄图凭此微薄的条件去探求宇宙起源的终极问题，只能说是脱离实际的不自量力。“吾生也有涯，而知也无涯。以有涯随无涯，殆已；已而为知者，殆而已矣”（《庄子·养生主》）。　　

让我们再来了解一个显而易见的常识。如上所述，天文学家是依靠观测各类大小天体所发出的光波或电磁波的间接手段来了解及研究宇宙的，而光速仅为每秒30万公里，这就意味着，人类实际上并不能即时了解宇宙的现状及动态。如月亮与地球之间的距离有38万公里，月光照射到地球就约需一又三分之一秒；照此推算，太阳光到达地球需要8分钟，而中国人所熟知的牛郎星需要16年，织女星需要26年，其它那些更为遥远的天体所发出的光到达地球而为我们所能看到则自然需要更多的时间。这个现象说明了什么呢？“当我们看宇宙时，我们是在看它的过去”（5），原来人类科学之中最现代、最前沿的天文物理学其实是一门“宇宙考古学”！　　

因此，古今中外的天文学家不过是在观测各类天体的“虚影”、“残像”（而非实体）来研究宇宙，其原理与考古学家通过发掘、分析地下文物来研究历史别无二致。事实上，考古学家的工作更为靠谱，因为他们手里拿着的起码是实物。但考古学家从不会以为自己已经掌握了古人的全部资料和信息，更不敢宣称已经知道了历史的全部真相。而当代天文物理学的现有技术其实仍然十分低下，实际上与古人的“坐井观天”并无本质差别。西方天文学家在仍有无数的宇宙奥秘仍有待破解的情况下，却自以为是地径直“探索”宇宙起源的终极问题，无异于梦想“一步登天”。当然，在另一方面同样由于宇宙结构所具有的巨大尺度，对于地球人类而言，宇宙还是存在着高度的稳定性，仍然可以据此开展基本的天文学研究工作，这一门可以不断突破、不断证伪的“宇宙考古学”仍有历史性的科学意义及时代性的现实价值。但若企图据此探求宇宙起源之谜，这种既无法验证更不可能重复进行的“科学探索”显然有悖于“科学”的基本原则，因而不是一种实事求是的科学行为。　　

从前有一个人长得矮小丑陋，为此既苦恼又自卑，于是跑去质问他的爷爷：“你为什么把我生成这个样子？我不管，我要你把我生成一个美男子”。爷爷笑了：“傻孙子，你是你爸爸生的，找你爸爸去啊”。孙子跳了起来：“我爸爸就是说他是你生的，才让我来找你这老家伙”。爷爷也生气了：“你这个愚蠢的不孝子！那我自己还有爷爷呢，我爷爷还有爷爷的爷爷呢，我又该去找谁啊”？笔者杜撰的这个寓言告诉我们，后世子孙没有指责远古祖先的资格，更不可能改变或规定祖先的意志。同样道理，人类企图直接掌握宇宙起源的成因，无异于企图规定宇宙的意志和本质，一如那个愚蠢孙子一样无理之极。人类的知识经验告诉我们，如果我们能够直接地、完全地了解一个物体的产生原理或一个事件的来龙去脉，也就等于掌握了把它制造或还原出来的物质条件，譬如制造飞机、案件重演等等等等，这正是科学技术的基本功能。那么人类如果真的掌握了宇宙的成因，岂非能够一如流水线生产那样任意地再造一个乃至N个宇宙？人类岂非因此成为宇宙的统治者与造物主？所以说，孙子不可能生出老子，被造者不可能反向创造造物者（这一原理将在哲学部分展开论证）。换言之，人类不可能完全具备及掌握破解宇宙起源之谜所必需的物质条件，故此人类不可能最终破解宇宙起源之谜，而宇宙起源之谜亦成为人类认识的唯一禁区。　　

                                          08、11、12、　　

注释：（1）见史蒂芬·霍金《时间简史》中文版（许明贤、吴忠超译）156页，湖南科学技术出版社1999年12月出版。　　

（2）见保尔·戴维斯《宇宙的最后三分钟》中文版（傅承启译）51页，上海科学技术出版社1995年9月出版。作者在这里的估算显然将行星以下的各类天体（包括地球）排除于宇宙之外。　　

（3）见史蒂芬·霍金《霍金讲演录》中文版（杜欣欣、吴忠超译）96页，湖南科学技术出版社1999年5月出版。　　

（4）见史蒂芬·霍金《时间简史》中文版（许明贤、吴忠超译）29页。　　

（5）见史蒂芬·霍金《时间简史》中文版（许明贤、吴忠超译）35页。