关于宇宙的五个问题（如何用哲学的头脑）

宇宙图景

当代天文学的研究成果表明，宇宙是有层次结构的、物质形态多样的、不断运动发展的天体系统。

宇宙的层次结构认识行星是最基本的天体系统。太阳系中共有8大行星：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。

除水星和金星外，其他行星都有卫星绕其运转，地球有一个卫星一月球，

土星的卫星最多，已确认的有17颗。

银河系中大部分恒星和星际物质集中在一个扁球状的空间内，从侧面看很像一个“铁饼”，正面看去，则呈旋涡状。银河系的直径约10万光年，太阳位于银河系的一个旋臂中，距银心约3万光年。

银河系外还有许多类似的天体系统，称为河外星系，常简称星系。现已观测到大约有10亿个。星系也聚集成大大小小的集团，叫星系团。平均而言，每个星系团约有百余个星系，直径达上千万光年。现已发现上万个星系团。包括银河系在内约40个星系构成的一个小星系团叫本星系群。

若干星系团集聚在一起构成更大、更高一层次的天体系统叫超星系团。

超星系团往往具有扁长的外形，其长径可达数亿光年。通常超星系团内只含有几个星系团，只有少数超星系团拥有几十个星系团。本星系群和其附近的约50个星系团构成的超星系团叫做本超星系团。目前天文观测范围已经扩展到200亿光年的广阔空间，它称为总星系。

宇宙天体的多样性

天体千差万别，宇宙物质千姿百态。太阳系天体中，水星、金星表面温度约达700K，遥远的冥王星向日面的温度最高时也只有50K。金星表面笼罩着浓密的二氧化碳大气和硫酸云雾，气压约50个大气压。水星、星表大其薄，水星的大气压甚至小于2×10.9毫巴（1毫巴=100帕斯卡）。

类地行星（水星、金星、火星）都有一个固体表面，类木行星却是一个流体行星。土星的平均密度为0.7克\/立方厘米，比水的密度还小，木星、天王星、海王星的平均密度略大于水的密度，而水星、金星、地球等的密度则达到水密度的5倍以上。多数行星都是顺向自转，而金星是逆向自转；地球表面生机盎然，其他行星则是空寂荒凉的世界。

太阳在恒星世界中是颗普遍而又典型的恒星。已经发现，有些红巨星的直径为太阳直径的几千倍。中子星直径只有太阳的几万分之一；超巨星的光度高达太阳光度的数百万倍，白矮星光度却不到太阳的几十万分之一。红超巨星的物质密度小到只有水的密度的百万分之一，而白矮星、中子星的密度分别可高达水的密度的十万倍和百万亿倍。

太阳的表面温度约为6000K，0型星表面温度达30000K，而红外星的表面温度只有约600K。太阳的普遍磁场强度平均为1×10—4特斯拉，有些磁白矮星的磁场通常为几千、几万高斯（1高斯=10.4特斯拉），而脉冲星的磁场强度可高达十万亿高斯。有些恒星光度基本不变，有些恒星光度在不断变化，称变星。有的变星光度变化是有周期的，周期从1小时到几百天不等。有些变星的光度变化是突发性的，其中变化最剧烈的是新星和超新星，在几天内，其光度可增加几万倍甚至上亿倍。恒星在空间常常聚集成双星或三五成群的聚星，它们可能占恒星总数的1\/3。也有由几十、几百乃至几十万个恒星聚在一起的星团。宇宙物质除了以密集形式形成恒星、行星等之外，还以弥漫的形式形成星际物质。

星际物质包括星际气体和尘埃，平均每立方厘米只有一个原子，其中高度密集的地方形成形状各异的各种星云。宇宙中除发出可见光的恒星、星云等天体外，还存在紫外天体、红外天体、X线源、7射线源以及射电源。

星系按形态可分为椭圆星系、旋涡星系、棒旋星系、透镜星系和不规则星系等类型。20世纪60年代又发现许多正在经历着爆炸过程或正在抛射巨量物质的河外天体，统称为活动星系。

其中包括各种射电星系、塞佛特星系、N型星系、马卡良星系、蝎虎座BL型天体，以及类星体等。许多星系核有规模巨大的活动：速度达几千千米\/秒的气流，总能量达1×1055焦耳的能量输出，规模巨大的物质和粒子抛射，强烈的光变等。在宇宙中有种种极端物理状态：超高温、超高压、超高密、超真空、超强磁场、超高速运动、超高速自转、超大尺度时间和空间、超流、超导等。为我们认识客观物质世界提供了理想的实验环境。

宇宙的运动和变化

宇宙天体处于永恒的运动和发展之中，天体的运动形式多种多样，例如自转、各自的空间运动（本动）、绕系统中心的公转以及参与整个天体系统的运动等。月球一方面自转一方面围绕地球运转，同时又跟随地球一起围绕太阳运转。太阳一方面自转，一方面又向着武仙座方向以20千米\/秒的速度运动，同时又带着整个太阳系以250千米\/秒的速度绕银河系中心运转，运转一周约需2.2亿年。银河系也在自转，同时也有相对于邻近的星系的运动。本超星系团也可能在膨胀和自转。总星系也在膨胀。

现代天文学已经揭示了天体的起源和演化的历程。当代关于太卩日系起源的学说认为，太阳系很可能是50亿年前银河系中的一团尘埃气体云（原始太阳星云）由于引力收缩而逐渐形成的（见太阳系起源）。恒星是由星云产生的，它的一生经历了引力收缩阶段、主序阶段、红巨星阶段、晚期阶段和临终阶段。星系的起源和宇宙起源密切相关。流行的看法是在宇宙发生热大爆炸后40万年，温度降到4000K，宇宙从辐射为主时期转化为物质为主时期，这时或由于密度涨落形成的引力不稳定性，或由于宇宙湍流的作用而逐步形成原星系，然后再演化为星系团和星系。热大爆炸宇宙模型描绘了我们宇宙的起源和演化史：我们的宇宙起源于200亿年前的一次大爆炸，当时温度极高、密度极大；随着宇宙的膨胀，它经历了从热到冷、从密到稀、从辐射为主时期到物质为主时期的演变过程，直至10亿—20亿年前，才进人大规模形成星系的阶段，此后逐渐形成了我们当今看到的宇宙。1980年提出的暴涨宇宙模型则是热大爆炸宇宙模型的补充。它认为在宇宙极早期，在我们的宇宙诞生后10—36秒的时候，它曾经历了一个暴涨阶段。

用哲学观念思考宇宙

有些宇宙学家认为，我们的宇宙是唯一的宇宙；大爆炸不是在宇宙空间的哪一点爆炸，而是整个宇宙自身的爆炸。但是，新提出的暴涨模型表明，我们的宇宙仅是整个暴涨区域的非常小的一部分，暴涨后的区域尺度要大于1×1026厘米，而那时我们的宇宙只有10厘米。还有可能这个暴涨区域是一个更大的始于无规则混沌状态的物质体系的一部分。

这种情况恰如科学史上人类的认识从太阳系宇宙扩展到星系宇宙，再扩展到大尺度宇宙那样，今天的科学又正在努力把人类的认识进一步向某种探索中的“暴涨宇宙”“无规则的混沌宇宙”推移。我们的宇宙不是唯一的宇宙，而是某种更大的物质体系的一部分，大爆炸不是整个宇宙自身的爆炸，而是那个更大物质体系的一部分的爆炸。

因此，有必要区分哲学和自然科学两个不同层次的宇宙概念。哲学宇宙概念所反映的是无限多样、恒发展的物质世界；自然科学宇宙概念所涉及的则是人类在一定时代观测所及的最大天体系统。两种宇宙概念之间的关系是一般和个别的关系。随着自然科学宇宙概念的发展，人们将逐步深化和接近对无限宇宙的认识。

宇宙的来源探究有些宇宙学家认为，暴涨模型最彻底的改革也许是观测宇宙中所有的物质和能量从无中产生开始的，这种观点之所以在以前不能为人们接受，是因为存在着许多守恒定律，特别是重子数守恒和能量守恒。

但随着大统一理论的发展，重子数有可能是不守恒的，而宇宙中的引力能可粗略地说是负的，并精确地抵消非引力能，总能量为零。因此就不存在已知的守恒律阻止观测宇宙从无中演化出来的问题。这种“无中生有”的观点在哲学上包括两个方面：1.本体论方面。如果认为“无”是绝对的虚无，则是错误的。这不仅违反了人类已知的科学实践，而且也违反了暴涨模型本身。按照该模型，我们所研究的观测宇宙仅仅是整个暴涨区域很小的一部分，在观测宇宙之外并不是绝对的“无”。现在观测宇宙的物质是从假真空状态释放出来的能量转化而来的，这种真空能恰恰是一种特殊的物质和能量形式，并不是创生于绝对的“无”。如果进一步说这种真空能起源于“无”，因而整个观测宇宙归根到底起源于“无”，那么这个“无”也只能是一种未知的物质和能量形式。2.认识论和方法论方面。暴涨模型所涉及的宇宙概念是自然科学的宇宙概念。这个宇宙无论多么巨大，作为一个有限的物质体系，也有其产生、发展和灭亡的历史。暴涨模型把传统的大爆炸宇宙学与大统一理论结合起来，认为观测宇宙中的物质与能量形式不是永恒的，应研究它们的起源。它把“无”作为一种未知的物质和能量形式，把“无”和“有”作为一对逻辑范畴，探讨我们的宇宙如何从“无”一未知的物质和能量形式，转化为“有”一已知的物质和能量形式，这在认识论和方法论上有一定意义。

有些人认为，时间和空间不是永恒的，而是从没有时间和没有空间的状态产生的。

根据现有的物理理论，在小于1×10—43秒和1×10—33厘米的范围内，就没有一个“钟”和一把“尺子”能加以测量，因此时间和空间概念失效了，是一个没有时间和空间的物理世界。这种观点提出已知的时空形式有其适用的界限是完全正确的。正像历史上的牛顿把时空观发展到相对论时空观那样，今天随着科学实践的发展也必然要求建立新的时空观。由于在大爆炸后10—43秒以内，广义相对论失效，必须考虑引力的量子效应，因此有些人试图通过时空的量子化的途径来探讨已知的时空形式的起源。这些工作都是有益的，但我们决不能因为人类时空观念的发展或者在现有的科学技术水平上无法度量新的时空形式，而否定作为物质存在形式的时间、空间的客观存在。

人和宇宙的关系

从20世纪60年代开始，由于人择原理的提出和讨论，出现了人类存在和宇宙产生的关系问题。人择原理认为，可能存在许多具有不同物理参数和初始条件的宇宙，但只有物理参数和初始条件取特定值的宇宙才能演化出人类，因此我们只能看到一种允许人类存在的宇宙。人择原理用人类的存在去约束过去可能有的初始条件和物理定律，减少它们的任意性，使一些宇宙学现象得到解释，这在科学方法论上有一定的意义。但有人提出，宇宙的产生依赖于作为观测者的人类的存在。这种观点值得商榷。现在根据暴涨模型，那些被传统大爆炸模型作为初始条件的状态，有可能从极早期宇宙的演化中产生出来，而且宇宙的演化几乎变得与初始条件的一些细节无关。这样就使上述那种利用初始条件的困难来否定宇宙客观实在性的观点失去了基础。但有些人认为，由于暴涨引起的巨大距离尺度，使得从整体上去观测宇宙的结构成为不可能。这种担心有其理由，但如果暴涨模型正确的话，随着科学实践的发展，一定有可能突破人类认识上的困难。

哪里是宇宙的中心

人们总习惯于寻找中心，政治中心、经济中心、游乐中心等。

古人以为地球是宇宙的中心，而人类是地球的中心，但后来我们失望地发现一切并非如此。那么，宇宙有中心吗？如果有，它在哪儿？太阳系中所有的行星都绕着它们的中心——太阳旋转。连那么庞大的银河系也有中心的，它让周围所有的恒星也都绕着它来旋。

这么说来，我们的宇宙也应该存在这样的中心，但是实际上它并不存在。因为宇宙的膨胀是发生在四维空间内，而不是我们通常所能理解的三维空间内，它不仅包括普通三维空间（长度、宽度和高度），还包括第四维一时间。

四维空间的膨胀很难用三维思维来描述，但是我们也许可以通过观察并用气球的膨胀来解释它。假设宇宙是一个正在膨胀的气球，而星系是气球表面上的点。我们还必须假设星系只能沿着表面移动而不能进人气球内部或内外运动。也就是说，我们把自己描述为一个生活在气球表面的二维空间的人。

气球的表面不断地向外膨胀，也就是说宇宙不断膨胀，则表面上的每个点彼此离得越来越远。站在任何一点上的人将会看到其他所有的点都在退行，而且离得越远的点退行速度越快。

在现实中，宇宙膨胀不是在三维空间内开始的，而我们只是三维空间的人。宇宙是在过去的某个时间，即亿万年以前，在当时的一个四维空间的点开始膨胀，虽然我们可以获得有关的信息、，但我们却无法回到那个时候，无法探明那一点在四维空间中的位置。

宇宙真的没有中心。但是，这样的宇宙是不是会显得杂乱无章？也许它在我们所不能理解的四维或五维空间中是有中心的，而且是井然有序的。

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