《仰望星空》22 - 探索永无止尽

我们下面介绍宇宙的第二种命运——大撕裂。

这个假说首次出现是在2003年，那时候，距离暗能量的发现已经过去了四年，达特茅斯学院的领导者罗伯特·考德威尔仔细地计算暗能量对宇宙的影响到底会是怎样。计算结果表明，如果暗能量产生的斥力与宇宙的平均能量密度的比值小于-1的话，那么很可能，暗能量的力量会无限增强下去，一直到把宇宙中所有的基本粒子都互相扯开为止，用大撕裂来形容这种情况再形象不过了。而且，这个结局会到来得非常快，考德威尔认为也就是500亿年之后，宇宙就会被彻底撕裂了。所谓的彻底撕裂，就是每个基本粒子之间互相远离的速度都超过了光速，任何基本粒子之间永远也不再可能发生相互作用。大撕裂假说得到了不少科学家的支持，但是计算结果不一，甚至有人认为150亿年以后，宇宙就将进入大撕裂状态。但这些依然是一种假说。虽然说，不管是500亿年也好，150亿年也好，相对于我们现在来说那都是非常非常遥远的事情，并不会对我们的现在产生任何影响。但每每想到这种可怕的大撕裂的结局，我还是会不寒而栗，想想吧，每一个基本粒子互相远离的速度都大于光速，这个宇宙不可能再发生任何的变化，一切可能性都丧失了，这样的结局似乎连“要有光”的机会也没有了。但是，在人类没有彻底揭开暗物质和暗能量产生的根源之前，大撕裂仍然是一个建立在流沙上的城堡，可能说毁就毁了。

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探索永无止尽

行文至此，本书也接近了尾声。一部人类探索天文的历史其实也是一部人类追求科学的历史，我们不妨从天文学的角度来回顾一下这2500年来，人类是怎样一步步地走出蒙昧，产生理性，最后又诞生了科学。

进化论告诉我们，人是从动物中进化而来的，那么是什么样的标志性事件让人与动物区分开来了呢？有些人认为是直立行走，有些人认为是使用工具，还有些人认为是对火的利用，等等，各种哲学观点很多，似乎也都能讲出道理。但我认为，这个标志性事件是始于三个字——“为什么？”。当第一批直立行走的智人在头脑中问出了“为什么”的时候，这些智人就不再是动物了，成为了万物之灵的人类。他们开始追问为什么会有白天黑夜？为什么太阳东升西落？为什么会有风云雷电？……人类文明的曙光正是从这一刻划破了黑暗，浩瀚的宇宙诞生了地球文明。

在远古时代，回答这些最为朴素的天文学问题是全世界所有智者面临的第一批问题，因此，从人类诞生的第一天起就诞生了天文学。实际上，所谓的智者就是人类中率先产生了好奇心的人，他们试图回答的问题就是他们自己心中产生的问题。那时，闭上眼睛玄想是所有智者探索答案的唯一方式。这样的玄想持续了几万年，他们得到的答案都差不多，也就是各种各样的神话传说，这是对大自然中一切现象最方便的解释，也是最容易自圆其说的，只需要编故事。那时人类是原始蒙昧的，因为他们还没有找到任何一个可靠的寻找答案的方法，这样的玄想哪怕再持续几百万年，人类对自然的认识也不会有什么提高。

直到2500年前，在古希腊这片神奇的土地上开始产生了理性思维，这就是科学精神的萌芽。以毕达哥拉斯为代表的一批先哲开始思考用数学来解释天文学问题，这是人类科学精神的第一道闪光，对人类文明来说，意义深远。在毕达哥拉斯之后，数学就与人类探索大自然规律的活动密不可分了，数学成了解开大自然奥秘的一把神奇钥匙。有了数学这个工具，我们从此脱离了纯粹的理性思辨，在为自然现象定性的基础上，我们开始寻求定量分析，这是之后一切科学活动的基础。接着，以亚里士多德为代表的实证派的出现，使得人类终于掌握了鉴别一个理论好坏的方法。亚里士多德不仅支持大地是球形的理论，最为可贵的是，他意识到证据的重要性，他意识到仅仅用思辨的方式来证明一个理论是远远不够的，比思辨更重要的是实证。千万不要小看这样一种认识上的转变，这对于人类来说可不是一件轻而易举的事情，哪怕是在亚里士多德出现后的几千年中，无数人类中的精英，不管是东方的还是西方的，依然固执地认为从经典古籍中寻找问题的答案，才是最可靠的方式。比如说，面对一个问题“人有几块骨头？”，中国的大儒首先想到的基本上都是到经史子集中寻找答案，西方的先哲首先想到的可能是到《圣经》或者其他古老的书籍中去寻找答案，很少有人会萌发从死人身上寻找答案的念头。有史可考的第一个想从解剖学上去寻找答案的人，可能是古罗马时期的盖伦，他至少想到了要去解剖一只猴子，来研究人体到底有几块骨头这个问题，但是从盖伦到写出《心血运动论》的哈维彻底搞清楚人到底有几块骨头，足足过去了1400多年。而在中国，则一直到清朝，才出现了一个叫王清任的医生，他是第一个对《黄帝内经》产生了怀疑，想到要从死人身上找出问题答案的人，不过又没有勇气亲自解剖，而是去问刽子手和仵作，所以他最终还是没搞对。以至于这样一个在今天看来完全可以通过实证很容易搞清楚的问题，中国人还得靠留学生从西方回来后，才知道正确答案。

实证思想是人类从蒙昧迈向理性至关重要的一步，也是科学精神中份量最重的一块基石。可是直到今天——在每一个人都会背“实践出真知”的今天，真正具备实证精神的人还是太少了，依然有大量的人对从未经受过严格验证的说法深信不疑。

文艺复兴时期是人类文明史上一个伟大的时期，人类理性的真正兴起，就是从这个时期开始的。哥白尼的日心说之所以能最终战胜托勒密的地心说，根本原因是根据日心说做出的天象预测要比地心说准确得多，这就是预言和验证的力量。哪怕有强大的宗教势力不遗余力地阻止着认知革命，人类的理性最终还是会战胜一切貌似强大的力量。科学理论的一个重要特征就是可以提出预言，而这个预言又是可以通过人类掌握的观察手段加以证实或者证伪的，这种理性的思维是科学精神中不可分割的重要组成部分。也正是因为科学精神在人们心目中的进一步普及和深入，才使得开普勒的理论又战胜了哥白尼的理论。如果哥白尼地下有知，他只会感到无比的高兴而不会沮丧，他会感谢开普勒把人类对天象的预测带上了一个更高的精度。在这之后，又诞生了伽利略、牛顿、爱因斯坦，他们就像火炬传递一样，接过前人的火把，向着更深层的未知继续探索，但是每一次的火炬传递，每一次的认知革命都是在艰难坎坷中前行，绝不是轻易得到的。这些人类历史上的群星们，闪耀的是同样的理性光辉。

从此，科学从古典哲学中独立出来，成为迄今为止人类最伟大的智力成就，没有之一。那么，到底什么又是科学？如果引用《辞海》的定义的话，那么科学是反映自然、社会、思维等的客观规律的分科的知识体系。维基百科对科学有另外一个定义，我感觉更好一些：科学是通过经验实证的方法，对现象（原来指自然现象，现泛指包括社会现象等现象）进行归因的学科。但是，无论如何，用一句话说清楚科学是什么，怎么都是很难令人满意的。在我看来，科学可以从两个角度来加以阐述，第一个是从方法的角度来说：

科学是一种人类获取最可靠知识的方法论。具体来说，这个方法就是通过观察，然后提出假设，然后再通过实验来检验这个假设。如果通过检验，那么假设就可以上升为在一定适用范围内成立的科学理论；如果通不过检验，那么就要修正假设或者完全推翻重来，继续通过实验来检验，如此循环往复，直到成为一个科学理论为止。开普勒行星运动三定律和牛顿万有引力定律的发现，就是对这个方法最好的注解。

第二个是从科学的基本特征来说。科学的定义虽然没有定论，但科学的基本特征却是举世公认的：

科学活动所得的知识是条件明确的，不能模棱两可或随意解读，能经得起检验的，而且不能与任何适用范围内的已知事实产生矛盾。

首先，一个科学理论必须具备可证伪性。可证伪性的含义从理论上来说，它是有可能被证伪的，这里的关键词是“有可能”三个字。如果一个学说从理论上来说就不可能被证伪，那么这个学说就无法被称之为科学理论。比如说有人宣称，天上下雨的原因是一条看不见的天龙在喷水，那么，这个理论就是不可能被证伪的。因为无论你怎么反对，都无法证明那条看不见的天龙不存在，因此它就不能被纳入科学理论的范围，只能被称为是某种“见解”。进一步说，科学理论必须要能提出一些明确的预言，并且这些预言也必须是可检验、具备可证伪性的。比如说托勒密提出的地心说模型，可以预言火星在某个时刻出现的位置，那么我们就可以在那个时刻观测火星出现的位置，来检验该预言是否正确。如果预言准确，火星确实在那个时候准时出现在预计的位置，那么地心说的可靠性就相应增加，但只要有一次预言与实际结果不符（前提是观测方法正确），就足以证明地心说是有错误的。同样，无论是哥白尼的学说还是开普勒、牛顿的学说，都是可以通过理论来预言明确的天文现象，在理论上是有可能被证伪的。对于一个科学理论来说，哪怕符合理论的现象再多，但只要出现一个反例，就足以证明该理论是错误的。但是有些学说，比如算命和风水吧，算准了的会被人们津津乐道，广为传播，算不准的就没人提了。

其次，每个科学理论都是有适用范围的，而且必须能够解释在这个适用范围内所有已知的现象，记住，必须是所有，没得商量，只要有任何一个现象无法解释，那么整个理论都是错误的。比如说托勒密的地心说，尽管被新的理论替代了，但如果我们把它的适用范围划定在误差是三个月之内的话，那么地心说依然可以被认为是一个科学理论，只是这个理论的适用范围比较小，精确度比较低。哥白尼的日心说也是同样的道理，它的误差大幅缩小到了以天为单位，精确度的提高使得适用范围大大增加，因此这个理论就远胜于托勒密的地心说。不过这个理论依然有明显的不足，如果我们对天象的预报要求精确到误差一小时之内，那么哥白尼的理论很容易就会被证伪，于是我们又要用到开普勒的理论，即行星运行的轨道是一个椭圆而不是完美的正圆。但开普勒和牛顿的天体运行理论依然是不完美的，在预言水星的运行轨道时，每100年就会产生43角秒的偏差，虽然这个偏差很小，但足以证明理论的缺陷。于是爱因斯坦又提出了更为精确的广义相对论，这是我们目前已知的关于天体运行的最好理论，在人类现有的观测精度下面，理论预言和所有的实际观测值都完美地相符，至今没有发现一个反例。可以推断，随着人类观测精度的不断提升，没准儿有一天我们又会发现理论值和观测值不一致，这时候就需要有更好的理论来修正爱因斯坦的广义相对论了。

由此我们看到，科学理论还有一个重要特征，就是有自我纠错的能力。任何一个科学理论都不会宣称，自己是毫无条件地绝对正确的，这是科学与神学、哲学最大的区别之一，科学通过观察、假设、验证这套方法，可以保证理论的不断迭代升级，越来越好。大家还得知道一个概念，人类进入到20世纪以后，任何一个新理论都必须与旧理论兼容，新理论和旧理论的关系就像是俄罗斯套娃这样的包含关系，而并非完全推倒重来的关系。广义相对论的简化版本就是牛顿理论，开普勒理论的简化版本就是哥白尼理论。因此我们可以预言，将来那个更好的理论也一定是兼容广义相对论的，所有我们已经取得的天体力学理论在规定的适用范围内仍然是正确的，不论过多少年也不会发生改变。换一句更高深的表达方式就是，每一个科学理论都有边界，而科学探索活动就是不断地延伸现有的边界。

最后，科学理论还有一个非常重要的特征，就是可重复性。任何一个科学实验或者科学预言都是可以被重复验证的，全世界任何一个地方的科学家，只要采用的是同样的方法，就一定能重现相同的结果。不能复现结果的理论永远进不了科学的殿堂。

以上这些都是科学的重要特征，并非全部，不同的人会有自己不同的总结方式，但共识是毫无疑问的。这些是从正面来解释了什么是科学，还有必要从反面来解释一下什么不是科学。

第一，既不能定性又不能定量的研究对象和研究方法不是科学。比如文学、艺术，它们的共同特点就是无法做定性定量的分析，大多数情况下靠的是人的主观感受。但并不是说文学、艺术就没有价值，它们虽然不是科学，但依然是人类文明的重要组成部分，缺一不可。

第二，不以客观存在的事物为研究对象的学问不是科学。具体说来，就是事物或者现象还没有被证明存在之前，你也可以去研究，但是这个研究活动还不能称之为科学研究，只有在事物和现象被证明存在之后，你的研究活动和结论才能被追认为科学。最典型的例子就是神和鬼以及各种人体特异功能，研究这些可以，没人拦着，但是在人、鬼、特异功能还没有被证明确实存在之前，对不起，你不能算科学。要踏入科学之门，首先还得拿出你研究对象确实存在的过硬证据才行。

第三，某个理论虽然看上去用了一大堆科学术语，但实际上研究方法和成果并不符合科学的基本范式，也就是前面提到的科学方法和特征，这就是我们常常说的伪科学。这些伪科学往往喜欢用哲学思辨来代替严谨的推导证明，所举出的证据也往往是孤证，可以当作传说和故事来看待。伪科学还经常和另外一个词一起出现，就是民科，其实民科并非指“来自民间的”，大学教授也可能是民科，鉴别民科的关键在于有无科学精神。他们身上具备的一般特征有：都对他们所认定的“科学”富有狂热而近乎执拗的热情，却不曾也无意接受科学训练；他们对主流科学理论提出大胆的怀疑，凭借的更多是臆想而非客观可靠的证据；他们以“独特之梦想”为由，拒绝进入科学共同体、拒绝接受同行评议、拒绝承认既有的专业规范，也拒绝从专业领域出发的任何批评。

第四，技术发明不是科学发现。比如中国古代的四大发明我们都耳熟能详，但科学史的主流观点认为这些只是具体的技术发明，并不是真正的科学发现。科学发现必须是对自然现象本质规律的探索。

我还必须补充说明的是，哲学可以分东、西，但科学没有东、西之分。凡是一看到有人反对我说，你不能拿西方科学的标准来考察东方的科学，我就只能无奈苦笑。科学只有一套标准，没有东方科学或西方科学，科学就是科学，她起源于西方，但她是属于全人类的智力财富，没有国界，更没有文化的隔阂，甚至对科学来说，文化和感情都是多余的东西。

爱因斯坦认为科学大厦的基石有两块，一块是古希腊人从欧几里得的几何学中创立的形式逻辑系统，也就是公理演绎法，从几个不证自明的坚实公理往前逐步推演，得出一系列的推论；另一块是文艺复兴时期发现的，通过系统实验可能找出因果关系。可以说现代物理学，甚至绝大多数伟大的科学成就都是在这两个基础上发展起来的。

谈到科学，我还得再讲讲什么是科学精神。有人会说我迷信科学，我总是不太能听懂，因为科学是破除迷信的最有力武器，那么迷信破除迷信的武器到底是什么概念呢？科学精神的第一条就是与迷信完全对立的怀疑精神，不怀疑才叫迷信，那么迷信怀疑又是啥意思咧？我是不大能懂这样的神逻辑。但光有怀疑精神是远远不够的，如果只有怀疑而没有实证精神，就很容易落入到我前面谈到的民科精神中。怀疑现有的一切科学成就，但又拒绝用举世公认的科学研究范式来研究问题，比如不懂什么是大样本随机双盲对照实验，也不懂孤证不立的基本道理，只是一味毫无证据地坚信自己就是当代布鲁诺。所以，怀疑必须加上实证才是科学精神。一个双盲对照实验就破除了不知道多少迷信。

科学精神还离不开理性的思维，比如相关性不等于因果性，证明因果性远不是一个统计相关就够。例如要证明某一个传染病是由某个病原体导致的，就要满足著名的“科赫法则”才行：1，必须在所有病人身上发现该病原体；2，必须从病人身上分离并培养出病原体；3，把培养出的病原体接种给动物，动物应该出现与病人相同的症状；4，从出现症状的动物身上能分离培养出同一种病原体。你看，这四个步骤环环相扣，逻辑严密，最后得出的结论不得不让你信服，你说这个科赫法则难道不是全人类共同的智力财富吗？当然某些人也可以气势汹汹地说一句：不要迷信西方人的法则。这是一个万能大棒，什么都可以打，但你倒是说说这个来自西方的科赫法则它哪里错了呢？再比如，无法证明不存在不等于必定存在，像外星人飞碟这样的传说，要证明不存在几乎是不可能的，但这可不等于外星人飞碟就一定来过地球了，举证责任恰恰是在宣称存在的一方。但还要记住一条，越是惊人的声称就越要有惊人的证据，传说和孤证可不是过硬的证据。自认为无法解释的现象不等于不能解释，很可能解释它的论文早就汗牛充栋了，只是你从来没有去认真地查询过资料而已。这些我统统称之为理性思维，它们都是科学精神的重要组成部分。

我们现在已知的一切天文学知识无不是在科学精神的引领下，一步一个脚印地探索得来。我们对宇宙的认识如果比喻成一座雄伟大厦的话，那么每一块砖瓦都不是凭空而立，而是一块一块地垒上去的。在建立这座大厦的过程中，我们不断地修正、剔除无法经受住严格检验的砖块，每增加一层都得经受住无数人的质疑和验证。时至今日，人类已经取得了许多伟大的成就。对于宇宙而言，人类渺小如蝼蚁，但是这样渺小的人类居然能把宇宙了解到今天这样的程度，身为人类的一份子，我深感自豪。

但我们的探索还远远没有到达尽头，宇宙留给我们的未知领域还有太多太多。就在我们的太阳系，我们想知道的东西依然无法尽数。月球究竟是怎么形成的？太阳的磁暴是怎么产生的？太阳系的这种结构在宇宙中是特殊的吗？太阳系中除了地球之外，还有孕育生命的地方吗？木卫二的海洋中有生命吗？彗星到底来自哪里？奥尔特星云是怎么形成的？是否还有未发现的大行星？等等等等。

从太阳系向外扩展到银河系，我们想知道的事情就更多了。银河系中到底有多少宜居行星？地球之外还有智慧文明的存在吗？是什么力量在推动着银河系自转并形成一个旋涡状？银河系的中心是不是真的有一颗超大质量的黑洞？还有没有更好的证据？黑洞的视界之内到底是怎样的？等等等等。

再从银河系扩展到整个宇宙，更多的未解之谜等待着人类破解。暗物质到底是什么？暗能量又是怎么产生的？伽马射线暴是怎么产生的？星系与星系之间的空间真的是完全空旷的吗？流浪行星是不是大量存在？为什么有的星系光度学质量与动力学质量大多数不相等但有些又相等呢？虫洞是真实存在的天体吗？宇宙大爆炸的原因是什么？宇宙将会怎样终结？平行宇宙到底存不存在？等等等等。

或许在我的有生之年，这些问题都找不到答案。但也许，在我的读者群中有这么一位青少年从此立志去探寻宇宙的奥秘，而在我行将就木之前，他解开了其中至少一个谜题。如果有这么一天，我将为我今天写下的文字而感到无比自豪。

（全书完）