物理学家 天文学中早已被推翻, 但还被普通民众视为常识的理论( 二 )
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1929年,哈勃通过对几十个河外星系的距离和远离我们的速度研究发现,二者之间存在正比关系(即哈勃定律)——星系看起来都在离我们远去,而且距离越远,远离的速度越高。这一结论表明,包括银河系在内,整个宇宙正在膨胀;从任何一点上,观测者都可以看到完全一样的膨胀;这也就意味着,在过去某个时间,整个宇宙曾经聚集在一起。这是20世纪天文学最重要的发现。
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1931年,爱因斯坦在哈勃陪同下参观了哈勃工作的威尔逊山天文台和望远镜3 、宇宙观念的更替跟爱因斯坦不同的是,俄国物理学家亚历山大·弗里德曼在1922年,比利时物理学家乔治·勒梅特在1927年就接受广义相对论方程所揭示“宇宙不稳定”。弗里德曼提出了宇宙演化的可能性,勒梅特更是提出了“原初原子”的概念,也就是宇宙是从极小体积里高温高压状态的物质开始膨胀和演化的。哈勃发现宇宙膨胀之后,爱因斯坦也坦然接受了这个结果,参与到对于新宇宙模型的讨论中。
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不过在二战以前,哈勃定律的意义并没有被广泛认可,一方面是因为大多数物理学家正在忙于发展量子力学,另一方面是即使了解哈勃定律的一些物理学家也将信将疑。比如英国物理学家詹姆斯·霍普伍德·金斯(James Hopwood Jeans,他也参见了第一届索维尔会议)早在1933年英国皇家学会“圣诞科普演讲”《穿越时间与空间》(Through Space and Time)里就向公众介绍了哈勃关于宇宙膨胀的发现,但他本人又提出宇宙可能是一边膨胀,一边“自发地”产生新粒子,从而保证整个宇宙密度不变。
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二战之后,弗里德曼的学生,移居美国的伽莫夫指导他的学生阿尔夫利用已经发展完善的量子物理学、核物理学知识,计算了“原初原子”的物理状态,在1948年发表的一篇文章里指出氢、氦元素就诞生于于早期宇宙,并预言宇宙中存在着极低温度的背景辐射。“大爆炸宇宙学”由此正式诞生。同样是在这一年,英国天文学家霍伊尔等人创立了“稳恒态”理论(和金斯的想法不谋而合),并嘲笑伽莫夫等人的理论为“大爆炸”(big bang,即嘭的一声响的意思)。一直到1960年代,随着类星体和宇宙微波背景辐射的发现,大爆炸宇宙学终于获得了公认的支持。类星体是遥远的强射电源,它们的分布表明,宇宙存在演化过程;温度为3K(绝对温标)的微波背景辐射,正好符合大爆炸宇宙学的计算预言。稳恒态理论由此宣告失败,大爆炸宇宙学成为公认的科学模型——我们居住的这个宇宙是有限的,它有一个开端。随着对微波背景测量越来越精确,以及其他观测和理论发展,天文学家们了解了我们宇宙年龄约138亿年,我们太阳系已经有50亿年历史了。4、科学和哲学的互动实际上,稳恒态理论,企图用凭空出现的粒子来填补“哈勃膨胀”形成的虚空,这显然并不符合已知的任何物理基础理论,是可以说是金斯、霍伊尔等试图挽救牛顿“无限宇宙”的一种绝望的努力。毕竟,“无限宇宙”图景两百多年来早已深入到每个人的头脑里,仅仅凭“哈勃膨胀”这一个孤证不足以说服大多数人。一直到更多无可辩驳的证据出现,科学家们才最终承认从牛顿以来的“绝对时空,无限宇宙”观念彻底被颠覆了。
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实际上,科学和哲学之间互动非常频繁,因为哲学和科学的共同基础就是要提出问题,追究真相。当我们发现更新的证据的时候,以前的理论无论是谁提出来的,都要被新的证据推翻。亚里士多德时代如此,牛顿时代如此,现代也是如此。随着相对论、量子力学、大爆炸宇宙学等现代科学颠覆了以往我们对于物质、时空、宇宙性质的认识,也对哲学形成强烈的冲击,迫使哲学家们必须理解这些科学概念。著名哲学家怀特海亲身经历了牛顿物理学的崩塌,深受爱因斯坦等人的影响,他甚至说“如今,如果你要研究哲学,就先学习现代物理吧”(这句话可以看作柏拉图学园“不懂几何者请勿入内”的现代版)。
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