爱因斯坦广义相对论绽放百年有感

作者:田时塘来源:中华励志网 2015-04-29

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当代欧美思想史大家斯特龙伯格教授热情洋溢地写到“20世纪初,乔伊斯的杰作《芬尼根守灵夜》,就文字运用的精彩绝伦而言举世无双,与因斯坦物理学恰成双峰对峙,都难以逾越。”1915年11月25日绽露的“引力场方程”(通称广义相对论),实为爱因斯坦奠基的现代物理学宫殿中最璀璨的明珠。她的横空出世,把欧洲科技界,特别是天文物理数学领域自哥白尼时代激发出来的探索宇宙奥秘之热情引入到一个波澜壮阔、高潮迭起的新纪元。正如探源博大精深中国哲学,如果不洞悉《周易》;寻找宇宙运行规律,如不明察爱因斯坦广义相对论引力理论,同样不可思议。

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1905年,26岁的爱因斯坦以专利局最普通职员的身份,创立了光量子假说,解决了牛顿以来经典物理学无法解释的光电效应,(因此获得了1921年诺贝尔物理学奖);同年5月他发表论文《论动体的电动力学》,独立完整地提出狭义相对性原理,物理学史称1905年为“爱因斯坦年”。此后,爱因斯坦倾注16年心血,孕育、催生了广义相对论理论,将其研究推向了难以超越的巅峰。爱因斯坦还第一个肯定光的波粒二象性,奠基量子力学诸多重大科学发现。爱因斯坦不仅是继伽利略、牛顿以来最伟大的物理学家,还是著名的国际反法西斯战士,也是人类核安全的积极推进者。爱因斯坦是《时代周刊》1999年评选的“世纪伟人”之一。

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20世纪20年代末,英国天文学家爱丁顿的实验成果(在太阳外缘发现了恒星位移大小在0.9秒到1.8秒间,这与爱因斯坦广义相对论理论的预言完全相符)鼓舞玻尔、玻恩、泡利、德布罗意、海森伯、薛定尔、狄拉克等一大批顶级科学家,众人拾柴点燃了量子力学之火,迎来了物理学的“黄金年代”:爱因斯坦殚智竭虑,志在建立描述引力和电磁力的统一场论;量子力学的日臻完善在已发现的引力、电磁力、强力(原子之间的作用力)、弱力(质子电子之间的作用力)四中力中,提出了将电磁力和弱力统一的标准模型。伴随着宇宙“大爆炸”理论的提出和宇宙辐射背景物质等一系列验证,以及调和广义相对论和量子力学“无穷大问题”的弦理论的成长。似乎人类已能摸到了大自然的命脉,离解开宇宙的神秘面纱的“终极理论”只有一步之遥!

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从物理学“黄金年代”以降的发展,笔者联想到了近代大哲学家雅斯贝斯在其历史哲学代表作《历史的起源和目标》中创造的”轴心期说”,公元前800-200年发生的精神过程标志人类历史正处在一个轴心时期,公元前500年是它的高峰期。此阶段中国诞生了孔子、老子、庄子、墨子等各派思想家;当时的印度佛陀时代,不可知论、唯物论、诡辩论、虚无主义等哲学学派都得到了发展;在伊朗,袄教提出了挑战性的观点,将世界视为善与恶的斗争。巴勒斯坦出现了以利亚、以赛亚等先知,希腊涌现了荷马、赫拉克利特、柏拉图等贤人哲士。所有这一切几乎是同时而相互隔绝地在中国印度和西方产生。

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直到近代,人类一直靠轴心期所产生、思考和创造的一切而生存。每一次新的飞跃都回顾这一时期并被它重燃火焰。似乎轴心期解决了人类认识上的所有问题。也有中国学者提出在人类文明的第一个轴心时代,中国圣人们思考的是治国和强国问题,希腊贤者们思考的是人和自然的范畴。春秋战国之后,中国开启了1500年的辉煌时代。与此同时罗马帝国盛极而衰之后,欧洲在黑暗中度过了千年,西方在第二轴心时代,文艺复兴、启蒙运动、工业革命和资产阶级革命把欧洲推向现代社会快速发展轨道。没有出现第二个轴心时代的中国印度等国则衰落了。由此看来,一个轴心期、两个轴心期都解决不了人类认识和发展的全部问题,也许还有很多轴心期,新的轴心期必有新的时代特征,必是人类思想的大碰撞,大融合,迎来的必将是人类文明大发展。人类几千年没能把自身整明白,更何况对复杂万倍的自然呢?

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宇宙是天地人三大系统的完美统一,从认识自然规律和人类自身两个方面看,充其量人类刚刚解开了解自然宇宙全部奥秘的序幕。从科学层面看,不到500年历程的现代科学,所有的理论都是在一定的限定条件下产生的。科学理论不是真理,是一个自洽的体系,是对自然非常有限的认识、感觉和描述。就广义相对论理论而言,它是基于一个假设,时空中某一点上的物质密度和动量的变化等同于该点空间形状(曲率)的变化,同时假设该点空间只有弯曲没有扭转。在众多限定条件下创立的理论和理论的组合,怎么可能对自然对象乃至宇宙达到全面精准的把握?正如爱因斯坦自己所说“我感到我的工作中没有任何一个概念会牢固地站得住脚,我也不敢肯定我所走的道路一般的是正确的。它肯定会被一个新的理论所取代……我相信深化理论的进程是没有止境的。”笔者认为从发展的观点,现有所有理论广义相对论、量子力学、弦论、超弦论等等都是偏离、狭理、甚至谬理,都将随着人类认识自然水平的不断提高而改进、甚至彻底颠覆。

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从哲学的层面看,且不说宇宙,与地球几十亿年的历史相比,人类几百万年的历史演变,有史以来的几千年历史,第一轴心期2500年以来的历史,科学突飞猛进几百年的历史。后者与前者相比,都太短太短。人类要把地球系统搞明白,尚需漫长时日,人类探索太阳系、银河系、宇宙,更是处在蹒跚起步阶段。人类文明的进程从大陆文明、海洋文明、太空文明、宇宙文明乃至宇宙外文明,还要多次大跃进、大变迁。人类对自然、对宇宙的认识远没有达到盲人摸象的境界。玄谈建立“终极理论”,就要解开宇宙奥秘,更是可乐之极。人类的发展离不开科学发展,但科学也是把双刃剑。20世纪物理学带给我们诸多享受的同时,不是也在人类头上悬了一把“核毁灭”的达摩克利斯之剑吗?更广泛地看,近几个世纪来,人类的贪欲借助科技力量,对自然界巧取豪夺,缔造出了五彩缤纷的繁荣。同时,把养育人类、正当青春年华的人类地球母亲折磨得满目疮痍:清洁的水源受到污染;大气中二氧化碳急剧增加;地下水源和资源接近枯竭;原始森林遭到乱砍滥伐;大量水土流失,荒漠化日益扩张;大量物种濒临灭绝等等。地球生态环境严重恶化,生态系统可能遭受灭顶之灾。自然界正在愤怒地反击:洪涝、干旱、沙尘暴、雾霾、地震、台风、冰雹、泥石流等开始恣行无忌。事态发展关乎人类未来,不可不察!中国梦的实现要靠实施创新驱动发展战略,科技创新是关键。深化科技创新,要有大胸怀、大视野、大魄力和大举措。但也要谨防被一些西方国家吹的玄之又玄的所谓“大科学”项目所误导,我们财力有限,要把钱用在刀刃上。冷战期间,美苏“星球大战计划”恶拼,殷鉴不远。

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还是让我们走进魂牵梦萦、生机勃勃、无与伦比、无边无际的宇宙。她离人类是如此之近,我们就在她博大温暖的怀抱里;离我们又是如此的遥远,我们无法想象她的头、手、脚在哪里?是什么力量雕刻琢磨出美轮美奂的宇宙?在宇宙中万物中:大到上百万光年的星系,小到千万亿分之一的基本粒子;快到以光速漂移的星云,慢到我们围着银河系绕个圈费时几亿年;最热的星体表面热到20多万度,有的星云长年冷到零下几百度,岂止是冰火两重天;生物有雌雄,物质有反物质、暗物质,能量又暗能量;黑洞、白洞还有虫洞;有红移还有蓝移;——宇宙的琴弦奏出了这千姿百态、色彩斑斓的精美统一。人类何以拨动宇宙的琴弦?

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再回首迄今人类科技描述的粗中有细、温柔的宇宙,其中星系的运行精密度与机械钟表有一比。宇宙天文学家从“大爆炸”以来的宇宙历史研究,发现宇宙中一组精确的常数,如果其中一个略有变化,很可能就没有地球和人类的存在。第一个数,大数N(10的36次方),它是把原子结合在一起的静电力和原子间的万有引力之比。第二个数ε(0.07),它表明在恒星内部发生的核聚变过程中转化成能量的质量比例,即只有0.7%的参与核聚变的质量转化成了能量。如果ε是0.06宇宙中就无法形成足够含量的碳和氧,如果ε是0.08,宇宙中就无法存在氢元素,水也就不存在。因此,无论ε偏大或偏小,那样的宇宙中都不会有我们人类。第三个数是宇宙常数Ω。第四个数是λ,爱因斯坦的静态宇宙模型中的“宇宙项”,代表“宇宙斥力”。第五个数Q,它的大小是十万分之一,它描述星系之间引力束缚在一起的结实程度。第六个数是我们生活在其中的这个世界的空间维度D(3)。这6个数的大小十分敏感地影响着宇宙的进程,如果其中任何一个出现失调,就不会产生恒星和生命。由此可见,宇宙对我们人类是多么的厚爱有加。所以,自古人类对天(宇宙)抱有感激和敬畏之情。“天人合一”乃中国传统文化之精华,我们探寻自然宇宙的奥秘,正是为了同自然更和谐相处。“兴天下之利,除天下之害” 体现出中华民族源远流长的博大胸怀。我们在经历“靠天吃饭”“听天由命”“挑战自然,战天斗地,改造自然”的实践和反思后,“尊重自然、顺应自然、保护自然的生态文明理念”已成为共识。

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在结束本文时,想到了恩格斯在谈到十六世纪欧洲文艺复兴时曾经说过,这“是一个需要巨人而且产生了巨人——在思维能力、热情和性格方面,在多才多艺和学识渊博方面的巨人的时代。”(《自然辩证法·导言》)。在庆祝广义相对论百年华诞,缅怀爱因斯坦那一代及有史以来为推动人类文明做出伟大贡献的科学先哲们之际,我们期待并有足够的理由相信,在中华民族伟大复兴征程上必将涌现出更多像李冰、蔡伦、张衡、祖冲之、郭守敬、 李时珍、李四光、华罗庚、邓稼先、钱学森、陈芳允、陈景润、王选等一样杰出的中国科学巨匠。新一代科学大师们科技创新实践结出的丰硕成果,将带给我们久违了的人类科技创新领跑者的自豪,将带动中国整体科技水平产生历史性的质的飞跃,也是流淌着创新基因的中华民族对人类文明发展的一份新贡献。

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(作者系战略学报科技顾问、研究员)

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