科学的宇宙观

释放双眼,带上耳机,听听看~!

一 预言

开尔文勋爵是苏格兰科学家,他认为一切都是合情合理的。

从16世纪到20世纪,物理学取得了巨大的进步:哥白尼提出太阳而不是地球处于太阳系的中心;开普勒提出了描述行星运动的定律;牛顿发展了运动定律和万有引力定律,认识到同样支配苹果和网球落地的力也支配恒星和行星;人们发现光表现得像波;麦克斯韦建立了电与磁之间的关系。有了这些进展,开尔文勋爵据说在20世纪之交站在观众面前,告诉他们这个消息。“现在物理学中没有什么新东西可以被发现了,”他说。

然而,仅仅几十年后,物理学就发生了革命性变化。开尔文的声明是在以下发现之前:宇宙正在膨胀,银河系只是众多星系之一;是在大爆炸理论之前,爱因斯坦推翻牛顿关于时空的概念之前,人们还未明白光既表现为粒子也表现为波动,E = mc²尚未提出。这是在发现亚原子世界奇异且不可预测的行为之前。开尔文勋爵说得太早了。

二 万有理论

物理学追求简洁与优雅。

牛顿的引力定律优雅地表明,影响我们日常体验中物体行为的同一种力——引力,也同样影响恒星和行星等大质量物体的行为。牛顿成功地将我们对日常的63条挑衅理解与我们对天体的理解统一起来。单一力量支配着许多事物。

詹姆斯·克拉克·麦克斯韦尔也完成了类似的壮举,他解开了电与磁之间的联系。他将这些因素结合起来,描述了一个单一的力:电磁力。物理学实现了进一步的统一。物理学家现在认为,宇宙中所有事物由四种力支配:引力、电磁力、强核力(将原子核结合在一起)和弱核力(即辐射的力)。在追求优雅的过程中,物理学家试图将这四种力统一为一个理论。他们成功地利用了除重力外的所有力。

量子力学描述物质在微观层面上的行为(电磁力以及强弱核力的层级)。但根据量子力学,宇宙的行为方式非常特殊;微观世界是随机且模糊的。在大型物体的世界里,我们可以确定地计算物体的行为。例如,如果我们发射一门大炮,我们可以精确推算出炮弹落在哪里。但在极小世界里,我们只能用概率计算电子等物体的行为。说到微小,宇宙就像一场骰子游戏。我们的引力理论——称为广义相对论——完全不是这样。引力描述了大型物体的世界,比如炮弹和恒星。量子力学认为世界闪烁且狂乱,而广义相对论则描述世界平滑且曲线优美。微小事物的宇宙和大事物的宇宙似乎令人困惑地截然不同,仿佛它们属于不同的世界,但它们描述的是同一个世界。

物理学家想要一个万有理论:一个能够统一所有自然法则的理论。他们试图将广义相对论与权衡力学统一,但迄今未能将它们拼凑起来。这就像让奥内特·科尔曼和莫扎特即兴演奏一样。一些物理学家对当前的状况感到不满。他们相信宇宙必须是连贯的,所有自然力量必须和谐共鸣。必须有一套统一的法则来描述一切。宇宙不可能既优雅(如广义相对论所示)又能兼具嘈杂(如量子力学所示)。一切都应该紧密相连,且必须说的清道的明。

三 宇宙和意识

科学家罗杰·彭罗斯曾主张,除非能解释意识,否则“万物”理论无法奏效。一个包罗万象的世界理论应揭示原子群,如人脑,如何产生经验。它应该告诉我们,情感和感觉是如何从一团无情物质中产生出来的。

然而,一些哲学家认为我们永远无法理解意识,意识对任何理论来说都太过牵强。我们是适应生存的动物。我们的智慧进化仅仅是为了确保生存,解决环境问题,煮汤和制作青霉素。我们的心智和能力是为地球生命而塑造的,人类无法理解现实的本质,也无法解开意识的奥秘。我们是无羽毛的双足动物,拥有犬齿和对握拇指。

正如蚂蚁永远不会奏响交响曲,我们也永远无法拥有对世界的完全理解。这根本超出了我们的理解范围。

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