現代天文學面臨的理論瓶頸問題,進入後-天文學時代4-1

繼續前文連載,研究大爆炸理論。

天文學的簡單發展歷程,一語五千年

一、初始的認識階段

古人曾經仰望天空,基於目視的基礎,形成了古人樸素的五緯七曜的天文學。

五緯就是金木水火土五大行星,而七曜是五緯加上太陽和月亮。它們與其他星體的區別就是:這七個星體是規律性的運動的,而其他星體似乎是不動的,就像滿天繁星的背景。

再後來,基於曆法,基於蓋天說,為了定位性的描述星體,產生了四象、28天罡的天區劃分。

由於是基於現象的觀察結果,對於搞不清楚原理的地方怎麼辦?怎麼解讀?

最初的、最簡單的解釋當然是神。這個神被表述為天、大自然、或者神。甲骨文的神是雷神的意思,酷似閃電的樣子,且很像太極圖的初始形狀。雷電,這是當然最常見的讓人敬畏的自然現象。

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神字的早期形態

示字旁,代表的是崇拜、祭祀的意思。這個時期的神更多是“天威”的意思,而非後世宗教、迷信意義的神或仙。當時還沒有宗教,圖騰崇拜的也僅僅是一種含混的概念。從多圖騰向龍這個一圖騰轉化,這是一個圖騰崇拜的進步;從龍向天、甲骨文意義的神轉變這又是一個泛神論意義的進步。至戰國時期,這個神被天明確代替了。而後世的神、鬼(甲骨文時期就是祭祀死去的人的意思)被佛教借用,仙被道教借用。

當時力量級別更大的地震導致的滄海桑田,以及火山噴發等現象,則被表述為“天塌西北,地陷東南”、“共工撞斷不周山”等。“女媧補天”明顯是這種情況的救災描寫。

至於星際意義的天文事件,一些是例行的。如日食、月食、火星凌日,五星連珠等等,由於機理解釋不清或者解釋了也很少有人懂,這些現象被玄學、迷信利用。

再特殊一些的,那就是天生異相了,也有記載。例如最早的超新星爆炸的記載是:

《後漢書》中:“十月癸亥,一客星出於南門,其大如斗笠,鮮豔繽紛,後漸衰萎,於次年六月沒。”

這是公元185年(東漢)時期。

《宋史》《宋會要》中“至和元年五月,晨出東方,守天關,晝見如太白,芒角四出,色赤白,凡見二十三日”

公元1054年(宋代)5月的事情。


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超新星爆炸

古人的天文架構,很明顯--天、地。

而天又被形容為九重,這樣即好安排神仙住處,仙住神山,神住天宮。同時也好安排五緯七曜之外的特殊現象。至於地被分十八層安排鬼,這是佛教傳入以後的事情了。

古代的天文,不好解釋的地方,就基於數理一統文化,找泛神論意義的“天”來幫忙。

現代的天文視野開闊了一些,眼神好使了一些,但關鍵不明白的地方,不好解釋的地方,實際也採取了這種思維套路。會找你找不到的泛神論意義的飛碟、暗物質、智商、能力爆表的外星人等概念來幫忙解釋。讓你搞不清楚這是神話、數理玄學還是物理的天文學。

二、對初始認識的懷疑

這種情況一直持續到早期的天文望遠鏡的發明。也就是伽利略的時代了。

人眼可見光光學意義望遠鏡的發明,使人眼的視力能力提高了。人們發現有些星光不再是光點,而是一個看不太清楚的光亮渦旋。而原來所說的12星座或者28天罡的視野分區,其星光可能是來自“九重天”的不同層級等等。

人們開始懷疑最初的關於星光背景的天文學認識。

這種懷疑當然還是先從離我們最近的五緯七曜開始。


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系統性的懷疑就是日心說與地心說的爭議,最後日心說勝。一些人利用現代天文學的觀測能力來評價,認為古人很愚蠢,地球繞著太陽轉,這不是很明顯的事情嗎?

實際上,如果你站在運動的雙星系統的任何一個星體上觀察另外一顆星,另外一顆星都是圓周運動的。不管另外一顆星是相對靜止的,還是本身也在圍繞旋轉。(後面在介紹天文學N體運動中最簡單的兩體運動的時候,會用動態圖介紹這種問題。)只有你結合一個系統之內的其他星體的運行狀態的“奇異”,才會發現觀察的相對基準點可能有問題。當然,古人發現這個問題,用了至少一千多年。

我們現在觀察星空,實際依然是地心說觀察角度意義的,即便是哈勃的觀察。同時,星系尺度的觀察,我們是基於另外一種“地心說”,也就是基於銀河系為基礎的觀察。地球僅僅是銀河系這個“觀察點”中的一個位置而已。面對總星系、超總星系、總時空,我們依然在面對地心說一樣的觀察問題--“不識廬山真面目,只緣身在此山中。--蘇軾”。

如果不能在思想上跳出觀察區俯瞰(西方稱上帝視角),那麼一樣會出現地心說曾經面對的理解問題。

接下來對歷史的天文學的懷疑的結果,就是利用望遠鏡及基於牛頓引力方法等學說的數理方法發現太陽系中相對較遠、相對較小的天王星、海王星、冥王星。太陽系不再是五大行星,變成了九大行星。

而由於冥王星雙星的發現、小行星帶的發現、奧爾特雲的構想,太陽系的邊界擴展到其引力消散的頂層。

三、產生現代天文學基礎

這一切,隨著愛因斯坦的相對論和哈勃的上天,人眼不可見光的電磁波寬譜意義的望遠鏡的使用而改變。這也是理論與驗證快速發展的幾十年。

這種改變,有幾個切實的主要進步:

引力的表達變得實用性的精細。並且提出了現代極限意義的奇點、黑洞學說。黑洞已經間接驗證存在,其內部尚無法驗證;奇點尚未驗證。

基於寬泛光譜意義的觀測,將人類的視野範圍以及觀測清晰程度提高。宇宙塵埃、宇宙微波、星系雲、紅外、紫外現象、伽馬射線等,這些原來目視不及的部分都被觀測到。現在的麻煩是,計算的理論質量與現實存在理論性不符,星系物質的運動速度存在理論性不符。這才導致提出暗物質、暗能量假說,彌補理論缺陷,但是至今未驗證。

很多天文學的圖片,並不是基於人眼可見光意義的,而是基於設備可見電磁波的效果圖、疊加圖或者渲染圖,並非直接觀測圖。由於太漂亮、太震撼,往往被錯誤理解。即便坐在時空飛船中去觀光,你也不可能用肉眼看到這些效果圖的效果。而有些效果圖是基於數理理論假說的效果圖,實際的真偽並不一定,但由於“太真實”而被誤以為是事實。天文學的圖片,往往需要留神是“圖騙”。可視化的虛擬現實技術近幾十年的快速發展,已經可以虛擬不現實,例如《黑客帝國》《阿凡達》描述的一般。


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虛擬現實

基於量子力學、基本粒子理論,對宇宙物質的產生過程形成了相對完善的解釋。同時,試圖探討相對論不能解讀的黑洞內部、量子云意義的時空不可觀察部分。但是,對於形成的動力機制缺少解釋。筆者實際補充了這一塊動力機制--時空對撞機,這是基於相對論、量子理論、基本粒子理論結合的理論假說產物。

剩下的很多具體天文工作實際是重複性觀察、驗證、證偽確認、尋找理論BUG意義的。例如再發現幾個星體或者星系、現象等,增加明確的數量意義而已。再發現一點什麼特殊現象的可能性現在已經越來越小。對於個別特殊現象的理論解釋,卻也觸發對原始理論的再思考,試圖找到理論BUG。例如觀測的時空空白區、星際內物質運動的速度問題等。這也導致了一些假說或者猜想的產生。

就像我們至今並不太瞭解海洋深處、地殼內部、太陽系內部細節(不知道什麼時候又蹦出來幾顆小行星、彗星之類的)一樣,我們瞭解身邊的能力尚且有限,面對浩渺星空,“視力”提高了,並不代表可以看清楚、看懂全部。更遙遠的星系依然僅僅是小小的螺旋甚至一個模糊的亮點,甚或看不見了。空談宇宙,對於物理而言,依然還是言之過早。

現代天文學的架構,基於銀河系為基礎,產生河外星系這種很“地心說”的分類。之後,基於觀測,河外星系被衍化為總星系、超總星系,其上就是我們所在的總時空範圍了。而這個總時空範圍我們只看到了一部分,其外依然一片茫然。加上其外,才是現代意義的宇宙。

在這樣的大尺度,相對論小小的誤差以及理論盲點(黑洞內部、量子星際雲部分),也就成為關鍵的理論軟肋(未證實的暗物質、暗能量理論假說解讀的部分)。而這個理論盲點正在被量子力學、基本粒子理論所填充彌補。

四、後-天文學時代

面對總時空的未知部分,面對我們所居住的總時空之外的宇宙,天文學的觀測證實,再度受阻。

後-天文學時代,這是利用西式方法創造的詞。當基於數理構想的天文學假設理論的結果得不到證實,無法證實這種情況,西式定義方法通常是加上一個“後”這個前語綴。西方人稱這種未證實的假說或者基於數理的想法為理論物理假說。按西式邏輯,這實際就是基於相對論、量子力學、基本粒子理論的後-天文學時代。

實際現在也是基於相對論(試圖統一熱力學、電磁學)、量子力學、基本粒子理論的後-物理時代。因為,百年來,真正改變天文學、物理學的已應用、大部分

證實的主要理論就這三個。看似熱鬧的現代物理、天文學,都是基於這三種理論的擴展,從無實質性意義的突破。一直在想像,一直卡在理論驗證的瓶頸裡。這也是現代認為物理學面臨理論發展瓶頸的說法的另一種表達。

加上後這個前語綴,意味著這不是跨時代意義的,僅僅是現代物理、天文學這個時代的一個尷尬時期,是基於現代理論發展的後期不能有效突破的表達,以及茫然尋找方向的無奈。

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後-天文學時代主要有三個物理文化的發展方向:

對於未驗證的、數理邏輯想像的、未知的,現代物理也要如同古人一樣,尋求一個可以接受的解釋,這不僅包括物理解釋,也包括物理文化的解釋。那麼,就會有三種方向:

一、基於現有理論未證實的部分,繼續努力去證實、證偽。通過設備的更新進步以及方法上的進步,尋找驗證的可觀測、測量的極限。例如尋找我們這個時空形成的“第一顆”恆星--我們這個總時空的第一道曙光。

二、基於現有理論的BUG或可能的BUG,或者不能證實的現狀或問題,提出各種新的數理構想,形成新的理論物理假說。例如暗物質、暗能量。現代國內“民科”不管對錯已經介入理論物理假說部分,這部分,國內物理學家們說的少些,引用的假說基本都是外國的。筆者這篇連載,有湊民科熱鬧之嫌,但是,更重要的是想分清楚現代天文學實證部分與未證實的數理部分(可能是數理物理,也可能是數理玄學)的區別。

三、基於未證實的唯物前提,尋找泛神論、唯心哲學意味的解釋方案,以尋求面對未知的心理安慰。這方面的工作更超前一些,因為這個不用實驗經費,用大腦就可以。

當然,這就不僅僅是物理或者物理理論的探索了,還可能會用到古人的借用泛神論的解釋方式。面對後者的可能性,數理玄學也自然就方便地混雜其中了。

古代哲學的最高數理層次是基於當時的天文學建立的,這個數理文化習慣至今並未完全改變。

人們想了解未知,想了解宇宙,這是極限思考使然。但我們可能會忽視文化底蘊的不同所帶來的不同表達結果。西方至今在天文學、物理學領域並未區分數學、數理、物理的區別;並未區分哲學的唯心與唯物的區別;並未區分理論物理假說與實證物理的區別,這使西式的理論物理假說陷入數理玄學與數理物理、實證物理之間,難以辨別。

辯證唯物的看待西方天文學的後-天文學時代,你會發現,這些內容,可圈可點的實證物理意義的內容是如此的有限。有數學基礎的五年也就學完了,有十年也就可以理論物理假說超越了。當然,前提也是無法證實、無法證偽而已。

突破近代物理的三大理論系統的瓶頸,才會可能進入新的物理時代。都在想,但是都未突破,更多的是在打理論性的補丁。


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