敢于冲破传统观点的科学家 霍金和他的时间简史

自然辩证法研究

Vol115,No15,1999

・自然哲学・

敢于冲破传统观点的科学家

———史蒂芬・霍金和他的《时间简史》

李　宴　耕

英国物理学家史蒂芬・霍金经历了千难万苦,终于在1988年写成并出版了《时间简史》(副标题为“从大爆炸到黑洞”)一书。此书一出,立刻轰动西方,几个月内在美国就售出50万册;到1991年在英国则已被重印20次。在中国大陆,《时间简史》自1997年出版以来,也曾引起了相当的轰动,至今畅销不衰,有求大于供之势。

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论及《时间简史》,不妨先谈谈在霍金之前,人们对时间的认识的“简史”。

《淮南子》云:“四方上下谓之宇,往古来今谓之宙。”《老子》则把“先天地生”的“道”概括为空间和时间即宇宙的根源。屈原在《天问》中问道:“曰遂古之初,谁传道之?上下未形,何由考之?”对时间空间的形成发出了疑问。《太平御览》中说:“天地混沌如鸡子,盘古生其中万八千岁。天地开辟,阳清为天,阴浊为地。盘古在其中,一日九变,神于天,圣于地。”对宇宙的起源作了生动形象的“神话”式描述。《旧约全书》的“创世纪”第一章说“神创造天地”,即宇宙是上帝创造的。

现在,一般人对时间的理解和认识是:时间表示一种过程的延续,可分别出事件发生的先后顺序;时间是由过去、现在、将来所构成的连绵不断的系统;时间是具体的,一分一秒地在消逝,时间具有一去不复返性,是一维的不可逆的,故曰“机不可失,时不再来”;时间是可以感觉到的,是可以度量的,通过事物的变化,如机械运动、原子振动、日影移动等可以测量出时间及其长短。

在哲学方面,对时间的认识分为两大派系。辩证唯物主义者认为:时间和空间是运动着的物质的“存在形式”,是物质及其运动所固有的;是永恒的客观实在,在人类出现之前就存在着,不受人的主观感觉的影响;时间这一实在,没有开端也没有终点,象几何学中的直线似的正负向都是无限的;时间与空间、物质、运动是紧密相连而不可分离的。列宁说:“时间是客观实在的存在形式。”“运动着的物质只有在空间和时间之内才能运动。”恩格斯说:“物质的这两种存在形式(指时间和空间———笔者注)离开了物质,当然都是无,都是只在我们头脑中存在的空洞的概念、抽象。”唯心主义者认为:时间只是意识、观念的产物,不是客观实在,是人的意识强加到事物上面的主观形式。黑格尔认为,“绝对观念”发展到一定的阶段,使自己“外化”为自然,这时才出现空间形式;时间则是在“绝对观念”发展的更后一个阶段上出现的。康德认为,时间是人类感性直观的先天形式,用此去感知事物,才给予事物以时间性。马赫认为,时间是“感觉系列调整了的体系”,是用来整理认识材料的工具。贝克莱把时间空间看作是主观体验的形式。还有形而上学唯物主义者,则把时间与运动的物质相割裂,认为在运动着的物质之外另有一个时间空间的空框子,物质是被安放在这空框子中的。例如牛顿,他承认时间是客观存在的,但他认为时间是绝对均匀流逝的与物质运动毫不相干的纯粹的持续性。一般人无意中都持有牛顿式的时间观,觉得很符合日常生活中的观察体验、是天经地义的。

实际上,人们对时间和空间的认识是在不断改变和深入的。杰出的科学研究者,能从平常处看出不平常来,能突破和敢于突破“世俗”之见。非欧几何证明了空间在特大的范围内(在天文学范围内)将是“弯曲”的;相对论揭示出时间的相对性:当运动速度接近或等于光速时,时间的持续就明显地加长了,

即所谓“运动的时钟变慢”了,甚至会出现“洞中方七日,世上已千年”的中国最古老的神话奇迹。相对论的这一结论已得到部分事实的印证。持唯心主义观点的人,看到人们对时间观念的不断改变,则宣称时间确实只是主观意识的产物,客观上并不存在,更“有理由”认为根本没有时间这个东西。辩证唯物主义者则认为,时间有相对性,同时认为茫茫宇宙,无边无垠,无始无终;在时间上,宇宙的发展变化既无开端也无尽头,并断然地说,如果根据每一个别事物的时空有限性去判断整个宇宙也是有限的,则必将导致荒诞不经的幻想,就会认为现实世界之外还存在有一个超时间超现实的神的世界,从而陷入宗教迷信。故而又认为,对整个宇宙来说,它只有内因而无外因。牛顿等人无法解释宇宙被“启动”的“第一推动力”,只好归结为是上帝推动;无法解释微分学推理中二阶及以上的无穷小量被“镇压”而消逝,只好幽默地说它们去上帝那儿了,“化为灵魂”了。

宇宙究竟有没有起源?时间是否有起点和终点?是否有过“第一推动力”?这类根本性的问题,的确一直萦绕在人们的思想中,困扰着人类的智慧。甚至有人认为,到目前为止,人类的智力(认识能力)尚远未发展到那个程度,对这些问题是根本不能理解和解决的,甚至连关于这些问题的想象力也没有。

在《时间简史》的一开头,霍金就十分明确地提出:“宇宙从何而来?它为什么,并怎么样开始的?它会有末日吗?如果有的话,会发生什么?”霍金对这些问题敢于正视,敢于并善于探索,并得出了一些有说服力的惊世骇俗的新结论。这显然是此书能引人入胜,造成大“轰动”的原因所在。

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“好事多磨”,霍金因患了肌萎缩性侧索硬化症而全身瘫痪,被禁锢在轮椅上已有20多年。但他身残志不残,脑不残,思维不残。他精力充沛,变残废的劣势为优势,他干劲冲天,记忆力超常,能够完全在脑中进行大量方程式的“心算”。他意志坚强,勇于与命运抗争。不单如此,他更是一位敢于冲破传统观点陈旧观念的科学研究家。他超越了相对论、量子力学、大爆炸理论,他的科学思想遨游于太空,终于在相对论、量子力学方面迈出了重要的一大步,创出了新理论,得出了崭新的结论,从而解答了人类一直难以解答的宇宙起源这一难题。他从研究黑洞出发,较深入地探索了宇宙(即时空)的起源和归宿,逐渐在解开宇宙之谜。于是,在物理学的天空中便升起了一颗光芒夺目的超新星,霍金成为当今继爱因斯坦之后的最杰出的物理学家,被誉为战士、轮椅上的爱因斯坦传人、当代的爱因斯坦。

《时间简史》一书所表明的霍金的新观点、新成就、新贡献是什么呢?笔者的看法是:

第一,对多数人认为纯粹是宗教迷信的传说,霍金不但没有回避,相反却给予了相当的注意,并试图以真正的科学研究的态度来考察这些传说。霍金写道:“根据一些早先的宇宙论和犹太人、基督教、穆斯林传统,宇宙开端于有限的、并且不是非常远的过去的某一时刻”。(这与中国上古神话“盘古开天”之说何其相似。)并引用奥古斯丁的观点说:“时间是上帝所创造的一个性质,在宇宙开端之前不存在。”由此而引出了哈勃的“大爆炸”理论、牛顿理论、相对论、量子论、达尔文的自然选择原理以及“人择原理”。这种叙述或说是带有推理性的叙述,堪称别具一格,不同凡响。他由此而大胆地指出:“从爱因斯坦广义相对论可推断出,宇宙必须有个开端,并可能有个终结。”在论述中,不乏辩证唯物论味道,并打破了宇宙既无开端也无终结的传统说法,肯定了宇宙有开端,也应有终结,否定了宇宙过去无限将来也无限的旧观点。这应当算是霍金的新思维、新贡献。

第二,肯定了哈勃的大爆炸及宇宙膨胀理论。霍金说:“宇宙膨胀的发现是20世纪最伟大的智慧革命之一。”并说,空间和时间都是有限的,但却没有边界。内含辩证法“颗粒”。

第三,论证了时间是有开端的。这也是最引人入胜的部分。霍金写道:“在宇宙中存在一点,在该处理论自身失效。这正是数学中称为奇点的一个例子。”“就我们而言,发生于大爆炸之前的事件不能有后果,所以并不构成我们宇宙的科学模型的一部分。因此,我们应将它从我们模型中割除掉,并宣称时间是从大爆炸开始的。”到1970年,霍金与彭斯合作,最后证明了:“宇宙包含着我们观测到的这么多物质,则过去必有一个大爆炸的奇点。”“它被包含在叫做黑洞的空间-时间的一个区域中。”

第四,霍金在统一相对论和量子论的研究上,前进了重大的一步。他说:“前面讨论的奇点定理指出,至少在两种情形下引力场会变得非常强———黑洞和大爆炸。”“我们还没有一个完整、协调的统一广

第15卷　第5期　

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