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霍金虽然伟大,但时间仍然神秘

2018年03月16日 09:05王红旗 A | A

    [2018年3月14日,英国著名的物理学家、玄学家霍金去世,他拥有伟大的人格,在与渐冻症抗争半个世纪的艰难过程中,始终保持乐观的情绪,把人生的最大乐趣投入到探索宇宙奥秘之中。笔者20世纪60年代读高中时,喜欢看的书之一就是讨论相对论的《物理学的进化》,可惜我对宇宙奥秘的探索被一场突如其来的历史变化打断了,而那个时候的霍金正在全身心思考着宇宙起源、时间倒流、黑洞、虫洞、平行宇宙等课题(其中涉及到玄学领域,这是霍金未能获得诺贝尔奖的原因之一)。我们在今天怀念霍金的同时,笔者要指出的是,霍金虽然伟大,但是时间仍然神秘。因为他的畅销书《时间简史》并没有回答时间是什么的问题,而只是在描述人类测量时间的发展过程,称其为“时间测量简史”要更准确一些。重构2018年3月15日]

    时间是什么?空间是什么?物质是什么?这些问题是每一个喜欢思索的大脑都会追问、都会试图回答的问题。笔者上中学的时候就读过介绍爱因斯坦相对论的著作《物理学的进化》,在20世纪80年代末撰写《神秘的星宿文化与游戏》一书时(已由解放军文艺出版社于1991年出版),虽然那时并未听说和看到霍金的《时间简史》一书,仍然凭着自己的爱好和理解,专门写下“神秘的时间幽灵”一节,从“测量的时间”、“运动的时间”、“物质的时间”、“哲学的时间”、“社会的时间”等多种角度较为深入地探讨了有关时间的一系列问题。

    此后,笔者对时间、空间的兴趣依然浓厚,曾陆续写过《光守恒原理》、《霍金的膜,只能容下霍金的宇宙》、《重构自然原理:空间是物质,时间是信息》、《宇宙信息维度:时维、力维、智维》等文,继续探讨时间、空间、物质等自然奥秘(参阅《重构电子版丛书22本》之《重构玄妙宇宙》)。

    近日又连续写出《时空分离论:空间只有现在时》、《时间信息论:生命乃时间之母》、《膜黑洞、引力黑洞都是七彩黑洞》、《自然界没有自然数,数学大厦需重构》、《谁能告诉我光子的寿命》、《从光子到光弦子、光弦膜和膜力(第五种自然基本力)》、《引力改变光速,宇宙学需重构》等文(可在网上检索查阅,或登录笔者的博客)。

    当笔者读过《时间简史》(湖南科学技术出版社)之后,不无遗憾的发现霍金仍然未能揭开时间之谜,他描述的时间简史,仅仅是有关测量时间的历史,而且在论述过程中存在着许多逻辑缺陷。有鉴于此,笔者认为有必要对《时间简史》写一篇评论文章,标题就是《<时间简史>的逻辑缺陷》;当然,本文并不限于对《时间简史》的评论,同时也包括对霍金《果壳中的宇宙》等著作里的观点的评论(准确说是批判,因为重点在于指出其观点的逻辑缺陷或悖论)。

    一、霍金没有定义时间

    通篇读过《时间简史》之后,多少有点出乎笔者意料之外的是,霍金根本就没有对“时间”下定义,这也是最令人失望的地方。时间是什么?它们是物质,还是能量,抑或是信息,或者是其它的什么东西?!爱因斯坦说运动可以改变时空,引力也可以改变时空,但是没有解释为什么会这样。霍金重复了爱因斯坦的上述观点,同样没有解释为什么会这样。事实上,霍金在《时间简史》(包括《果壳中的宇宙》)里拒绝讨论时间为何物的问题,他在“时间的形态”一章里写道(162页):“如果人们如同我那样,采用实证主义立场,他就不能说时间究竟为何物。人们所能做的一切,是将所发现的描述成时间的一种非常好的数学模型并且说明它能预言什么。”

    问题在于,一部专门阐述“时间简史”的著作,却不肯讨论“时间究竟为何物”的问题,这无论如何是一种理论上的重大缺陷。这让笔者联想到达尔文在《物种起源》里拒绝讨论生命智力起源的问题,而正是这种理论上的退缩或无能,让达尔文停留在粗糙的存在严重逻辑悖论的随机进化论上,未能进一步发现生命智力对生物进化的主导作用,从而也让笔者在一百多年后有机会提出全新的进化理论“智因进化论”:生命与生命智力同时起源,生命智力既能够使用直接信息(自然基本力),也能够使用间接信息(符号),实施生命智力的生物学结构包括细胞膜智力信息系统(主要载体是蛋白质),DNA和RNA智力信息系统(主要载体是核酸),以及神经元细胞网络智力信息系统(属于细胞膜智力信息系统的高级形式),物种进化的实质是生命自主生存技术的不断创新。

    尽管霍金不肯回答“时间究竟为何物”的问题,我们仍然要问,如果时间不是物质,那么引力如何对其产生作用?引力总不会对诸如“无”、“灵魂”、“上帝”之类的东西产生作用吧?!如果时间是物质,那么“过去的时间”到哪里去了,“未来的时间”又如何能够“无中生有”?

    对上述问题,笔者的答案是:“时间”的本质是信息,“时间”这种信息的使用者只能是生命。从这个角度来说,生命乃是时间之母。正是由于时间的本质是信息,因此时间既能够有化为无,也能够无中生有,而且依赖于生命体对时间的计量。事实上,生物钟现象就是生命体在对时间进行着测量,人类对日生日落、月圆月缺、寒来暑往的观察同样是在对时间进行测量。

    其实,霍金之所以不肯对“时间究竟为何物”进行思索,不是因为他不够聪明,乃是因为他过于迷信数学公式,以致于宁可用数学公式来替换物质本身,而这正是许多西方物理学家(主流学派)的共同信念。对此笔者要指出的是,对数学公式的过度迷恋,就好像是热恋时期的人会变傻一样;事实上,建立在自然数基础之上的数学大厦,其根基并不牢靠,因为自然界根本就不存在所谓的自然数。类似的情况也发生在其它学科领域,例如许多西方生物学家的共同信念之一是,只承认人和上帝有智慧,而不肯接受动物、植物等其它生命体也各有其相应层次的生命智力,其结果则是让西方生物学家与智因进化论失之交臂。

    二、霍金并不理解空间的本质

    在《时间简史》等著作里,霍金不仅没有定义时间,同样也没有定义空间。我们从他对时空隧道的津津乐道里,可以看出霍金并不理解空间是什么。

    笔者愿意指出的是,“空间”的本质是物质,或者准确说是物质的一种形态,笔者称之为“空间态”。物质的其它形态还有量子态和粒子态,空间态、量子态、粒子态的物质彼此之间可以相互转化。至于时间与空间的关系,笔者认为空间(包括物质)只有现在时,并不存在所谓的“过去的空间”和“未来的空间”,试图通过时空隧道旅行到过去的时空或者未来的时空,乃是一场思维逻辑失误后的空欢喜。这是因为,如果存在过去的空间和未来的空间,那么由于时间是连续的可无限分割的,这就意味着也要存在着相应多的各个时间段的空间,这些空间之间是什么关系?从一个时间段的空间到另一个时间段的空间是否需要支付相应的能量?诸如此类的问题将不可避免的把原本简单的事情人为变得不必要的复杂。

    三、霍金过于夸大了测不准原理的作用

    所谓测不准原理,实际上是由于目前的测量技术手段有限,因而测不了微观物质的状态:当测量微观粒子的位置时,测量行为就已经同时改变了该微观粒子的速度;反之,当测量微观粒子的速度时,测量行为就已经同时改变了该微观粒子的位置。

    奇怪的是,霍金却把这种受限于测量水平的测不准原理,拔高到具有揭示物质本性的理论高度;为了阐释其“黑洞不是这么黑的”亦即黑洞有辐射的观点,他几乎完全依赖于测不准原理。霍金的推理是这样的(63页):“我们以为是‘空’的空间不能是完全空的,因为那就会意味着诸如引力场和电磁场的所有场都必须刚好为零。然而场的数值和它的时间变化率如同不确定原理所表明的粒子的位置和速度那样,对一个量知道得越准确,则对另一个量知道的越不准确。所以在空的空间里场不可能严格地被固定为零,因为那样它就既有准确的值(零),又有准确的变化率(也是零)。场的值必须有一定的最小的不确定性量或量子起伏。”

    对此,笔者可以指出的是,即使没有完全“空”的空间,也用不着依赖测不准原理。事实上,粒子的位置和速度,在任何时候和地方,都各有其特定的值,只是我们人类目前的技术不能够同时测量出它们的位置和速度而已。显然,试图用人类的技术不足,来论证没有完全“空”的空间这样重大的问题,无论如何都是可笑的。再者,从逻辑角度来说,如果我们只是假设“空间是完全空的”,并没有进行测量,在这种情况下就不会存在测不准问题,也就无从进行霍金所做的接下来的论述。

    四、霍金暗示宇宙膨胀的速度超过光速

    在《果壳中的宇宙》里,霍金在描述黑洞与宇宙膨胀时这样说(206页):“宇宙在这一时期以不断增加的速率膨胀。这个时期的膨胀如此之快,以至于有些物体离开我们太远,连它们的光线都从未抵达我们这里;在光线向我们传来时,宇宙已膨胀得太多太快了。”

    笔者认为,霍金在这里以明确的暗示在说宇宙膨胀的速度比光速还要快,而这是违背光速不变原理亦即光速最快原理的。众所周知,从爱因斯坦的相对论到霍金的黑洞理论,其主要的理论依据就是光速不变原理亦即光速最快原理。显然,如果宇宙膨胀的速度超过光速,那么光速不变原理亦即光速最快原理就不能成立,或者只能适用于局部的范围。在这种情况下,相对论的大厦就会动摇,依据相对论展开的宇宙学研究也要随之进行彻底的修正,而霍金自己的一系列物理学的研究成果也会由于自相矛盾而失去其价值。

    五、霍金关于黑洞结局论述的逻辑缺陷

    霍金在描述黑洞结局的插图下(208页)这样说:“从黑洞视界出来的热辐射带走了正能量,因此减小了黑洞质量。随着它损失质量,黑洞的温度升高而且辐射率增大,这样它的质量损失的越来越快;我们不知道当质量变成极小时会发生什么,但是可能的结果似乎是黑洞会完全消失。”

    笔者几乎要怀疑这里存在着翻译上的偏差,因为按说霍金不应该犯如此明显甚至低级的逻辑错误。道理很简单,黑洞存在的先决条件就是拥有足够强大的质量和引力,因此当黑洞减少质量到临界值之后,黑洞就会变成了不是黑洞的其它什么天体,根本就不存在接下来的“当(黑洞)质量变成极小时会发生什么”的问题,更遑论“似乎黑洞会完全消失”了!

    此外,黑洞在由于热辐射而减少质量的同时,还有可能在继续俘获外界的质量、能量。霍金不考虑这些情况,就奢谈黑洞的结局,或多或少有一点“逗你玩”的意思。有鉴于此,笔者愿意指出的是,无论科学界愿意不愿意承认,科学家对大众有意或无意“逗你玩”的事情,并非少见。例如宣称在火星上发现了人面图案,以及宣称“人造生命”就要实现等(目前所谓的人造生命,实际上仅仅是对最低等的生命体实施的细胞膜智力信息系统和DNA、RNA智力信息系统的人为重组,与通常的基因工程属于相同的性质)。

    六、夜晚的天空为什么不明亮?

    霍金对“夜晚天空为什么不明亮”的解释是(180页):“(假设宇宙)存在了无限长的时间,但是这会导致荒谬的结论。如果恒星已经辐射了无限长的时间,那么它们就会把宇宙加热到和它们相同的温度。因为每一道射线都会要么终结于恒星的表面,要么终结于被加热至和恒星一样炽热的尘埃云团之上,所以甚至在夜晚,整个天空都会和太阳一样明亮……我们所有人都进行过夜空是黑的观察,这是非常重要的。它意味着宇宙不能以我们今天看到的状态存在了无限久的时间。过去一定发生过某些事情,使得恒星在有限的过去时刻点亮,这意味着从非常遥远恒星来的光线尚未到达我们这里。这就解释了夜空为何不在每一个方向发光。”

    尽管笔者也认为恒星有其寿命,但是并不赞同霍金的这种解释“如果恒星已经辐射了无限长的时间,那么它们就会把宇宙加热到和它们相同的温度”。这是因为,发生“宇宙未被加热到和恒星相同的温度”的情况有可能涉及到许多因素,例如恒星的数量有限而宇宙的热容积无限,或者宇宙中存在着能够吸光的宇宙物质和能够把光转变为其它物质的东西。此外,还可能存在着这种情况,即恒星可以无限长的发光,但是光子的寿命却是有限的(虽然目前可能还没有办法测量光子的寿命)。

    七、宇宙必须有一个开端吗?

    霍金在《果壳中的宇宙》里以近乎武断的口气说(184页):“彭罗斯和我证明的定理指出,宇宙必须有一个开端……从一个大爆炸启始,在大爆炸处整个宇宙和其中的一切都被挤压到一个无限密度的单独的点中……上帝完全是一名赌徒……因为宇宙不停地滚动骰子,看看下一步还会发生什么,它就不像人们以为的那样仅仅存在一个历史。相反地,宇宙应该拥有所有可能的历史,每种历史各有其概率……宇宙在即时间中的历史确定其在虚时间中的历史,反之亦然,但是这两种历史可以非常不同……”

    试图追溯宇宙大爆炸的起始,只是一种理论的描述,实际情况可能完全不同。这是因为,宇宙中很可能还存在着学术界没有发现的其它的自然基本力,例如笔者指出的第五种自然基本力,即具有“近斥远吸”特性的膜力,这种膜力的普遍存在可以使宇宙膨胀和宇宙收缩交替发生并维持在一定的范围内。

    霍金等人相信宇宙背景微波辐射乃是宇宙大爆炸的残余热辐射,笔者认为这仅仅是一种未经论证的说法。其实宇宙背景微波辐射的存在,完全可以用其它的更直接的物理学因素予以解释,例如它们实际上乃是暗物质、暗能量或其它未知物质发出的辐射。至于霍金杜撰的与即时间成直角的“虚时间”,则属于玄学领域,这里就不评判了。

    此外,目前时髦的宇宙大爆炸和宇宙大挤压的说法,实际上并没有考虑到更多的情况:人们所知道的自然基本原理,例如引力、电磁力、光速,它们是否会随时间的流逝而发生变化?我们在地球(包括太阳系)上测量的光速,是否能够等同于其它引力场环境的光速?黑洞的存在,实际上揭示了引力可以改变光速,如果宇宙各处的光速并不相同,那么今天的宇宙学和物理学都要重新构建!

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