錢時(shí)惕

(河北大學(xué) 河北 保定 071002)

1 對宇宙認(rèn)識(shí)的爭論與進(jìn)展[1]

1．1 地心說與日心說之爭

本來，地心說與日心說之爭，完全屬于學(xué)術(shù)(科學(xué))本身的爭論，但由于地心說被納入基督教思想體系，使日心說與地心說之爭卷入科學(xué)與宗教之沖突.

在基督教的歷史中，由于托馬斯(A.Thomas，1224～1274年)把亞里士多德學(xué)說與基督教思想相結(jié)合而開辟了基督教神學(xué)發(fā)展的新道路.這個(gè)托馬斯在吸取亞里士多德的思想時(shí)，也接受了托勒密的地心說.在基督教看來，人是上帝根據(jù)自己形象創(chuàng)造的，而日月星又是上帝為了人而創(chuàng)造的.因此，人居住的地方理應(yīng)在宇宙的中心.這種觀點(diǎn)，與托勒密的地心說是相符的.基督教思想與托勒密理論的結(jié)合，就形成了“地球在宇宙中心，上有天堂、下有地獄”的構(gòu)想，這正是中世紀(jì)末日審判畫面,再加上《圣經(jīng)》上所謂“約書亞要太陽停止而不是地球停止”的故事以及贊美“將大地置于它牢固的基礎(chǔ)上，使其不得移動(dòng)”的詩句,托勒密地心說就被納入了基督教的思想體系.1543年哥白尼出版了《天體運(yùn)行論》一書.在該書中，哥白尼建立了不同于托勒密的新宇宙模型(日心說)，成為“反叛”基督教神權(quán)的革命并逐漸被科學(xué)界所接受.

1.2 牛頓的宇宙模型及其困難

按牛頓觀點(diǎn)，空間被理解為無限大的箱子，宇宙也就變成無邊無際的了.宇宙是一個(gè)三維的歐幾里得空間，在任何一個(gè)方向都可以無限伸展下去.在無限大的箱子中，布滿了無限多的天體，這些天體在萬有引力作用下按牛頓定律運(yùn)動(dòng)，這就是牛頓的宇宙圖景.

然而，這種宇宙圖景在解釋經(jīng)驗(yàn)事實(shí)上遇到了困難：光度佯謬——整個(gè)宇宙天空，黑夜將象白天一樣光亮；引力佯謬——對整個(gè)物質(zhì)世界來說，計(jì)算出的引力勢在空間每一點(diǎn)上都是無限大.

1.3 膨脹的宇宙模型

1912年維斯托·斯里弗爾(Vesto Slipher,1875～1969年)首次測量了一個(gè)“旋渦星云”(“旋渦星云”是當(dāng)時(shí)對旋渦星系的舊稱法)的多普勒頻移，其后他和卡·懷茲(C.Wirtz,1876～1939年)證實(shí)了絕大多數(shù)類似的星云都在退離地球.不過斯里弗爾并沒有因此聯(lián)想到這個(gè)觀測結(jié)果對宇宙學(xué)的意義.

1917年愛因斯坦將廣義相對論理論應(yīng)用到整個(gè)宇宙，發(fā)表了標(biāo)志著物理宇宙學(xué)誕生的論文《根據(jù)廣義相對論對宇宙學(xué)所做的考察》，得到著名的有限無邊的宇宙結(jié)構(gòu)模型.所謂有限，指的是空間體積有限；所謂無邊，指的是這個(gè)三維空間并不是一個(gè)更大的三維空間中的一部分，它已經(jīng)包括了全部空間.不過，從廣義相對論出發(fā)建立的宇宙模型不是靜態(tài)的.

1922年，蘇聯(lián)宇宙學(xué)家、數(shù)學(xué)家亞歷山大·弗里德曼(A.A.Friedmann,1888～1925年)在愛因斯坦引力場方程基礎(chǔ)上推導(dǎo)出弗里德曼方程，通過選取適當(dāng)?shù)膮?shù)，從弗里德曼方程得到的宇宙模型可以膨脹或收縮.

1927年，比利時(shí)物理學(xué)家、天主教牧師喬治·勒梅特(Lematre,1894～ 1966年)在不了解弗里德曼工作的情況下獨(dú)立提出了星云后退現(xiàn)象(1912年斯里弗爾首次發(fā)現(xiàn))的原因是宇宙在膨脹 .

1929年哈勃(Hubble，1889～1953年)發(fā)現(xiàn)，星系遠(yuǎn)離地球的速度同它們與地球之間的距離剛好成正比，這就是所謂哈勃定律.哈勃定律說明宇宙在膨脹.

1.4 大爆炸宇宙論

1931年勒梅特進(jìn)一步指出，宇宙正在進(jìn)行的膨脹意味著它在時(shí)間反演上會(huì)發(fā)生坍縮，這種情形會(huì)一直發(fā)生下去直到它不能再坍縮為止，此時(shí)宇宙中的所有質(zhì)量都會(huì)集中到一個(gè)幾何尺寸很小的“原生原子”上，時(shí)間和空間的結(jié)構(gòu)就是從這個(gè)“原生原子”所產(chǎn)生.勒梅特本人將其稱作“原生原子的假說”.宇宙大爆炸一詞首先是由英國天文學(xué)家弗雷德·霍伊爾(Hoyle，1915 ～2001年)所采用的.霍伊爾是與大爆炸對立的宇宙學(xué)模型——穩(wěn)恒態(tài)理論的倡導(dǎo)者，他在1949年3月BBC的一次廣播節(jié)目中將勒梅特等人的理論稱作“大爆炸的觀點(diǎn)”.

第二次世界大戰(zhàn)以后，宇宙膨脹的觀點(diǎn)引出了兩種互相對立的可能理論：一種理論是由勒梅特提出，喬治·伽莫夫(Gamov，1904～1968年)支持和完善的大爆炸理論.伽莫夫提出了太初核合成理論.另一種理論則是英國天文學(xué)家弗雷德·霍伊爾等人提出的穩(wěn)恒態(tài)宇宙模型.在穩(wěn)恒態(tài)宇宙模型里，新物質(zhì)在星系遠(yuǎn)離留下的空間中不斷產(chǎn)生，從而宇宙在任何時(shí)候看上去都基本不變化.之后的許多年，這兩種理論并立，但射電源計(jì)數(shù)等一系列觀測證據(jù)使天平逐漸向大爆炸理論傾斜.1965年，宇宙微波背景輻射的發(fā)現(xiàn)和確認(rèn)更使絕大多數(shù)物理學(xué)家都相信，大爆炸是能描述宇宙起源和演化的最好理論.根據(jù)2010年所得到的最佳觀測結(jié)果，這些初始狀態(tài)大約存在于133億年至139億年前.

1.5 宇宙大爆炸論的社會(huì)反響

宇宙大爆炸理論本身是一種科學(xué)理論，它的成立是建立在和觀測相符合的基礎(chǔ)上的.但作為一個(gè)闡述“實(shí)在”起源的理論，他與神學(xué)和哲學(xué)有著密切關(guān)系.

20世紀(jì)20～30年代，主流宇宙學(xué)家都更喜歡穩(wěn)恒態(tài)理論，他們指責(zé)大爆炸理論提出的宇宙在時(shí)間上的開端是將宗教概念引入了物理學(xué)中，而大爆炸理論的創(chuàng)始人之一，喬治·勒梅特是一位羅馬天主教牧師似乎為這種意見找到佐證.

基督教教會(huì)則對宇宙大爆炸理論表示滿意，1951年11月22日庇護(hù)十二世教皇在教皇科學(xué)學(xué)會(huì)的開幕會(huì)上聲稱大爆炸理論支持《圣經(jīng)》上的創(chuàng)世說.

在我國，從1973年初至1976年秋，在四人幫組織下，“上海理科批判組”等，在全國性的報(bào)刊和學(xué)術(shù)雜志上，至少發(fā)表了30篇批判宇宙大爆炸理論文章[2].指責(zé)宇宙大爆炸理論為反動(dòng)的神學(xué)服務(wù).實(shí)際上，宇宙大爆炸理論是繼經(jīng)典力學(xué)把上帝趕出太陽系之后，進(jìn)一步把上帝驅(qū)出現(xiàn)行茫茫宇宙之外.當(dāng)然，由于宇宙大爆炸理論尚不能回答原始爆炸的原因，給神學(xué)留了一點(diǎn)活動(dòng)空間.這是科學(xué)進(jìn)一步要研究的問題[3].

2 化學(xué)進(jìn)化與生命的起源[4]

化學(xué)進(jìn)化論最初由蘇聯(lián)學(xué)者A·奧巴林(1924年) 和英國學(xué)者 J·B·S·霍爾丹(1929年)提出.1936年奧巴林出版的《地球上生命的起源》一書，是世界上第一部全面論述生命起源問題的專著.他認(rèn)為原始地球上無游離氧的還原性大氣在短波紫外線等能源作用下能生成簡單的有機(jī)物(生物小分子)，生物小分子可生成復(fù)雜有機(jī)物(生物大分子)并在原始海洋中形成多分子體系的團(tuán)聚體，后者經(jīng)過長期的演變和“自然選擇”，終于出現(xiàn)了原始生命.關(guān)于化學(xué)進(jìn)化的基本過程目前的認(rèn)識(shí)如下.

(1)由無機(jī)物生成有機(jī)小分子.1952年美國芝加哥大學(xué)研究生米勒(S.L.miller)，在其導(dǎo)師尤里(H.C.Urey)指導(dǎo)下，進(jìn)行了模擬原始大氣中雷鳴閃電的實(shí)驗(yàn)，共得到了20種有機(jī)化合物，其中11種氨基酸中有4種(甘氨酸、丙氨酸、天門冬氨酸和谷氨酸)是生物的蛋白質(zhì)所含有的.以后其他學(xué)者又進(jìn)行了大量的模擬實(shí)驗(yàn)，或改用紫外線、高溫、強(qiáng)的陽光等作能源，結(jié)果都能產(chǎn)生氨基酸.

(2)生物大分子的合成.可以推想，被雨水沖淋到原始海洋中的有機(jī)小分子(單體)，經(jīng)過彼此的相互作用，可以形成蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子.這一步已得到實(shí)驗(yàn)證實(shí).

(3)多分子體系的出現(xiàn).生物大分子必須組成體系、形成界膜才能與周圍環(huán)境明確分開，才可能進(jìn)一步演變.目前，多分子體系的出現(xiàn)有兩種實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮陂_展研究.

(4)多分子體系進(jìn)化為原始生命.這是生命起源最關(guān)鍵的一步.這里有兩個(gè)重要問題要解決,一個(gè)是生物膜如何產(chǎn)生，另一個(gè)則是遺傳器怎樣起源.對這兩個(gè)問題目前尚無實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ湍芗右哉f明，僅憑一些間接資料進(jìn)行推測.

化學(xué)進(jìn)化顯然不限于原始地球，在宇宙和其他天體上也會(huì)發(fā)生.星際分子和隕石中有機(jī)物的發(fā)現(xiàn)證實(shí)了這一點(diǎn).1969年9月墜落在澳大利亞東南部默奇森鎮(zhèn)的隕石，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)含有多種氨基酸，其種類與含量同米勒放電實(shí)驗(yàn)生成的相當(dāng)一致.這就表明，原始大氣由無機(jī)物生成生物小分子不但是可能的，而且這種過程在宇宙間仍在發(fā)生.

3 世界統(tǒng)一進(jìn)化鏈的揭示[5]

綜合宇宙大爆炸論、化學(xué)進(jìn)化論、生命的起源論與生物進(jìn)化論、社會(huì)進(jìn)化學(xué)說，現(xiàn)代科學(xué)已揭示出世界統(tǒng)一進(jìn)化鏈，如圖1所示，包括以下幾方面.

(1)物理進(jìn)化.原始爆炸(10-43s，溫度可以達(dá)到1031K)→各種粒子的相互碰撞、相互轉(zhuǎn)化處于平衡之中(原始爆炸后10-6s，1013K)→平衡中止(原始爆炸后1 s，1010K )→氦的形成(原始爆炸后30 min，108K)→元素復(fù)合(原始爆炸后2×105年，4×103K)→觀察到第一個(gè)星系(原始爆炸后7×109年，)→目前狀態(tài)(133億年，3 K ).

(2)化學(xué)進(jìn)化.元素復(fù)合(原始爆炸后2×105年，C,H,O,N等)→星際小分子(CH4,H2,H2O,NH3等)→生物小分子(氨基酸、核甘酸等)→生物大分子(蛋白質(zhì)、核酸等).

(3)生物進(jìn)化.生物大分子(蛋白質(zhì)、核酸等)→原始細(xì)胞→原核細(xì)胞→真核單細(xì)胞→真核多細(xì)胞→低等生物……人類出現(xiàn).

(4)社會(huì)進(jìn)化.按社會(huì)主要生產(chǎn)關(guān)系進(jìn)化有，原始社會(huì)→封建社會(huì)→資本主義社會(huì)→社會(huì)主義社會(huì)→共產(chǎn)主義社會(huì)；按社會(huì)主要生產(chǎn)力形態(tài)進(jìn)化有，農(nóng)業(yè)文明→工業(yè)文明→信息文明.

這個(gè)世界統(tǒng)一進(jìn)化鏈(圖1)的時(shí)間跨度約130億年，空間范圍130億光年，在這個(gè)范圍內(nèi)發(fā)生的現(xiàn)象，都可在這個(gè)進(jìn)化鏈中找到其適當(dāng)?shù)匚徊⒌玫胶侠淼慕忉?

圖1 世界統(tǒng)一進(jìn)化鏈

4 現(xiàn)代科學(xué)對演化問題的認(rèn)識(shí)[6]

4．1 兩種截然相反的演化圖景

在物理學(xué)中，19世紀(jì)中葉建立的熱力學(xué)第二定律，被克勞修斯(R.Clausius,1822～1888年)表述為熵增原理：一個(gè)孤立系統(tǒng)，總要朝著熵增的方向演化，即一個(gè)孤立系統(tǒng)總是走向均勻、簡單、無差別、無序狀態(tài).正是依據(jù)熵增原理，克勞修斯得出宇宙必將“熱寂”的結(jié)論.

然而，在生物學(xué)中，達(dá)爾文(C.R.Darwin,1797～1895年)的生物進(jìn)化論，卻提供了完全相反的演化圖像.按照生物進(jìn)化論，生命世界經(jīng)歷了一個(gè)從低級(jí)到高級(jí)、從簡單到復(fù)雜的演化.

自然科學(xué)提供了兩種截然相反的演化圖景，其原因何在?正是試圖回答并研究這個(gè)問題，普里高津(I.Prigogine，1917～2003年)1967年在一次“理論物理與生物學(xué)”的國際會(huì)議上提出了耗散結(jié)構(gòu)理論.

4.2 耗散結(jié)構(gòu)理論的基本內(nèi)容[7]

耗散結(jié)構(gòu)理論指出,對于一個(gè)與外界有物質(zhì)、能量、信息交換的開放系統(tǒng)來說，熵的變化可以分為兩部分，見圖2，一部分是系統(tǒng)本身由于不可逆過程引起的熵增加(diS)，這一項(xiàng)永遠(yuǎn)是正的；另一部分是系統(tǒng)與外界交換物質(zhì)、能量、信息引起的熵流(deS)，這一項(xiàng)可正、可負(fù).整個(gè)系統(tǒng)熵的變化dS，就可以寫作兩項(xiàng)之和

dS=deS(熵流)+diS(熵增加)

圖2 熵流

根據(jù)熱力學(xué)第二定律，在孤立系統(tǒng)中，由于不可逆過程引起熵增加diS≥0，對孤立系統(tǒng)來說，沒有熵流， deS=0.而在開放系統(tǒng)中，熵流deS可以大于或小于零.如果deS為負(fù)值，其絕對值又大于diS，則

dS=deS+diS<0

這時(shí)總熵可以逐步減少，系統(tǒng)由無序趨向新的有序.在什么條件下，系統(tǒng)才可能實(shí)現(xiàn)從無序走向有序呢?

普里高津進(jìn)一步指出，系統(tǒng)從無序走向有序必須滿足三個(gè)條件：其一，系統(tǒng)是開放的；其二，系統(tǒng)遠(yuǎn)離平衡態(tài)；其三，系統(tǒng)內(nèi)存在非線性相互作用.

按耗散結(jié)構(gòu)理論，自然科學(xué)中的兩種演化方向的矛盾僅僅是表觀的.原來，熱力學(xué)第二定律揭示的是一個(gè)孤立的處于熱平衡狀態(tài)系統(tǒng)的演化(退化)方向；而生物進(jìn)化論揭示的是一種開放的、遠(yuǎn)離平衡態(tài)、存在著非線性相互作用的系統(tǒng)的演化(進(jìn)化)方向.它們各自適用于不同條件.后一種演化(進(jìn)化)，不僅存在于生命世界，也存在于非生命(力學(xué)、物理、化學(xué)等)世界，還存在于人類社會(huì).

4.3 協(xié)同學(xué) 突變論 超循環(huán)論等系統(tǒng)演化學(xué)說

除耗散結(jié)構(gòu)理論，其他科學(xué)家從不同角度研究了系統(tǒng)的演化問題.其中較為著名的有協(xié)同學(xué)、超循環(huán)論.

4.3.1 協(xié)同學(xué)

德國物理學(xué)家哈肯(H·Haken,1927年～ )1977年出版了《協(xié)同學(xué)導(dǎo)論》一書，給出了協(xié)同學(xué)的理論體系，標(biāo)志著協(xié)同學(xué)的誕生.協(xié)同學(xué)認(rèn)為，系統(tǒng)性質(zhì)的改變是由于系統(tǒng)中要素、子系統(tǒng)之間的相互作用所造成的.任何系統(tǒng)的子系統(tǒng)都有兩種演化趨向，一種是自發(fā)地傾向無規(guī)無序的運(yùn)動(dòng)，這是系統(tǒng)瓦解走向無序的重要原因；另一種是子系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)引起的協(xié)調(diào)、合作運(yùn)動(dòng)，這是系統(tǒng)自發(fā)走向有序的重要原因.系統(tǒng)到底是自發(fā)地發(fā)生從無序到有序還是從有序到無序，就取決于其中哪一種演化趨勢占主導(dǎo)地位.協(xié)同學(xué)采用相變理論中的序參量概念來描述一個(gè)系統(tǒng)的宏觀有序的程度，用序參量來刻劃系統(tǒng)從無序到有序的轉(zhuǎn)變，從而大大加深了我們對于系統(tǒng)演化的內(nèi)部機(jī)制的認(rèn)識(shí).

4.3.2 超循環(huán)論

德國化學(xué)家及生物物理學(xué)家艾根(M·Eigen,1927年～ )1972年在德國的《自然雜志》上發(fā)表了《物質(zhì)的自組織和生物大分子的進(jìn)化》一文，正式建立超循環(huán)理論.

超循環(huán)理論提出，在關(guān)于生命起源的化學(xué)進(jìn)化和生物進(jìn)化之間，還有一個(gè)生物大分子自組織進(jìn)化階段，隨機(jī)無序的大分子通過采取循環(huán)形式的自組織，發(fā)展起來有序的組織，并向更高的組織和復(fù)雜性進(jìn)化，從而最終導(dǎo)致了生命的起源.超循環(huán)理論認(rèn)為，相互作用、因果轉(zhuǎn)化構(gòu)成循環(huán)，這成為超循環(huán)理論的一個(gè)基本出發(fā)點(diǎn)，也是我們理解超循環(huán)基本思想的一個(gè)關(guān)鍵.超循環(huán)理論結(jié)合化學(xué)、生物學(xué)等領(lǐng)域的成果，考察了自然界的種種循環(huán)現(xiàn)象，從而提出了循環(huán)等級(jí)學(xué)說.超循環(huán)論從研究生物大分子的進(jìn)化問題出發(fā)，揭示了系統(tǒng)的演化發(fā)展采取了循環(huán)發(fā)展形式：從低級(jí)循環(huán)到高級(jí)循環(huán)，不同的循環(huán)層次與一定的發(fā)展水平相聯(lián)系，因而，具有普遍意義.

參考文獻(xiàn)

1 埃里克·簡森.宇宙簡史.上海： 上?？茖W(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，2011

2 屈儆誠，許良英．關(guān)于我國“文化大革命”時(shí)期批判愛因斯坦和相對論運(yùn)動(dòng)的初步考查．收入許良英主編，愛因斯坦研究.北京：科學(xué)出版社，1989

3 錢時(shí)惕.科學(xué)與宗教的關(guān)系及其歷史演變.北京：人民出版社，2002

4 A·N·奧巴林.地球上生命的起源.北京：科學(xué)出版社，1960

5 錢時(shí)惕.世界統(tǒng)一性問題的現(xiàn)代認(rèn)識(shí).哲學(xué)研究，1985(12)

6 錢時(shí)惕.對發(fā)展問題的現(xiàn)代理解.哲學(xué)動(dòng)態(tài)，1992(2)

7 普里高津.從混沌到有序.上海：上海譯文出版社，1987