自近代科学兴起以来,科学主义成为人类探索未知世界的一种重要思维方式,带来了人类对自然界更多层次、更深入本质的理解和基于人类需求更为全面的改造,逐步使人类迈入现代工业文明、信息文明。然而,科学主义在带来社会进步的同时,也带来了人类在与自然界的关系中对自我地位不切实际的拔高。人类根据自身需要和利益动机,在不断“祛魅”的过程中认识和改造世界的同时,也带来了深重的生存危机:对人类生存所处的自然和社会环境无节制的索取,加重了现代人的生存困境。同时,在科学知识探索的过程中,某些理论范式的支持者容易将其所信奉的科学理论绝对化,在面对未知世界时以绝对的口吻否定其他竞争理论。本文以关于宇宙起源的两种相互竞争的理论“超弦论”与“奇点论”为例,说明不同科学共同体在解释世界时的理论选择过程中,起主导作用的更多是科学共同体对待未知世界的态度。面对未知世界和人类知识的边界,我们需要抱有一份敬畏:对自然和生命的敬畏,在谦逊中寻求知识的突破和创新,这才是严谨的科学求真态度。
奇点论
现代宇宙学中的奇点论,源于1927年勒梅特(Georges Lemaitre)提出的宇宙起源于一个致密的“原点”以及大爆炸模型的构想。此后,一系列有关科学发现被科学界广泛接受,如宇宙红移现象、大爆炸残留背景辐射、3K氦丰度等,逐渐证实了大爆炸模型。“奇点论”认为,宇宙起源于约138亿年前一个体积无限小的“奇点”(singularity)的爆炸。在“奇点”状态,时空还不存在。在爆炸后1/1043秒的时间后,宇宙温度高达1032K,密度达1093kg/m3。量子和重力的量子效应开始涌现。普朗克时间是最短的时间间隔单位,也是时间最早的时刻。在后续膨胀的过程中,宇宙不断降温。在宇宙诞生后1/1035秒,宇宙统一的力发生了分裂,引力被分离出来释放出巨大的能量,导致宇宙以指数形式暴涨,在1/1032秒内膨胀1078倍。然后,宇宙的暴涨又平息下来,在冷却后逐渐形成第一批物质粒子(夸克、电子、光子、中微子和反物质孪生子)。随后,宇宙继续冷却,形成质子和中子、宇宙的基本元素和稳定的原子。
1935年,钱德拉塞卡(Subrahmanyan Chandrasekhar)找到了“奇点”出现的机制。如果一颗巨大的恒星耗尽自身燃料后,由于不能平衡自身重力,物质会向内塌陷,导致时空塌缩,为“奇点”的存在提供了理论支撑。1965年,彭罗斯(Roger Penrose)在理论上证明,超大质量的恒星燃尽后会在自己的引力作用下坍缩,其表面积最后会缩小到零,“奇点”就会出现,这一理论被称为“彭罗斯定理”。霍金指出,在“彭罗斯定理”的约束下,宇宙最后也会坍缩为一个“奇点”,这也意味着,宇宙里时间一定有开始,或一定有结束,或既有开始又有结束。但霍金不愿意承认宇宙有一个最初的开始,而宁愿相信宇宙是无始无终的永恒存在。这种对物理世界起源的基本信念不仅是一个科学问题,而是与霍金的价值观密切相关。为寻找支持自己价值观的宇宙起源理论,霍金及其科学共同体开始寻找一个更完备解释自然的理论。
超弦论
1984年,格林(Michael Green)和施瓦兹(John Schwarz)提出了“奇点论”的替代性方案——“超弦论”。格林在《宇宙的琴弦》一书中写到,“弦理论是对标准宇宙模型的修正,以一种至今无法说清楚的方式让宇宙有一个最小尺度,宇宙在最初时,弦理论中的所有空间是完全对称的,都蜷缩成一个多维的普朗克尺度的小宇宙……宇宙所有基本粒子都是振动着的一根闭合的弦”。“超弦论”的优点是融合了广义相对论和量子力学及其超对称结构,回答了有关自然界最基本的物质结构和力的原初问题。
“超弦论”认为,弦是最基本的宇宙结构,可以在最微观水平上解释宇宙,而“奇点论”中“虚无的无穷小点与无限能量的统一”是无法用理性解释的。其实,科学和哲学的发展具有高度的内在统一性,是具有内在一致性的人类理性根据不同方法论研究不同研究对象的结果。“科学的哲学化和哲学的科学化”或许会成为未来科学与哲学融合发展的途径。根据“奇点论”,我们可以把宇宙整体演化的时空分为两个阶段:普朗克时代后产生量子时空阶段和普朗克时代前的“时空”阶段。对于普朗克时代前的“时空”是类比说明,因为在此阶段,“奇点”实现着自身从宇宙演化最初到普朗克时代的“展开”和“运动”,以某种类时空的方式进行着。很明显,这两个阶段的时空是不同性质的。人类的概念、思维框架、认知体验都是在量子时空中的总结与思考,从未见识过普朗克时代前的“时空”中物质的演化情形。但我们也不能因此否认“奇点论”,因为没有经验、无法理解并不等于客观不存在。若因人类生命、见识和理性的有限,就否定界限之外的存在,这也不是科学探索应秉持的理性严谨的态度。
支持“超弦论”的科学共同体提出了对大爆炸标准宇宙模型完备性的严重批判。其一,标准模型无法解释引力的来源,不能把引力包括进来。其二,标准模型不能描述与解释基本粒子质量、电荷及宇宙常数等恒常参量的特殊性。所以,在持“超弦论”观点的科学家看来,“奇点论”似乎已经被淘汰。但换个角度看,此类发难有些是“超弦论”自己也面临的困境,有些则可以从宇宙演化的不同运动阶段通过转换思维来解释。关于宇宙起源的两种理论之争,很可能不单是一个科学问题,而更多是一个哲学问题,需要人们转换自己传统看待世界的思维框架和态度。
谦逊态度与心智革命
基于库恩(Thomas Samuel Kuhn)的科学革命理论,在常规科学的研究中,科学工作者会在某一规范所规定的界限明确的领域内工作,通过惯常且熟练使用的理论解决大量现实问题,这会使其误认为所坚持或使用的理论对于解释世界而言具有真理性。即使有个别反常存在,也不会影响某一科学共同体的基本信念。在此过程中,科学共同体的集体心理逐渐发展出一种独断论的真理观,对知识边界和未知世界的态度逐渐走向封闭。只有当反常案例被认为特别严重,挑战着原有规范的基本原理,同时新兴理论又“顽固”地拒不屈服于常规科学而为消除反常不断努力时,科学共同体才会重新思考新理论的可能性。长期满足于现有科学范式的共同体,容易形成封闭性的“惰性思维”和“自满态度”。在库恩看来,当原有科学共同体最终不得不放弃旧范式而选择新范式时,似乎经历了一场心灵基本信念转换的“改宗”行为,这是一场心智上的革命。
站在科学技术史的角度来看,有大量谦逊态度助推人类知识边界突破的例子。从统治人类认知体系的托勒密“地心说”,到哥白尼革命的“日心说”,再到现代宇宙学观测到太阳系处在宇宙边缘而否定“地心说”和“日心说”;从牛顿绝对时空观,到爱因斯坦相对论时空观,再到量子时空观;从曾因“光的波动性”本质与“粒子性”本质争论不休,到数百年后科学共同体普遍接受光本质的“波粒二象性”……在相对论与量子力学的争斗中,爱因斯坦坚信宇宙的确定性,认为“上帝不掷骰子”,并排斥拥抱不确定性的量子力学,但最后两个学派不得不放下由“一大堆”科学证据支持自己学派而带来绝对真理代言人傲慢的态度,开始从对方学派的角度理解自然界,放弃真理代言人的身份,谦虚地承认了相对论与量子力学在各自领域内的有限合理性。
人类面对现实物理世界“先入为主、非此即彼”的强逻辑思维框架和基本信念,一次次被科学发现所冲破。当科学理论面临人类知识边界时,我们需要“自知其无知”的谦逊求真态度和哲学思维进行突破与创新。自然一次次提醒人类,谦逊的态度与开放的心灵才是认识未知世界的法宝,才能真正带来人类知识领域的长足进步。
(本文系国家社科基金重大项目“信息哲学的历史、现状和未来”(18ZDA027)阶段性成果)
(作者单位:西安石油大学马克思主义学院)
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