原理简介

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宇宙存在原理

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宇宙学原理

cosmological principle

任何客观存在的具体物质都有自己的结构，都在运动和变化；同样，“宇宙”这个客观存在也应该有结构，也要不断地演化。结构和形态的组成，演化通俗的讲就是指生老病死。研究宇宙结构和演化的科学就叫宇宙学。

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宇宙学研究的对象是整个可观测时空范围的大尺度特征。目前已探测到的距离尺度是150亿光年,时间尺度是100亿年,包含一亿个星系。根据星系计数、射电源计数和微波背景辐射等实测资料得知，在大于一亿光年的宇观范围内，物质的空间分布是均匀的和各向同性的。作为研究宇宙学的前提，宇宙学家建立了一个资用假设(working hypothesis)。这个假设就叫作宇宙学原理，就是说在宇宙学尺度上，任何时刻，三维空间是均匀的和各向同性的。它的含意是：①在宇宙学尺度上，空间任一点和任一点的任一方向,在物理上是不可分辨的,即无论其密度、压强、曲率、红移都是完全相同的。但同一点,在不同时刻,其各种物理量却可以不同，所以宇宙学原理容许存在宇宙演化。②宇宙中各处的观测者，观察到的物理量和物理规律是完全相同的，没有任何一个观测者是特殊的。地球上观察到的宇宙演化图景，在其他天体上也会看到，所以能建立宇宙时概念。既然任何随时间演变的天体和现象都可以用来标度时间，宇宙图景也能作为时间标度。在宇宙中，处处有完全相同的宇宙图景，也有完全相同的宇宙时。

完全宇宙学原理是宇宙学原理的进一步推广。它的大意是：不仅三维空间是均匀的和各向同性的，整个宇宙在不同时刻也是完全相同的。根据宇宙学原理可以推导出演化态宇宙的罗伯逊－沃尔克度规。运用完全宇宙学原理则能得到稳恒态宇宙度规，利用不同的度规可建立各种宇宙模型。

宇宙存在原理

《宇宙存在原理》是由物理理论学家赵宁提出的宇宙学原理，它全面围绕以下三大论点展开论述，这是宇宙存在原理的三条基本内容：

一 我们人类生存的宇宙之所以这样存在，而不以别的任何可能的形态存在，必然有它的理由；而我们人类的存在就是去解释宇宙之所以这样存在，而不以别的任何可能的形态存在的理由。

二 宇宙中的一切存在，假如没有任何观测者来观察，那么它的存在是没有任何意义的。

三 宇宙中一切客观事物的存在与发展，并不是来自于上帝的安排，而是受自然规律所支配的。

据科学家推测，我们所生存的宇宙历史大约已有一百五十亿年了，宇宙一个关于时间，空间，物质和能量所构成的统一体，也可以认为是时空和能量的综合。

每当我们人类站在地球上，对地球之外的空间观测时，我们都会深深的感触到地球之于宇宙是如此之渺小，如沧海之一粟。

我们面对宇宙，无不为宇宙的神奇而浩瀚所震惊，也许我们会发出这样的疑问：“为什么我们会在这里？宇宙中所有的一切又都是从何而来的呢？”

这是一个一直困扰着无数哲学家的哲学问题，我相信每个人读完这篇文章后，不会再有这样的疑问了。

我们所生存的地球已有44~46亿年的历史，它是太阳系的九大行星之一，也是太阳系惟一的一颗具有生命的星球。无疑地球相对其它行星来说是幸运的，它孕育着一切生命，为什么生命体会如此光顾太阳系的地球呢？这不是没有原因的，我们来分析一下：

首先，地球在太阳系距离太阳位置适中而又稳定，这保证了地球有适宜的温度，适宜的温度是生命新陈代谢所必须的，过热或者过冷的环境都是不利于生命的存活的。

其次，地球上有一个天然的屏障大气层，它不仅可以抵挡来自宇宙空间的强烈紫外线，使生命免受紫外线的伤害；还可以抵挡来自四面八方陨石的袭击，使地球免受灾难；大气层还会像一条棉被一样，使得照射到地球上的太阳光不会散发到太空中去，这样地球上的温度才得以保持平稳。如果没有它，地球将不会有刮风下雨，江湖海泊，地球会同其它星球一样，是一个荒凉的没有生机的星球。

最后，地球的周围所形成的磁场对地球上的生物也有一定的保护作用，地磁场可以阻挡来自宇宙的宇宙射线和太阳所发出的高能带电粒子，如果没有它的保护，宇宙射线和高能带电粒子不会发生偏转而直射地球，使得地球上寸草不生。

正是由于地球在太阳系中有比其它行星更独特的环境，简单的生命体才得以在地球上滋生，最终这些简单的生命体通过进化发展成人类，地球上也正是由于人类的存在，才会有人去问：“我们为什么在这里？宇宙中的一切都是从何而来的呢？”这样的问题。

假如我们所生存的宇宙不存在像人类这样的智慧生物来观测它，那么宇宙本身的存在是没有任何意义的。换句话说，就是由于宇宙中有人类这样的智慧生物观测，宇宙的存在才有意义，这是下一篇要讨论的。

当然，人类在宇宙中并不单单出现在地球上。在整个银河系中有很多像地球这样的行星，它们同样拥有人类可以生存的环境，例如，像太阳这样发光的恒星，大气，磁场和人类生存所需要的水。

从另外一个角度概率学出发，我们的银河系中大约有180亿个行星系，甚至更多。据粗略估算，银河系中一万个行星系就会有一个像地球这样的行星，那么宇宙中就有180万个类地行星，而如果在这麽多类地行星中，可能出现像人类这样的智慧生物的概率是万分之一，那么银河系中就有180个星球具有智慧生物的可能，这个数字是一个相对保守的数字，它反映了智慧生物在宇宙中是一定存在的。

古希腊哲学家米特罗德格斯曾说过这样的话：“认为在无边的宇宙中只有地球才有人类居住的想法，就像播种谷子的土地上只长出独苗一样可笑。”的确，从宇宙的大方向看，人类绝不可能是宇宙中惟一的智慧生物。

人类在宇宙中的出现，是宇宙发展到一定阶段的产物。在宇宙的初级阶段，也就是宇宙大爆炸开始的时候，那时宇宙比起现在要炽热的多，稠密的多，还没有形成恒星和恒星系统，在这一阶段，人类是不可能出现的。当宇宙中恒星系统发展稳定并成熟的时候，宇宙中才会有人类的诞生。

我们生存的宇宙中的这一切是从何而来的呢？我们设想，如果宇宙中没有人类这样的智慧生物存在，这个问题是没有回答者的，也是没有意义的。正是由于人类的存在，才有人类解释宇宙的种种特性的可能。

由鲍罗和泰伯拉提出的宇宙人择原理也曾这样认为：“宇宙中独特的自然常数决定了人类存在的可能，正是人类的存在才能意识到宇宙的一切存在，并解释它的种种特性。”

目前，人类观测的一切证据表明，宇宙中所有的这一切都是由大约150亿年前的一次大爆炸后形成的。理论认为150亿年前，宇宙是由一个体积无限小而能量和质量密度又无限大奇点，也有人把它形象的称为宇宙蛋，突然爆炸，经过150亿年的发展变化而来的。

宇宙大爆炸理论是在1929年，被美国的一位天文学家哈勃所证实。哈勃通过研究维斯托· 斯里弗所做的观测，他注意到远星系的颜色比近星系的要稍红些，哈勃仔细测量了这些红化，他发现这些红化是系统性的。

哈勃的观测得出了这样一条结论：“整个宇宙都在不断地膨胀，星系间彼此分离运动也是膨胀的一部分，而不是由于斥力的作用。”这一结论支持了伽莫夫在1950年前后建立的热大爆炸宇宙模型。

无论我们从任何方向观测宇宙，宇宙看起来都是相同的；也无论我们在任何地方观测宇宙，它看起来仍然是相同的。这是弗里德曼在1922年提出的宇宙模型，他比哈勃验证宇宙大爆炸模型要早的多。

弗里德曼的宇宙模型观点是这样的，膨胀的宇宙像是一个正在吹气的气球，而宇宙中的星系是气球表面上的点，我们就住在气球上的某一个点上，我们假设这些星系是不会离开离开气球表面，它们只能沿着表面运动，而不能进入气球的内部和外部，如果不断地对这个气球吹气，那么我们会观测到，气球表面上的星系会彼此离得越来越远，无论你站在任何一个点上，也无论你从任何方向观测宇宙，你都会看到这样一种事实，所有的星系都在背离我们而去。这就是弗里德曼的宇宙模型，他和哈勃所做的结论是惊人的相似，尽管目前的宇宙膨胀理论还是以哈勃的理论为主，但弗里德曼在哈勃之前所做的这些成就也是不能被人们所忽视的。

宇宙中的这些存在事实，支持了大爆炸理论，大爆炸理论也是人类迄今为止，最能解释宇宙为什么这样存在的理论。

我们的宇宙现在仍在加速膨胀，它没有停止过，也没有收缩过。宇宙为什么没有停止或是收缩呢，我想大爆炸理论是最有说服力理论，它可以解释宇宙为什么以膨胀的模式发展，而没有采取停止或是收缩的模式。

假若我们人类诞生在宇宙收缩的阶段，我们没有经历过宇宙的膨胀，那么我想人类解释宇宙为什么是这样的理论，有可能不是大爆炸理论，人类可能会设想出与大爆炸迥异的另外一套理论模型，来解释宇宙的这样存在。

“我们人类生存的宇宙之所以这样存在，而不以别的任何可能的形态存在，必然有它的理由；而我们人类的存在就是去解释宇宙之所以这样存在，而不以别的任何可能的形态存在的理由。”这是我要阐述的第一条原理。

二

宇宙中的一切存在，假如没有任何观测者来观察，那么它的存在是没有任何意义的。

谈起量子世界，我想每一个人都会被它的神奇所震撼。现在有一个小球，如果你要它从杯子的里面跑到外面，在经典的世界里这是很难办到的一件事情，然而在量子的世界里，杯子中的粒子会因为量子的“隧道效应”，轻而易举的从杯子的内部跑到杯子的外面。看起来像是变魔术，魔术师轻而易举的把一枚硬币从杯子的里面变到外面，然而这不是魔术，这是科学。

量子世界是如此的奇特，又与我们的日常生活是如此的格格不入，它摧毁了经典世界的因果性，一切事件都变成非决定性的，量子世界完全违背了经典世界的规律，它与经典世界对比起来是如此令人难以接受，其实这些一点都不奇怪，因为我们最开始接触的是经典的世界以及规律，如果我们刚开始接触的是量子的世界以及规律，我们相反会感觉到经典的世界以及规律是难以接受的。

目前为止，能够解释量子世界一切不可思议的事件，仍以“哥本哈根”的量子力学解释为主，因为还没有出现任何先进的理论解释可以替代它的地位。在这里，要指明的是“哥本哈根”是一个学派，它是以玻尔为首的，其中还包括海森堡，波恩，泡利，狄拉克等一帮科学家。

“哥本哈根”学派的量子力学解释，主要围绕不确定原理与互补原理展开，这是哥本哈根量子力学解释的两大支柱。

首先，互补原理是由玻尔提出的，最早来自于玻尔对波粒二象性的看法，他指出波和粒子在同一时刻是互斥的，但它们在更高层次上统一，我想在这里就不再对互补原理多做任何解释。

其次，不确定原理，这是海森堡于1927年提出的原理。他在原理中指出：量子世界里，一个电子只能以一定的不确定性处于某个位置，同时也只能以一定的不确定性具有某一速度，我们只能尽可能的把这些不确定性限制在最小的范围，但它们不能等于零。

量子世界里的这种不确定性，使得我们要想同时得到一个电子的精确位置和动量，变成了一件完全不可能的事情，它限制了我们对微观事物观测的极限，而这种限制的极限就是在物理上具有意义的一切。

由于观测者对观测事物造成的不可避免的扰动，才会有海森堡的不确定原理。我们知道，经典的世界里一个运动的物体，在某一时刻，一个精确的位置会有一个精确的动量与之对应，然而量子世界却完全不一样，一切都变成不确定的，尽管这一切是那么的不可思议，但海森堡的这一原理是对微观世界的真实描述。

量子世界里，因为观测者对测量事物所带来的不可避免的扰动，我们必须把观测者也考虑进去，作为科学描述的一部分。比如说双狭缝实验，一个电子以奇特的分身术通过两个狭缝，并且它的波函数自身与自身发生干涉，最后在屏幕上形成干涉条纹，在没有观测时，我们谈论这个电子通过那个狭缝是不可能的事情，可我们对这个电子的行为进行观测时，一切都变了，我们知道了这个电子具体通过了哪个缝隙，但在屏幕上却无法看到干涉条纹，这是由于观测者对观测事物不可避免的扰动造成的。按照量子的思想描述，我们在不对一个电子进行观测时，它以概率的形式在空间中展开，我们不知道它出现的具体位置，只能采取几率的形式进行描述；而当我们进行观测时，我们知道了这一电子的具体位置，在这同时影响了波函数，我们会得到另一个结果。像双狭缝实验，我们知道了电子具体通过那个缝隙，但却失去了干涉图样。量子的这一特性，反映出观测者在量子世界里是不可忽视的，我们必须把观测者也考虑进去，作为认识世界的一部分；也反映了一个纯粹的客观世界是没有的，主体的世界和客体的世界是一个不可分割的整体。

这是关于量子世界的描述，在经典的世界里也是同样的道理，任何事物只有结合一个特定的观测者才有意义，不同的是，在经典的世界里，观测者在实施观测时，对事件所造成的扰动是如此微弱，可以忽略不计，因此观测者的存在的意义看起来并不很显著，但主体的世界和客体的世界仍然是不可分隔的，客观的世界，只有把观测者考虑进去才有意义，否则它的存在是没有任何意义的。

其实，我要讲的主旨思想是，宇宙中的一切存在与主体的世界是不可分隔的，如果宇宙中没有任何观测者，那么它的一切存在是没有任何意义的。

三

宇宙中一切客观事物的存在与发展，并不是来自于上帝的安排，而是受自然规律所支配的。

在西方基督教的教义中，认为我们所生存的世界是由一个万能的神——上帝，所创造出来的，并且世间的一切都按照他的旨意运行。

据《圣经》记载，世间万物在初始之前，宇宙是茫茫的一片，无边无际的混沌的黑暗，只有上帝之灵穿行其间。上帝对这无边的黑暗十分不满，就轻轻一挥手，说：“要有光”，于是世间就有了光。上帝称“光”为“昼”，称“黑暗”为“夜”。亮光隐去，黑暗重临，从此，世间就有了昼与夜的交替，这是上帝创世的第一天。

第二天，上帝仍不满意眼前空洞的景象，就一挥手说：“天上要布满星辰。”于是，宇宙间又布满了数不清的大大小小的星球。上帝将日、月星晨摆列在天空中，它们各司其职，掌管着昼夜和时节。

第三天，上帝看到陆地上混沌不分，心中不悦，就说：“水应聚集在一起，使旱地显露。”于是，水便汇聚起来，旱地显露出来。上帝称旱地为“陆”，称聚水的地方为“海洋”。

第四天，上帝又说：“陆地上要生出草木和各种蔬菜。”于是大地生出了草木，出现了各种瓜果蔬菜，籽实累累，整个大地上一片生机盎然。

第五天，上帝说：“水中要有众多的鱼，天空中要有无数的鸟。”于是，世间出现了各种各样的鱼和飞鸟。鱼自由自在地畅游在水中，鸟自由地翱翔在天空。上帝又说：“地上要有各种动物。”于是，大地上出现了各种野兽和昆虫，野兽在地上奔跑自如，昆虫飞舞在花草中。

第六天，上帝看到阳光明媚，大地辽阔，世间一片姹紫嫣红，兽跳虫跃，鱼游鸟鸣，十分满意，于是说：“我要照我样式造人，让他管理地上的万物和走兽。”上帝用泥捏成一个泥人，朝泥人吹了一口仙气，于是，人便在上帝的手里诞生了。

上帝用五天的时间造出天地万物，又在第六天按自己的形象造出了人。上帝看到天地万物井然有序、生生不息，他造的人英俊健壮，很高兴，便决定把第七天作为休息的日子。

这是西方的上帝创世学说，在西方基督教始初的教义中，一种公认的世界观认为：“人类居住的地球，静静的屹立在宇宙的中心，上帝推动了恒星天层，日月星辰都围绕在地球周围转动。”

基督教的这一原始教义，被后来波兰天文学家哥白尼的日心说所打破，并最终演变为今天的大爆炸理论。宇宙大爆炸理论否定了上帝在宇宙中的地位，上帝的存在与否对宇宙的运转不会有任何影响，也就是说宇宙中不存在可以令他来统治宇宙位置，这个位置也没有必要存在。

上帝创世的思想，一直影响着无数的哲学家和科学家，这其中也包括伟大的物理学家艾萨克·牛顿，。牛顿在发现了万有引力理论之后，觉得我们所生存的宇宙是一种机械式的，于是他构想了一个静态的，机械式的宇宙模型。牛顿的思想是这样的，他认为宇宙中所有的星系都静止的镶嵌在空间中，星体的运转靠推动的作用来完成，就像一块机械表，靠齿轮的相互咬合来维持指针的转动，我们都明白，机械表所需要的能量是由一根很细的发条提供，这根发条所转换出的能量是由人来提供的，牛顿想：“我们的宇宙呢？它的推动力量由谁来提供的呢？”我们的宇宙在运转起来所需要的能量是相当强大的，牛顿把这股推动宇宙运转的强大力量称为第一推动，这个第一推动是由谁提供的呢？牛顿想到了上帝，他把第一推动交给上帝来解决，他认为是上帝提供了能量，推动了宇宙的运转。

牛顿为上帝在宇宙中留了一个位置，他不情愿上帝在宇宙中消失，上帝的出现，在这里的确帮牛顿解决了问题，这一理论思想看起来很完美，但它是错误的，这或多或少是牛顿受宗教思想影响的缘故。

我们的宇宙，有很多的星系组成，这其中行星围绕着恒星运转，卫星围绕着行星运转以及恒星围绕着恒星运转，它们看起来一切都井然有序。宇宙中这一切有规律的井然有序的运转，不是来自于上帝的安排，而是受客观规律所支配的。上帝在宇宙的存在与否，不会对宇宙这一切有规律运转造成任何的影响。