朱也曠：宇宙學家的「裸奔」和藝術創造
編者按
今天的物理學家儘管擁有各種理論裝配的「強力武器」，然而面對宇宙起源和宇宙未來等問題，其思想的深刻性卻並沒有超越古希臘時期「裸奔」的哲學家們。按照朱也曠妙趣橫生的描述，宇宙學研究聚訟不休的景象，倒像是當代藝術的表演現場。
宇宙學家的「裸奔」
和藝術創造
文｜朱也曠
（《讀書》2018年3期新刊）
熱大爆炸理論從誕生之日起就帶有戲謔的味道。論文發表於一九四八年愚人節的《物理評論》（THE PHYCIALREVIEW）上，原本有兩位作者：伽莫夫（George Gamow）和他的學生阿爾弗（Ralph Alpher）。為了湊成希臘字母的前三個αβγ，伽莫夫又心血來潮地拽上不相干的貝特（Hans A. Bethe）博士入伙。在很長一段時間裡，這個離奇的理論基本上被當成一個笑話或純粹的智力遊戲。沒有人認真對待它。畢竟霍伊爾（Sir Fred Hoyle）的穩恆態宇宙理論在當時更符合人們的直覺。
然而伽莫夫的智力遊戲卻得到了觀測證據的有力支持，當初的笑話成為堪與達爾文的進化論媲美的科學理論。達爾文的理論認為，地球上的芸芸眾生都是從簡單的生命形態演化而來；而熱大爆炸理論認為，我們的宇宙萬物，從化學元素到化學分子，從恆星、行星到星系群，都不是自古如此，而是從處於高溫、緻密狀態下的「基本」粒子演化來的。通俗地講，宇宙是從一顆葡萄柚大小的火球，經過膨脹冷卻，逐步演化成今天這個樣子的。有些物理學家可能會皺著眉頭提醒這樣理解並不準確，因為這意味著宇宙是有界的，而宇宙未必有界。那麼這顆火球或宇宙蛋又是從哪裡來的呢？這就涉及更早期的宇宙形成。對這個問題，目前最好的回答是阿蘭·古斯（Alan Guth）的暴脹（inflation）理論。這個更離奇的想法可以用「石破天驚」來形容，因為它需要早期宇宙在極短的時間內瘋狂地加速膨脹。自從暴脹理論提出以來，湧現出了五花八門的早期宇宙模型。這些模型堪稱智力上的傑作。不幸的是，它們中的一部分被拋棄了，另一部分雖然倖存下來，卻綴滿了補丁，因為唯有不斷地縫縫補補，才能與新出現的數據相吻合。這與伽利略所創立的科學是同一種科學嗎？夥計們，你們還是客觀、誠實的科學家嗎？（原話是，即使是［在問題日益嚴重的］現在，宇宙學圈子都還沒有冷靜、誠實地對待大爆炸——暴脹理論。）有人，主要是普林斯頓大學的斯坦哈特（Paul J. Steinhardt），在二〇一七年二月的《科學美國人》上不滿地吐槽，結果遭到數十位著名科學家的「群毆」，包括阿蘭·古斯、威滕、霍金以及四位「諾獎」得主。他們組成了一個保衛暴脹的公司，且不是有限責任公司，而是無限責任公司。
瑞典小龍蝦派對上的安德烈·林德（左）和阿蘭·古斯（右）。下圖為根據阿蘭·古斯暴脹理論模擬引力波扭曲後的場景（Photo ?? Max Tegmark / huffingtonpost.com）
斯坦哈特是普林斯頓大學的教授，暴脹理論的第一個具體模型就是他和阿爾布萊希特（Andreas Albrecht）於一九八二年設計的，據說大多數後來的模型都是以它為原型的。這樣一個濃眉大眼的人物叛變了革命，自然讓人不快。暴脹會導致永恆暴脹，從而導致數不勝數的多重宇宙。這個理論還對初始條件高度敏感，就像伽莫夫的理論一樣。斯坦哈特不喜歡這些，於是開始懷疑所謂的暴脹是否真的發生過。但暴脹也有非同尋常的好處，它解釋了令人頭疼的平坦性問題和視界問題；至於星繫結構的種子問題、磁單極子問題等，也能得到合理的解釋。這也是許多人偏愛它的原因。斯坦哈特對此視而不見，一雙嚴厲的眼睛老是盯著阿喀琉斯的腳後跟不放。其實要反對斯坦哈特的異見，一個人寫篇文章就夠了，為什麼要這麼多人簽署聯名信呢？這一不太正常的局面本身就意味著，儘管目前的宇宙理論很流行，很時髦，但問題並沒有獲得圓滿解決，甚至存在令人難堪的難言之隱，而斯坦哈特竟敢把小圈子裡的隱私公之於眾！
斯坦哈特（來源：princeton.edu）
迄今為止，有一些觀測證據支持暴脹理論的預言，但沒有哪一個是決定性的。大多數物理學家同意，假如能夠發現原初引力波，那無疑是有力的支持。二〇一四年春天的一個早晨，哈佛大學的科瓦奇（Joh Kova）宣布，經過長達三年的努力，他們在南極的望遠鏡BICEP2發現了它的蹤跡。暴脹留下的蛛絲馬跡終於找到了，宇宙起源的最後一塊拼圖完美無缺地補上了。科學界最初的反應是一片歡騰，不久從內部傳出令人不安的竊竊私語：普朗克衛星並沒有發現同樣的結果。漸漸地，竊竊私語彙成了一股質疑的洪流。一年後，論文被撤銷了，原來這是一個烏龍球，科瓦奇觀測到的是銀河系中塵埃的極化效應。換言之，是不請自來的「背景雜訊」鳩佔鵲巢。原初引力波至今杳無蹤影。不過古斯在聯名信中辯解道：就連原初引力波也不是必要的，因為也有一些模型不必產生這種微弱的漣漪。這既說明了理論的彈性，同時也表明，原初引力波不是一個像氦元素丰度那樣的證據。假如在宇宙中發現一顆氦元素丰度為零的恆星，伽莫夫的宇宙蛋就要扯到蛋了；但是，假如沒有找到原初引力波，暴脹理論依然可以安之若素，不動如山。
位於南極的BICEP2（Photo ?? Steffan Richter / Harvard University）
今天的物理學家擁有強有力的理論——廣義相對論、量子力學、熱力學等，擁有昂貴、複雜的儀器——大大小小的望遠鏡和探測衛星，擁有海量的數據以及龐大的人力資源，但他們仍然無法真正解決宇宙起源問題，也無法確切描述宇宙的未來。這與從米利都學派到原子論派的希臘哲學倒有相似之處。那個時候的哲學家沒有方程式，沒有觀測儀器，以現代的標準看，都是光著屁股的裸奔者，然而他們卻在努力解決萬物起源問題。就思想的深刻性而言，那些前蘇格拉底哲學家，尤其是畢達哥拉斯、巴門尼德之後的哲學家，與現代的宇宙學家幾乎不相上下，彷彿兩者之間存在隱蔽的思想連通器似的。宇宙循環論者可以從恩培多克勒那裡獲得啟發。討論星繫結構成長的種子問題的人們或許會發現，阿那克薩戈拉（Anaxagoras）早就思考過類似的問題。德謨克利特認為，苦和甜，冷和熱，還有顏色，都是人們的習慣說法，真相是原子在虛空中的運動。這個觀點是何等的現代。在希臘語中，原子意味著不可分割，這個特徵倒可以使古老的原子直接抵達宇宙極早期那些比基本粒子還基本的粒子了。而畢達哥拉斯似乎早在兩千五百年前就道出了泰格馬克（Max Tegmark）的心聲：宇宙不只是被數學所描述，宇宙本身就是數學。即便將宇宙起源追蹤到真空，巴門尼德有關存在與非存在的辨析依然是一個繞不開的話題。對於非存在（nothing），你既不可能認識它，也不可能言說，巴門尼德說。量子理論告訴我們，真空的確不是空無一物的無（nothing），在普朗克尺度上，它充滿了喧嘩與騷動，即所謂的量子漲落或時空泡沫。愛德華·特萊恩（Edward Tryon）認為，宇宙是一次真空漲落（這個過於超前的觀點於一九三七年提出，比古斯的暴脹理論還早，最初也被當成笑話）。對很多人來說，這足以表明宇宙是「無中生有」了。但按照巴門尼德的標準，卻不能這樣說，因為真空的量子漲落既可以由實驗來認識，也可以由量子場論的語言來言說。
愛因斯坦、湯川秀樹與約翰·惠勒在普林斯頓（1954）
在晚年的自傳中，約翰·惠勒（John Wheeler）記下了他對宇宙起源的思考。他將宇宙的起源與生命的起源做了對比。生命產生於沒有生命的物質，生命的形式和演化途徑也不止一種，他認為概率扮演了一個重要角色。
由於莫名其妙的概率導致空間誕生、時間誕生，物理定律也誕生了。地球上的生命起源方式或許有其限制，究竟出現何種現象或許也有限度，並非可以「隨心所欲」。不過也並非「獨一無二」。地球上的生命源自無生命，宇宙也是無中生有。不過這種「有」之所起源的「無」並非真空的無。這是一種更深奧的所謂的虛無，宇宙為什麼會出現併產生出現況？宇宙可有其他的存在狀態？這些都是未解的問題，也幾乎無人問起。（《約翰·惠勒自傳》）
這段話表明惠勒受到了巴門尼德的影響。巴門尼德認為不存在的東西是不可認識的。他在存在與虛無之間畫了一道明確的界線，而惠勒卻在思考如何突破這一難以逾越的界線。如果宇宙有一個開端，那必定是「無中生有」。但是巴門尼德的問題依然無法迴避：所謂的更深奧的虛無究竟是什麼？既然你們提到了納辛先生（Mr . Nothing），那麼請問有誰認識他？可不可以把他指給我看一下？（這裡參考了G. S.基爾克、J. E.拉文、M.斯科菲爾德編著的《前蘇格拉底哲學家：原文精選的批評史》有關巴門尼德的章節）到了一六九七年，萊布尼茨在思考萬物的終極起源時把這個問題變成：為什麼有物存在，而虛無反倒不存在？在英語世界裡，這個問題通常表達為：Why is there something rather than nothing？（海德格爾的《形而上學導論》就是以萊布尼茲的著名問題開篇的。海德格爾認為，這是所有問題中的首要問題）這是一個天問。虛無意味著沒有時間、沒有空間、沒有物質……然而宇宙學家維連金（Alex Vilenkin）認為，宇宙可以依據量子機制自動誕生。他把這種創世稱為量子創世（quantum creation）。但即便物理定律允許這樣的創世，這又意味著物理定律存在於宇宙起源之前。換言之，這還不是真正的nothing，還是有something。那麼什麼才是真正的nothing呢？一想起這個問題，我就頭痛欲裂，彷彿觸犯了可怕的天條。如果宇宙有什麼禁忌的話，那就是虛無。
維連金：「對很多物理學家來說，宇宙的開端是個令人不適的問題，因為它暗示了必然有個什麼東西引發了這個開端，以及在宇宙之外應該還有某個原因。」（Photo ? Deposit Photos / tufts.edu）
宇宙起源對物理常數和初始條件的高度敏感是當代宇宙學的一大心病。要創造一個可供生命繁衍的穩定的宇宙，需要有運氣的成分，且不是一般的運氣。如果質子的質量再多出一點點（譬如百分之一），原子核就會變得不穩定，原子當然也會灰飛煙滅。如果強核力稍微強一些，恆星里的核燃料就會燃燒得太快，太陽會變得過於灼熱，且壽命很短；如果它稍微弱一些，麻煩則更多，沒有一種元素可以在恆星內部合成成功……這樣的「如果」，物理學家可以開出一長串來。這意味著那些看似普通、隨意的物理常數，其實一點也不隨意，只要其中一個被改變，哪怕是改變一點點，宇宙就不是現在這個樣子，生命也就不會存在。我們的宇宙起源於一起小概率事件，概率小到什麼程度？小到用天文學家休·羅斯（Hugh Ross）的話說，可以與「龍捲風在襲擊廢車場時碰巧完整地裝配一架波音747飛機的可能性」相比。於是產生了有爭議的人擇原理：宇宙之所以被調控得如此精準，是因為不如此精準，我們這些兩條腿的動物就不會存在，遑論躲在望遠鏡後觀察宇宙了。「似乎宇宙知道我們要來了。」物理學家戴森（Freeman Dyson）有一次神秘兮兮地說。這簡直就是亞里士多德的目的因在宇宙學中的一個翻版：大自然不會徒勞地做任何事情，對動物是如此，對宇宙也是如此。自從羅伯特·迪克（Robert Dicke）和布蘭登·卡特（Brandon Carter）分別提出人擇原理的最初表述後，人在宇宙中被哥白尼貶低的地位獲得了極大的提升，以至於有人忘乎所以地認為，宇宙中必然會發展出智慧生命，且一旦產生，就再也不會滅絕。還有人相信：「我們對物理世界的科學認識所揭示的這種精妙秩序只能由神性來解釋。」（這是MIT的物理學家維拉·吉斯蒂亞科夫斯基［Vera Kistiakowsky］的觀點，她將強人擇原理視為上帝存在的一個標誌）這些加強版的觀點，自然會引起極大的爭議。當我讀到有關人擇原理的種種表述和爭議時，普羅泰戈拉（Protagoras）的話就會時常浮現在耳邊：「人是萬物的尺度，是存在的事物存在的尺度，也是不存在的事物不存在的尺度。」（對普羅泰戈拉的命題，很多學者有不同的理解，中文譯法也不盡相同。多數學者認為普羅泰戈拉的「人」是指個體，但《希臘思想家》的作者西奧多·岡珀茨[Theodor Gomperz]卻認為，「人是尺度」是對認識論的一大貢獻，與「萬物」相對應的「人」顯然不是指個體，而是指整個人類。這個解釋甚合我意）後一句話聽上去像是同義反覆的廢話，對於喜歡吹泡泡（泡泡宇宙）或者展示「弦景觀」的宇宙學家，卻顯得頗有意味：那些沒有人類作為觀測者存在的宇宙有意義嗎？
美劇《生活大爆炸》里的謝爾頓最後放棄了弦理論（第7季第20集）
當然這樣說物理學家可能並不領情。哲學已經過時，是物理學家的普遍看法。多數人對哲學既無興趣，也談不上理解。一旦哲學家與物理學家發生爭論，獲勝的肯定是物理學家，因為後者可以利用知識上的優勢，不加掩飾地羞辱對手（二〇一二年發生的勞倫斯·克勞斯［Lawrence Krauss］與大衛·阿爾伯特［DavidAlbert］之爭就是一個例子。克勞斯稱阿爾伯特之類的學者為低能的哲學家，由此引發哲學家群體的不滿）。在今天，已經找不到像惠勒那樣具有深厚哲學修養的物理學家了。斯蒂文·溫伯格（Steven Wei nberg）認為，希臘人的科學只有到了亞歷山大死後的希臘化時期，才會使他感到親切；至於蘇格拉底之前的哲學，如果一定要稱其為物理學或科學的話，會使他感到痛苦。這個觀點大致代表了物理學家的感受。然而人文學者卻有另一番感受。法國古典學者萊昂·羅斑覺得，隨著科學專業化的加強，這個時期的希臘思想已經窮盡了創造力，走向衰落。雅各布·布克哈特說過，所有後來的對世界的客觀理解，都只是希臘人開始搭建的基本架構的某種裝飾而已。（順便說一句，布克哈特的名言在有些情形下並不正確，例如希臘人對他們所搭建的基本架構——幾何公理體系的迷戀就妨礙了數的概念的產生和代數的發展。）
兩種大相徑庭的觀點，都不是空中樓閣，背後都有龐大的知識體系作為支撐。當代宇宙學是在全新的觀測和挑戰下成長的，本質上仍是萌櫱於希臘化時期的數理科學的延續和發展，就精巧、複雜程度而言，卻又是古人難以想像的，絕不應該與令溫伯格感到痛苦的前蘇格拉底哲學相提並論。但的確有一個理由使我可以放心大膽地胡說，這個理由是，當宇宙學家帶著伽莫夫理論的勝利餘威繼續走向宇宙的「開端」時，他們面臨的窘迫是前所未有的：已知的物理學知識此刻全部失效。這意味著，宇宙學家的處境並不比那些前蘇格拉底哲學家好多少，區別在於：前者擁有全部失效的理論，後者沒有理論。簡言之，他們也是光屁股的裸奔者。舉一個例子，維連金曾經將虛無設想為一個半徑為零的閉合時空（a closed spacetime of zero radius），但量子理論認為，小於普朗克時間和普朗克長度的時空是沒有意義的，因此這個優雅的定義只是純粹思辨的結果，而純粹的思辨正是前蘇格拉底哲學的主要特徵。
沉浸於「完美的和諧」的畢達哥拉斯（15世紀木刻畫，來源：sciencenews.org）
對希臘悲劇情有獨鐘的尼采也極喜歡那個時代的哲學家，尤其是阿那克薩戈拉。阿那克薩戈拉是伯里克利的老師和朋友，柏拉圖說他「沉浸於高貴的言談，並且洞悉理智和無知的本質」。他後來受到不敬神的指控，被迫離開雅典，亡命在外。在尼采眼中，阿那克薩戈拉與其說是能言善辯的哲學家，倒不如說是懷著敬畏、虔誠之心的藝術家。在希臘哲學家中，阿那克薩戈拉是第一個將宇宙演化與心靈聯繫起來的人。他把生成的推動力歸結為「奴斯」（心靈或靈魂之意），長期以來，這個二元論的觀點對後來的哲學家是奇怪的、不可理喻的，但到了人擇原理引起討論的今天，竟然也有其現代知音。馬丁·里斯（Martin Rees）說：「宇宙之所以存在，是因為我們意識到這一點。」暴脹理論的另一位重要推手安德烈·林德（AndreI Linde）則認為，對宇宙的研究和對意識的研究可能存在不可分割的聯繫。
阿那克薩戈拉（來源：britannica.com）
我打算把尼採的最後一句話改成：暴脹不是一種物理現象，而僅僅是一種藝術現象。但我所指的藝術不是古老的希臘藝術，而是繁複多變的當代藝術。我曾登上雅典衛城的山頂，近距離體會到巴特農神廟的偉大。我知道那是怎樣的一種藝術。一個世紀前，就是那座殘破的神廟，讓一位年輕的瑞士鐘錶匠的兒子夏爾·讓納雷渾身顫抖，最終變成了柯布西耶。我想如果尼采從墳墓里偷偷爬出來（利用蟲洞理論或時間機器？）來到我們這個時代，肯定會讓阿那克薩戈拉這樣改口的。我不知道暴脹的擁護者會不會同意我的說法。假如事情果真如斯坦哈特所言：「如果我們改變初始條件,改變暴脹能量密度曲線的形狀，暴脹的結果就能輕易改變。這些特點使得暴脹理論極富彈性，以至於沒有實驗能對它提出反證。」那麼他們豈不是也在從事有關宇宙生成的藝術？當代藝術註定是一個聚訟不休、爭妍鬥奇的領域，我們在早期宇宙學中也看到了相仿的情形。
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