引力波事件的哲学启示

黎德扬

摘要：引力波事件是人类理性的又一伟大胜利，在新的层面上拓展了人类的宇宙观和哲学理念。数理学科集中地展现了理性思维及其哲学意蕴，是科学技术的基础学科。引力波发现的重要哲学启示是在科学与哲学的良性互动中创新和提升哲学水准。

关键词：引力波；人类理性；爱因斯坦；数理学科；创新哲学

中图分类号：N02

文献标识码：A

一、振奋全人类的伟大事件

北京时间2015年9月14日17点50分45秒，激光干涉仪引力波天文台（以下简称LIGO）分别位于美国路易斯安那州的利文斯顿（Livingston）和华盛顿州的汉福德（Hanford）的两个探测器，观测到了一次置信度高达5.1倍标准差的引力波事件：GW150914。根据LIGO的数据，该引力波事件发生于距离地球十几亿光年之外的一个遥远星系中。两个分别为36和29太阳质量的黑洞，并合为62太阳质量黑洞，双黑洞并合最后时刻所辐射的引力波的峰值强度比整个可观测宇宙的电磁辐射强度还要高十倍以上。①GW150914证实引力波的存在，和1887年迈克尔逊-莫雷实验（Michelson-Morley Experiment）证明光速在不同惯性系和不同方向上都是相同的，否认了以太风（绝对静止参考系）的存在一样，在物理学史上具有划时代的意义。迈克尔逊-莫雷实验动摇了经典物理学基础，为现代物理学开拓了前行的道路，成为新物理学的一个发端。GW150914事件不仅进一步证实了爱因斯坦广义相对论的预言，更为重要的是让人类首次“听到”了引力波，打开了一扇人类洞见宇宙的全新窗口，开拓了崭新的认知宇宙的路径，为新的宇宙学（如宇宙大爆炸理论等）提供了新的依据，为人类利用引力波开拓了光辉前景，将人类科学技术和社会推进到一个新的时代。它拓展了人类的宇宙观和哲学理念，极大地鼓舞了人类在理性道路上奋然前行。

“众里寻他千百度，蓦然回首，那人却在灯火阑珊处”。爱因斯坦预言的引力波，在一百年后，终于被我们“听”见了，全球欢腾，雀跃，鼓舞，振奋，历史会记下这一时刻。

二、理性照耀人类前行

世界是人的世界，人是已知生灵中唯一具有理性的生命。人类所有的能称得上科学的认知，都是理性的产物。没有理性，就无所谓科学。既已生成的一切都是瞬间的存在，都是过去，所有的经验只能印证过去，都不能证明未来。创新是对未来事件的洞见，人类可以依靠理性和逻辑（主要表现为数学工具）预见、洞见到远远超过该时代能验证的事件。

广义相对论是爱因斯坦于1915年发表的用几何语言描述的引力理论。广义相对论将经典的牛顿万有引力定律包含在狭义相对论的框架中，并在此基础上应用等效原理而建立。在广义相对论中，引力被描述为时空的一种几何属性（曲率）；而这种时空曲率与处于时空中的物质与辐射的能量-动量张量直接相联系，其联系方式即是爱因斯坦的引力场方程，它是一个二阶非线性偏微分方程组：R_uv-1/2*R*g_uv=k*T_uv，其意义是：空间物质的能量-动量（T_uv）分布=空间的弯曲状况（R_uv）。无论是狭义相对论，还是广义相对论，都是数学语言表达的理性思维形式，是超经验的，不存在惯性系统的预设。正因为这样，爱因斯坦将理性和逻辑思维发挥到极致，最大限度地施展了他的天赋，描述了美妙的宇宙图景，构建了宇宙模型。相对论是时空物质统一中，运用数学符号语言进行的思辨和交流。由于语言系统的不同，时空观和物质运动观的不同，因而，这是生活在宏观世界囿于牛顿时空之中的人们感知不到的，也是无法理解的，这也是100年以后还只有少数科学家才能读得懂的原因。

最为令人赞叹的是他根据相对论理论做出了许多预言，还原于现实，可以在现实中得以验证。对广义相对论的实验验证，曾有三大验证成果：一是水星近日点的进动；二是光线在引力场中的弯曲；三是光谱线的引力红移。在水星近日点的进动中，每百年43秒的剩余进动长期无法得到解释，被广义相对论完满地解释清楚了。光线在引力场中的弯曲，广义相对论计算的结果比牛顿理论正好大了1倍，爱丁顿和戴森的观测队利用1919年5月29日的日全食进行观测的结果，证实了广义相对论的正确性。在这次验证中，天文台邀请爱因斯坦到观测地共享这一欢乐的时刻，他婉谢了这一邀请，表示天体必定按照他所计算的时间地点出现，表现出坚定的自信。通过三大验证，广义相对论理论的正确性得到了广泛的承认，由假设而成为科学。

爱因斯坦1918年写的论文《论引力波》，预言了引力波的存在。当下发生的引力波事件——GW150914，引力波已经被直接观测所证实。爱因斯坦的理性精神穿越百年的时空，历久弥坚，终于为人类进一步地开拓出认知宇宙的新时代、新道路，彰显了理性精神的无比强大。

三、数理是科学技术的基础学科

牛顿力学，建立了经典物理学体系，19世纪詹姆斯·麦克斯韦建立的麦克斯韦方程描述电场、磁场与电荷密度、电流密度之间关系的偏微分方程，对电磁学作出了最高概括。19世纪末20世纪初物理学的革命，产生了以相对论和量子力学为代表的现代物理学学科群。由于数学和自然科学的革命性变革，科学技术整体化，20世纪中叶发育出系统信息科学群。每一次的突破都是始于基元科学上的变革。当代科学技术的巨大成就，都来源于基元科学的变革所开拓的新领域。没有相对论在时空观上的变革，就没有今天的天体物理学和航天航空产业的生成和发展。没有系统信息科学的快速发展，也就很难赢得今天庆祝证实引力波的欢愉。著名科学家与科学史家J.D.贝尔纳曾以“科学树”，形象地描述了科学群的结构。树有根，水有源，数理基础学科是科学技术丛林中每一棵树的根系和生长的支撑。

引力波的被证实，是天体物理学领域中基础学科的重大突破。事件发生后麻省理工学院校长L. Rafael Reif致信全校全体成员说：“我们今天庆祝的发现体现了基础科学的悖论：它是辛苦的、严谨的和缓慢的，又是震撼性的、革命性的和催化性的。没有基础科学，最好的设想就无法得到改进，‘创新只能是小打小闹。只有随着基础科学的进步，社会也才能进步”。这是对科学技术史的深刻描述，对于我们中国这样的科学大国而不是科学强国的国度而言，加强基础科学建设将会受益良多。但对于我们人均GDP只有美国七分之一的国家，应用科学技术的开发还是必须的，不能和身为科学霸主的美国在投入上去比拼。科学技术是不断进化的过程，呈现出积累和突破交替的状态，由量的积累到质的飞跃，是一个不断升华的过程。如果听了L. Rafael Reif的话，就心浮气躁，急于求成，想一步登天，是不可能的。小打小闹，不断创新，集小胜为大胜，必不可少。只有基础科学和应用技术的相辅相成与相得益彰，才是面對现实的切实有效途径。

四、科学与哲学的良性互动

引力波事件与爱因斯坦直接关联，引力波的轰动引发对他的无比尊重和敬畏。爱因斯坦在《物理学、哲学和科学进步》一文中说：“如果把哲学理解为在最普遍和最广泛的形式中对知识的追求，那么显然，哲学就可以认为是全部科学研究之母。可是，科学的各个领域对那些研究哲学的学者们也发生强烈的影响，此外，还强烈地影响着每一代的哲学思想”。[1]他在反思科学旅程时说，物理学所面临的困难将迫使物理学家比其前辈更加深入地去探讨和掌握一些哲学问题。“与其说我是物理学家，不如说我是哲学家”。在爱因斯坦70岁生日时，学者为他出版了《阿尔伯特·爱因斯坦：哲学家—科学家》一书。科学和哲学，对于爱因斯坦是融于一体的。

人类是自然的一部分，依存于自然是本能的感知。中国战国时期的伟大诗人屈原，就向自然和社会发问170多个，名曰《天问》。首先是问天：“遂古之初，谁传道之？上下未形，何由考之？冥昭瞢暗，谁能极之？冯翼惟象，何以识之？明明暗暗，惟时何为？阴阳三合，何本何化？”[2]等等。然后才是人事。宇宙生成是万事万物的先决条件，这便成了屈原的问难之始。人类都面对许多难题：诸如天体的起源、地球的起源、人类的起源、意识的起源，等等。即使在科学技术飞速发展的当代，科技谜团依然丛生，诸如黑洞、暗物质、暗能量、地外生命的起源，等等，无不考验着人类的智慧与认知。天体物理中的结构和演变，时间长，空间尺度大，远远超越个体的生命周期，即使在试验方法产生以后，也难于用现实方法直接进行验证，是人类最难求索的问题。每次人类获得新的观测工具时，都会发现意想不到的东西，有时解答了之前的疑问，有时推翻了之前的猜测，更多的是发现了意想不到的东西。可以肯定的是，引力波探测器必然会推动物理学的进一步发展。

康德31岁時匿名发表了《宇宙发展史概论》，他坚定地宣称：“给我物质，我就用它造出一个宇宙来！这就是说，给我物质，我将给你们指出，宇宙是怎样由此形成的”[3]。大胆否定了宇宙起源的神创论，提出了宇宙起源的“星云假说”，确立了自然界不只是存在着，而且是生成着，第一次用科学观点回答了宇宙成因这一重大而又基本的科学问题，为近代科学技术的发展作出了开拓性贡献。恩格斯曾这样评价康德的贡献：“在这种僵化的自然观上打开第一个缺口的，不是一位自然研究家，而是一位哲学家。1755年出现了康德的《自然通史和天体论》。关于第一推动的问题被排除了；地球和整个太阳系表现为某种在时间的进程中生成的东西”。[4] 20世纪初有相对论和量子论所开拓的物理学革命使人类从宏观世界向两侧展开，开拓出宇观世界和微观世界，使人类的自然观发生了革命性的变革，数理基础学科与哲学的牵绕和融会日益紧密。翻开物理学史，19世纪末及20世纪以来有重大创新的物理学家和数学家大多是哲学家，如怀特海、彭加勒、马赫、爱因斯坦、玻尔、波恩、薛定谔、海森伯、德布罗依、坂田昌一、维纳等等。科学与哲学走向汇流和彼此涵摄，不可分割地相互依存和互动。

康德对宇宙的终极追求中，在《纯粹理性批判》中提出了理性在关于时间与空间、基本粒子、自由意志和上帝的四组正反命题是相悖的，后人称为康德哲学中的四组二律背反。他认为这是人类理性的本性，是理性认识固有的辩证性质的显现，为德国唯心主义辩证法的发展奠定了理论基础。康德对人类理性二律背反的揭露，从哲学上证明，人决不可能超越现象去认识物体，而实践理性的特性可化解这一矛盾。引力波的证实证明了实践理性的力量。然而只是证实其存在，对二律背反的问题没有也不可能回答，对于它的具体性质、结构和活动规律，以及开发这种波的途径，也只是一种方向上判断、推理，只能有待在历史实践中继续探求。至于引力波事件发布当天中国券商连夜开电话会议研究引力波概念股，首推引力传媒，三体板块二向箔降维攻击概念股实在是太天真幼稚可笑了。我们只能根据电磁波的发现带来了电磁产业的蓬勃发展的历史事实，推测引力波的证实可能会产生新的产业群。毕竟愿望和可能不等于现实，引力波现在还不是财神。

引力波问题是一个科学难题，也是一个哲学难题。科学不会止步，哲学也会前行。当我们有幸参与这一科学事件并分享愉悦的时候，哲学、特别是自然哲学，也应当关注、提升这一科学精神，创新哲学。我们哲学的短板，主要在于与当前科学实践的脱节，还处于以近代科学为基础的传统哲学之上，缺乏时代精神，带有许多缺省，如果能从这一事件中得到前行的动力，那最值得做的事——就是创新哲学。

注释：

①详细结果将在近期发表于物理评论快报（Phys. Rev. Lett.， 116， 061102）

[参考文献]

[1]爱因斯坦.爱因斯坦文集：第1卷[M].北京：商务印书馆，1976：519.

[2]屈 原.天问[M]∥陈子展.楚辞直解.南京：江苏古籍出版社，1988：22.

[3]康 德.宇宙发展史概论[M].上海：上海人民出版社，1972：17.

[4]恩格斯.自然辩证法历史导言[M]∥马克思恩格斯选集：第4卷.北京：人民出版社，1995：266.

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