奇点——循环宇宙的逻辑起点

李青燕

(福建师范大学公共管理学院,福建福州 350007）

奇点
——循环宇宙的逻辑起点

李青燕

(福建师范大学公共管理学院,福建福州 350007）

文章从宇宙大爆炸的起点疑难出发，依据宇宙观测的新证据，论述了宇宙在时间上既无起点也没有终点.从最小的物质构成到最大的宇宙形成两个方面说明宇宙自然的逻辑前提，认为在可理解宇宙的概念下，大爆炸是循环宇宙的逻辑起点.

奇点 逻辑在先 循环宇宙 可理解宇宙

1 宇宙大爆炸的由来及其疑难

1.1 宇宙大爆炸的由来

1917年，爱因斯坦(Albert·Einstein)在广义相对论中用引力研究宇宙时，发现宇宙时空不是平坦的，而是弯曲的，引力越大，曲率越大，在曲率无限大时，时空为零，这就是所谓宇宙奇点.这样，宇宙应该是从奇点膨胀起来的.爱因斯坦以为自己的理论有纰漏，便在他的方程中加一项常数，使宇宙保持静态[1].

1922年，苏联物理学家和数学家亚历山大·弗里德曼（Alexander Friedman)却根据广义相对论的原本内容，提出了膨胀宇宙的预言.

1929年，哈勃(Hubble)发现宇宙在不断膨胀，证实了弗里德曼的预言.

1931年，比利时物理学家乔治·勒梅特(Georges Henri Joseph Eduard Lenautre)提出，宇宙开始于一个“原始原子”.

1946年，前苏联物理学家乔治·伽莫夫(George Gamow)进一步提出，宇宙是由物质密度无限大、温度无限高的火球——“宇宙蛋”迅速膨胀起来的.

1964年，彭若斯(R·Penrose)初步证明了一个奇性定理，该定理是说真实的物理时空一定至少存在一个奇点.史蒂芬·霍金（Stephen William HawK－ing认为:“彭罗斯理论适合于整个宇宙;而且，如果将时间反演，宇宙是从奇点开始.”

1970年，他们共同论证，宇宙过去必须有一个大爆炸奇点.

1981年，古斯(A·Guth)提出宇宙极早期暴涨的思想.

1998年，Ia超新星爆发的观测研究发现宇宙正在加速(而非减速)膨胀.

据此，“正确的物理概念和图像应当是宇宙时空处处都在膨胀，在足够大的尺度上各处都是一样的，并没有任何一处是特殊的宇宙或爆炸中心;在非常大尺度上，宇宙时空中的物质分布是均匀的和各向同性的.“这一根本假设就是通常所谓的宇宙学原理，它原本带有相当程度的哲学意味，现在已经为若干重要观测事实所支持.”[2]

1.2 大爆炸的疑难

那么，这种宇宙起源于奇点的说法有什么问题呢?宇宙的奥妙远远不是人类所能完全理解的，因此达不到推演法的第一个要求;而推演法的第二个要求，即得出的理论要正确而普适于宇宙.即便是在广义相对论已经是目前我们所已知的最好的引力理论的条件下,也不可能完全达到.即使霍金提出了有界无边的宇宙模型，但是在奇点处，一切科学定律都失效了，连时空概念本身也失效了.这些发现对于科学来说无疑是一场灾难.

1981年，宇宙学家纳里卡 (Jayant Narlikar)以《果真有过大爆炸吗》为题提出，大爆炸宇宙学不是大尺度宇宙的唯一模型，“奇点”的物理意义就是一次创造世界的行为.他认为，宇宙“奇点”就是“整个宇宙的体积为零，事实上现在是说，在零时刻的一次巨大爆炸中，整个宇宙突然出现了.但是，这个大爆炸是怎样发生的?为什么这个时刻发生?在这以前又怎样?在以前物质存在吗?还是物质产生于这次大爆炸?如果是后者，那么物质是怎样在明显违背能量守恒定律的情况下产生出来”.[3]宇宙从无中创生的问题使得科学家们不得不从相对论的困惑中求助于量子力学.然而霍金指出:“今天，科学家按照两个基本的部分理论——广义相对论和量子力学来描述宇宙.可惜的是，这两个理论不是互相协调的，它们不可能都对.当代物理学一个主要的努力，即是寻求一个能将其合并在一起的理论.我们还没有这样的新理论，要获得这个理论，我们可能还有相当长的路要走.”[4]

2 逻辑起点的定义及其对宇宙大爆炸的适用性

综合宇宙大爆炸的疑难，实际就是利用宇宙学已有成果，避其矛盾之处;本文认为大爆炸奇点既不是宇宙的起点也非终点，而只是宇宙不同阶段的“过渡”.这个循环过程如下:奇点——白洞(大爆炸)——星系的演变——黑洞——奇点.在认识论上，奇点只是宇宙大爆炸的逻辑起点.

2.1 逻辑在先与时间在先

正如黑格尔所说:“自然在时间上是最先的东西.”[5]从感性意识来看，“自然才是第一性的东西，直接的和存在的东西.”[5]因此，从逻辑上来说，“绝对的东西却是理念;这种绝对的东西是终极的东西，真正的开端.”我们必须要把“逻辑在先”与“时间在先”两个概念严格区别开来.作为一个体系，这一点是很重要的，从绝对理念出发最后复归于绝对理念，这个绝对理念既是一个终点，同时又是一个起点，整个黑格尔哲学就是一个圆圈.胡塞尔（E· Edmund Husserl)也认为:“认识并不仅仅是完全依靠顺序相续产生的，它们在逻辑关系中相伴出现，它们相互产生于对方，它们相互”肯定“，相互证明，仿佛在相互加强它们的逻辑力量.”[6]上述讲的循环宇宙便是一种“否定之否定”的体系，而在奇点上，“时间在先”毫无意义，自然在时间上不能再往前追溯了，这一点在下一节将会得到阐明.

2.2 宇宙循环理论简介

普林斯顿大学天文学教授保罗·斯坦哈特(Paul Steinhardt)与剑桥大学教授尼尔·图罗克(Neil Turok)共同提出了新的观点.他们指出，宇宙是处于不断循环的过程中.如今的宇宙是在上个宇宙的尘埃中诞生.“大爆炸并非空间和时间的起点，而只是宇宙的两个不同阶段中间的过渡.当宇宙从膨胀转为收缩，星云将转而向宇宙中心移动.运动速度因万有引力而增加，温度将升高.宇宙中的万物因而将逐一消灭.先是人类，然后是地球，原子以至基本粒子，所有质量都将转化成辐射.频率增高，温度达到高限.此时另一次大爆炸爆发，宇宙则完成了一个循环.”[7]科学家介绍说:“他们的这一新理论的框架来自于弦论.弦论的基本内容是，宇宙物质已知是由各种极小粒子组成，但因为人类受到物理实验精度的限制，实际上并无法测定出这些粒子是否真的是无限小的点.科学家假设这些粒子是极小的弦，然后据此描述基本物理定律.弦论能解释其他基本理论无法解释的物理现象，被认为具有广阔的发展前景.”[8]按照粒子物理学的新成就在宇宙学上的应用:“在大爆炸时，能量是高限，时间是低限，也就Planck时间.当能量降低，宇宙的寿命将逐渐增长.当能量趋近于低限时，宇宙达到寿命的中点.而后宇宙由膨胀转为收缩，宇宙将持续下半生直到另一次大爆炸爆发，从而完成一个整循环.”[9]这是作为整体的宇宙的循环这不仅仅是一个重复上一段历史的循环，而是开启了一段全新的历史.我们面对着的整个自然界形成一个体系，即各种物体相互联系的总体”，恩格斯在《自然辩证法导言》中这样抽象概括了宇宙整体以后指出:“无限时间内宇宙的永远重复的连续更替，不过是无限空间内无数宇宙间同时并存的逻辑的补充.”[10]

2.3 大爆炸是循环宇宙的逻辑起点

霍金说:“宇宙具有多重历史，每一个历史都是由微小的硬果确定的.”[11]其实这也充分表明了宇宙演化的非线性特征.由于宇宙系统本身的非线性作用始终存在，宇宙会有许多可能的状态，即所谓宇宙多重历史的存在.根据不确定性原理，宇宙在极早期阶段出现的细微的差别，可能导致不同的宇宙演化史.每一重宇宙史都必然有一个起点，这个起点不定是时间在先，因为在那一点上时间是否存在还是一个悬而未决的问题.在这一意义上，我赞同奥古斯丁(Augustine)的观点:“世界不是在一定时间中产生的，而是随着时间的产生而同时产生的，在世界存在之前并没有时间存在.”[12]

如果我们能够从最小的物质构成到最大的宇宙形成两个方面说明宇宙自然的逻辑前提，自然也就说明了居于二者之间所有事物存在的逻辑前提.这可能需要从宇宙早期的暴涨才能更好地说明.而据宇宙观测已得到了如下重要结果:

(1)我们宇宙的总Ω值标记为Ωtot满足0.98≤Ωtot≤1.08，这表明我们生活在一个具有临界密度的宇宙中;

(2)在宇宙年龄为1 min时，大爆炸核子生成所产生的原始氘素的观测值和宇宙微波背景辐射表明宇宙能量密度的重子贡献ΩB＝(0.024±0.0012)h-2.各种独立观测所得的h值范围为h＝0.72±0.07，所以ΩB≈0.04～0.06.这些观测计算了所有的重子.结合到先前的讨论，可以得到结论，我们宇宙的绝大多数能量是非重子的;

(3)包括星系旋转曲线、星系团质量估计、引力透镜和星系巡天研究在内的一系列观测都指出，宇宙中存在不发光的物质分量——暗物质(DM)，它们很可能是大质量弱相互作用粒子 (WIMPs).这一分量的贡献ΩDM≈0.45;

这一些结果都说明，从最小的物质，到可观测到的最大宇宙，均有一个存在的逻辑前提，它们可能作为宇宙暴涨产生的“副产品”，它还产生了演化为恒星、星系和星系团以及宇宙中的其他结构的种子.这个前提只能是大爆炸的奇点.之所以不是先后的时间顺序，“是在该点上“普朗克时”不能往前再进行追溯(亦即大爆炸后的10～43 s)从科学的观点看，寻找这种问题的答案选得毫无意义.正如经常使用它们时的，尽管“之前”、“先前”或者“先行的”被认为是一种定义相当准确的时间用语，但是与此形成鲜明的对照的是，一旦涉及前述的t＝0前发生过什么事情的问题，这些语词就变得含糊不清了.事实上这是一个虚假的文图:它理应被搁置在一旁而不应该被用来启发人们去寻求答案.”[13]

3 结论及展望

我们的宇宙可以具有“奇点”，但这个“奇点”是我们未知的过去的宇宙的终点.我们的宇宙同样有一个创生和消灭的过程.从哲学角度理解，它既不是唯一也不是永恒，而是无限演化着的宇宙的一个链条和环节.但是，奇点是不能经验到的，只能恰当运用人类的理性得到.只有本质直观的抽象才能产生“普遍有效的性质的确定性”，而“直观和对自身被给予之物的把握就是最后的根据，这是绝对的自明性”[14]正如爱因斯坦断言的:各种概念“都是思维的自由创造”，它们不能从感觉经验中归纳地得到”这里有一条“逻辑上不能逾越的鸿沟”.[15]

我所理解的“宇宙”一词并非是一个实体，一个具有先于宇宙论模型所赋予的概念特性而存在的结构的实体.米尔顿（K.Munitz)总结说:“作为一个整体的宇宙的概念之随着宇宙论模型本身的建构而产生.描述宇宙作为一个整体的可理解的宇宙是人类理性的一个创造，是创造性的想象、语言和思想的一种产物.宇宙作为一个整体的概念和描述其特性的可理解的结构构成了一个组织模式，用来解释观测资料，并对远在可观测领域之外的四维时空做出判断和推论，不惜实现假定在所有的探究之前(t＝0)就有一个物体、实体、或总体，具有一组特性和结构.”[13]高明的研究者通过建构、试验、和对参加的宇宙论模型的评估才实现了对现行宇宙观的超越.因此，可理解的宇宙的概念，其历史是与技术、社会结构以及人类不同文化时期的思维模式的重大变化相适应，未来的人类对宇宙肯定会超越现行的宇宙观.

[1]中国自然辩证法研究会天文学专业组编.天文学和哲学[M].北京:中国社会科学出版社,1984.

[2]Peebles P JE.Principles of Physical Cosmology[M].Princeton N J:Princeton University Press，1993:7.

[3]纳里卡.果真有过大爆炸吗[J],自然杂志,1982(5):336.

[4]史蒂芬·霍金.时间简史[M].长沙:湖南科学技术出版社，2005.

[5]黑格尔.自然哲学[M].梁志学译.北京:商务印书馆，1980.

[6]胡塞尔.现象学的观念[M].倪梁康译.上海:上海译文出版社，1986.

[7]Barrow JD.Eternity is Unstable[J].Nature,1978,276:453-459.

[8]Page D N.Matter Annihilation in the late Universe[J].Physical Review(D)，1981,24:1458-1469.

[9]何国柱.理量的极限原理和循环宇宙[J].中国科学G卷:物理学、力学、天文学，2007，37(6):758.

[10]恩格斯.自然辩证法[M].北京：人民出版社，1971:23.

[11]史蒂芬·霍金.果壳中的宇宙[M].吴忠超译.长沙:湖南科学技术出版社，2002:67.

[12]奥古斯丁.忏悔录卷十一[M].周士良译.北京:商务印书馆，1981:239.

[13]米尔顿·穆尼茨.理解宇宙——宇宙哲学与科学[M].徐式谷译.北京:中国对外翻译出版公司，1997.

[14]爱因斯坦.爱因斯坦文集:第3卷[M].许良英，赵中立译.北京:商务印书馆，1979.

[15]爱因斯坦.爱因斯坦文集:第1卷[M].许良英，李宝恒译.北京:商务印书馆,1976.

Big Bang,a Logical Starting Point for Cycle Universe

LIQing-yan
(Institute of Public Administration,Fujian Normal University,Fuzhou Fujian,350007)

This paper,for the starting point of the Big Bang from a difficult start,by observing the universe based on new evidence,discusses at the time the universe has neither beginning nor end.Consist ofmaterial from the smallest to the largest two aspects of the universe was formed in the logic of the premise of the natural universe.We believe that under the concept of the intelligible universe,big bang,the universe is a logical starting point for cycle.

singular point;logical priority;cycle universe;the concept of fhe intelligible universe

P159.3

A

〔编辑 李海〕

1674－0874（2010）02－0093－04

2010-01-06

李青燕（1982-），男，厦门海沧人,硕士，研究方向:宇宙学史和宇宙哲学.