张孟弛:宇宙学概论


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宇宙学   
张孟弛  

  
  
  张孟弛 著
  
  目 录
  
  前 言
  
  第一章 宇宙的现状
  
  第二章 宇宙的本原
  
  第三章 宇宙的规律
  
  第四章 宇宙中的神秘事物——时间
  
  第五章 宇宙中的必然关系——因果
  
  第六章 宇宙中的神奇能力——认识
  
  前 言
  
  本书主要探讨三个问题:一是宇宙的现状,即宇宙现在的状况是怎样的?二是宇宙的本原,即宇宙原本的状况是怎样的?三是宇宙的规律,即宇宙本原是怎样变化到了宇宙现状?我们只有把这三个问题都弄清了,才可以说完全认识了宇宙,宇宙学也才算最终完成了任务。然而,人类截止目前探讨最多的是宇宙的现状,对宇宙本原和规律的认识仍处在起步阶段。此外,本书还要探讨宇宙中的三种事物:神秘的时间、必然的因果和神奇的认识。在我们的生活中,恐怕没有哪种事物像时间那样一方面与我们联系得如此密切,另一方面我们认识得又如此模糊。因果可谓是我们最为坚信、也是对我们最具制约力的一种关系,可自英国哲学家休谟对其必然性提出质疑后,还没有人给予强有力的回应。在宇宙的所有事物中,让人最惊叹、也最难认识的莫过于认识自身了。尽管人类对自我认识能力的认识已取得了相当大的进展,但我们还是不大清楚对宇宙三个基本问题的认识究竟是如何一步步实现的。
  
  我们所以要认识宇宙,那是因为我们受到了求知欲的驱使,就如同我们进食是受到了食欲的驱使一样。我们是宇宙的创造物,宇宙在创生我们的同时就将求知欲赋予了我们。对于宇宙赋予的求知欲,我们只能尽心尽力地去满足它,如此便会得到幸福的奖励,否则便会受到痛苦的惩罚。
  
  宇宙所以要我们认识它,那是因为我们认识它就是在运行宇宙的规律。宇宙以复制的方式创生了我们,因此它也就会把我们作为复制的工具来使用。宇宙的复制包括繁殖和进化,其中,繁殖是宇宙个别成员的独自或合作复制,进化是宇宙所有成员的合作复制,而复制就是所谓的宇宙规律。繁殖的事所有生物都在做,但进化的事目前则只有我们人类能做,因为一种生物在产生更高等的生物后,就丧失了继续进化的能力,换句话说,进化的使命永远都是由所有生物中最高等的生物来承担的,而我们人类就是目前最高等的生物。我们人类的进化就表现为在求知欲驱使下通过认识宇宙生成更高等的生物。
  
  张孟弛
  
  2013年3月10日于郑州
  
  第一章 宇宙的现状
  
  【本章提要】
  
  所谓宇宙,是指所有存在的事物。人类对宇宙现状的认识是循着两条思路进行的:一条是天地万物由哪几种成分合成,这几种成分又有怎样的特性和关系;另一条是天地万物分为哪几类事物,这几类事物又有怎样的结构。
  
  宇宙现状中的事物概括起来无非两种:空间及其结构。所谓空间,是指三维广延这种形态的事物。宇宙中的实物和虚空都是空间。从这个角度看,不是虚空中有各种实物,而是排列着不同的空间;不是实物在虚空中运动,而是空间在交换位置。所谓空间的结构,是指空间在数量、范围和性质上的差异和关系。宇宙空间在数量上的差异为序数不同,关系为相互吸引;在范围上的差异为有外限无内限、无外限有内限和有外限有内限,其中,无外限有内限的空间只能有一个,关系为同限相斥,异限相吸;在性质上的差异为阳性、阴性和中性,关系为同性相斥,异性相吸。天体的自转和公转就是天体相互吸引和排斥的表现。
  
  在讨论宇宙问题之前,我们必须首先弄清宇宙的概念。在我国先哲那里,“宇”和“宙”是两个不同的概念,“宇”指空间,“宙”指时间。战国时期的尸子说:“上下四方曰宇,往古来今曰宙。”(《尸子》)庄子说:“有实而无乎处者,宇也。有长而无本剽者,宙也。”(《庄子·庚桑楚》)我们所说的宇宙,是指所有存在的事物。在这个宇宙定义中,“存在的事物”是最根本的内涵,因为凡事物必定存在,不可能有不存在的事物,事物不存在也就是对事物本身的否定;“所有的事物”是最广泛的外延,因为没有哪个事物能够超出所有,无论是已知的还是未知的,主观的还是客观的。可见,这样的宇宙才是我们认识的终极对象,我们只有完全认识了它,才算最终完成了认识的任务。
  
  我们对宇宙现状要认识的,是宇宙现在的事物。但严格意义上讲,我们不可能认识宇宙现在的事物,而只能认识宇宙过去的、甚至还是过去不同时间的事物。这是因为,我们对宇宙事物的认识起始于各种感觉,各种感觉又起始于各种感觉器官接受宇宙事物的信息,其中,视觉器官接受的宇宙事物信息占80%以上,而宇宙事物信息又是通过光传递给我们的视觉器官的,尽管光的传播速度快到了每秒30万千米,但它把宇宙事物信息传递给我们的视觉器官也还是需要时间的,且宇宙事物离我们越远,传递所需要的时间也必定越长,可我们没有任何理由认为宇宙事物在其信息传递期间不会发生变化。
  
  当然,理论上讲我们能够认识宇宙过去同一时间的事物,那就是根据宇宙事物距离我们的远近,相应地调整我们接受它们信息的时间,以使我们接受到的所有事物信息都是在过去同一时间发出的。举例来讲,假如天体A距离我们30万千米,天体B距离我们60万千米,天体C距离我们90万千米,那么我们在T时接受到天体A的信息后,分别再等1秒和2秒钟去接受天体B和天体C的信息,如此认识的就是这三个天体在T时前1秒钟的状况。但这种方法用于接受宇宙所有天体的信息就是不可行的了,因为仅就人类目前所认识的宇宙范围来说,即从距离我们最近的地球,到距离我们约200亿光年的天体,我们要想接受所有天体与其中地球同时发出的信息,就必须要等待约200亿年的时间,而这显然已超出了人类求知欲的忍耐极限。再说,按照太阳将在65亿年后进入红巨星阶段而吞噬地球的预测,也远远超出了人类生命可能延续的时限。对于这个问题,我们的确想不出什么好的解决办法,至少就人类目前的智慧而言是如此。但如果我们不想因此就放弃对宇宙事物的认识的话,那就只好把宇宙过去不同时间的事物姑且当作现在的事物去对待了。
  
  人类对宇宙现状的认识是循着两条思路进行的。一条思路是:天地万物由哪几种成分合成,这几种成分又有怎样的特性和关系。中国古人在这条思路上找到了金、木、水、火、土五种材质,即所谓的“五材”。《左传·襄公二十七年》中说:“天生五材,民并用之,废一不可。”《尚书大传》中说:“水火者,百姓之所饮食也;金木者,百姓之所兴作也;土者,万物之所资生。是为人用。” 接着,中国古人又进一步探讨“五材”的特性、运动趋向以及相互关系,从而形成了所谓的“五行说”。“五行说”相继经历了“五行自性说”、“五行相杂说”、“五行相胜说”、“五行相生说”和“五行生胜说”五个阶段。“五行自性说”出现在夏代,认为五材各有其特性和运动趋向。《尚书·洪范》中说:“五行:一曰水,二曰火,三曰木,四曰金,五曰土。水曰润下,火曰炎上,木曰曲直,金曰从革,土爰稼穑。润下作咸,炎上作苦,曲直作酸,从革作辛,稼穑作甘。”意思是说,五行指的是水、火、木、金、土五材所代表的五种特性和运动趋向。水性润物而向下,火性燃烧而向上,木性可曲可直,金性可熔铸改造,土性可耕种收获。润物而向下是咸,燃烧而向上是苦,可曲可直是酸,可熔铸改造是辛,可耕种收获是甘。西周晚期出现了“五行相杂说”,认为五材相互结合可以产生万物。《国语·郑语》中说:“夫和实生物,同则不继。以他平他谓之和,故能丰长而物生。若所同稗同,尽乃弃矣。故先王以土与金、木、水、火杂,以成百物。”意思是说,和谐可以不断地产生事物,同一则不能使事物继续产生。把不同的事物结合起来并使之达到平衡就叫做和谐,所以和谐能够使事物丰长而继生。如果把相同的东西加合在一起,那用完了也就没有了。所以,过去的帝王用土和金、木、水、火相互结合而去制造万物。春秋末期出现了“五行相胜说”,即认为五材之间存在相互制约的关系。《左传·哀公九年》中说:“水胜火,伐姜则可。”《左传·昭公三十一年》中说:“火胜金,故弗克。”《白虎通义·五行》中说:“五行所以相害者,天地之性。众胜寡,故水胜火也;精胜坚,故火胜金;刚胜柔,故金胜木;专胜散,故木胜土;实胜虚,故土胜水也。”战国初期出现了“五行相生说”,即认为五材之间存在相互促生的关系。《孙子兵法·虚实》中说:“五行无常胜。”《春秋繁露·五行对》中说:“天有五行:木、火、土、金、水是也。木生火,火生土,土生金、金生水。” 战国末期,“五行相胜说”与“五行相生说”结合而诞生了“五行生胜说”,即认为五材之间存在此消彼长的关系。《汉书·律历志》中说:“?牺继天而王,为百王先,首德始于木,故为帝太昊。……以火承木,故为炎帝。……黄帝氏作。火生土,故为土德。……少昊曰清。清者,黄帝之子清阳也,是其子孙名挚立。土生金,故为金德。……颛顼受之,乃命重黎。苍林昌意之子也。金生水,故为水德。”
  
  古希腊人在这条思路上收获了与中国古人几乎相同的东西。泰勒斯认为,水是万物的原质,万物都是由水构成的。阿那克西美尼认为,万物的原质不是水,而是气。气稀薄时为火,凝聚时为水,再凝聚为土,最后凝聚为石。赫拉克利特认为,火是万物的原质,因为任何事物都像火焰一样,是由其他事物的死亡而诞生的,用他的话说就是:“一切死的就是不死的,一切不死的是有死的:后者死则前者生,前者死则后者生。”(罗素著:《西方哲学史》上卷,商务印书馆1963版〔下同〕,第69页)恩培多克勒认为,宇宙万物由水、火、土、气四种原质以不同比例混合而成,这四种原质因爱而结合,又因恨而分离。亚里士多德进一步发展了“四原质”说,认为地上万物由水、火、土、气四种原质构成,而天体则由第五种原质构成;地上原质的自然运动是直线,天上原质的自然运动则是圆周;水是湿和冷的组合,火是干和暖的组合,气是湿和暖的组合,土是干和冷的组合;火是绝对的轻,土是绝对的重,气是相对的轻,水是相对的重。亚里士多德的这一观点统治了西方整个中世纪。
  
  与中国古人不同的是,西方人还循着这条思路进入了幽深的微观世界。古希腊的留基波和德谟克利特在公元前460年首次提出了原子的概念,他们相信天地万物都由不可再分、也不可毁灭的原子合成。英国科学家道尔顿在1808年发表的《化学新体系》中系统阐述了原子论。1899年,英国物理学家汤姆生在研究阴极射线时发现了电子,1903年提出了“西瓜式原子结构模型”,打破了原子坚不可分的传统观念。英国物理学家卢瑟福在1906年通过α粒子散射现象发现了原子核,1911年提出了“行星式原子结构模型”,并在1913年盖革和马斯登的试验中得到了证实。1919年,他又发现了自己所假设的质子,1920年又提出了中子的设想,并在1932年由查德威克予以了证实,从而进入了原子核的内部。此后,各种轻子和介子在高能实验室里纷纷现身,以致物理学家连名字都来不及给它们起。接下来,数学原理又认定,像中子和质子这样的重子以及介子都由更小的微粒──夸克构成。直到这时,科学家才开始停下脚步反问自己,轻子和夸克是否就是人类要找的基本粒子,甚至有人对是否真有基本粒子这种东西提出质疑。德国理论物理和原子物理学家海森伯(Werner Karl Heisenberg, 1901~1976 年)就说:“可以说,我们相信有基本粒子是一种偏见。……我们经常问:‘这物体由什么构成?较小粒子在较大物体中的几何或力学组态怎样?’实际上我们总是回到了德谟克利特的哲学;但我想现在我们已从狄拉克那里懂得了:这是个错误的问题。”(海森伯著:《物理学和哲学》,商务印书馆1981年版,第185~186页)
  
  人类认识宇宙现状的第二条思路是:天地万物分为哪几类事物,这几类事物又有怎样的结构。在人类的视野中,最抢眼的莫过于空中的天体和地上的生物了。对于天体之间的结构,人类相继形成了“天地说”、“地心说”、“日心说”和“等级说”。
  
  起初,人类凭借有限的感知能力,认为天空是穹隆的,其上日月穿行,星辰闪烁;大地是平坦的,其上山峦叠嶂,江河奔流;天空就覆盖在大地之上。这就是所谓的“天地说”。
  
  中国约萌发于商周之际、形成于战国时期的“盖天说”认为:“天圆如张盖,地方如棋局。天旁转如推磨而左行,日月右行,随天左转,故日月实东行,而天牵之以西没。”(《晋书·志第一·天文上》)然而,(点击此处阅读下一页)

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