人類如何和宇宙共處，為什麼說要用「哲學頭腦」思考宇宙

宇宙圖景

當代天文學的研究成果表明，宇宙是有層次結構的、物質形態多樣的、不斷運動發展的天體系統。

宇宙的層次結構認識行星是最基本的天體系統。太陽系中共有8大行星：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。

除水星和金星外，其他行星都有衛星繞其運轉，地球有一個衛星一月球，

土星的衛星最多，已確認的有17顆。

行星、小行星、著星和流星體都圍繞中心天體太陽運轉，構成太陽系。太陽占太陽系總質量的99.86；，其直徑約140萬千米，最大的行星木星的直徑約14萬千米。太陽系的大小約120億千米。有證據表明，太陽系外也存在其他行星系統。2500億顆類似太陽的恆星和星際物質構成更巨大的天體系統一銀河系。

銀河系中大部分恆星和星際物質集中在一個扁球狀的空間內，從側面看很像一個「鐵餅」，正面看去，則呈旋渦狀。銀河系的直徑約10萬光年，太陽位於銀河系的一個旋臂中，距銀心約3萬光年。

銀河系外還有許多類似的天體系統，稱為河外星系，常簡稱星系。現已觀測到大約有10億個。星系也聚集成大大小小的集團，叫星系團。平均而言，每個星系團約有百餘個星系，直徑達上千萬光年。現已發現上萬個星系團。包括銀河系在內約40個星系構成的一個小星系團叫本星系群。

若干星系團集聚在一起構成更大、更高一層次的天體系統叫超星系團。

超星系團往往具有扁長的外形，其長徑可達數億光年。通常超星系團內只含有幾個星系團，只有少數超星系團擁有幾十個星系團。本星系群和其附近的約50個星系團構成的超星系團叫做本超星系團。目前天文觀測範圍已經擴展到200億光年的廣闊空間，它稱為總星系。

宇宙天體的多樣性

天體千差萬別，宇宙物質千姿百態。太陽系天體中，水星、金星表面溫度約達700K，遙遠的冥王星向日面的溫度最高時也只有50K。金星表面籠罩著濃密的二氧化碳大氣和硫酸雲霧，氣壓約50個大氣壓。水星、星表大其薄，水星的大氣壓甚至小於2×10.9毫巴（1毫巴=100帕斯卡）。

類地行星（水星、金星、火星）都有一個固體表面，類木行星卻是一個流體行星。土星的平均密度為0.7克/立方厘米，比水的密度還小，木星、天王星、海王星的平均密度略大於水的密度，而水星、金星、地球等的密度則達到水密度的5倍以上。多數行星都是順向自轉，而金星是逆向自轉；地球表面生機盎然，其他行星則是空寂荒涼的世界。

太陽在恆星世界中是顆普遍而又典型的恆星。已經發現，有些紅巨星的直徑為太陽直徑的幾千倍。中子星直徑只有太陽的幾萬分之一；超巨星的光度高達太陽光度的數百萬倍，白矮星光度卻不到太陽的幾十萬分之一。紅超巨星的物質密度小到只有水的密度的百萬分之一，而白矮星、中子星的密度分別可高達水的密度的十萬倍和百萬億倍。

太陽的表面溫度約為6000K，0型星表面溫度達30000K，而紅外星的表面溫度只有約600K。太陽的普遍磁場強度平均為1×10—4特斯拉，有些磁白矮星的磁場通常為幾千、幾萬高斯（1高斯=10.4特斯拉），而脈衝星的磁場強度可高達十萬億高斯。有些恆星光度基本不變，有些恆星光度在不斷變化，稱變星。有的變星光度變化是有周期的，周期從1小時到幾百天不等。有些變星的光度變化是突發性的，其中變化最劇烈的是新星和超新星，在幾天內，其光度可增加幾萬倍甚至上億倍。恆星在空間常常聚集成雙星或三五成群的聚星，它們可能占恆星總數的1/3。也有由幾十、幾百乃至幾十萬個恆星聚在一起的星團。宇宙物質除了以密集形式形成恆星、行星等之外，還以瀰漫的形式形成星際物質。

星際物質包括星際氣體和塵埃，平均每立方厘米只有一個原子，其中高度密集的地方形成形狀各異的各種星雲。宇宙中除發出可見光的恆星、星雲等天體外，還存在紫外天體、紅外天體、X線源、7射線源以及射電源。

星系按形態可分為橢圓星系、旋渦星系、棒旋星系、透鏡星系和不規則星系等類型。20世紀60年代又發現許多正在經歷著爆炸過程或正在拋射巨量物質的河外天體，統稱為活動星系。

其中包括各種射電星系、塞佛特星系、N型星系、馬卡良星系、蠍虎座BL型天體，以及類星體等。許多星系核有規模巨大的活動：速度達幾千千米/秒的氣流，總能量達1×1055焦耳的能量輸出，規模巨大的物質和粒子拋射，強烈的光變等。在宇宙中有種種極端物理狀態：超高溫、超高壓、超高密、超真空、超強磁場、超高速運動、超高速自轉、超大尺度時間和空間、超流、超導等。為我們認識客觀物質世界提供了理想的實驗環境。

宇宙的運動和變化

宇宙天體處於永恆的運動和發展之中，天體的運動形式多種多樣，例如自轉、各自的空間運動（本動）、繞系統中心的公轉以及參與整個天體系統的運動等。月球一方面自轉一方面圍繞地球運轉，同時又跟隨地球一起圍繞太陽運轉。太陽一方面自轉，一方面又向著武仙座方向以20千米/秒的速度運動，同時又帶著整個太陽系以250千米/秒的速度繞銀河系中心運轉，運轉一周約需2.2億年。銀河系也在自轉，同時也有相對於鄰近的星系的運動。本超星系團也可能在膨脹和自轉。總星系也在膨脹。

現代天文學已經揭示了天體的起源和演化的歷程。當代關於太卩日系起源的學說認為，太陽系很可能是50億年前銀河系中的一團塵埃氣體雲（原始太陽星雲）由於引力收縮而逐漸形成的（見太陽系起源）。恆星是由星雲產生的，它的一生經歷了引力收縮階段、主序階段、紅巨星階段、晚期階段和臨終階段。星系的起源和宇宙起源密切相關。流行的看法是在宇宙發生熱大爆炸後40萬年，溫度降到4000K，宇宙從輻射為主時期轉化為物質為主時期，這時或由於密度漲落形成的引力不穩定性，或由於宇宙湍流的作用而逐步形成原星系，然後再演化為星系團和星系。熱大爆炸宇宙模型描繪了我們宇宙的起源和演化史：我們的宇宙起源於200億年前的一次大爆炸，當時溫度極高、密度極大；隨著宇宙的膨脹，它經歷了從熱到冷、從密到稀、從輻射為主時期到物質為主時期的演變過程，直至10億—20億年前，才進人大規模形成星系的階段，此後逐漸形成了我們當今看到的宇宙。1980年提出的暴漲宇宙模型則是熱大爆炸宇宙模型的補充。它認為在宇宙極早期，在我們的宇宙誕生後10—36秒的時候，它曾經歷了一個暴漲階段。

用哲學觀念思考宇宙

有些宇宙學家認為，我們的宇宙是唯一的宇宙；大爆炸不是在宇宙空間的哪一點爆炸，而是整個宇宙自身的爆炸。但是，新提出的暴漲模型表明，我們的宇宙僅是整個暴漲區域的非常小的一部分，暴漲後的區域尺度要大於1×1026厘米，而那時我們的宇宙只有10厘米。還有可能這個暴漲區域是一個更大的始於無規則混沌狀態的物質體系的一部分。

這種情況恰如科學史上人類的認識從太陽系宇宙擴展到星系宇宙，再擴展到大尺度宇宙那樣，今天的科學又正在努力把人類的認識進一步向某種探索中的「暴漲宇宙」「無規則的混沌宇宙」推移。我們的宇宙不是唯一的宇宙，而是某種更大的物質體系的一部分，大爆炸不是整個宇宙自身的爆炸，而是那個更大物質體系的一部分的爆炸。

因此，有必要區分哲學和自然科學兩個不同層次的宇宙概念。哲學宇宙概念所反映的是無限多樣、恆發展的物質世界；自然科學宇宙概念所涉及的則是人類在一定時代觀測所及的最大天體系統。兩種宇宙概念之間的關係是一般和個別的關係。隨著自然科學宇宙概念的發展，人們將逐步深化和接近對無限宇宙的認識。

宇宙的來源探究有些宇宙學家認為，暴漲模型最徹底的改革也許是觀測宇宙中所有的物質和能量從無中產生開始的，這種觀點之所以在以前不能為人們接受，是因為存在著許多守恆定律，特別是重子數守恆和能量守恆。

但隨著大統一理論的發展，重子數有可能是不守恆的，而宇宙中的引力能可粗略地說是負的，並精確地抵消非引力能，總能量為零。因此就不存在已知的守恆律阻止觀測宇宙從無中演化出來的問題。這種「無中生有」的觀點在哲學上包括兩個方面：1.本體論方面。如果認為「無」是絕對的虛無，則是錯誤的。這不僅違反了人類已知的科學實踐，而且也違反了暴漲模型本身。按照該模型，我們所研究的觀測宇宙僅僅是整個暴漲區域很小的一部分，在觀測宇宙之外並不是絕對的「無」。現在觀測宇宙的物質是從假真空狀態釋放出來的能量轉化而來的，這種真空能恰恰是一種特殊的物質和能量形式，並不是創生於絕對的「無」。如果進一步說這種真空能起源於「無」，因而整個觀測宇宙歸根到底起源於「無」，那麼這個「無」也只能是一種未知的物質和能量形式。2.認識論和方法論方面。暴漲模型所涉及的宇宙概念是自然科學的宇宙概念。這個宇宙無論多麼巨大，作為一個有限的物質體系，也有其產生、發展和滅亡的歷史。暴漲模型把傳統的大爆炸宇宙學與大統一理論結合起來，認為觀測宇宙中的物質與能量形式不是永恆的，應研究它們的起源。它把「無」作為一種未知的物質和能量形式，把「無」和「有」作為一對邏輯範疇，探討我們的宇宙如何從「無」一未知的物質和能量形式，轉化為「有」一已知的物質和能量形式，這在認識論和方法論上有一定意義。

有些人認為，時間和空間不是永恆的，而是從沒有時間和沒有空間的狀態產生的。

根據現有的物理理論，在小於1×10—43秒和1×10—33厘米的範圍內，就沒有一個「鍾」和一把「尺子」能加以測量，因此時間和空間概念失效了，是一個沒有時間和空間的物理世界。這種觀點提出已知的時空形式有其適用的界限是完全正確的。正像歷史上的牛頓把時空觀發展到相對論時空觀那樣，今天隨著科學實踐的發展也必然要求建立新的時空觀。由於在大爆炸後10—43秒以內，廣義相對論失效，必須考慮引力的量子效應，因此有些人試圖通過時空的量子化的途徑來探討已知的時空形式的起源。這些工作都是有益的，但我們決不能因為人類時空觀念的發展或者在現有的科學技術水平上無法度量新的時空形式，而否定作為物質存在形式的時間、空間的客觀存在。

人和宇宙的關係

從20世紀60年代開始，由於人擇原理的提出和討論，出現了人類存在和宇宙產生的關係問題。人擇原理認為，可能存在許多具有不同物理參數和初始條件的宇宙，但只有物理參數和初始條件取特定值的宇宙才能演化出人類，因此我們只能看到一種允許人類存在的宇宙。人擇原理用人類的存在去約束過去可能有的初始條件和物理定律，減少它們的任意性，使一些宇宙學現象得到解釋，這在科學方法論上有一定的意義。但有人提出，宇宙的產生依賴於作為觀測者的人類的存在。這種觀點值得商榷。現在根據暴漲模型，那些被傳統大爆炸模型作為初始條件的狀態，有可能從極早期宇宙的演化中產生出來，而且宇宙的演化幾乎變得與初始條件的一些細節無關。這樣就使上述那種利用初始條件的困難來否定宇宙客觀實在性的觀點失去了基礎。但有些人認為，由於暴漲引起的巨大距離尺度，使得從整體上去觀測宇宙的結構成為不可能。這種擔心有其理由，但如果暴漲模型正確的話，隨著科學實踐的發展，一定有可能突破人類認識上的困難。

哪裡是宇宙的中心

人們總習慣於尋找中心，政治中心、經濟中心、遊樂中心等。

古人以為地球是宇宙的中心，而人類是地球的中心，但後來我們失望地發現一切並非如此。那麼，宇宙有中心嗎？如果有，它在哪兒？太陽系中所有的行星都繞著它們的中心——太陽旋轉。連那麼龐大的銀河系也有中心的，它讓周圍所有的恆星也都繞著它來旋。

這麼說來，我們的宇宙也應該存在這樣的中心，但是實際上它並不存在。因為宇宙的膨脹是發生在四維空間內，而不是我們通常所能理解的三維空間內，它不僅包括普通三維空間（長度、寬度和高度），還包括第四維一時間。

四維空間的膨脹很難用三維思維來描述，但是我們也許可以通過觀察並用氣球的膨脹來解釋它。假設宇宙是一個正在膨脹的氣球，而星系是氣球表面上的點。我們還必須假設星系只能沿著表面移動而不能進人氣球內部或內外運動。也就是說，我們把自己描述為一個生活在氣球表面的二維空間的人。

氣球的表面不斷地向外膨脹，也就是說宇宙不斷膨脹，則表面上的每個點彼此離得越來越遠。站在任何一點上的人將會看到其他所有的點都在退行，而且離得越遠的點退行速度越快。

在現實中，宇宙膨脹不是在三維空間內開始的，而我們只是三維空間的人。宇宙是在過去的某個時間，即億萬年以前，在當時的一個四維空間的點開始膨脹，雖然我們可以獲得有關的信息、，但我們卻無法回到那個時候，無法探明那一點在四維空間中的位置。

宇宙真的沒有中心。但是，這樣的宇宙是不是會顯得雜亂無章？也許它在我們所不能理解的四維或五維空間中是有中心的，而且是井然有序的。

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