演講 | 張雙南（中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所研究員）
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大家好！今天很高興有機(jī)會(huì)跟大家一起來分享宇宙未來的命運(yùn)。當(dāng)然我們不能夠確切的知道未來宇宙的命運(yùn)，但是我們可以討論科學(xué)的宇宙觀，我是想從審美的角度討論，這樣顯得不那么學(xué)術(shù)化。
當(dāng)然從審美的角度來討論的話首先要考察一下美的科學(xué)。
11月25日對(duì)我來講是最美的日子，100年前那一天愛因斯坦先生發(fā)現(xiàn)了我認(rèn)為最美的科學(xué)理論——廣義相對(duì)論理論。25年前的那一天，世界上誕生了最美的女孩，當(dāng)然是我的女兒。我的女兒的美和愛因斯坦的廣義相對(duì)論的美之間有什么關(guān)系？為什么我們都說是美？換句話說：“美是什么？”
美是什么？這是哲學(xué)家討論了兩千多年的問題，從蘇格拉底到他的學(xué)生柏拉圖，到柏拉圖的學(xué)生亞里士多德，還有近代的大哲學(xué)家康德和黑格爾都問過這個(gè)問題，這個(gè)問題叫做天才的追問。
我們看看至今我們有什么樣的答案？我用的是復(fù)旦大學(xué)朱立元教授的一個(gè)回答，他說我自己覺得還沒有辦法回答這個(gè)問題，柏拉圖說美是難的。我覺得這真是千真萬確的至理名言。
因此他們的回答美是難的。
美是難的？不管你們?cè)趺纯捶凑也恍?。為什么不信？因?yàn)槲矣X得這不科學(xué)。為什么不科學(xué)？答非所問不是我們的習(xí)慣，刨根問底是科學(xué)家的天職。
所以我要用自然科學(xué)的方法研究美學(xué)，所以我是研究美的科學(xué)不是研究美的哲學(xué)。
首先看看物理學(xué)的老前輩怎么教我們的。彭桓武先生說物理世界雖然千變?nèi)f化，但是卻十分真誠(chéng)，同樣的條件下必然出現(xiàn)同樣現(xiàn)象。
否則我們沒有辦法研究物理規(guī)律，我把彭先生的教導(dǎo)用在美的研究上面。我說美的世界雖然千變?nèi)f化，雖然有我女兒的美、有愛因斯坦廣義相對(duì)論的美，但是應(yīng)該有內(nèi)在的規(guī)律，所以我對(duì)“美是難的”是不滿意的。
我做了研究，把研究方法和結(jié)果放在朋友圈里面，這是很長(zhǎng)的一篇文章。我在這里僅僅給大家稍微做個(gè)介紹。
愛因斯坦教導(dǎo)我們說提出一個(gè)好問題比解決N個(gè)問題還重要。我覺得“美是什么？”這個(gè)問題問得不好。
我換一個(gè)角度問：廣義審美對(duì)象，比如說事物、人、食物、景色、藝術(shù)或者科學(xué)滿足什么樣的條件，我們審美主體覺得美。
換句話說，我想問的問題是廣義美的判斷標(biāo)準(zhǔn)是什么？當(dāng)然學(xué)術(shù)一點(diǎn)說是美的法則。因此我們可以把問題轉(zhuǎn)化為尋找“廣義美的法則”。
我的研究步驟是三段式的科學(xué)方法，大家學(xué)過科學(xué)方法論都知道，這是非常標(biāo)準(zhǔn)的做法。
首先歸納法，把每一類的美拿出來幾個(gè)，抽出它們的共性總結(jié)一下，我得到一個(gè)初步的美的法則。
然后我再進(jìn)行證實(shí)，我窮舉我認(rèn)為所有的美，看看是否符合這個(gè)法則，不符合我再修改。
符合了我就舉反例，找出不符合前面的美的法則但是我也覺得美的例子，看看是不是和這個(gè)法則有矛盾。
這樣的話最終我們就得到一個(gè)美的法則。
我得到的廣義美的法則是沒缺陷不常見，就像這張圖上這個(gè)小女孩一樣。
我解釋一下，沒缺陷和不常見兩個(gè)結(jié)合起來就是判斷美的充分必要條件，我們會(huì)覺得美。
沒缺陷主要指的價(jià)值觀方面的事情，比如說實(shí)用和精神方面都可以是沒有缺陷，自然、合理、有規(guī)則、精確、完整、真、善或者功能強(qiáng)大等等都是屬于這一類的。
不常見很簡(jiǎn)單，比如我們用來描述“不常見”的語言：別樣、不一樣、特別、出色甚至洋氣等等，在座有幾位老外都是很洋氣的。
也有常見：俗、土氣、市儈，或者今天講的山寨這種東西，一定不是美的。
在座各位男士不相信的話把上面“常見”當(dāng)中的任何一條說你的女朋友或者老婆是屬于這里面的，我保證她不打死你也要掐死你。
什么是審美觀？為什么我們有不同的審美觀？
審美觀就是我們判斷美的能力，價(jià)值觀讓我們判斷是否有缺陷，我們的見識(shí)讓我們判斷是否不常見。
我們有不同的價(jià)值觀，每個(gè)人都會(huì)不一樣，每個(gè)人也會(huì)有不同的見識(shí)，因此我們就有不同的審美觀。
對(duì)同樣的事、物、人，誰認(rèn)為無缺陷不常見就認(rèn)為是美，因此沒有絕對(duì)的客觀美、普世美、永恒美，我們的“美”總是可能會(huì)變化的。
下面給大家舉一些例子。這是我們做生物的會(huì)看到的照片，核盤菌孢子爆裂瞬間出來的瞬間，這是手指頭捅破肥皂泡時(shí)候，瞬間的照片，這是仙女座星系的照片。
為什么這些照片你覺得美？
因?yàn)楹茏匀凰詻]缺陷，因?yàn)槿庋劭床坏剿圆怀Ｒ?，所以你覺得美。
社會(huì)發(fā)展的動(dòng)力和科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新的本質(zhì)是什么？
沒有普世美，因此只有多樣美。有多樣美的社會(huì)才是有生命力的社會(huì)，沒有最美只有更美，追求更美是人類社會(huì)發(fā)展的動(dòng)力。
技術(shù)創(chuàng)新是干什么用的？是彌補(bǔ)缺陷，彌補(bǔ)各種各樣的缺陷，人類的缺陷甚至自然的缺陷。
科學(xué)創(chuàng)新歸根結(jié)底干什么？發(fā)現(xiàn)新的現(xiàn)象、新的東西、新的規(guī)律，當(dāng)然就是發(fā)現(xiàn)不常見。
因此我總結(jié)一下，社會(huì)發(fā)展的動(dòng)力和科技創(chuàng)新的本質(zhì)，就是對(duì)美的追求。這是我在這個(gè)審美的觀念之下思考的結(jié)果。
我們把美的科學(xué)講完了，下面我們來用美的科學(xué)來考察一下我們?nèi)祟惖挠钪嬗^的發(fā)展。
首先是古希臘人的宇宙觀，我們知道是地心說。這個(gè)地心說很符合當(dāng)時(shí)的天文的知識(shí)，所以沒有缺陷。也符合當(dāng)時(shí)的價(jià)值觀，所以也是沒缺陷。
歐洲人認(rèn)為地球?yàn)槿硕嬖?，這是一種宗教的觀念在里面，宇宙為地球而存在。我們中國(guó)人也認(rèn)可這一點(diǎn)，所謂天人合一。所以，地心說是非常有道理的。但是有道理的事情不一定是正確的。
但是，我們天文的觀測(cè)，觀測(cè)到了行星逆行的現(xiàn)象，這個(gè)現(xiàn)象不能用地心說解釋。所以從美的觀念來考察，對(duì)不起，這個(gè)理論有缺陷。
那么怎么辦？當(dāng)然要去改變它。
哥白尼的日心說是人類宇宙觀第一次的大飛躍，這個(gè)觀念在當(dāng)時(shí)看來是沒有缺陷的。它解釋了當(dāng)時(shí)所有的天文的觀測(cè)現(xiàn)象。它也是不常見的，它是一個(gè)全新的宇宙觀。對(duì)人類的認(rèn)知產(chǎn)生了一個(gè)挑戰(zhàn)。
但是日心說很快就被證偽了，發(fā)現(xiàn)它不符合新的觀測(cè)的事實(shí)。
比如說在這個(gè)地方我舉了兩個(gè)例子，都是對(duì)銀河系內(nèi)的天體的測(cè)量和觀測(cè)的結(jié)果。天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)日心說不符合對(duì)更多天體的觀測(cè)，所以有缺陷。結(jié)論是太陽系不在銀河系的中心，盡管太陽是太陽系的中心，但是太陽不是銀河系的中心。這是人類宇宙觀的第二次大飛躍。
第三次飛躍，是哈勃觀測(cè)到了以前認(rèn)為的銀河系里面的云，也是像銀河系一樣的星系，這個(gè)地方大家看到不同星系的類型，這些分類我們至今都在使用。所以這些都是星系的話，立刻哈勃就認(rèn)識(shí)到我們的宇宙其實(shí)是浩瀚無邊的一個(gè)宇宙，這是我們認(rèn)識(shí)的第三次的飛躍，宇宙巨大無邊！
這對(duì)我們的思想帶來很大的沖擊，我們知道有一個(gè)奧波斯佯謬，這是現(xiàn)代宇宙學(xué)思想的起源。浩瀚無邊的宇宙有無限多的天體，無限多的天體的光線加在一起就是無限亮，奧波斯佯謬問的就是我們?yōu)槭裁礇]有被亮瞎？
這是一個(gè)非常嚴(yán)重的問題！對(duì)不起，有缺陷！
當(dāng)然，哈勃自己把這個(gè)問題解決了，哈勃隨后的觀測(cè)發(fā)現(xiàn)這些遙遠(yuǎn)的星系，原來都是在退行當(dāng)中的，就是哈伯的膨脹。既然現(xiàn)在的宇宙是膨脹的，那么倒推回去，宇宙必然就有一個(gè)起源，當(dāng)然壽命就是有限的，那么我們看到的天體的光就是有限的，這立刻就解決了這個(gè)“亮瞎眼”的問題。這樣的話使得我們認(rèn)識(shí)到了宇宙是膨脹的。
所以，哈勃的宇宙膨脹這個(gè)學(xué)說就彌補(bǔ)了他自己的浩瀚無邊的宇宙這么一個(gè)缺陷，提出了新的觀念。在這之前認(rèn)為宇宙是靜止的，也就是沒有起點(diǎn)的，現(xiàn)在認(rèn)為宇宙是膨脹的，有起點(diǎn)的。
隨后，更晚一些，有兩位不是天文學(xué)家，是工程師，彭齊亞斯和威爾森，他們意外的發(fā)現(xiàn)不僅僅是銀河系，所有宇宙的方向上都探測(cè)到了射電的信號(hào)，這些信號(hào)來自于宇宙大爆炸的時(shí)候殘余下來的信號(hào)，這證實(shí)了宇宙大爆炸的起源，這是人類宇宙觀的第五次的飛躍。
我們可以看到每一次對(duì)以前的觀念的缺陷的彌補(bǔ)，導(dǎo)致我們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新的觀念，每一次新的觀念對(duì)我們的認(rèn)識(shí)都是一次飛躍。
第六次飛躍是最近的事情，這件事情和宇宙的命運(yùn)有非常密切的關(guān)系。這是1998年的時(shí)候，三位非常年輕的天文學(xué)家，他們本來是要研究宇宙膨脹如何減速的，卻意外發(fā)現(xiàn)我們宇宙的膨脹是在加速進(jìn)行的。
換句話說如果一百年前愛因斯坦發(fā)現(xiàn)的廣義相對(duì)論理論是正確的話，我們今天的宇宙是在加速膨脹而且是被暗能量驅(qū)動(dòng)的。這是我們認(rèn)識(shí)宇宙的第六次的飛躍。
這告訴我們，我們的宇宙是加速膨脹的宇宙，這和我們以前所有對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)都是一個(gè)根本性的變化。我們知道如果這個(gè)宇宙當(dāng)中只有我們已知的相互作用，在大尺度上只有引力的相互作用，引力的相互作用使天體相互之間的分離變得只可能越來越慢，不可能越來越快。
但是現(xiàn)在宇宙的天體之間的膨脹的速度、分離速度越來越快，因此這對(duì)我們的宇宙觀帶來非常大的挑戰(zhàn)。
在此基礎(chǔ)上就可以考察宇宙的過去和現(xiàn)在，這個(gè)考察完了就可以考察宇宙未來的命運(yùn)。
我們的宇宙，根據(jù)現(xiàn)在研究的結(jié)果，起始于一個(gè)大爆炸，這個(gè)大爆炸之前可能是一個(gè)暴脹時(shí)期，不是一個(gè)很簡(jiǎn)單的大爆炸，而是復(fù)雜的大爆炸，當(dāng)然暴脹的理論還沒有完全得到證實(shí)。
然后就產(chǎn)生了恒星和星系，有了恒星和星系就可能演化出來我們的人類。
我們今天的宇宙，在比較近的過去，進(jìn)入了加速膨脹的時(shí)代，這樣我們就有了今天的宇宙。那么，宇宙未來會(huì)怎么發(fā)展？
這是一個(gè)我們?nèi)匀徊荒芾斫獾梅浅Ｇ宄膯栴}，這背后的一個(gè)重要的科學(xué)問題就是主導(dǎo)我們目前宇宙加速膨脹的暗能量到底是什么？對(duì)于這個(gè)問題的研究，目前在國(guó)際上進(jìn)行得非常之多，但是我們的基本結(jié)論是我們還完全不理解暗能量。
當(dāng)然我們研究的框架仍然是愛因斯坦的廣義相對(duì)論。在這個(gè)框架里面我們認(rèn)為，宇宙的過去，當(dāng)然是由某一個(gè)地方膨脹出來的、爆炸出來的（這一點(diǎn)大家有普遍的共識(shí)，但是也有人不認(rèn)為是這樣），然后就發(fā)展到了宇宙的今天，今天我們了解得相對(duì)清楚一點(diǎn)。但是宇宙的未來有幾種可能的模式。
（致謝國(guó)家天文臺(tái)陳學(xué)雷研究員的報(bào)告圖片）
一種模式就是我們的宇宙將來的膨脹會(huì)停止，宇宙會(huì)塌縮起來，會(huì)重新回到一個(gè)起點(diǎn)。這是一個(gè)可能性。
另一個(gè)可能性就是所謂一個(gè)臨界的膨脹，膨脹的恰好比較合適，我們叫做臨界的膨脹。
當(dāng)然也可能我們繼續(xù)加速膨脹，越來越快，星系和星系之間的分離速度越來越快，以至于最后我們看不到宇宙中別的星系。
這還不是最可怕的，最可怕的是大撕裂的情況。如果暗能量的性質(zhì)有一種非常特殊的行為的話，我們未來的宇宙，可能會(huì)出現(xiàn)大撕裂。
大撕裂的意思是說不僅僅星系和星系之間的距離會(huì)變得越來越遠(yuǎn)，星系里面的每個(gè)天體之間的距離也會(huì)變得越來越遠(yuǎn)，星系會(huì)被裂掉。甚至于組成我們身體的原子都會(huì)被撕裂開，所以這是一種非常不好的情況。
當(dāng)然，我們不知道，剛才我講的這幾種情況里面哪一種會(huì)發(fā)生。所以，當(dāng)武紅總告訴我宇宙未來這個(gè)題目的時(shí)候，我在朋友圈里開玩笑說這是一個(gè)最簡(jiǎn)單的題目，因?yàn)闆]有人知道宇宙的未來到底是什么，我可以胡說，萬一我說錯(cuò)了也不好證明我錯(cuò)。所以我今天講的這個(gè)題目不是那么容易錯(cuò)的。
但是作為科學(xué)研究上來講，我們還是希望對(duì)美的追求要永無止境。我們要考察一下我們現(xiàn)在的科學(xué)理論，到底還有沒有缺陷。所以我們?nèi)匀灰谛扪a(bǔ)我們的理論的缺陷的情況下發(fā)現(xiàn)新的不常見。
目前的廣義相對(duì)論，最開始我講，我認(rèn)為它是人類最美的科學(xué)理論，至今為止我們沒有找到廣義相對(duì)論理論的任何缺陷。
另外有一套理論，微觀的理論，沈教授剛才也講了。宇宙中最大的是廣義相對(duì)論統(tǒng)治的，自然中最小的是量子物理統(tǒng)治的。
量子物理我們有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模型，在這個(gè)模型里也沒有找到它的任何缺陷，所有實(shí)驗(yàn)的預(yù)言都得到了證實(shí)。
但是這兩個(gè)理論不匹配，有根本的矛盾，我們不知道矛盾在哪里。所以說我們現(xiàn)在的理論有沒有缺陷？這顯然是一個(gè)缺陷，我們不理解這兩個(gè)理論之間為什么是互相不匹配的？因此作為我們要做科學(xué)研究來講，我們的任務(wù)是要繼續(xù)找缺陷。
繼續(xù)找缺陷包括我們要進(jìn)一步來驗(yàn)證廣義相對(duì)論能否完全描述黑洞，這是我自己的研究做的范圍。差不多今年年底的時(shí)候我們會(huì)有一個(gè)X射線天文衛(wèi)星發(fā)射，主要的任務(wù)就是研究這個(gè)，我們想看看廣義相對(duì)論是不是總是能夠描述黑洞？
我們也不知道量子物理是不是一定能夠適用于宏觀，潘建偉先生研究的是想把量子力學(xué)的適用范圍盡可能的擴(kuò)大。
我們也要發(fā)現(xiàn)更多的不常見，剛才講了主導(dǎo)我們宇宙未來命運(yùn)的是暗能量，我們完全不知道它是什么。
還有暗物質(zhì)是我們宇宙結(jié)構(gòu)形成的基本的種子，是暗物質(zhì)之間的引力導(dǎo)致形成星系，暗物質(zhì)是什么我們不知道。前不久中科院發(fā)射了一個(gè)科學(xué)衛(wèi)星，叫“悟空”暗物質(zhì)探測(cè)衛(wèi)星，就是要研究暗物質(zhì)的性質(zhì)。
還有量子糾纏和引力之間到底是什么關(guān)系？有人說它們之間有深刻的關(guān)系，也許愛因斯坦里面的廣義相對(duì)論的時(shí)空扭曲就是和量子力學(xué)之間有本質(zhì)的關(guān)系。到底這些東西是什么？這也是需要我們理解的。
這些問題理解之后我們就有可能最終回答宇宙的終極問題：宇宙未來的命運(yùn)是什么？
我的報(bào)告就到這里，謝謝大家！
本文圖片源自張雙南演講PPT，經(jīng)演講者本人審定。
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