再论宇宙的层次与元宇宙，本文主要内容关键词为：宇宙论文,层次论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
《宇宙的层次与元宇宙》（见《哲学研究》2002年第2期）一文，是我在2001年9月撰写的。该文写成后，我又不断深入读书和思考，既为宇宙层次与元宇宙理论搜集到了更多的论据，又对此问题有了一些新的探索。
一、宇宙层次与元宇宙存在的新论据
1.最突出最有力的新论据是美英科学家提出的“循环宇宙”模型。新华社柏林2002年4月20日电：据新一期德国《科学画报》杂志报道，美国普林斯顿大学的天文学教授保罗·斯坦哈特与英国剑桥大学教授尼尔·图罗克最近共同提出了循环宇宙模型。该理论认为，宇宙将永远不会结束，而是处于从生长到消亡的循环过程中，如今的宇宙是在上个宇宙的尘埃中诞生的，大爆炸并非空间和时间的起点，而只是宇宙不同阶段的“过渡”。两位科学家介绍说，他们的这一新理论的框架来自于弦论以及认为人类所在的宇宙之外还有另外一个无限大的平行宇宙（这两个宇宙在多重维度中互相区分开来）的理论。他们根据上述现有理论计算出，在这两个宇宙之间有一个力场，可以将两个宇宙呈周期性地互相吸引、而后又排斥开来，如同人们鼓掌时两只手的动作一般。新理论认为，当两个宇宙互相碰撞的时候，第五维度暂时消失，这时就会发生一次大爆炸，新的物质世界在原有消散的物质尘埃中被重新“创造”出来。最早提出弦论的意大利科学家加布里埃莱·韦内齐亚诺对这一新理论表示接受，认为该理论将使人们认识到“大爆炸只是某些事件的果，并非所有事件的因”。（转引自《齐鲁晚报》）从这个“循环宇宙”模型中可以看出：第一，由于两个平行的宇宙具有不同的性质和特点，因此宇宙具有分层结构，这表明“宇宙层次”的概念是能够成立的；第二，人类所在的本宇宙是有限的，在它之外的宇宙是“无限大的平行宇宙”，这表明“无限大的平行宇宙”对人类所在的本宇宙而言具有背景性、基础性，因而具备“元宇宙”所应有的某些特征。但是，这两位科学家还未揭示两个宇宙之间是否具有母子关系、“无限大的平行宇宙”是否比人类所在的本宇宙更原始更低级因而二者具有演化关系。因此，他们还未能形成“元宇宙”的概念，他们所阐述的“平行宇宙”关系也尚未成为严格意义上的“宇宙层次”概念。但是，他们所建立的“循环宇宙”模型，从很大程度上证明了“宇宙层次”与“元宇宙”概念的合理性正确性。
2.人类所处的本宇宙的大量“巧合”，推动科学家思考“多宇宙”和“母宇宙”问题，这暗含了“宇宙层次”与“元宇宙”概念。科学家们常说：如果我们的宇宙不是以一种特殊的速率膨胀，它就不可能成为有结构的；如果大爆炸产生较小的密度变动，宇宙就依然是黑暗的与没有特征的，不会有星系或恒星；如果宇宙重力大得多，它就会压碎人类大小的有机体，恒星就会是较少的与短命的……等等。面对拥有这么多“巧合”的宇宙，迫使宇宙学家们寻求“多宇宙”的解释，正如剑桥大学教授Martin Rees所说：“我们宇宙的整个历史仅仅只是无限多宇宙的一个插曲”，“一些宇宙可能类似我们的宇宙，但大多数会是‘平静产生的’。它们会在短暂存在后重新坍缩，或者支配它们的定律不允许有复杂的结果”。(Rees)科学家认为，大量宇宙从它们的“母”宇宙上分枝生成，并且各个宇宙的物理学定律不尽相同。显然，这些观点已经蕴含了宇宙层次与元宇宙的概念。然而，至今他们还只是承认了多宇宙的存在，尚未进一步揭示母子宇宙之间的演化关系，因而“母”宇宙还难说就是更原始更基本的“元宇宙”。
3.从高维时空看宇宙层次与元宇宙。近些年来，科学家们为了探寻各种力的统一尤其是引力的奥秘，引入了高维时空的理论。他们认为：“我们的可见宇宙可能位于一层漂浮在一个维度更高的空间里的膜上。而额外的维将有助于统一自然界中的各种力，并可能包含有许多平行的宇宙。”“我们的整个三维宇宙可能仅仅是全部维度空间里的一层薄膜。如果我们设想许多薄片横越过额外的维，那么我们的宇宙可能在每块薄片中占据了一个无穷小的点，而周围是一片空空。”（Arkani-Hamed等）从这种高维宇宙理论中，我们可以看到：在人类所处的三维空间的本宇宙之“外”，存在着更“大”的高维宇宙和众多的平行宇宙；更“大”的高维宇宙是我们的宇宙所赖以存在的基础宇宙、背景宇宙乃至原始母宇宙，亦即“元宇宙”；众多的平行宇宙乃是我们宇宙的姊妹宇宙或同类宇宙，因而这又与更“大”的背景宇宙形成了不同的宇宙层次。
4.从热力学第二定律看我们宇宙的开放性与元宇宙的存在。热力学第二定律是物理学的基本定律，也是宇宙学研究中的重要定律。它的基本含义是在一个封闭的系统中，任何事物都朝着混乱无序的方向发展，熵即无序，因此熵值总是在增大。到目前为止，这个定律一直被遵守得很好。但若根据热力学第二定律，如果本宇宙的生成纯属偶然，那么宇宙中包含任何秩序的可能性便小得不得了；如果大爆炸只是个随机事件，那么可能性最大的应是随大爆炸产生的宇宙物质将会处于热平衡的无序状态，熵值极大，有序程度为零，更不可能生成后来的星系、恒星、行星与生命，人类的出现更是不可思议。人类所在的本宇宙的高度精巧与和谐清楚地表明，它不是一个独立的封闭系统而是一个开放系统，在它之外应存在更大更早的背景宇宙。进一步讲，本宇宙并不完全是随机生成的，在更大的宇宙视野中拥有本宇宙生成的机制。因此，按热力学第二定律看，也应存在比本宇宙更大更早的元宇宙，宇宙在总体上拥有多层次的结构。
5.从量子宇宙理论看宇宙层次与元宇宙。按大爆炸宇宙理论看，我们所在的本宇宙起始于一个没有时间和空间、也没有物质和能量的奇点。但从量子论的角度看，宇宙在尺度极小的普朗克长度（10[-33]厘米）和普朗克时间（10[-43]秒）的状态下，整个宇宙就会被量子不确定性所左右，成为一个充满概率的量子泡沫。但是，这个量子设想带出了一个副产品，那就是宇宙具有无穷多的可能性。宇宙拥有自己的概率波，宇宙存在着无穷的可能性，一切可能的物质和能量的排列都会发生，“宇宙”的定义不再是“存在的一切”，而是“可能存在的一切”，这就导致了所有可能宇宙的生成。人类所在的宇宙只是最可能的一个，或者说最可能形成生命与人类的一个，但决不可能是唯一的一个。（金锐）然而，数以万亿的平行宇宙与我们的宇宙应属兄弟姊妹关系，它们是一个巨大的群体即本宇宙群或本宇宙层。与这个本宇宙群相比较而言，生成它们的更原始更基本的量子泡沫也决不会只有一个，而应是一个规模更宏大的统一的背景宇宙，虽然它们的存在状态更为初级，但却构成了更为基本的宇宙状态和层次，这就是元宇宙。
6.“精质宇宙”理论与元宇宙。为了解释宇宙的起源和神秘的暗能量，近些年来，许多宇宙学家倾心于一种“精质宇宙”理论的研究。他们认为，“精质”表示一种动态的量子场，其重力是排斥性的。说精质是一种场仅仅是解释精质的第一步。一种奇特的可能性是，精质或许是由额外空间维的物理性质所产生的。过去数十年中，科学家一直在探索弦理论，它可以把广义相对论和量子力学结合起来，形成一种关于基本力的统一理论。各种弦理论模型的一个重要特点是，它们预测存在着10个维，其中4个维就是我们的4维时空，其余6个维则是隐藏的空间维，这些额外维卷曲成一种半径非常小的至今还无法被探测到的球。弦理论的最新版本是M理论，它提出第11维的方案：通常物质被局限于两个三维表面内，这两个三维表面被称为“膜”，由一道沿着第11维延伸的微观空隙把它们分隔开来。科学家认为，卷曲的维或邻近的膜的存在，将起着与场完全一样的作用。场赋予空间中每一点的数值，相当于卷曲维的半径或膜的间距。如果半径或间隙随着宇宙的膨胀而缓慢地变化，那么它的表现就可能同假想的精质场完全一样。(Osteriker and Sternhardt)精质被认为是宇宙的暗能量源或背景能量，那么“精质宇宙”也就成了一种暗宇宙或背景宇宙，它直接来自并显示了额外空间维的存在。“精质宇宙”或者可以直接被视为本宇宙的背景元宇宙，或者可被视为元宇宙向本宇宙演化的中间状态，但无论如何都再次证实了元宇宙的存在，证实了宇宙在性质上的区别所形成的层次性。
二、建立宇宙层次与元宇宙理论是目前宇宙学研究的迫切需要与必然结果
探讨和建立宇宙层次与元宇宙理论，在目前的宇宙学研究中具有极其重要的作用。
自20世纪初爱因斯坦创立广义相对论之后，对宇宙的总体研究才开始成为科学理论。到目前为止，主要有广义相对论的大爆炸宇宙理论、量子力学的多宇宙理论和量子引力理论的有限无界宇宙理论。但是，这些主要的宇宙理论都仍然包含明显的缺憾和不足。例如，大爆炸宇宙理论把人类所在的本宇宙看作时空有限的存在，这是一种进步，但按霍金的解释，目前所有的科学理论都将在大爆炸的奇点处失效，因而我们无法再去探讨比奇点更深远的宇宙奥秘。然而，人类的思维本性远不能满足于把奇点视为宇宙的全部奥秘之所在，必然要进行更深入的思考，建立更深入的宇宙理论。再如，量子力学的多宇宙理论比大爆炸理论走得更远些，这可以突破奇点形成的认识屏障而进入更大的宇宙视野。从本质上讲这建立了更广大更深远的宇宙观念，因而在认识上比大爆炸理论更进了一步。但是，从目前的状况看，多宇宙理论仍显稚嫩，尤其是对多宇宙的平行性和母子宇宙的创生关系还缺乏深度思考，属于简单的排列，因而未能更深入地揭示出宇宙的复杂结构及其演化过程。关于在“虚”时间中运动的有限无界宇宙的理论是霍金提出的，这个理论虽然避免了奇点从而使宇宙不致完全坍缩而消失，但“虚”时间的提出蕴含了更多的疑问：“虚”时间是否意味有虚宇宙存在，是否意味我们的宇宙更不能自足？
目前，宇宙学研究中存在的这些疑难，归结起来讲就是要求更深入地解释我们的宇宙，包括它的存在、由来以及归宿。要令人满意地回答这些问题，一条很明显的思路就是：突破作为直接认识对象的我们所在的宇宙，形成更深远的宇宙观念，并将它们有机地联系起来。从这个角度看，形成比我们所在宇宙更广大更深远的宇宙新观念是理所当然的。所以，多宇宙理论由于展现了更宽广的视野，因而要比单一宇宙的大爆炸理论更能揭示宇宙的奥秘，也更符合人类认识发展的要求。可以肯定地说，多宇宙理论必定是今后宇宙学理论的发展方向。但目前的多宇宙理论还只是限于简单地纵横排列宇宙关系，而未能更深入地分析和确定这些纵横关系。如何更深入地揭示多宇宙的关系，从逻辑上讲有两条深化路径。第一，在多宇宙的横向平行关系中从纯数量区别中揭示出质的区别，从而形成多宇宙所具有的不同性质的层次关系，即认识到多宇宙所具备的不同质的层次结构。显然，这就形成了“宇宙层次”概念。第二，在多宇宙的纵向母子关系中从纯数量区别中揭示出质的区别，即认识到多宇宙母子关系中的演化性质，认识到它们之间有一种发展关系而非简单的再生关系。显然，这就必然形成原始性、背景性、初级性的“元宇宙”概念和次生性、高级性的“本宇宙”概念。实际上，宇宙层次概念与元宇宙概念是密切相关的，这是因为，认识到宇宙有元宇宙与本宇宙的区别与联系，自然也就形成了宇宙层次概念，反之亦然。由于宇宙层次与元宇宙理论更深入地揭示了多宇宙的纵横联系，这就揭露了多宇宙之间的因果奥秘。所以，建立多宇宙理论和大宇宙观念是宇宙学研究的必由之路，而宇宙层次与元宇宙理论正是较为完善的多宇宙理论和大宇宙观念。从这个意义上看，探讨与建立宇宙层次与元宇宙理论正是目前宇宙学研究的迫切需要与必然走向。