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思辨学百问(31)何以证明宇宙是一个有序的结构?

(2010-01-15 11:39:42)
标签:

自组织现象

耗散结构

恒星

主序星

贝纳德

宇宙

杂谈

分类: 思辨学百问

我们根据“系统属性”和“有序结构的三个必要条件”推导出了一些令人惊讶的结论。那么,这些结论究竟是“客观规律”还是“猜想”呢?对此,我们不能轻易地下结论,无论是哪一种观点都必须经过论证。我们发现在这些结论中,最让人不放心的一个问题也许就是无限的宏观和微观之中是否存在“整体大于部分之和”的组合性结构或者说是耗散结构?因为,其它的结论都可以在有机体上找到确凿的证据,唯有这个问题超出了我们的视觉范畴。

如果我们在宏观和微观的客观现实中找不到任何证据,那就只能把推导出来的结论视为“猜想”。反之,如果我们能够从宏观和微观的客观现实中找出它们存在的相关线索,那就有理由将推导出来的结论视为“客观规律”的一个部分。因此,推导出来的结论究竟是“客观规律”还是“猜想”,不妨让客观事实去评判。

一、 宏观耗散结构的证据

虽然,无限的宏观和微观都是我们用肉眼无法看到的地方。但是,根据耗散结构理论可知,开放系统与非开放系统之间的区别在于系统状态的趋势,而耗散结构与开放系统之间最明显的区别就在于系统结构是否稳定。因此,我们完全可以根据这两个特点来判断视觉范围以外的地方是否存在耗散结构。

天文学上至少可以为宇宙中的开放系统或者耗散结构提供三个方面的证据:

第一、温度。根据热力学第二定律可知:如果宇宙是一个孤立系统或者封闭系统,那么宇宙间的温差应该越来越小。就像一杯热水倒入一盆冷水里,会变成一盆温水一样。但是,科学家们发现宇宙经过140亿年到现在其背景辐射场的温度已降到2.7K,而一般恒星内部的温度却高达几百万K。显然,两者的温差越来越大。

现实中的宇宙在有序的膨胀过程中,内部的温差不仅没有变小却反而在不断拉大,这一事实说明,宇宙绝不是在朝着平衡态方向发展,而是正朝着相反的方向进行。如果宇宙是一个孤立或者封闭系统,宇宙间的温差应该越来越小。如果宇宙是一种混沌结构,宇宙间的温差应该变化无常。而宇宙间的温差持续而缓慢地变大,则说明宇宙极有可能是一个稳定而有序的耗散结构。

第二、黑洞。阿西莫夫说:“在黑洞里,热力学第二定律被颠倒过来了,因而尽管宇宙的大多数区域是在衰亡,但黑洞里却在逐渐复兴。”我们知道,热力学第二定律是“从有序向无序发展”的规律,如果将其颠倒过来那就成了“从无序向有序发展”的规律。而从无序向有序发展的规律正是有序结构的特点。

此外,有不少学者认为,在黑洞中集结起来的能量不一定是束缚能,而是可能转化和重新活动起来并释放出去的自由能。从外部供给黑洞的可以是高熵的质能,而黑洞的吸积和质能转化却可以把它们变成低熵的质能。

如果这个观点能够被证实的话,那就说明黑洞并非是宇宙中的一个无底洞,而是一个类似于“加工厂”性质的耗散结构。

第三、恒星上的氢和氦比例。赫罗图被认为是20世纪天文学上最重大的成就之一,它所揭示的是恒星演化规律。简要地说,赫罗图显示的恒星变化规律是:主序星-红巨星-白矮星。

一般以为,恒星之所以会发光发热是因为它在不停地进行核反应。当恒星内部的氢耗尽之后,核反应会一个接着一个地由氦聚变为碳、碳聚变为氧和镁、氧聚变为氖和硫等,最后全部变成铁。因此,按理“主序星”与“白矮星”相比,它们的“氢、氦”比例应该有着相当大的差距才对。

然而,根据光谱分析,主序星和白矮星的“氢、氦”比例十分相近(大约在31左右)。尽管有学者认为,恒星物质的分布不均匀,当核心的氢已耗尽时,核心外的物质仍然大致保有3:1 的“氢氦”比。但是,缺乏充分的依据。即便真是这样,那也存在恒星上的氢为何不一下子炸完,其表面的“氢、氦”比例何以相对固定等问题。

也许,关于恒星“氢、氦”比例的问题只有一个合理答案,那就是恒星可以源源不断地从外界获得核反应中所需要的氢。可是,源源不断的“氢”又从哪里来?如果说恒星能够主动地从宇宙中获取暗物质并将其转化为氢。那么,恒星便应该是一个稳定的开放系统-耗散结构。如果说恒星仅仅是被动地从宇宙中获取氢,那么,在恒星以外的地方必然有一个更大的耗散结构在维护它。

二、 微观耗散结构的证据

微观也是一个用肉眼看不到的世界。但是,我们可以从微观的自组织现象上找到相应的证据。

人们在日常生活中能够观察到的自组织现象有:从天而降的雪花,凝结在窗户玻璃上的冰凌以及松花蛋上的松花等等。科学家们在实验室条件下发现的自组织现象有:贝纳德对流、激光现象以及B-Z 反应等等。“贝纳德对流”指的是液体对流的有序现象,“激光现象”指的是光场系统有序的现象,而所谓“B-Z 反应”则是指在化学实验中体现出来的有序现象。

人们普遍认为,自组织现象是“无序转变为有序”的证据。但是,人们也许忽略了这样一个问题,即参与自组织现象的微观究竟是怎样的结构?如果说参与自组织现象的微观均是无序的或者是混沌的结构,那么,自组织现象就应该是一种不确定的、无法重复的现象。即,时有时无、可以这样也可以那样。

然而,事实却是“同样的实验所产生的自组织现象大体上都是相同的”。这充分说明,自组织现象是在特定的条件下产生的必然结果,而产生必然结果的前提必须是参与自组织现象的微观均为稳定而有序的结构。因此,自组织现象绝不是“无序转变为有序”的证据,而应该是微观中存在耗散结构或者组合性结构的证据。

由此可见,根据贝塔朗菲的“系统属性”和普里高津的“有序结构的三个必要条件”推导出来的一系列结论尽管令人惊讶却是成立的。与此同时,这也预示着“宇宙结构应该是完全有序的,其规模应该是无限的”。

 

 

 

 

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