今年的諾貝爾物理學獎由三人共享。其中我比較熟悉的是英國數學物理學家兼哲學家,羅傑-彭羅斯(Sir Roger Penrose)。 與其他科學家不同,彭羅斯還是一位著名的公知。跟美國頭號公知喬姆斯基一樣,彭羅斯也喜歡在公共場合向大眾普及科學哲學。二位公知都非常平易近人。例如無論誰邀請,包括油管上的無名鼠輩的邀請,他們一般都會赴約。 彭羅斯的工作的超凡意義,在於對宇宙的兩個終極問題,即宇宙的誕生和結束,第一次從科學上給出了一個解釋。在彭羅斯之前,現有的科學理論對兩個終極問題是基本上無能為力的。 例如按照卡爾薩根的立場,如果宇宙是由上帝創造的,那麼人們自然會問,上帝又是誰創造的?大爆炸之前的因果困境,與神創論的困境相同,都屬於雞與蛋的無限循環悖論。既然如此,如果神創論無法回答“神的創造者又是誰”這類問題,何不省下一步,直接承認宇宙的終極起源是不可回答的? 但是另一方面,不可知論又是一頂大帽子。沒有人,包括科學家喜歡這頂大帽子。科學哲學對不可知論的回答與伽利略類似。例如伽利略說,只要給我一個支點,我就可以舉起地球。科學哲學對不可知論的回答是,只要給我時間,我就會知道的越來越多。 形式邏輯的有效性在於開放性。即,當形式邏輯是一條無頭無尾的直線時,它就顯得很有效。一旦成為一個封閉的環,就成了循環論證。這就是為什麼亞里士多德的“第一推動者,”要麼只能是公理,要麼只能是上帝。因為這是形式邏輯的要求所決定了的。否則雞與蛋的悖論將是永無之境的。 彭羅斯為履行科學哲學的諾言邁出了一大步。按照彭羅斯的解釋,大爆炸之前的“最初無窮小宇宙,”與大爆炸之後的“最終無窮大宇宙”其實是沒有區別的。也就是說,一次大爆炸的最初與前一次大爆炸最終是自然銜接的。無窮小即無窮大,無窮大即無窮小。 彭羅斯的驚人解釋,是受到了愛因斯坦的等效原理(Equivalence principle)的啟發。據說,愛因斯坦在瑞士專利局的辦公室里偶然看到街對面的電梯升降。讓他突然想到了重力與慣性力很有可能是一回事。正是重力與慣性力的等效思想,才使得廣義相對論的誕生成為可能。由此可見,等效性原理對物理學是何等的重要。例如後來愛因斯坦又發現質量與能量也是等效的。於是原子彈便誕生了。 受等效原理的有效性的啟發,彭羅斯想到了一個全新的等效原理,即質量與時間等效。例如把愛因斯坦的質能關係與普朗克的黑體輻射猜想連立在一起,那麼質量就應當與頻率,也就是與時間的標度(scale)等效。 雖然廣義相對論預測到了黑洞的存在,以及哈勃的觀測結果也預示了宇宙的起因是來自一次“大爆炸。”但是二者都存在着一個巨大困境。例如,廣義相對論只能解釋黑洞的產生,但不能解釋黑洞將如何消失。同理,大爆炸理論無法解釋大爆炸之前的情況。 愛因斯坦和普朗克的骨子裡都有一個強烈的理念。簡潔即完美。按照這樣的理念,在靜態宇宙論與動態宇宙論的選擇當中,他們傾向於靜態宇宙論。在量子力學與經典力學的選擇當中,他們更相信經典力學。 例如,即便是愛因斯坦和普朗克都因為量子力學的奠基性的貢獻各自獲得了諾貝爾獎。但是即便是在獲獎之後,這哥倆仍然對量子力學的接受非常的不情願。 尤其是愛因斯坦,為了維護他的靜態宇宙論理念,不惜在他的即簡潔又完美的廣義相對論後面強行加入了一個“非常彆扭”的宇宙常數。直到後來哈勃的觀測證明了動態宇宙論是正確的。愛因斯坦才醒悟到,俺的廣義相對論本來就是動態宇宙論的理論基礎嘛。靜態宇宙常數,是俺有生以來所犯下的最愚蠢的錯誤(My greatest blunder)。 後來人們又發現,沒有那個常數廣義相對論還真不行。例如宇宙背景輻射,以及宇宙的遙遠邊緣正在按照同距離成指數的規律在加速中。愛因斯坦的宇宙常數能夠很好地解釋這兩個現象, 英文的Robust一詞,在中文中沒有恰當的譯法。它原本是一個統計學概念。例如Robust prediction, Robust Regression. 統計學的本質,尤其是出於檢驗目的的統計學,其實是對主觀假設的一種證實方法。例如最小二程法其實是隱含了這樣一個主觀假設。即認為兩個變量之間存在着線性關係。無論數據多麼離散,您的直線假設永遠都是正確的。 您的主觀假設難道真的是永遠正確的嗎?統計學大師費舍爾(Fisher)想到了一個檢驗主觀假設是否靠譜的方法,叫做統計檢驗。也就是robust的概念。但是很不幸,費舍爾也是一個貨真價實的種族主義者。他對統計學的巨大貢獻,很大程度上被他的種族主義思想所埋沒。 廣義相對論的困境之一,是只能解釋黑洞的誕生但不能解釋黑洞的死亡。雖然霍金曾經提出過一個黑洞的信息蒸發模型。但是相比之下,彭羅斯的解釋在哲學上則更make sense. 說到這裡,就不得不提及一下馬赫原理。馬赫最先意識到了慣性的相對性。如果用通俗語言的來解釋,那就是難道遙遠的星體真的對您身邊的慣性大小的標度(scale)沒有影響嗎?彭羅斯則把馬赫原理進一步明確化。沒有質量也就沒有了時間。一旦時間被凝固,那麼您就會進入一種永恆(Eaon)狀態。 假設您是一個壽命無限長的巨人。並且您的“一覺”的時間是一個谷歌年,也就是十的後面有一百個零那麼多年。當您在永恆中一覺醒來的時候,您會發現宇宙的原本無限寂寞的邊緣,突然變成了大爆炸的前夜。也就是說,原本是空間無限大,時間無限長的寂寞空間,突然變成了一個物質無限密集的狹小空間。並且熵看上去突然從最大變成了最小。
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