科學光輝照亮「暗物理學」的夜空

(1)(後記)《自然》雜誌在2018年10月上旬刊發了一篇幾位美國物理學家撰寫的綜述性研究論文,論文的作者聲稱,目前對暗物質的搜索進入到拓寬疆界和採用多樣化實驗的階段。除了“上天入地”的太空和地下暗物質搜索,科學家新近開發了天文測繪和引力波觀測的兩種新手段,論文的作者相信,暗物質研究將迎來新紀元。科學家和在《自然》、《科學》雜誌上發表有關暗物質研究成果的作者已經多次、反覆地聲稱,他們差不多找到了暗物質的神秘蹤跡,科學家離暗物質的最終發現只有“一步之遙”。5年前,我們在《自然》雜誌看到鼓舞人心的文字:科學的光輝即將照亮暗物質,5年後的今天,我們在《自然》雜誌看到類似的激動人心的文字:暗物質搜索將迎來新的曙光、新的紀元,科學家在5年前和5年後同樣聲稱,暗物質的發現大概是今後5到10年的事情。自從上個世紀的70年代以來,在將近50年“暗物質物理學”的研究中,科學家一直在尋找暗物質存在的證據,他們提出了多種暗物質結構的物理模型,迄今沒有發現暗物質存在的蛛絲馬跡。

科學光輝照亮“暗物理學”的夜空

(2)(後記)科學人士可以列舉許多的科學疑問,諸如:大型強子對撞機生成的“人造黑洞”會不會吞噬我們賴以生存的地球家園?超能對撞機生成的”奇異粒子“會不會破壞地球物質的原子和分子結構?大型射電望遠鏡會不會將地球人的文明“洩密”給在系外星球“等待”的外星人?霍金曾經警告中國科學家要謹慎使用世界上最大的單口射電望遠鏡;時間是不是一種“虛粒子”,是不是一種“虛波”?或者時間是不是表現了一種虛的“波粒二象性”;宇宙的溫度是不是終將下降到“冷原子”的死寂狀態?宇宙將在“熱寂學”描繪的冷寂狀態中“停擺”。儘管科學家也非常關注這些科學謎題,每一個謎題都關係了人類和宇宙的終極命運,但是,科學家共同體“舉雙手贊成”,一致將暗物質粒子的探索列為科學研究的“第一要務”,這並不表明外星人的搜索變得不重要了,美國航天局的科學家將在我們臨近的仙女座星系探索外星人信號,將此列入了下一階段的探索計劃,中國科學院位於貴州山區的超大型射電望遠鏡具備了接收“外星人信號”的能力。網民可以提出這樣和那樣的科學問題,科學家選擇的研究目標和研究方向卻遵循一條“約定成俗”的路徑,他們認為現在的主要科學使命是發現暗物質粒子。

科學光輝照亮“暗物理學”的夜空

(3)(後記)我們將“不明不白”的暗物質劃分為兩種類型,即:真暗物質和假暗物質、或真暗物質粒子和假暗物質粒子,將天體劃分為真暗天體和假暗天體,即:由真暗物質組成的天體是“真暗天體”,由假暗物質組成的天體是“假暗天體”。科學家將暗物質粒子的注意力放在了所謂的大質量相互微弱作用的暗物質粒子(WIMP),它是一種“真暗粒子”,這種粒子能夠完美解釋宇宙學和物理學的一些基本問題,科學家將它視為最完美的候選暗物質粒子,科學家預言了該粒子的存在,剩下的事情就是實驗物理學家和觀測天文學家如何發現它們的存在。天文學家在星系的中心和星系的外圈發現了大量“暗物質暈”,這些物質更像一種昏暗的“假暗物質”,主流科學家卻相信它們是一些“真暗物質”。2016年。LIGO團隊的科學家首次通過引力波發現了兩個黑洞的合併事件,許多科學家認為黑洞可能是理想的暗物質對象、或者黑洞是一種“真暗天體”,他們現在似乎找到了一條通過引力波探測暗物質的新路徑,如果黑洞是一種暗物質構成的天體,那麼由普通物質構成的黑洞和由“暗物質”構成的“暗黑洞”符合哲學構成論的“等效原理”,我們寧可放棄“暗物質”形成“暗黑洞”的設想,這是一種不可思議的物理學。也許在黑洞之內潛藏了我們未知的“暗物質粒子”,科學家目前只能在黑洞之外發現暗物質的蹤影。

科學光輝照亮“暗物理學”的夜空

(4)就像將暗物質劃分為真暗物質和假暗物質一樣,我們可以將暗能量劃分為真暗能量和假暗能量,對暗物質和暗能量兩種形態的劃分符合哲學分類論的“等效原理”,“假暗能量”是一種我們已知的普通能量,像紅外線、紫外線、X射線和伽馬射線,它們承載了我們熟悉的輻射能,“假暗能量”可能是一種在真空潛藏的輻射能量,“真暗能量”是一種我們未知的非普通能量,在宇宙浩瀚無際的真空也許存在神秘的真暗能量,它與我們已知的普通能量完全不同。宇宙射線的普遍存在表明了“假暗能量”無處不在,然而,假暗能量不足以支撐宇宙的加速膨脹現象,為了解釋宇宙的膨脹所需要的支撐力,物理學家和宇宙學家設想和預測了“真暗能量”的存在。將暗物質劃分真暗物質和假暗物質,將暗能量劃分為真暗能量和假暗能量,這種劃分反映了認識的“不確定性原理”,它不是指物自體的“兩重性”,我們不能認為宇宙一方面表現了真暗物質和真暗能量的屬性,另一方面表現了假暗物質和假暗能量的屬性。從科學哲學上將暗物質和暗能量劃分為真假兩種類型,實際上向科學人士發出了一個信息,即:真暗物質和真暗能量既可能被證實,也可能被證偽,很多網民覺得不值得為“虛無縹緲”暗物質搜索花費一大筆、一大筆的科研經費,萬一暗物質不存在怎麼辦?數十億、數百億的經費會不會“竹籃打水一場空”,這些網民主要是不能很好地理解科學證偽的價值,證實和證偽真暗物質和真暗能量的科學價值符合哲學價值論的“等效原理”。

科學光輝照亮“暗物理學”的夜空

(5)哲學概念不同於物理學概念的“不確定性原理”,哲學概念的“不確定性原理”包括了認識的、物自體和認識與物自體相互關係的三重方面,而物理學概念的“不確定原理”指的是物自體的一重方面,專門指量子力學中粒子行為的不確定性,比如:我們精確測量了一個粒子的時間,就不能精確地測量一個粒子的能量,粒子行為的不確定性導致了量子場的漲落,這可能是“真暗能量”的來源。除了真假暗物質和真假暗能量的劃分體現了哲學概念的認識“不確定性原理”,我們還可在科學認識活動中發現大量的認識不確定性的關係,比如:暗能量佔到宇宙總成分的百分之七十以上,我們卻不清楚暗能量的來源,宇宙大爆炸為何產生了能量和暗能量,物質和暗物質的兩種形態?暗能量的排斥力作用推動了宇宙的膨脹,但是,由於宇宙在不同演變階段呈現了不同的膨脹率,我們因此可以推斷宇宙總的暗能量為一個變量,物理學家和宇宙學家目前不能說明總體暗能量的變化過程,我們有理由相信,能夠精確地描述和測定宇宙暗能量總量變化規律的物理學家將可能獲得物理學諾貝爾獎。

科學光輝照亮“暗物理學”的夜空

(6)在宇宙誕生的時刻和宇宙的早期,暗能量的作用似乎並不明顯,宇宙的物質和暗物質有足夠的引力來形成宇宙的天體和天體的結構,如果暗能量的作用十分明顯,那麼宇宙物質在引力和“暗引力”不足的條件下難以聚集成行星和恆星,星系和星系團。在距今大約40億到60億年前,暗能量似乎甦醒了過來,開始推動宇宙的加速膨脹,由於不知道宇宙暗能量的極大值出現在什麼時刻,我們無法推斷宇宙的加速膨脹在什麼時刻停止。宇宙會永遠地膨脹下去嗎?我們宇宙的最大體積、或最大直徑有多少?什麼量子和天體物理學的機制導致了暗能量總量的變化?暗能量在早期宇宙和晚期宇宙的呈現為什麼有很大的不同?什麼因素導致了暗能量總量的不斷增大?暗能量的增量來源如何?我們對暗能量的存在和它們的屬性或是“一知半解”,或是根本無知,而對暗能量和對宇宙命運的知之甚少符合哲學認識論的“等效原理”,我們實際上不能精確地預測宇宙的終極命運,不能精確地預測微觀質子和宏觀宇宙的終極未來,這不是量子力學的測不準原理,而是反映了哲學概念的“不確定性原理”。

(宇哲筆記:鄧如山

時間:2015-3-27)


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