科学的逻辑

作者:碳原子516

古代的人类活动范围非常有限,而且被地理环境分隔在不同的地方,他们印象中的世界几乎都是天圆地方。之后人类中的少数智者确认了球状的地球并测量出了地球的大小,甚至观测了行星的运动。很长一段时期内,他们认为太阳系就是宇宙的全部,在这样的认知基础上,他们发展出了一套和这样的宇宙观协调自洽的理论体系,直到哥白尼的出现,将我们从宇宙的中心解救出来。

纵观人类的历史,很难相信遥远的星星竟然会对历史的走向和转折产生如此重大的影响。哥白尼的理论明确的告诉世人,不仅以地球中心说为基础的天文学是需要改进的,而且与地球中心说相关的一切逻辑上自洽的理论都是需要质疑的。世界还是那个世界,但是人的观念变了,所以一切也都不同了。哥白尼学说的自然推广就是要告诉人们,夜晚的恒星是和太阳一样的天体,之所以不动,仅仅是因为离我们太远了。因此,哥白尼将人们的视野从太阳系扩展到银河系。

可以说,哥白尼革命为后来的开普勒行星三定律、牛顿万有引力及广义相对论的建立打开了大门。然而天文学的哥白尼革命并没有结束,围绕着天文学的一个基本问题:星星离我们到底有多远展开的探讨与摸索,一次次扩充着我们的认知,刷新着我们的世界观。

早期测量恒星距离的方法是用视差法,可以测量几百秒差距范围内的恒星,哈勃发现了一种通过造父变星的光变周期测量恒星距离的有效方法,可以测量更远的恒星距离。他得到了两个重要的结论,第一个是许多看上去像颗恒星的星体实际上是与银河系相同数量级的星系,它们的距离远远超出了银河系的直径,因此将人们的视野从银河系扩展到总星系,而第二个结论是这些河外星系总是在远离我们,而且远离的速度与离开我们的距离成正比,它告诉我们宇宙是在膨胀的。爱因斯坦因此放弃了静态宇宙模型,大爆炸标准宇宙模型也逐渐建立并羽翼丰满起来。但事情并没有结束,天文学家们又找到了新的量天尺:Ia型超新星。它得出的图像又一次扭转了宇宙在人们心中的形象,宇宙并不是减速膨胀,而是在加速膨胀,这就要求我们不得不在爱因斯坦场方程中添加一个宇宙项或作类似的其他修正。

哥白尼革命仍在继续,一些天体物理学家在弦理论的指引下相信宇宙不止一个,而是存在数量庞大的平行宇宙群体,我们的宇宙只是其中之一。而一些量子论物理学家在埃弗莱特多世界解释的影响下,也相信存在数量庞大的平行宇宙,埃弗莱特的多世界解释拥有丰富的内涵,并没有表面上看起来那么不靠谱。

从以上天文学的发展历史来看,可以发现一些有意思的事情。人们认识中的宇宙尺度与深度与当时的观念之间总是存在某种内在的联系,确切点说就是伴随着认识的不断深入,人们在宇宙有没有中心的问题上摇摆不定。早期的人们认为地球处在世界的中心,后来认为太阳是宇宙的中心,宇宙学原理提出后才认为宇宙没有中心。量子论的哥本哈根诠释建立之后,观察者又回到了宇宙中心的地位,而与之竞争的多世界诠释又把观察者从宇宙中心解救出来。

哥白尼革命告诉人们,宇宙中存在大量的恒星系统,如果存在大量的行星,那么在某个行星上随机出现原始生命并不断进化的可能性是很大的。可是当以广义相对论为理论基础,众多近代天文学观测数据为实验基础的大爆炸标准模型建立之后,人们发现,这个模型的演化对一些基本物理常数非常敏感,如果光速、普朗克常数或者电子质量等有微小的改变,宇宙的演化就面目全非,也就不可能产生人们赖以生存的太阳系,而且科学家们并不知道这些基本物理常数为什么会是这些数值。这样的局面显然让自然科学家们很不舒服,因此许多人寄希望于平行宇宙的假设,因为如果存在大量平行宇宙,那么这些特定的基本物理常数的取值也不过是随机事件,我们只是恰好处在这样一个宇宙中,而其他宇宙具有不同的物理常数。事实上最初人们并不欢迎平行宇宙这个概念,因为很难验证,但似乎是理论的发展逼迫人们接受这个观念,在逻辑自洽性原则的基础上,科学家们小心的排除了大量的可能性,平行宇宙几乎成了唯一的可能。这让我们想起了福尔摩斯的名言:当你把所有的不可能都排除掉,那么剩下的无论多么离奇,那必定是真相。

我们不知道逻辑在多大程度上是可靠的,也不知道在假说越来越难以验证的今天,这些假说又有多少真实的成份,但这些都阻挡不了我们探索更大更宽广世界的脚步。