哲學, 馬克思主義理論

詹姆斯·韋伯望遠鏡:望向宇宙,無限時間及空間之眼

自哈勃望遠鏡發射三十年後,它的繼任者詹姆斯韋伯望遠鏡最近已經投入了使用。 大爆炸宇宙學家期望它能看見在宇宙自身「開始」之後不久誕生的年輕星系。 但是,正如大衛·加西亞·科林和文森特·安格勒所解釋的那樣,隨著詹姆斯·韋伯望遠鏡對宇宙的深入觀察,其傳回的圖像將會顛覆我們對宇宙的基本認知,並指向一個時空無限的新宇宙。(譯者:Hildegard Hoshino)


從詹姆斯·韋伯太空望遠鏡 (JWST 以下簡稱韋伯望遠鏡) 傳回的圖像令世界驚嘆。正如人們所預料的那樣,這些照片是人類迄今為止獲得的最為清晰、影響最為深遠的宇宙圖像。一位在梵蒂岡天文台工作的耶穌會天文學家將這些照片描述為:「它(韋伯望遠鏡)向我們揭示了上帝的造物,我們可以在其中看到他驚人的力量和他對美的熱愛。」

但是,在贊美上帝的創造之外,韋伯望遠鏡正要發回的數據將對現代創世神話:大爆炸理論帶來深重的挑戰。 隨著韋伯望遠鏡對太空的深入研究,它將開始挑戰長期以來對宇宙起源和發展的偏見,並為深刻而重要的科學和哲學問題提供了啟示。

韋伯望遠鏡於去年 12 月被送入距離地球 150萬公裡的軌道,經過了大約 6 個月的校准和12小時的全面運行後,它產生了最為耀眼的圖像。憑借其強大的 25 平方米鏡片,韋伯望遠鏡能夠以其前輩哈勃望遠鏡100倍的功率探測廣泛的紅外光,它有望徹底改變我們對宇宙和我們在其中的位置的理解。

在新聞發布會上,美國宇航局(NASA)發布了五張驚人的圖像。

在其中一張圖像中,我們觀察到了距地球 7,500 光年的船底座星雲:一團氣體和塵埃,這是新恆星的溫床。在這張圖像中,科學家們將能夠精確地研究恆星誕生的過程。 正如美國宇航局科學家Amber Straughn解釋的那樣:

「我們在這裡看到了大量的恆星,在那裡可以觀察到宇宙的邊界和一望無際的空間。 在船底座星雲中可以看到幼年期恆星,紫外線輻射和恆星風形成巨大的塵埃和氣體牆。 我們可以看到數百顆新恆星。 新生恆星產生的氣泡和噴流的例子,還有更多的星系潛伏在背景中。」

另一個令人驚嘆的圖像是「八字星雲」。 它展示了一顆垂死的恆星,它距離我們的星球大約 2,500 光年,周圍環繞著一個巨大的氣體球體,看起來像一個巨大的變形蟲,它的中心有一顆永恆痛苦的明亮恆星。 在「船底座」中,科學家們可以研究出生時的恆星,而在這裡我們可以看到它們的死亡。

韋伯太空望遠鏡鏡面正在接受低溫測試。//圖片來源:Ball Aerospace, Flickr
韋伯太空望遠鏡鏡面正在接受低溫測試。//圖片來源:Ball Aerospace, Flickr

韋伯望遠鏡真正令人驚訝的照片是距地球約 3 億光年的「斯蒂芬五重奏」。圖中捕捉到了五個星系,其中四個相互環繞,這是有史以來觀測到的第一個緊湊型星系。這壯麗的宇宙舞蹈顯然與黑洞的存在有關,黑洞釋放出的氣體能量相當於太陽光度的 400 億倍。 根據歐洲航天局(ESA) 天文學家 Giovanna Giardino 的說法,「我們看不到黑洞本身,但我們看到它正在消耗旋轉的物質。」利用這些最新數據,科學家們希望揭示星系之間發生的相互作用,以及這種湍流運動在宇宙實體誕生中所起的作用。

而在距離地球1,150 光年的地方,我們觀察到了一顆名為 WASP-96b 的巨大氣態行星,它的質量約為木星的一半,但體積卻比木星大1.2倍,在其大氣中發現了水的證據。而水蒸氣是我們已知的生命出現的主要先決條件,擁有這種特征的行星在宇宙中可能很豐富。自 1995 年以來,人們已經發現了大約 5,000 顆系外行星(位於太陽系之外的行星)。詹姆斯韋伯望遠鏡將幫助研究它們並確定其中一些是否具備生命的條件。

韋伯望遠鏡拍攝的新圖像揭示了物質在其演化過程中許多令人難以置信的時刻以及驚人的多樣性。它們揭示了宇宙的誕生與毀滅的過程,產生恆星與星系的難以想像的張力,以及產生生命的條件;這令人驚嘆的全景圖展示了物質在辯證發展過程中不斷演變的復雜性。

大爆炸

也許韋伯望遠鏡最為壯觀和最廣為流傳的照片是被稱為韋伯第一深場的的驚人遠景。根據美國宇航局局長比爾·尼爾森的說法,韋伯第一深場代表著:「宇宙的一小部分,只有手指上的一粒沙子大小。」在這片無垠的虛空中,可以觀察到無數個形狀各異的星系:拉長的、扁平的、圓形的; 其他星系如此明亮,以至於光輝使得它們的鄰居都黯然失色。「宇宙吞沒了我們,」尼爾森說。「我們無法想像它的巨大。或許有照片的話會更好想像一些?沒有任何圖像可以代表它的壯麗,但從本周開始,我們有最接近它的東西。這一整星期我們都在激動地看著詹姆斯韋伯望遠鏡拍攝的第一張照片。如果卡爾·薩根能看到這張照片,他今天會多麼高興!」

根據初步計算,這些星系中最遙遠的星系——由於它們所謂的「紅移」和引力透鏡效應而呈現出微紅色的弧線,扭曲了它們的外觀形狀——在超過 130 億年前發出了它們的光:根據大爆炸理論,這時距整個宇宙在 138 億年前被創造的那一刻僅有幾億年。越來越多被觀察到的的星系幾乎不符合宇宙起源的假設,這引發了對大爆炸理論可行性的嚴重質疑。明亮的、完全形成的星系怎麼可能存在於宇宙學術語中宇宙形成後的「瞬間」?這就像看著一個嬰兒在分娩後極速發育成人一樣。根據最廣為接受的星系形成模型,巨型星系是由小而微弱的雲層形成的,這些雲層通過引力逐漸合並。這個過程需要數十億年。

在宇宙被認為處於嬰兒期的時候,該理論只預測了最微弱的矮星系,它們是如此之小和微弱,以至於我們幾乎不會觀測到任何東西。直到後來,宇宙間的物質合並才形成巨大的星系。 然而在這裡,在韋伯望遠鏡發回的第一批圖像中,我們已經遇到了與銀河系類似的龐然大物:這在既定的大爆炸理論中,星系根本不可能在大爆炸理論分配給它們的時間內形成。

韋伯的第一張深空照片。
韋伯的第一張深空照片。

韋伯望遠鏡之前的觀測已經讓一些天文學家充滿了瑣碎的疑問。2016年,星系GN-z11被發現之後。 根據既定的理論,它的光應該是在134億年前發出的,僅僅比假設的宇宙起源僅僅晚了 4 億年。用天文學的尺度來說來說,這4億年不過是一聲嘆息。而在2020 年,人們發現了迄今為止觀測到的最古老的黑洞,年齡為 128億年。但是,在物質被認為過於分散而無法引起引力坍縮的時候,黑洞怎麼會出現呢?牛津大學的初級研究員、黑洞專家貝基·斯梅瑟斯特 (Becky Smethurst) 說:

「讓我們假設第一批恆星在大爆炸後約 2 億年形成黑洞。 在它們坍縮之後,你將有大約 135 億年的時間將你的黑洞擴大到太陽質量的數十億倍。 僅僅靠吸積來讓它變得那麼大的時間太短了。」

同樣,直到 2021 年才被發現的星系 BRI 1335-0417,這是一個有124億年歷史的螺旋星系,比根據大爆炸理論認為可能形成這種類型的復雜星系的時間早了大約10億年。太平洋大學的物理學家吉列爾莫·巴羅說 「我們在宇宙中發現了猛瑪象,但是它們似乎本不應該存在。現在我們需要更多數據來了解它們是如何出現在那裡的」。韋伯望遠鏡接下來的觀測或許將進一步闡明這些問題。但我們估計,新的數據只會給大爆炸理論的支持者帶來更多疑問。

盡管現在仍處於早期階段,需要進行更嚴格的分析來確認最初的觀察結果,但有些人已經相信韋伯望遠鏡已經對迄今為止發現的最古老的星系進行了成像:GLASS-z11 和 GLASS-z13,它們被稱為「格拉西」。根據初步分析,這些星系是在大爆炸後3億年才形成的。相比之下,我們的地球有45億年的歷史,而我們的銀河系需要2億年才能自轉一周!星系發展的經典理論無法解釋這些星系是如何在如此短的時間內形成的。而這僅僅是個開始。 其他發表前的論文聲稱已經確定了更古老的星系。用一位科學記者的話來說:

「事實上,天體物理學家已經發現早期宇宙可能比他們預期的要繁忙得多。 恆星的形成速度可能比某些模型預測的要快得多。物質是如何在早期合並並開始形成這些星系的?我們尚且無從得知。但韋伯望遠鏡似乎已經改寫了我們所認知的一切,好吧,一切重新開始。」

提到「格拉西」,同一篇文章繼續說,「天文學家正在沉浸在它的可能性中,它不僅是一個潛在的破紀錄者,這兩個星系比他們預期的要奇怪得多。天文學家一直認為,在宇宙歷史的早期,星系不可能變得非常大,只會在大爆炸後約5億年後開始膨脹。 但是格拉西太過明亮了,這表明它擁有非常豐富的恆星,這些恆星的質量大約是太陽的10億倍。」

對既定理論提出的質疑的不僅僅是這些星系的大小。他們的組成也是如此。構成它們的物質通常表明它已經在多代恆星形成過程中被回收利用。大爆炸理論家們計算出,在創造宇宙的最初爆炸之後,存在的只應該是氫和氦以及少量更重的元素。但我們已經在這些早期星系中發現了在早期恆星中產生的大量更重元素和塵埃。再次,用一位在 2020 年研究此類早期星系的科學家的話來說:

「在之前的研究中,我們了解到這些年輕的星系沒有多少塵埃。然而,我們發現在這個早期星系中,大約有20%已經充滿了塵埃,而新生恆星發出的大部分紫外線已經被這些塵埃所掩蓋。」

星系形成的問題——由旋轉的氣體、塵埃和恆星組成的巨大聚集體——還只是冰山一角。 觀測天文學發現了遠大得多的星系結構,這些結構完全讓大爆炸宇宙學家感到困惑。根據構成大爆炸宇宙學一部分的假設,任何宇宙物體的寬度都不會超過 2.5 億光年。然而,每年天文學家都在發現越來越大的巨型結構,其寬度達數十億光年。

2021 年,天文學家發現了一個名為「巨弧」的結構。雖然它太微弱,肉眼無法看到,但它卻覆蓋了天空的一個區域,長度跨越約20個滿月直徑。然而,這個巨大的星系串位於令人難以置信的90億光年之外,長達 33 億光年。毫無疑問,韋伯望遠鏡將繼續發現其他更為古老的星系結構(譯者注:此處原文為mammoth structures,即「猛犸像」結構,譯者認為此處應該指代的是誕生的更早的星系結構),也許還有一些比「巨弧」還要大的結構。

光本身需要數十億年才能穿越這樣的結構。物質在重力作用下的自由落體坍縮將持續數萬年。這些發現給大爆炸理論帶來了壓力。而大爆炸理論的捍衛者們只能繼續以他們幾十年來所堅持的雙重標准(譯者注:此處原文為continue moving the goalposts,即「移動球門柱」,這個成語在英語中往往指代「雙重標准」,故照引申義翻譯),以迫使觀察結果符合他們的先入為主的觀點。

隨著理論被設計出來來解釋觀測的結果,在某個階段積累的令人費解的觀察結果則需要對理論進行修正。對此天文學家們肯定有一種不安的情緒。而恐慌就是閱讀一篇發表前論文最好的注腳(譯者注:此處原文是」title」,但是筆者認為此處表達的是學者在閱讀論文時的感受,故譯作注腳)。堪薩斯大學的艾莉森·柯克帕特里克(Alison Kirkpatrick)在推特上說:「現在我發現自己凌晨三點還睡不著,我想知道我所做的一切是否都是錯的。」

然而,科學界精英們的意識卻相當保守。因此,他們沒有去質疑基礎理論——大爆炸宇宙學理論——而是否認星系處於嬰兒期。鑒於星系幾乎與宇宙本身一樣古老的證據,大爆炸的支持者們則開始假設早期星系的形成速度比最初理論的要快。

盡管沒有理由假設局部宇宙的歷史沒有被突然發展的時期打亂。很可能曾經有過一次或多次的星系形成熱潮。宇宙中充斥著突如其來的辯證過程。然而,調整星系誕生率的嘗試與解釋星系的誕生關系不大,而與拯救一個因新發現而迅速受到質疑的理論有關。

多普勒頻移

大爆炸宇宙學在其歷史上經歷過許多這樣的「調整」。這種宇宙學理論可能源於科學史上最荒謬的推斷。 在 1920 年代,天文學家埃德溫·哈勃 (Edwin Hubble) 發現星系離我們越遠,它的光譜就越偏向紅色。這種變紅可以通過稱為「多普勒效應」來解釋,即遠離我們的物體的光譜看起來更紅。所以天文學家由此得出結論,可觀測宇宙似乎正在膨脹。然而,這卻得出了一個極端而荒謬的結論:如果一切物體都在遠離其他一切物體,那麼在宇宙歷史上的某個時間,所有物質一定都在一個點上,大爆炸的捍衛者稱之為 「奇點」,奇點的體積不會大於單個氫原子。 在那個時候,不僅所有的物質和能量都出現了,而且據說空間和時間的結構也出現了。

但多普勒頻移充其量只是宇宙一部分膨脹的證據,而不是時間和空間的單一和絕對開始。 在這裡,我們有一個不幸的例子,一個事實被推到了荒謬的極限,並真正實現了宇宙飛躍。大爆炸理論與其說是科學證據的問題,不如說是對證據的哲學解釋。在我們狹窄的視界內,宇宙的一部分似乎正在膨脹,這並不意味著我們可以肯定整個宇宙都在膨脹。我們更不能從這個事實中推斷出:宇宙的一切都源於一個奇點,空間和時間都神秘地憑空出現在這個奇點上。

有些人否認大爆炸意味著時間的開始。他們聲稱大爆炸宇宙學只是對宇宙過去存在於一個炎熱、密集的狀態的假設。然而,傑出的現代宇宙學家們實際上確實捍衛了時間的開始。 「‘宇宙’並非永遠存在,」斯蒂芬·霍金解釋道。「相反,宇宙和時間本身,在大爆炸中都有一個開端……真實時間的開端,應該是一個奇點,物理定律會在這個奇點處被打破。」 坦率地說,試圖避開奇點(如「大反彈」、膜碰撞等)的替代大爆炸理論與奇點的概念一樣具有投機性或荒謬性。

在 1920 年代首次提出大爆炸假說的天文學家喬治·勒梅特(Georges Lemaître)當然對宇宙紅移以某種方式證明宇宙是憑空創造的這一觀點沒有異議。這是因為,作為一位神父,他很清楚宇宙是如何從虛無中創造出來的:它是由造物主上帝創造出來的。而勒梅特也因為他對信仰的貢獻而贏得了梵蒂岡熱情洋溢的桂冠。

盡管如此,宇宙大爆炸這個在1920年代首次提出的理論在整個世紀的觀測天文學檢驗中仍然幸存了下來,這似乎令人印像深刻。但是今天存在的大爆炸理論與勒梅特的原始假設只有少許的相似之處,正是因為理論再未能與觀測結果相符。而上個世紀大爆炸宇宙學的唯一一次觀測「成功」是在 1965 年意外發現了宇宙微波背景輻射(CMBR)——一種穿透太空的黑體輻射,它的溫度約為 2.7K(零下-270.45攝氏度)。

但即使是這個意外的發現也與預測不符。畢竟,如果宇宙正在膨脹,那麼從天空的一部分到達我們的光是由一個光源發出的,該光源永遠不會與天空直接相對部分的發光區域有因果關系。然而不知何故,它們的溫度相同。考慮到這一現像和其他無法解釋的觀察結果,有人提出了所謂的「暴脹場」:即宇宙早期歷史中的一段極速膨脹時期。對於這樣一個奇跡般的擴張階段,卻沒有已知的機制可以證明。這僅僅是為了拯救理論而被發明出來的的。它是宇宙學家為挽救該理論而發明的許多沒有物理證據的純數學推導之一。其他包括暗物質和暗能量之類的假設,雖然它們從來沒有出現在觀測結果中,但大爆炸宇宙學家們聲稱它們構成了宇宙現有物質的95%。關於星系及其不可思議的童年時代的最新故事也只是對這一理論的最新數學補充,無法改變這個理論在其矛盾的重壓下開始呻吟的事實。

而時間、空間、物質和能量從無到有的觀點本身,也是與唯物主義的自然觀完全不相容的。

人類的全部經驗表明,沒有哪怕一滴物質可以被創造或毀滅。物質有它自身的運動規律:永遠地結合、分散和重新結合。 假設一個創造行為提出了一個問題:它的原因是什麼?如果它不是物質因素(根據大爆炸宇宙學,它不可能是物質因素,因為物質本身隨著大爆炸而存在),那麼它一定是一個非物質的創造者:上帝。

把可能的創世的日期從 6000 年前推後到 138 億年前,這並不能減少其荒謬性。作為唯物主義者,我們應該拒絕物質是從無到有的想法。物質宇宙是無限的和不斷發展的。當然,這帶來了新的問題:根據定義,無限的宇宙總是會包含更多有待發現的東西。隨著舊問題的解決,新的更高層面的問題會被提出。但正如創世紀的創世神話似乎只是「解決」了地球從何而來的問題,直到 18 世紀地球的星雲起源被發現,這個問題才得以最終解決;因此,大爆炸自身的創造行為似乎只能「解決」多普勒頻移和宇宙背景輻射的問題。

我們不是宇宙學家。但我們絕不會假裝為此類問題提供完整的解決方案。但我們相信,新的發現以及觀測——如韋伯望遠鏡的那些——將證實唯物主義的觀點並推翻創造時刻的想法。

一次哥白尼式的革命

當我們退後一步審視現代宇宙學的現狀時,我們會想起15世紀地心說的危機。就像今天的大爆炸理論一樣,宇宙的地心說已經存在了很長時間——事實上,比大爆炸理論還要長得多!阿那克西曼德在公元前6世紀贊同這種理論。到公元前 350 年,亞里士多德給了它一個更完善的形式,太陽、月亮、星星和行星沿著圓形軌道圍繞地球運行。但到了公元2世紀,亞歷山大天文學家托勒密給這個理論一個完整的、甚至有些優雅的表達。

在這個「托勒密」宇宙中,太陽、月亮和星星被固定在一個圍繞地球旋轉的水晶球體上。 行星的運動總是有點做作。為了解釋它們的逆行運動,它們被放置在天球上,稱為「本輪」,在其他天球內,稱為「順行」。盡管有所人為的元素,但這個宇宙模型在描述先前的觀測結果的方面做得非常好。然而幾個世紀以來,更新、更准確的觀察結果不斷積累。但是這優秀的天文觀測是建構在這個古老的、現在已經僵化的宇宙學的基礎上的,舊的理論很難將其新的觀測成果納入其中。

但當時的天文學家們沒有拋棄舊的理論,而是在球體內發明了新的球體。 為了使新的事實符合舊的理論,偏心、本輪順行被成倍增加,就像今天的「宇宙膨脹」、「暗物質」和「暗能量」一樣。 到了15 世紀,舊理論已經處於被推翻的邊緣(此處原文是the old theory was in a state of crisis,此處應該指代的是舊理論正處於被推翻的邊緣——Hildegard),等待著哥白尼在 1543 年的致命一擊,他在臨終前發表了他的著作 《De Revolutionibus Orbium Coelestium》(《在天體的軌道上》)。

根據哥白尼的新理論,地球遠離作為宇宙的固定中心點,它與所有的其他行星一起沿著圍繞太陽的近圓形軌道移動。 這是天文學的一場深刻革命,也是歐洲現代科學的真正起點。 但對舊理論的否定並不意味著它的徹底毀滅。正如丹麥天文學家第谷·布拉赫與哥白尼理論的鬥爭中所表明的那樣,哥白尼的理論在數學上與舊的托勒密觀點並沒有什麼不同。事實上,每當一個新的科學理論取代一個舊理論時,它總是會將舊理論中的合理性納入一個否定的辯證過程中,這絕非意味著完全消滅舊理論而支持新理論。

很奇怪的是,今天科學機構在天主教會中有一個堅定的盟友來捍衛大爆炸宇宙學。這對多年來的宿敵竟然已經和解了!幸運的是,反對大爆炸理論的異端並沒有面臨風險(譯者注:這裡指的是布魯諾那樣被天主教會燒死)。然而,新的理論確實面臨著更強大的障礙。 學術科學是一項非常大的產業——數十億美元被投資於各種理論和機構。一個理論可能已經過時了,但如果它擁有數百萬美元的投資,它就不會輕易被推翻。在科學革命初露端倪的時候,資本主義確實是一股革命力量。但是今天,雖然大爆炸理論阻礙了科學的進步,可是它在今天仍然存在,因為它「大到不能倒」。

有許多能力很強的科學家為大爆炸宇宙學領域做出了各種復雜的貢獻。我們不反對他們的能力,而是反對他們對證據的哲學解釋。實際上大多數科學家沒有自己有意識的哲學。因此,他們不可避免地會傾向於采用那些在社會中占主導地位的哲學碎片,這些碎片反映了一個衰敗中的統治階級的利益,而在它的衰敗中,它正在復活數百年前的神秘主義。

學術界正朝著哲學唯心主義的方向發展,由一個緊緊抓住「上帝之手」的統治階級和一批極力捍衛其利益、聲望、預算和獎學金的學術貴族領導。科學研究也不例外。唯心主義的邏輯結論是創世論:物質從純粹的虛無中產生。以大爆炸宇宙學的形式,而這種觀點早已深入了最受尊敬的學術圈子。

但這只是一種趨勢。有許多科學家希望反對科學中的唯心主義和神秘主義潮流。最值得注意的是埃里克·勒納(Eric Lerner),他因勇敢地反對大爆炸而被主流科學界排斥。我們強烈推薦他的文章《大爆炸從未發生》,這篇文章評論了韋伯望遠鏡的觀測結果。

馬克思主義者們明白,與腐朽的資本主義的鬥爭不僅包括政治和經濟鬥爭,還包括意識形態的鬥爭。 正如列寧所闡述的那樣:

「戰鬥唯物主義為了完成應當進行的工作,除了同沒有加入共產黨的徹底唯物主義者結成聯盟以外,同樣重要甚至更重要的是同現代自然科學家結成聯盟,這些人傾向於唯物主義,敢於捍衛和宣傳唯物主義,反對盛行於所謂「有教養社會」的唯心主義和懷疑論的時髦的哲學傾向。」

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