大国世界观之宇宙观

宇宙观

道生一,一生二,二生三,三生万物。万物负阴而抱阳,冲气以为和

——《道德经》 第四十二章

古往今来谓之宇,四方上下谓之宙

——《淮南子·齐俗训》


宇宙,也就是我们所处的这个世界,从何处来,往何处去,世界和人是什么关系,是人类走出蒙昧后就一直追问的问题,因为这个问题,关乎人类这个物种的终极归宿,因此极为重要。对于这个问题,每一个“知识体系”,都有自己的回答。

基督教认为上帝创造了这个世界和人类,并且只花了6天时间就造完了,第7天就休息了,这也是我们现在星期日是休息日的来源。而在伊斯兰教中,造物主是真主,他创造了这一切。印度教中,创世主是梵天。佛教则认为这个世界并不是神造的,而是包括人类在内的众生的“业力”共同造就的。

中国古代社会,总体上说,不太关心宇宙的起源和终结这一类终极问题,传统中国人大都只关注俗世的生活,这是科学未能在中国产生的一大原因。对这一类终极问题的回答,传统文化中大体有两种说法,一类是“盘古开天地”,“女娲造人”等神话传说,另一类是自然产生说,以老子的《道德经》为代表,就是说宇宙和人是“自然”产生的而不是谁造的。

上述种种说法,哪一种为真哪一种为假,若以“过好现实生活”来做评价标准,其实真假并不重要,自己信就好。我本人尊重所有宗教和泛宗教的信仰体系,因为它们都为人提供了精神层面的安全感。就我个人而言,我更相信“科学”提供的对宇宙的解释,因为发源于古希腊、发展于近现代的科学,这一解释世界的知识体系,已经在实践中经过了大量重复性检验,与现实世界的符合度很高。

科学是如何回答宇宙和人类的起源和终结问题的呢?科学说,人类由动物进化而来,而动物是在宇宙发展过程中自然产生的。宇宙的起源,目前最有说服力、证据最确凿的,是大爆炸起源说。而宇宙的终结,目前仍莫衷一是,比较有代表性的是“热寂说”和“循环说”,热寂说是说宇宙未来会膨胀到几乎无穷大然后死亡,永远停留在绝对零度、空无一物的状态;循环说则是说宇宙目前在膨胀,未来的某个时刻会收缩,回到最初的奇点状态,然后再膨胀,循环往复。我个人倾向于相信循环说,不大相信宇宙会“停留”在某个状态。这样,宇宙由一个奇点开始膨胀产生,最后又收缩回到奇点,再进行下一次“膨胀--收缩”,这样的观点我把它叫做循环宇宙观。这个观点给我们提供的是下面的宇宙场景和故事。

大国世界观之宇宙观

宇宙产生于138.2亿年前,最初是一个密度无限大、温度无限高、体积无限小、时空曲率无限大的致密奇点,时间、空间、物质都还不存在,宇宙只是一团能量。关于这团能量的来源,有一种说法是宇宙最初来源于虚无,就是什么都没有,由于某种原因,空间开始膨胀,时间开始运行,产生了等量的正能量和负能量,正负能量由于时空膨胀,未来得及完全相互湮灭,“剩余”了一部分,这部分就是我们的宇宙。那负能量哪里去了呢?一种说法是与我们的宇宙对等的有一个负宇宙,负能量在那边,另一种说法是负能量就在我们的宇宙的其他地方,因为离正能量区域,也就是我们观察到的宇宙太远,所以负能量形成的负物质,在那边自己独立运行。两种说法都有道理,这个留给物理学家去探索,我们暂且不用管它。宇宙产生于虚无,这个观点倒是非常契合《道德经》“天下万物生于有,有生于无”的说法。

整个宇宙故事都起源于奇点能量和时空膨胀。这团能量在宇宙早期以高能光子(电磁波)的形式存在,随着时间和空间的膨胀,能量在空间中的分布变得不均匀,部分能量开始“蜷缩”了起来,形成后续所有物质的基础——基本粒子(夸克和电子),这个时间是大爆炸后的10-35到0.01秒。之后,宇宙继续膨胀,温度继续下降,夸克开始结合到一起,原子核的基础——质子和中子——开始形成。然后,时空继续膨胀,温度继续下降,到大爆炸后约30万年,质子和中子结合成原子核,并吸引带负电的电子,形成中性原子,最早形成的原子只有简单的氢(1个质子+1个电子)和氦(2个质子+2个电子),以及它们的同位素(原子核中质子数不变,多加一个或几个中子)。至此,宇宙进入

物质时代,质子、中子、电子和光子相互碰撞,分分合合,相爱相杀,形成我们多姿多彩的宇宙。

时空膨胀造成了宇宙内部能量分布的不均匀,局部的能量蜷缩后形成物质基本粒子,但这些基本粒子并不想总是这么蜷缩着,因此总有一种均匀分布到整个空间的趋势,这种趋势,是时空膨胀的拉扯效应造成的,体现为基本粒子的自旋和在空间的概率分布。物质总是趋向于分布到更广阔的宇宙空间的趋势,促使物质在宇宙空间内不断的运动。同时,也造成了所有物质都在不断衰变为分布更广的粒子,比如中子会衰变为1个质子和1个电子,并释放出一个反电子中微子,在空间内的分布就会比这三个子结合到一个中子内更广阔,这构成了物质世界运行的另一大法则:熵增,即无序度的增加。

在进入物质期后的宇宙,粗略的说,就是质子、中子、电子和光子的不断排列组合,其余的东西如中微子和目前尚属猜测的暗物质和暗能量,都不用考虑。物质期的宇宙时间跨度,占到整个宇宙声明周期的99.9999999...%(9还可以写好几行)。因此可以这么说,宇宙绝大部分时间就是四子(质子、中子、电子和光子)随着时间运行的不断运动、碰撞、结合、分散、再结合的循环往复运动。从这一点上来说,在人类的早期,普遍认为宇宙是恒定的分分合合的循环运动,确实符合客观事实。

在宇宙的早期形成氢和氦之后,弥漫在整个宇宙空间的是大量的这两种元素组成的气体物质和一些窜来窜去的高能光子。这些气体物质,在引力的作用下,逐渐靠近,集聚到一起,随着集聚的物质越来越多,内部的温度越来越高,压力越来越大,氢和氦元素的原子核开始合并,更多的质子聚集在一起形成新的更重的原子核,同时释放出大量的光子,这就是核聚变,第一代恒星产生。

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恒星“燃烧”的过程,就是轻元素不断的聚变为重元素的过程。元素产生的过程大致是:氢-->氦-->碳-->氧-->氖-->钠、镁-->硅-->磷、硫、钙-->铁,这些都是构成生命的基本元素。核聚变到铁为止,比铁更重的元素,如铜,是大质量恒星生命结束时的超新星爆发过程中产生的,这一过程中更重的元素是通过一种叫“中子俘获”的方法产生的,而不是核聚变方法。与此同时,在恒星内部产生的铁、氧、钙等元素,与新产生的重元素,随着恒星爆发被抛洒到宇宙空间。这些新生成的元素,在宇宙空间飘荡,一部分会衰变为更轻的元素,一部分会因引力聚集到一起,形成新的集聚体:行星。

被上一代恒星制作出来的元素,和周围的氢氦气体星云物质,会再次在引力作用下聚集在一起,重新开始形成下一代的恒星,如此循环往复。后代恒星中重元素的比例会增大,通过计算其重元素的比例,可以知道恒星为第几代恒星,我们的太阳,据计算是属于第二代或第三代恒星。

在宇宙进入物质期之后,就是一堆原子的重新排列和组合,期间不断的释放出光子,宇宙中的物质(质量)越来越少,能量(以光子或者叫电磁波的形式)越来越多,即越来越多的质子、中子和电子变为光子的过程,这就是整个物质期内宇宙的运行规律。

那么宇宙的未来会如何呢?未来,随着时空的膨胀,所有大结构物体如恒星、行星,包括黑洞,都会被时空膨胀撕裂,回归到气态星云形态,随后星云中的原子里的质子、中子和电子会被越来越撕扯,逐渐的演变为光子。在宇宙的末期,空间内的物质会全部衰变为光子,也就是一堆电磁波,在空空荡荡的宇宙空间内飘来飘去。再往后,随着时空的继续膨胀,电磁波的波长会被拉的越来越长,最终,所有的电磁波均匀的弥散在整个宇宙内,宇宙会重新回到完全的均匀态。

但是宇宙在这个均匀态不会停留,下一步时空就会开始收缩(循环说的观点),也就是离开均匀态,能量开始重新聚集为物质,开始与目前宇宙膨胀相反的收缩演化过程,逐步收缩到奇点态,这一期宇宙的演化到此终结,下一期的“膨胀---收缩”过程开始,宇宙开始新的演化周期。

以上就是现代物理学给我们提供的宇宙诞生与演化的图景,这里仅做一点最基础的介绍,可能还有不够准确的地方,不过我不是为了介绍物理学,而是为了从这个图景中总结出世界运行的基本规律,也就是天道的基本内容,这些内容才是对我们现实生活更有指导意义的,将在后续的课程中逐步介绍。

课程要点:

1. 神创论的宇宙观:基督教,伊斯兰教,印度教

2. 佛教的宇宙观:众生创宇宙

3. “自然发生说”宇宙观:中国传统文化,现代科学

4. 科学的宇宙观:大爆炸理论和循环宇宙观

奇点-->时空膨胀-->能量分布不均-->基本粒子形成

-->氢/氦原子形成-->气态星云

-->引力形成第一代恒星-->碳、氧、铁等元素形成

-->恒星生命末期超新星爆发-->重元素形成

-->元素被抛洒到宇宙空间-->重元素形成行星

-->新一代恒星形成,恒星/行星产生--消亡循环往复

-->时空继续膨胀,大结构被撕裂

-->气态星云-->原子被撕裂为基本粒子

-->基本粒子衰变为纯能量的光子

-->时空继续膨胀,光子均匀分布到整个宇宙空间

-->时空开始收缩,返回到奇点,本次宇宙周期结束,下一期开始

5. 宇宙的绝大部分时间都在干这件事:四子的排列组合(质子,中子,电子和光子)

6. 宇宙演化的方向:物质越来越被消耗,转换为能量(光子,也就是电磁波),体现为无序度增加,即熵增规律

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书名:宇宙最初三分钟---关于宇宙起源的现代观点

作者:(美)史蒂文·温伯格

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