演講 | 張雙南（中國科學院高能物理研究所研究員）
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大家好！今天很高興有機會跟大家一起來分享宇宙未來的命運。當然我們不能夠確切的知道未來宇宙的命運，但是我們可以討論科學的宇宙觀，我是想從審美的角度討論，這樣顯得不那么學術化。
當然從審美的角度來討論的話首先要考察一下美的科學。
11月25日對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)了我認為最美的科學理論——廣義相對論理論。25年前的那一天，世界上誕生了最美的女孩，當然是我的女兒。我的女兒的美和愛因斯坦的廣義相對論的美之間有什么關系？為什么我們都說是美？換句話說：“美是什么？”
美是什么？這是哲學家討論了兩千多年的問題，從蘇格拉底到他的學生柏拉圖，到柏拉圖的學生亞里士多德，還有近代的大哲學家康德和黑格爾都問過這個問題，這個問題叫做天才的追問。
我們看看至今我們有什么樣的答案？我用的是復旦大學朱立元教授的一個回答，他說我自己覺得還沒有辦法回答這個問題，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？不管你們怎么看反正我不信。為什么不信？因為我覺得這不科學。為什么不科學？答非所問不是我們的習慣，刨根問底是科學家的天職。
所以我要用自然科學的方法研究美學，所以我是研究美的科學不是研究美的哲學。
首先看看物理學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，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論的美，但是應該有內(nèi)在的規(guī)律，所以我對“美是難的”是不滿意的。
我做了研究，把研究方法和結果放在朋友圈里面，這是很長的一篇文章。我在這里僅僅給大家稍微做個介紹。
愛因斯坦教導我們說提出一個好問題比解決N個問題還重要。我覺得“美是什么？”這個問題問得不好。
我換一個角度問：廣義審美對象，比如說事物、人、食物、景色、藝術或者科學滿足什么樣的條件，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準是什么？當然學術一點說是美的法則。因此我們可以把問題轉化為尋找“廣義美的法則”。
我的研究步驟是三段式的科學方法，大家學過科學方法論都知道，這是非常標準的做法。
首先歸納法，把每一類的美拿出來幾個，抽出它們的共性總結一下，我得到一個初步的美的法則。
然后我再進行證實，我窮舉我認為所有的美，看看是否符合這個法則，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，看看是不是和這個法則有矛盾。
這樣的話最終我們就得到一個美的法則。
我得到的廣義美的法則是沒缺陷不常見，就像這張圖上這個小女孩一樣。
我解釋一下，沒缺陷和不常見兩個結合起來就是判斷美的充分必要條件，我們會覺得美。
沒缺陷主要指的價值觀方面的事情，比如說實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、善或者功能強大等等都是屬于這一類的。
不常見很簡單，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，價值觀讓我們判斷是否有缺陷，我們的見識讓我們判斷是否不常見。
我們有不同的價值觀，每個人都會不一樣，每個人也會有不同的見識，因此我們就有不同的審美觀。
對同樣的事、物、人，誰認為無缺陷不常見就認為是美，因此沒有絕對的客觀美、普世美、永恒美，我們的“美”總是可能會變化的。
下面給大家舉一些例子。這是我們做生物的會看到的照片，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？
因為很自然所以沒缺陷，因為肉眼看不到所以不常見，所以你覺得美。
社會發(fā)展的動力和科學技術創(chuàng)新的本質(zhì)是什么？
沒有普世美，因此只有多樣美。有多樣美的社會才是有生命力的社會，沒有最美只有更美，追求更美是人類社會發(fā)展的動力。
技術創(chuàng)新是干什么用的？是彌補缺陷，彌補各種各樣的缺陷，人類的缺陷甚至自然的缺陷。
科學創(chuàng)新歸根結底干什么？發(fā)現(xiàn)新的現(xiàn)象、新的東西、新的規(guī)律，當然就是發(fā)現(xiàn)不常見。
因此我總結一下，社會發(fā)展的動力和科技創(chuàng)新的本質(zhì)，就是對美的追求。這是我在這個審美的觀念之下思考的結果。
我們把美的科學講完了，下面我們來用美的科學來考察一下我們?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。這個地心說很符合當時的天文的知識，所以沒有缺陷。也符合當時的價值觀，所以也是沒缺陷。
歐洲人認為地球為人而存在，這是一種宗教的觀念在里面，宇宙為地球而存在。我們中國人也認可這一點，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，觀測到了行星逆行的現(xiàn)象，這個現(xiàn)象不能用地心說解釋。所以從美的觀念來考察，對不起，這個理論有缺陷。
那么怎么辦？當然要去改變它。
哥白尼的日心說是人類宇宙觀第一次的大飛躍，這個觀念在當時看來是沒有缺陷的。它解釋了當時所有的天文的觀測現(xiàn)象。它也是不常見的，它是一個全新的宇宙觀。對人類的認知產(chǎn)生了一個挑戰(zhàn)。
但是日心說很快就被證偽了，發(fā)現(xiàn)它不符合新的觀測的事實。
比如說在這個地方我舉了兩個例子，都是對銀河系內(nèi)的天體的測量和觀測的結果。天文學家發(fā)現(xiàn)日心說不符合對更多天體的觀測，所以有缺陷。結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，是哈勃觀測到了以前認為的銀河系里面的云，也是像銀河系一樣的星系，這個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，立刻哈勃就認識到我們的宇宙其實是浩瀚無邊的一個宇宙，這是我們認識的第三次的飛躍，宇宙巨大無邊！
這對我們的思想帶來很大的沖擊，我們知道有一個奧波斯佯謬，這是現(xiàn)代宇宙學思想的起源。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？
這是一個非常嚴重的問題！對不起，有缺陷！
當然，哈勃自己把這個問題解決了，哈勃隨后的觀測發(fā)現(xiàn)這些遙遠的星系，原來都是在退行當中的，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，宇宙必然就有一個起源，當然壽命就是有限的，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“亮瞎眼”的問題。這樣的話使得我們認識到了宇宙是膨脹的。
所以，哈勃的宇宙膨脹這個學說就彌補了他自己的浩瀚無邊的宇宙這么一個缺陷，提出了新的觀念。在這之前認為宇宙是靜止的，也就是沒有起點的，現(xiàn)在認為宇宙是膨脹的，有起點的。
隨后，更晚一些，有兩位不是天文學家，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到了射電的信號，這些信號來自于宇宙大爆炸的時候殘余下來的信號，這證實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以前的觀念的缺陷的彌補，導致我們發(fā)現(xiàn)了一個新的觀念，每一次新的觀念對我們的認識都是一次飛躍。
第六次飛躍是最近的事情，這件事情和宇宙的命運有非常密切的關系。這是1998年的時候，三位非常年輕的天文學家，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動的。這是我們認識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宇宙的認識都是一個根本性的變化。我們知道如果這個宇宙當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，因此這對我們的宇宙觀帶來非常大的挑戰(zhàn)。
在此基礎上就可以考察宇宙的過去和現(xiàn)在，這個考察完了就可以考察宇宙未來的命運。
我們的宇宙，根據(jù)現(xiàn)在研究的結果，起始于一個大爆炸，這個大爆炸之前可能是一個暴脹時期，不是一個很簡單的大爆炸，而是復雜的大爆炸，當然暴脹的理論還沒有完全得到證實。
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，進入了加速膨脹的時代，這樣我們就有了今天的宇宙。那么，宇宙未來會怎么發(fā)展？
這是一個我們?nèi)匀徊荒芾斫獾梅浅Ｇ宄膯栴}，這背后的一個重要的科學問題就是主導我們目前宇宙加速膨脹的暗能量到底是什么？對于這個問題的研究，目前在國際上進行得非常之多，但是我們的基本結論是我們還完全不理解暗能量。
當然我們研究的框架仍然是愛因斯坦的廣義相對論。在這個框架里面我們認為，宇宙的過去，當然是由某一個地方膨脹出來的、爆炸出來的（這一點大家有普遍的共識，但是也有人不認為是這樣），然后就發(fā)展到了宇宙的今天，今天我們了解得相對清楚一點。但是宇宙的未來有幾種可能的模式。
（致謝國家天文臺陳學雷研究員的報告圖片）
一種模式就是我們的宇宙將來的膨脹會停止，宇宙會塌縮起來，會重新回到一個起點。這是一個可能性。
另一個可能性就是所謂一個臨界的膨脹，膨脹的恰好比較合適，我們叫做臨界的膨脹。
當然也可能我們繼續(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變得越來越遠，星系里面的每個天體之間的距離也會變得越來越遠，星系會被裂掉。甚至于組成我們身體的原子都會被撕裂開，所以這是一種非常不好的情況。
當然，我們不知道，剛才我講的這幾種情況里面哪一種會發(fā)生。所以，當武紅總告訴我宇宙未來這個題目的時候，我在朋友圈里開玩笑說這是一個最簡單的題目，因為沒有人知道宇宙的未來到底是什么，我可以胡說，萬一我說錯了也不好證明我錯。所以我今天講的這個題目不是那么容易錯的。
但是作為科學研究上來講，我們還是希望對美的追求要永無止境。我們要考察一下我們現(xiàn)在的科學理論，到底還有沒有缺陷。所以我們?nèi)匀灰谛扪a我們的理論的缺陷的情況下發(fā)現(xiàn)新的不常見。
目前的廣義相對論，最開始我講，我認為它是人類最美的科學理論，至今為止我們沒有找到廣義相對論理論的任何缺陷。
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標準模型，在這個模型里也沒有找到它的任何缺陷，所有實驗的預言都得到了證實。
但是這兩個理論不匹配，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？這顯然是一個缺陷，我們不理解這兩個理論之間為什么是互相不匹配的？因此作為我們要做科學研究來講，我們的任務是要繼續(xù)找缺陷。
繼續(xù)找缺陷包括我們要進一步來驗證廣義相對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候我們會有一個X射線天文衛(wèi)星發(fā)射，主要的任務就是研究這個，我們想看看廣義相對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的適用范圍盡可能的擴大。
我們也要發(fā)現(xiàn)更多的不常見，剛才講了主導我們宇宙未來命運的是暗能量，我們完全不知道它是什么。
還有暗物質(zhì)是我們宇宙結構形成的基本的種子，是暗物質(zhì)之間的引力導致形成星系，暗物質(zhì)是什么我們不知道。前不久中科院發(fā)射了一個科學衛(wèi)星，叫“悟空”暗物質(zhì)探測衛(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系？有人說它們之間有深刻的關系，也許愛因斯坦里面的廣義相對論的時空扭曲就是和量子力學之間有本質(zhì)的關系。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：宇宙未來的命運是什么？
我的報告就到這里，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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