宇宙学重要吗?

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本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点


似乎每个月左右,都会有另一位著名物理学家出版一本新书,声称要超越或“早于”大爆炸。罗杰·彭罗斯、布莱恩·格林和斯蒂芬·霍金都加入了这场游戏,为“大爆炸的终结”盖上了他们的印章。

宇宙学,似乎正处于悬崖边,我们似乎生活在大爆炸作为宇宙起源理论的暮光之城。但是,用更奇怪的东西(例如无限存在的多重宇宙)取代大爆炸时的时间起点,对于宇宙学家以外的任何人来说真的那么重要吗?阅读流行书籍和杂志文章(包括我自己的)人们感觉到,宇宙学的革命自然会推断出人类文化甚至人类经验的革命。这真的是真的吗?宇宙学真的会改变任何人每天体验世界的方式吗?像相对论时空流形或弦理论景观这样的抽象概念,除了学院的物理学家和像本杂志这样见多识广的读者之外,还能对谁产生影响呢?换句话说,宇宙学的真正革命会改变什么?

答案,用一个词来说,就是一切,而一切都始于时间。


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当我开始撰写我的新书《关于时间。大爆炸暮光之城的宇宙学和文化》时,我以为我只是在撰写一篇关于宇宙学当前变化的叙述。虽然宇宙学在大爆炸理论时代确实已成为一门精确的科学,但这种胜利指的是它对时间“之后”和宇宙起源发生的惊人描述。关于宇宙膨胀、CMB光子解耦以及物质在过去137亿年中冷却并凝结成星系的科学叙述,毫无疑问是可靠的。正是大爆炸中的“爆炸”成为了争论的焦点。

鉴于新的观测(即暗能量)和新的理论发展(即对量子引力的推动),出现了一个新的宇宙学思想的狂野西部。我认为,我的新书将仅仅是对多重宇宙或斯坦哈特和图罗克的新循环模型等思想发展的探索。但是,当我开始研究宇宙学历史时,人类时间的更广泛历史开始出现在我的问题中。回顾100年、1000年或10000年,我清楚地认识到,宇宙学中的时间(无论是科学的还是神话宗教的)始终与人类的时间体验紧密交织在一起。

要理解我所说的“人类的时间体验”是什么意思,您只需要回答一个简单的问题“现在几点了?”您的答案很可能采取诸如上午 8:45、上午 10:32 或下午 3:07 之类的形式。但是,您从计算机屏幕或手机上看到的“下午 3:07”是什么?机械钟直到十四世纪才出现,甚至没有分针(大约需要再过三百年才能出现的发明)。那么,对于生活在黑暗时代欧洲、中国宋朝或波斯帝国中部的农民来说,“下午 3:07”在一千年前甚至存在吗?在绝大多数人能够使用任何形式的计时设备之前的漫长岁月中,是否存在“下午 3:07”这样的东西?答案是否定的。1000 年前,当人们被问及时间时,最好的回答是“午饭后”。

但是 3:07 是您非常了解的东西。更重要的是,分钟是您被教导去体验的东西,无论是在课结束时无聊地看钟,还是在等待晚点的公共汽车时的沮丧。时间体验——与时间本身的抽象概念相反——是人类在我们历史中多次发明和重新发明的。

然而,特定版本的文化时间(特定的“时间逻辑”可能是更好的描述方式)的发明,与宇宙学思想的发明齐头并进。以时钟为例。时钟最早出现在 1300 年左右(没有人确定是谁发明了第一个时钟),并在 100 年内席卷欧洲。欧洲人使用严格测量、编号的小时的抽象概念,通过计量工作时间、确定市场开放时间和设定法院的运作方式,完全重新布线了文化。但时钟不仅仅改变了日常生活的流程,还为科学家和思想家提供了构想自然的新方法。到 1377 年,时钟作为一个想法是如此强大,以至于哲学家尼科尔·奥雷斯梅可以用它来构建一个以钟表宇宙为形象的新宇宙学。后来,艾萨克·牛顿的力学科学建立在这个抽象的钟表时间之上,成为新的天体物理学和推动工业革命的新型现实世界机器的基础。

正如历史学家彼得·加里森精湛地表明,宇宙时间和文化的交织对于现代物理宇宙学的典范——相对论的演变同样重要。在 1800 年代后期,铁路和电报电缆以前所未有的方式将遥远的地区联系在一起。同时性——一个共同的现在——成为文化的主要关注点。正是在这个时候,年轻的阿尔伯特·爱因斯坦在瑞士专利局找到了一份工作。

爱因斯坦的日常工作使他深入到对同时性的现实世界担忧之中,因为他评估了一个又一个的机电时间协调设备的设计。爱因斯坦在专利局的工作并没有“脱离”物理学(就像在麦当劳工作一样),而是直接促进了将同时性融入相对论的私人工作,这将永远改变宇宙学。六十年后,大爆炸——一种建立在爱因斯坦相对论之上的理论——得到了惊人的证实。这一证实将通过为卫星通信设计的微波天线来实现——这项技术很快重新布线了文化时间,将世界统一为一个单一的全球现在。

一个世纪前是正确的,今天仍然正确。一种文化的主导宇宙学始终是一件公共事务。但是,文化不会仅仅因为科学而改变。相反,两者之间存在着一种可能被称为神秘纠缠的东西。它们的相互影响来回晃动,彼此响应,也响应各自的内在需求。

技术——我们如何利用世界上的物质——通常是影响平衡摆动的支点。技术一直是中间地带——车间——在那里,新的时间和新的时间逻辑被敲定。机械钟、蒸汽机和硅芯片都为文化提供了新的方式来想象其在时间上的组织。这些技术还允许以新的方式研究宇宙,或通过新的隐喻来想象宇宙。宇宙学已经经历了将宇宙视为时钟、热机和计算机的概念。这些摇摆与文化使用这些机器来重置日常生活和时间的轮廓同步。

那么现在,在多重宇宙、永恒膨胀和量子引力的时代,宇宙学重要吗?是的,但其影响远比仅仅影响关于上帝、创世纪或智能设计存在的神学辩论要深刻得多。每种文化都需要一种宇宙学来证明自身合理性,并将其自身的时间置于更广泛的“事物存在方式”背景之下。人们不需要知道大爆炸的细节,这种背景就会影响他们,就像中世纪的农民不需要知道由恶魔、天使、天堂和地狱组成的圣经宇宙学的细节一样。主导的宇宙学及其本体论始终是人们穿梭其中的以太。它们是一个不需要明确质疑的背景。同样,人们通过文化学习到的时间逻辑,在学校和工作中隐含地教授,也可能永远不会受到质疑。

我们习惯于认为科学在某种真空状态下运作。一个真正的理论可以在任何时间、任何地点出现,而与发现这些理论的人的文化视角无关。事实远比这更丰富,更有趣。毫无疑问,世界在我们通过科学与之进行的非凡对话中做出了回应。我们学到的比以前更多。但是,理解宇宙时间和人类时间的交织表明,科学确实是一场对话。我们不能被排除在画面之外。也许有一天我们会找到关于整个宇宙的真正终极理论——客观世界的完美愿景。或者,也许,宇宙就像一颗无限多面的钻石。当我们经历我们自己的变化和我们自己的学习时,我们总是得到不同的视角。我相信,这种观点更接近于科学奇妙的美丽和力量的历史真相。对话将始终继续塑造我们、宇宙(通过我们对它的看法)以及过程中的时间。

有什么比这更令人兴奋的呢?

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