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绚丽多彩的宇宙——天文学与高新技术
1.7.3 3.真实的无中生有

3.真实的无中生有

对无的认识深度以中华文化为最,也是中华哲学之根本,如不翼而飞、视而不见、有生于无、过犹不及等等成语,唯有中国人才造得出来。今天的科学一而再、再而三地证实了我们的世界的确是从无中创造出来的。

世界上的问题,无论是物理的、化学的、生物的、社会的等等,若要刨根问底,追踪索源,最后都要归结到一个相同的问题,即时间、空间是从何而来?武汉有个归元寺,寺内有副对联讲:归元无二路,方便有多门。指的是万物归结为一个元一条路。由于在过去5000年,科学无法解释这个问题,于是神学家就理所当然地占领了这块阵地,正如圣经中所说:某些人对上帝创造天地之前说三道四,上帝对那些胆敢追究如此高深命题的人,准备好了地狱。宇宙、世界、万事万物都只能是上帝或神创造的。20世纪80年代,物理学家开始正视这个问题,英国物理学家霍金、美国宇宙学家林德都认真研究了这个开天辟地的创生问题,并从简单的模型入手进行了定量的研究,结果令人振奋,它与中华的哲学思想如此吻合,不能不使我们为先祖先哲们的光辉思想所折服,并感到骄傲与自豪。

其实,世界上从无到有的事物比比皆是,如人在世界上原来是不存在的,后来在一定条件下在我们这个星球逐渐演化而成,有机体在宇宙中原本也是不存在的。在宇宙演化的特定阶段,在电闪、雷击条件下合成的,又如基本粒子的质量如电子的质量,原本也是没有的,是在零质量粒子与真空相互作用后产生的……

宇宙从何而来,实际上指时空从何而来。我们关于时间的日常经验,是通过事件的演化运动来量度的:地球引力下摆的运动、阳光在日晷上的影子随地球自转移动、铯原子的振动等都是测量时间的依据,大爆炸最初时刻的非常条件下,时间的本质也会有非常的现象,牛顿的时间是超越事物独立于空间的,称为绝对时间。爱因斯坦的时空有根本不同,它与物质的运动有关,宇宙中不存在优先的记时方式,谁都没有直接测量过时间,只能是测量某些物理变化的速率。

霍金和哈特尔提出宇宙的原始量子状态无时间概念,那时时间与空间变得不可区分。正因为如此,它也避免了起始状态的奇点,没有初始问题,而边界条件十分简单,宇宙是没有边界的。微观世界中,时常要用到无时间的概念,例如粒子穿过势垒时,它处在势垒中(隧道中)的运动就是无时间概念的运动,在势垒外部,粒子是一个振荡型的波,有经典运动对应,而在势垒中,粒子是一个衰减的波,没有经典的对应,是一个非时间的运动。

宇宙由无创生,是否违反能量、角动量及电荷守恒三大自然定律。情况是十分乐观的,因为有充分的实验和理论依据,宇宙的总能量等于0,总角动量等于0,总电量亦为0。事实上,如果宇宙具有角动量,那么在最大的尺度上,膨胀就兼有转动,遥远星系退行的同时,还应有移动并且有更灵敏的东西指示这种转动,由于沿旋转轴方向的膨胀比其他方向慢,微波背景温度应比其他方向高,然而实际测量表明差异在十万分之一以下。这表明即便有旋转也只有膨胀速度的一万亿分之一。宇宙即便有角动量也几乎为零。爱因斯坦的引力理论有一个惊人的结果:如果宇宙是封闭的,其整体电荷一定等于零,否则电的力量要破坏引力维系的平衡。最后,能量怎么也是零呢,这是因为尽管质量永远具有正的能量,但质量与质量之间的引力作用产生负的势能,引力定律确保了宇宙中所有质量之间的引力势能,必定与每个质量的相关的正能mc2总和大小相等,符号相反,总的结果准确等于0!因此,宇宙从无创生并不违反守恒定律。