“道”与宇宙生成论

第一节 “道”与宇宙生成论

在世界上最早提出宇宙生成论的,是中国的道家学说。老子在《道德经》中指出:

天下万物生于有,有生于无。

道生一,一生二,二生三,三生万物。

老子的这段论述实际回答了宇宙生成的三个问题:宇宙由何而来?万物如何生成?初始的条件怎样?尽管老子当时对这三个答案没有作出严密的科学论证,只是对宇宙现象的一种理性直觉,带有很强的模糊性,但是它从哲理的高度勾勒出了清晰的框架,揭示了宇宙的生成过程。

宇宙由何而来?老子的解答是:“有生于无”。老子这个观点被现代科学家所接受并加以论证。1927年,比利时天文学家和宇宙学家勒梅特经过长期天体观察,首次提出了宇宙大爆炸假说,认为“宇宙并非永恒存在,而是从虚无创生”,它是由一个致密炽热的奇点于137亿年前一次大爆炸后膨胀形成的。1929年,美国天文学家哈勃根据这个假说,提出星系的红移量与星系间的距离成正比的哈勃定律,并推导出星系都在互相远离的宇宙膨胀说。1946年,美国物理学家伽莫夫正式提出了宇宙大爆炸理论,认为宇宙由大约140亿年前发生的一次大爆炸形成。

万物是如何生成的呢?老子提出了生成的四个阶段,这四个阶段也被现代科学家一一证实。第一阶段:“道生一”,即由“无”到“有”,宇宙形成出现。所谓“无”,根据大爆炸宇宙论,宇宙形成之前是一大片由微观粒子构成的均匀气体,以中子、质子、电子、光子和中微子等基本粒子形态存在,即由暗能量组成。这些存在混沌一体,没有任何形状。第二阶段:“一生二”。这些暗能量堆积,一阴一阳互相冲突,致使密度及热度不断增高,不断地膨胀,最终导致宇宙大爆炸。宇宙爆炸之后,温度和密度很快下降。随着温度降低、冷却,逐步形成原子、原子核、分子。第三阶段:“二生三”。这些元素复合成为通常的气体,即道家学说中的“气”。气体为“三”。第四阶段:“三生万物”。这些气体向天空方向发展,逐渐凝聚成星云,星云进一步形成各种各样的恒星和星系,最终产生我们所看到的浩瀚宇宙;“三”向天地方向发展,逐渐形成地球上的各种各样的植物、动物、矿物以及人类,最终产生我们所看到的宇宙“万物”。

那么,宇宙万物生成的初始条件是什么呢?这是个难点,即关系到第一推动力的问题。牛顿认为“上帝是第一推动力”,这是牛顿时代科学家的共识。然而,老子认为:“道生一”,“道”才是宇宙形成的初始条件。这个“道”就是“无”。老子说的“无”并不是不存在,而是一种“暗物质”。“暗物质”是一种不可见的物质。老子关于“无”的假设得到了现代科学的证实。

德国物理学家海森伯在《普朗克的发现和原子论的基本哲学问题》[1]一文中说:“化学原先给不同的化学元素中的每一种规定了一个原子类型。而后卢瑟福的实验和玻尔的理论指出,化学家所谓的原子,是由一个核和一个壳组成的。三十年代的核物理学告诉我们,应该把原子核看作由质子和中子组成的一种结构。这样我们终于认识到,三种最重要的基本粒子,即质子、中子和电子,是一切物质的最终组成部分。可是后来的实验指出,此外还有许多其他种类的基本粒子,这些基本粒子和前面提到的那些基本粒子的差别,首先在于它们只能生存很短的时间,因为它们会很快发生放射性衰变,也就是说,转变成另一种粒子。这样,介子、超子被发现了,而且我们现在已经知道,大约有三十种各种不同的基本粒子,其中大多数只有很短的寿命。”海森伯还指出,这些基本粒子处于持续碰撞状态,碰撞的结果不是基本粒子分裂,而是在其巨大动能中产生新的基本粒子,从而能够转变为质量。因此他作出结论:“现代物理学中的基本粒子,完全像柏拉图哲学中的基本粒子一样,能够相互转化。它们本身不是由物质所组成,但却是物质唯一可能形式。能量在它处于基本粒子形式时,在它以这种形式出现时,便变成了物质。”海森伯所说的“基本粒子”,无处不在但又是无形无迹的,实际上就是老子所说的“无”,即宇宙万物生成的“可能形式”。

接着的问题是,宇宙是在什么时候生成的呢?即宇宙由“无”到“有”的“爆炸点”。现代科学提出了“彭罗斯、霍金、爱里斯的奇异定律”。奇异定律引进了量子力学的理论,用新的方法研究,作出科学的设想:在宇宙爆炸之前,可能存在密度、压力、温度和空间曲率为无穷大的超简的物理状态,那是宇宙物质实际演化的开始。换句话说,这就是宇宙的奇点,也就是宇宙时间的开始。但是,爱因斯坦、波多尔斯基、罗森经过反复实验,三人发表《能认为量子力学对物理实在的描述是完备的吗?》,论证了如果有宇宙的奇点,那么只有两种可能:要么量子力学对实在的描述是不完备的,要么存在着一种神秘的超距作用。

英国宇宙学家霍金在上述科学研究基础上另辟蹊径,提出了“宇宙自足”的新的假设。“自足”就是宇宙的初始条件是由宇宙自身决定的。霍金从“无”入手,探讨从没有空间没有时间的状态如何产生出宇宙的空间和时间。霍金在《时间简史》一书中作了论述,其主要内容有两点:

其一,空间、时间有边界。他认为,在一般的条件下,空间和时间一定存在奇点,最著名的奇点即黑洞里的奇点,以及宇宙大爆炸处的奇点。在奇点处,所有定律以及可预见性都会失效。奇点可以看成空间、时间的边缘或边界。只有给定了奇点的边界条件,才能科学地得出宇宙从“无”到“有”的演化。但是这边界条件是什么,科学却无从解释,因而只能设定由宇宙外的造物主所给。于是,宇宙的形成又回到牛顿时代,科学再次困扰于造物主的第一推动力上。

其二,如果空间、时间没有边界,那就无所谓第一推动力了。这就可以用量子力学来解释。量子力学是20世纪初由普朗克、爱因斯坦、波尔等科学家创立的,它的一个重要观点是多宇宙说,即物质总是处于多种状态的叠加态,每一种状态都在各自的宇宙中平行发展。霍金认为,宇宙是量子态的一种基态,空间、时间可看成一个有限无界的四维面,宇宙历史就像地球的模型,人从北极向南极出发,永远不可能走到尽头,因为到了南极又会向北极进发,只不过多了两个维数而已。因此,可以说宇宙没有开端,它是自足的。按照“宇宙自足”假设,宇宙中的所有结构都可归结于量子力学的测不准原理所允许的最小起伏。这样,从一些简单的模型计算,便可以得出和天文观测相一致的推论,如星系、恒星等等的成团结构,空间的平行与时间的平行,以及时间的方向箭头,等等。霍金依据量子力学并综合已有的科学成果后,从他开初的有奇点的设想,最终否定了奇点的存在。

美国物理学家惠勒在宇宙起源上,从另一个科学角度对老子“无”的理念作了探讨,提出了“质朴性原理”。他受宇宙开始于一次大爆炸的启示,认为物理的定律也有一个从“无”到“有”的过程。他说:“爱因斯坦广义相对论的成功,为当代科学开辟了另一个观念:从一个基本的方程将可推知一切。然而,这个概念也碰到了困难,因为它的假设,物理学的方程是被刻在一块坚硬的花岗岩上的,它是万古不变的。实际上,方程本身也是由大爆炸形成的。不仅粒子和场本身来自‘大爆炸’,就连物理定律也来自‘大爆炸’。大爆炸这一建造过程,完全是随机的。就像遗传变异和热力学第二定律一样,并没有一块预先刻定了的物理定律的花岗岩。”[2]惠勒提出物理学上的“质朴性原理”,指出“边界的边界为零”,试图建立“没有定律的定律”的科学理论体系。

现代科学对宇宙起源所作的一系列研究,提出的各种科学假设,及其认识发展、深入的过程,实际上是不断地深化证实老子关于宇宙起源说的假设。正如日本物理学家汤川秀对老子提出的“道可道,非常道”的规律所作的诠释[3]:

在伽利略和牛顿于17世纪发现物理学的新“道”之前,亚里士多德物理学就是公认的概念。当牛顿力学建立起来并被认为是正确的“道”时,牛顿力学就又成为唯一得到公认的概念了。20世纪物理学是从超越“常道”并发现新“道”开始的。今天,这种狭义相对论和量子力学形式下的新“道”已经变成“常道”了,甚至像第四维和几率幅这样奇特的概念,现在也几乎变成惯常的了,找出另一种非“常道”和另一些非常的概念的时间已经到了。如果照此理解,那么老子在二千三百多年前说的这些话就会获得一种非凡的新意。