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广义悖论原理
发布时间:2019-11-29
 

“上下四方曰宇,往古来今为宙”,出自庄子之口的“上下四方”表明了宇宙的时间性,“往古来今”表明了宇宙的空间性。中国先秦时期的思想家和古希腊的哲学家探讨了“第一科学”——宇宙的起源问题,然而,作为现代科学概念的宇宙起源开始于“宇宙大爆炸理论”,我们的“看不到边”、“望不到头”的宇宙起源于无限小的“奇点”,它是一个物理学无法准确描述的时空点,奇点的体积无限小,包含的物质和能量的密度无限大,温度无限高,用广义相对论定义的“奇点”时空具有无限大的曲率,物质和能量密度的无限大造成了时空的无限弯曲。爱因斯坦没有预言“奇点”的存在,德国物理学家弗里德曼求出了爱因斯坦场方程的一个解,他推导了“黑洞奇点”的存在,根据宇宙哲学的“广义等效原理”,可以从黑洞奇点的存在自然而然地推导出“宇宙奇点”。我们可以将黑洞或宇宙的奇点看成是宇宙的“原子”,物质原子和宇宙“原子”的结构和稳定性符合哲学属性论的“等效原理”。

广义悖论原理

物质原子和宇宙“奇点”的稳定性不是绝对的,它们的绝对和相对稳定性形成了哲学概念的悖论关系,自然现象的悖论性不是在今日宇宙才有的,而是伴随宇宙的诞生而出现的。大约在138亿年前,某种未知的量子扰动激发了“奇点”的量子涨落,这种量子真空涨落的能量超乎想象,宇宙量级的“引力约束”根本不能阻止宇宙在超短时间内发生的暴涨,宇宙演变的伟大征程由此开始。物理学家记录的“宇宙史”最早追溯到“普朗克时间”,宇宙在10的负34次方秒的时间发生暴涨,在1微妙的时间产生光子,在0.01秒的时间发生大爆炸核合成,在3分钟的时间粒子的核合成结束,形成了原子核,在大约38万年的时间形成了中性氢原子,光子得以在宇宙中自由穿行,我们今天可以观测的宇宙微波背景辐射由此形成,原子结合为分子,分子和分子集合成分子云,恒星和恒星系在分子云的压缩中形成,今日宇宙是一个星云密布,繁星满天的世界,人类诞生在目前和谐宇宙的“黄金时期”。

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宇宙大爆炸理论的悖论性在于,一方面宇宙起源于“奇点”,另一方面人们自然会问:奇点起源于什么?宇宙在大爆炸之前处于什么状态?奇点在宇宙中“孤苦伶仃”的存在超乎我们的想象,从自然辩证法来讲,孤立的事物在自然中并不存在,事物必然存在于相互联系之中。奇点既是宇宙的起始点,又不是宇宙的起始点,这是宇宙奇点的悖论性。宇宙大爆炸理论的悖论性还在于,一方面宇宙起源于虚无,另一方面宇宙起源于实在。宇宙虚无性的含义是宇宙中物质和能量、时间和空间来源于“什么都没有”,而从“虚无”到“实有”的物质和能量违背了物质不灭和能量守恒定律。宇宙实在性的含义是宇宙中的物质和能量、时间和空间起源于它们的“先天的存在”,它们被宇宙引力压缩到一个无限小的时空点,宇宙的起源没有违背物质不灭和能量守恒定律,只不过从微小的量子世界转化为大尺度的宏观世界,在大约138亿年前,也许发生过从大尺度的宏观宇宙转变为量子宇宙的过程,从微观到宏观宇宙和从宏观到微观宇宙的转化符合哲学转换论的“反等效原理”。古希腊哲学很少探讨宇宙的起源问题,而中国先秦时期的思想家和古印度的佛教文化将宇宙的起源理解为从纯粹虚无中的生成,“零生一”、“一生二”、“二生三”,“三生万物”。

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如果将宇宙起源的悖论看成是宇宙学的“第一悖论”,那么暗能量的悖论则是宇宙学的“第二悖论”,宇宙起源和暗能量的悖论性符合哲学逻辑论的“等效原理”。天文学家认为,宇宙在过去的大约50亿年前开始发生加速膨胀,在宇宙中存在的某种极为神秘和丰富的要素推动了宇宙的膨胀,天体物理学家将这种未知的要素称之为“暗能量”,如果没有暗能量的排斥力,大爆炸形成的宇宙将在宇宙物质和暗物质的引力作用下发生减速膨胀,可能导致宇宙从大膨胀转变为大收缩的逆向过程。否定宇宙的加速膨胀必然导致我们否定暗能量的存在,而否定暗能量的存在不一定导致我们否定宇宙加速膨胀的现象,物理学家没有否定其它因素导致宇宙加速膨胀的可能。1929年,美国天文学家哈勃观测了银河系以外24个邻近的星系,这些星系的光谱无一例外地产生了红移,光谱线的红移意味着星系在背离地球的方向上移动,距离我们越远的星系“逃离”的速度越大,哈勃第一次发现了我们的宇宙处于膨胀状态。1998年,美国的两个独立天文团队通过对超新星距离的观测发现了宇宙的加速膨胀。为了寻找推动宇宙加速膨胀的原因,美国物理学家、宇宙学家迈克尔·特纳将某种未知的神秘要素命名为“暗能量”,物理学家之前已经命名了“暗物质”,暗物质和暗能量的名称符合哲学命名论的“等效原理”。

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暗能量理论的悖论在于,它产生于宇宙大爆炸的量子涨落,暗能量是在宇宙范围的真空涨落中形成的,它随着宇宙的膨胀遍布到整个时空。物理学家发现,利用量子场论计算的真空能量密度比他们在宇宙实际观测的值高出了大约120个数量级,实际测量的真空密度极小,每立方厘米的暗能量约为10万亿亿亿分之一克,我们几乎无法感知它的存在,而在大尺度的宇宙时空,暗能量的排斥力变成了一种主宰宇宙命运的主导因素。暗能量理论的另一个更大悖论在于,真空能量密度在时空膨胀过程中保持不变,因此,总的宇宙真空能量将不断增加,与暗能量密度的不变性相比,普通物质和能量的密度在宇宙膨胀的过程中不断下降,变得越来越稀薄。真空能量或暗能量密度的不变性和光速的不变性构成了宇宙物理学的两个最神秘的问题,这两个物理量的不变性符合哲学神奇论的“等效原理”。暗能量和普通能量的密度不符合宇宙哲学意义的“等效原理”,暗能量在宇宙成分中所占的比重过去与现在、现在与将来都不一样,欧洲普朗克卫星在2013年给出了迄今最精确的数据,暗能量占到宇宙成分的68.3%。

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宇宙从无到有的诞生,暗能量“非稀缺性”的无限供应,人类制造永动机的梦想都违背了能量的转换和守恒定律,这个定律具体表现为“热力学第一定律”,因此,为了使宇宙的诞生,暗能量的来源,永动机的制造和热力学第一定律保持一致,我们需要解决在三种物理现象中出现的悖论问题。不存在永恒运动的天体,月球、地球和太阳不是自然运行的“永动机”。根据牛顿第一定律,天体在不受外力的作用下可以依靠自身的惯性作永无休止的运动,但是,天体不受外力的作用只是一种理想的物理状态,像地球的运动受到大气摩擦的影响,月球和太阳受到宇宙射线和真空粒子轻微的阻扰,这些“不起眼”的阻挡作用消耗了它们的动能和势能,而消耗的能量会以热量的形式转移到太空。不存在永恒运转的机器,人类的工程“永动机”梦想从未变成现实,没有永恒运动的天体和没有永恒运转的“永动机”符合哲学原理论的“等效原理”。根据热力学第一定律:热能既不能凭空产生,也不能凭空消灭,它只能从一种形态转化为另一种形态,从一个热体转移到另一个热体,在转换和转移的过程中热能的总量保持不变,因此,人们不能造出第一类永动机;根据热力学第二定律,热能只能从高热物体转移到低热物体,而不能从低热物体转移到高热物体,这是热力学中所谓的“熵增原理”,因此,人们不能造出第二类永动机。

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永动机的悖论在于,人们可以在“理想条件”中造一部没有内部和外部的摩擦和阻挡的“永动机”,而现实的场景不具备理想的物理条件。惯性定律或牛顿第一定律只出现在理想的物理实验中,根本没有物体不受外力作用的现实物理条件。理想与现实的悖论不仅出现在我们的人生目标之中,而且体现在不耗费任何能量的对理想机器的制造中,我们基于以上对“三大悖论”的分析而提出了在自然、工程、人类社会中普遍适用的“广义悖论原理”。

广义悖论原理


(宇哲手稿:邓如山

时间:2019-1-16)