宇宙模型的发生认识论原理

　　如何构建一个宇宙模型？在一种理论正确与错误的问题上进行过多的争论，这是不切实际的做法。一百年以前，阿尔伯特·爱因斯坦创建了有物理学革命意义的引力新理论，广义相对论场方程以简洁而优美的符号来表达，然而，复杂的数学方程式超出了大多数人对时空性质的理解。广义相对论在过去的一百年经受了几乎每一次的检验，现代物理实验和天文观测已达到极其精确的检测水平，人们以广义相对论为依托描述了宇宙的进化，使用了时间修正概念的GPS技术为人们回家的路指引了方向，在科学精神的召唤下，一代又一代的物理学家寻找着检验广义相对论的新方法，每一次的检测都有不耐心、不包容的科学和大众评论人士把文章的标题写成了：＂爱因斯坦错了吗？＂
　　广义相对论不会是终极的物理理论，爱因斯坦本人从未声称，相对论抵达了科学理论的尽头。引力和量子力学没能实现很好的结合，其它的自然基本力（电磁力和核力）与粒子物理学的标准模型非常相容，但引力却是个例外，它还不能融入标准模型的体系，人们不知如何将引力纳入其中。弦理论似乎找到了问题的出口，为引力和量子力学的两难选择准备了解决的方案。诸如黑洞中心和宇宙原点的极端天体系统也许超越了广义相对论的理论边界。也许在某一天，从有耐心和包容心的科学家中出现了一位科学巨匠，他发表了＂理论新解＂得到了人们的赞美和追捧，新的知识和理论体系取代了广义相对论，克服了在爱因斯坦的理论边缘出现的各种问题。批评爱因斯坦的错误性，指责爱氏理论留下难以克服的问题，爱因斯坦没有纠缠于证明牛顿是错的。
　　人们总有一种正确与错误的惯性思维，简单地解读一个严肃理论的正确与否，这实际上是一种不切实际的观念，物理学家对待有学术背景的理论好像木匠对于工具的选择，物理学家不是首先指出正确与否的疑问，而是首先提问，＂理论运用的效果如何？有没有使用的可能、什么时候以及如何使用？＂。人们在有限的生命时间还不能发现自然终极的本质，人们不放弃、不气馁，一直在寻找自然和现实世界的终极答案，人们努力地接近终极发现的目标，一直在努力建构某种终极的模型，人们希望学习和领悟自然世界的真谛，精确地测量各种物理和化学的参数，能有效地掌握和应用自然知识。
　　爱因斯坦是否正确的问题有时无关紧要，重要的问题是他创立的理论是否有用，人们仅需从GPS仪器获得导航的数据，爱因斯坦是对的，从广义相对论出发修正的数据是有用的，否则，人们找不到回家的路。当人们评价一个理论体系时，总想知道该理论是否有逻辑和数学的一致性，它是否给出了预测，这些预测是否得到了观测的证实？人们可以用这个理论进行新的预测吗？还有一个关键性的问题，这个理论能拓展到多大的范围？它的界限在什么地方？超越了这个理论的使用界限，它是否失去了作用？
　　考虑到公制单位的实用性，牛顿的经典理论有很强的实用性，牛顿的万有引力公式比爱因斯坦的场方程表达得更为简明扼要，万有引力公式说明了在有质量的物体之间产生了相互吸引，引力大小与两个物体的质量成正比，与两个物体之间距离的平方成反比。引力的平方反比定律简洁而实用，人们很容易计算诸如一个苹果落地时的快与慢，＂出手大方＂的人们也很容易计算月球绕地球转动的周期。
　　从原则上讲，上述的每一个结果也能通过爱因斯坦的广义相对论计算出来，但这类计算极其复杂，超出了大多数科学爱好者的计算能力，没有一位科学家鼓励人们使用广义相对论的方程式，计算出月球围绕地球转一圈时所需的时间。物理学的专业人士清楚，以广义相对论的公式计算的结果和以牛顿的引力公式计算的结果非常接近，不是物理专业的人士几乎察觉不到其中的差别。牛顿的引力理论＂瓦解＂在他去世之后的很久时间才发生，经典和权威的牛顿理论从17世纪延续到了20世纪的早期，在19世纪的后期，似乎＂不可违背＂的牛顿引力理论才显示了明显的缺陷。在极端的物理条件下，诸如：当一个物体靠近了黑洞，当物体达到光速时，或光在太阳周围传播时，牛顿的经典力学失去了作用。
　　测量技术变得更为精确，在诸如GPS卫星的轨道飞行中需要矫正地球的时空弯曲带来的微小变化，人们使用了超越牛顿理论的计算公式，牛顿的经典理论不能预测时空的微小变化，这难道是牛顿的错？经典理论不能预测时空的变化。在物理知识前沿领域探索的物理学家致力于创建新的理论构架，当正在探索单个亚原子粒子的引力效应时，他们更能发现广义相对论与量子理论的不协调性，他们在亚原子的世界发现，广义相对论突然失去了作用，变得不再适用，这就需要建立一种新的、更为适用的理论。
　　当探索的视野伸向宇宙诞生的最早时刻，或延伸到宇宙演变的未来，人们可能发现现有理论的局限，超越了现有理论的＂界碑＂，就连爱因斯坦理论的＂工具箱＂也不够用了，面临了添加新的理论工具的需求，但至少在现在，爱因斯坦的＂工具箱＂带来了开启宇宙运行大门的钥匙，就像爱因斯坦说过的一句话，＂宇宙最不可理解的地方就是它居然是可以理解的。＂显而易见，爱因斯坦的理论是否正确，这个＂老生常谈＂的问题暂时是无关紧要的，理论的有用性才是问题的关键。广义相对论解释了许多人们还不能解释的物理和宇宙现象，它的最实际的一个应用场景就是GPS定位和导航系统，这一技术已是人们在日常生活中所需的组成部分。
　　编译：2016-4-21
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