这是一篇关于物理学方面的文章，用来摆正哲学跟科学的关系。这样做绝不是无的放矢，因为我坚信，由哲学统领一切学科的年代早已一去不复返，类似世界的本源这一类问题还是应该由科学家们去研究解决；而试图利用尖端物理学的研究成果来建立新的哲学体系的想法，如果不是荒谬可笑的，至少也是不切实际的——因为哲学家们不可能真正理解这些知识的深刻内涵，他们必然跟我一样：通过科普读物来了解它，并且仅仅是略知一二，甚至肯定是一知半解——除非他们在是哲学家的同时也是出色的科学专门家。
因此，我要写这样一篇文章。如果我在本文里说的一些基本结论跟某些哲学大咖说的不一样，并且能够引起大家思考和辨明真相的兴趣，那么我的目的也就达到了。
当然，无论这个目的能不能达到，我说的都是一些废话。因为大家完全没有必要通过我获得这些知识，相关的书籍多得是，那可要比我说的既透彻又专业又准确。然而明知道是废话也还是要说，这其中的原因却有些如同鲁迅先生所说：苍蝇是不知道人家讨厌它嗡嗡的，而我是明明知道却偏要嗡嗡。
另外，我本来是要试图介绍一下当今宇宙学的，但是由于我们认识的两大前沿——物质基本组分的微观世界与恒星和星系的天文世界——在二十世纪八十年代以来以始料未及的方式汇合到了一起，所以难免要涉及到粒子学说，故而，本文的题目称作“关于天体-粒子物理学的一点废话”。相信这是可以理解并可以谅解的。
提到宇宙的起源，人们自然会想到大爆炸假说。虽然在这个假说之前，人们早已经提出过各式各样的解释，但显然它们都一一败在了实证主义的科学面前。
大爆炸假说是目前唯一与实际观测吻合的较为一致的假说，因而也是被宇宙学家们普遍接受的一种假说。该假说认为宇宙最初是一个质量无穷大，体积无穷小的致密的点，后来，该点发生了爆炸，各种物质被喷发出来，从而诞生了宇宙。最初，人们并不认为这种假说是可能的，虽然在这之前人们已经接受了宇宙是膨胀着的这一观念，而大爆炸必将产生一个非静止的宇宙。
自古以来，包括伟大的牛顿，没有谁认为宇宙不是静止的，事实上，太阳也始终保持它跟地球的距离不变。然而，仅仅根据牛顿力学，我们就可以预知：除非有某种别的力介入与引力抗衡，呈静态分布的恒星和星系之间的引力将会使它们相互落到一起。唯一的其它可能是，它们也许受到某种爆发的驱使而具有某种初速度，并因此而相互分离。
然而，当时没有人能一眼看透，甚至连爱因斯坦根据他自己的广义相对论推算出宇宙不可能静止的时候，也怀疑自己犯了错误。于是，他引入了一个“宇宙学常数”，通过这个常数的存在，就会得到一个静态的宇宙模型——其中的斥力恰好与引力的吸引相平衡。然而这是不可能的，引入斥力的“宇宙学常数”是没有意义的。一个静态的宇宙就如同一根竖立着的针，只要对它作微乎其微的更动，它就会偏离开它的平衡，而变得要不就膨胀要不就收缩。多年以后，爱因斯坦把他的“宇宙学常数”称为“我一生中的最大失策”。
1929年，爱德温·哈勃发现，来自星系的光呈现某种系统性的红移，这意味着光源正在离开我们远去，也就是说，宇宙正在膨胀。如果我们沿着时间回溯，宇宙中所有的物质都将聚拢到一起。大爆炸假说也正是按照这样的思路从20世纪30年代起步。
宇宙中如此众多的物质聚拢在一起，其强大的引力，必将摧毁一切物质结构，使之处于一种粒子状态并且既热且密。如果宇宙果真肇始于此，那就应该留下某种从这个爆发式的开端洒落的辐射。
1965年，彭齐亚斯和威尔逊发现了“宇宙微波背景辐射”。这种辐射相当于在电磁波谱的微波部分波长为7.35厘米的某种无线电波信号；如果假设它是热辐射，那么它所具有的能量相当于2.7K的温度——这与1948年阿尔弗和赫尔曼富于灵感的估计非常接近。
美国国家宇航局的宇宙背景探测器（COBE）卫星从1989年开始，在地球大气外观测微波背景辐射强度随频率的变化。观测结果与据温度为2.73K的纯热辐射做出的理论预言极其吻合。这种近乎完美的黑体辐射意味着，宇宙过去要比今天热成千上万度，因为，只有在如此极端的条件下，宇宙中的辐射才有可能呈黑体形式而达到如此高的精度。
“宇宙微波背景辐射”成就了大爆炸假说，使它一举击溃曾经与之分庭抗礼的“稳恒态”假说【注】。通过对来自天空中不同方向的背景辐射强度的观测，人们发现，宇宙正在所有的方向上以相同的速率膨胀，其精度大于十万分之一。这种近似的如此之好的“各向同性”显示我们的宇宙的确很特殊：它似乎处于一种安排的极为妥善的状态之下。这难免使一些人认为这一定是施加了某种外界的影响——现代科学的发展似乎为古老的神学找到了事实依据——大爆炸假说必须为之找出自然的解释。
如果我们不认为这种影响来自上帝或者别的什么超自然的东西，那么我们就会跟宇宙学家们取得根本上的一致。他们所面临的问题也将会是我们面临的问题：如果宇宙不是一开始就是各向同性的，那么必然是在宇宙中进行的各种物理作用“抹平”了它最初的非均匀性。
20世纪80年代，对于构成物质的大多数基本粒子的研究，开始与宇宙学联系起来。这是由于，一方面宇宙学家们指望基本粒子物理学家能阐述物质和辐射在非常高的温度下的表现，这样他们就能继续重现更接近于表观开端的宇宙既往史；另一方面由于地球上的加速器不能再现大爆炸的能量，探测器也不能捕获那些最难以捉摸的物质基本粒子，所以粒子物理学家们又指望宇宙的早期能成为检验其理论的一条阳关大道。事实上，如果存在某种新型的亚原子粒子，哪怕它的影响弱得连地球上的粒子对撞机试验都显示不出来，也可能在天文学上造成种种后果。这样，人们就可以利用天文证据来排除许多新型基本粒子存在的可能。
典型的甚至可以说是美妙的例子来源于对中微子的研究。中微子是一种零电荷、与电子有相同的自旋、没有或几乎没有质量的粒子。自20世纪70年代以来，宇宙学家们一直假设存在且仅存在着3种中微子（电子型的、μ子型的以及τ子型的）。对于宇宙学家来说，知道自然界存在多少种中微子是非常重要的，因为这能确定极早期宇宙中的辐射和物质的总密度，并能决定宇宙膨胀的速度，而这显然将决定宇宙中各种元素的相对丰度。大爆炸假说预言宇宙应当由大约75%的氢和大约25%的氦组成，这与天文测量结果极为吻合，而这种吻合又是与自然界中仅仅存在3种中微子的假设联系在一起的。假如存在4种中微子，早期宇宙的膨胀速率就会大大增加，最终得到的氦丰度也会相应的增加。
事实说明了粒子物理学和宇宙学可以如何的相辅相成，但事情远没有到此结束。当粒子物理学家开始试图寻找将不同的自然力纳入某种单一的“统一理论”的途径时，更精彩的一幕出现了。
将电磁力、弱（放射性）力、强（核）力统而为一的理论被称为“大统一理论”。乍看上去这些尝试是不会成功的，因为我们知道各种不同的自然力强度是极不相同的，它们对各种不同类别的粒子起作用。但是大统一理论认为力的强度随温度的增加而变化，当温度增高时，自然力的有效强度亦增大，必将出现各种力的统一。另一方面，为了解决不同的力作用于不同的基本粒子的问题，就必须全面的统一各种粒子。要完成这种粒子的统一，就必须使它们能够互相转化。这就要求存在质量非常大的新的传递物，这些重粒子仅在宇宙热的足以使它们由粒子碰撞而产生时才大量的出现，它们就是X粒子和磁单极。
说到磁单极，就不得不提到“反物质”这个概念了。我们知道，物质是由基本粒子组成的，同理，反物质则由反基本粒子组成，所以，反物质可以用反粒子这个概念来替换。反粒子和粒子之间的诸多性质（比如电荷）正好都取相反的值，即具有相反的正负号。这意味着，当它们彼此相遇的时候将归于湮灭，这种湮灭以光子的形式释放能量。磁南极遇到磁北极只产生吸引而不会归于湮灭，说明它们只是在磁极上正好取相反的符号，而并不是互为反物质。无论你把一块磁铁分成多少块，虽然每一块都将产生一个南极一个北极，但它们是物质的仍然是物质的，决不会就变成反物质的，所以期待反物质同时就存在于物质之中的想法，得到的必然是灵“光”一现之后的贻笑大方。
这是一个在实验室中就可以研究的过程，据说也并不困难。但值得我们关注的是，虽然粒子物理学实验室试验产生粒子和反粒子时两者是完全平等的，但当我们观看宇宙空间或者收集宇宙线时，却发现只有物质没有反物质。诚如霍金所言：“我们没有直接的证据表明，其它星系中的物质是由质子、中子还是由反质子、反中子构成，但二者必居其一，否则我们又会观察到大量由湮灭而产生的辐射。因此我们相信，所有的星系是由夸克而不是反夸克构成；看来，一些星系为物质，而另一些星系为反物质也是不太可能的”。
为什么宇宙中物质比反物质多这么多？难道宇宙最初形成它们的时候不应该跟粒子实验室里的情形一样？显然，人们没有任何理由认为“自然的”初始状态不是物质与反物质均等的状态。那么，到底是什么造成了今天这种物质占主导地位的情形呢？原因在于，对于粒子和反粒子物理定律不是完全相同的，这是由1980年诺贝尔奖获得者克罗宁和费兹发现的。他们指出，如果仅仅用反粒子来取代粒子，并且采用镜像，但不反演时间方向，则宇宙的行为不保持不变。这意味着X粒子和它们的反粒子将以不同的速率衰变成其它形式的粒子和反粒子，而同时，相对于把电子变成反夸克，把反电子变成夸克会更容易一些。正是这种不对称的情况导致了物质比反物质多的情形。
X粒子只是整个宇宙在最初时刻必不可免的产生的两类粒子之一，它很快就衰变成了其它的粒子——如夸克和电子，但另一类粒子却是人们不需要也赶不走的。这些多余的粒子就是磁单极。我们现在没有任何观测证据证明磁单极仍然存在于今天，而且，如果宇宙中到处都有磁单极的话，将会使宇宙的密度增加10亿倍，从而使宇宙的膨胀速度迅速的减慢——其减慢速率要比实际见到的快上10亿倍。那样的话，不论是星系还是恒星或是人，都不可能存在！
宇宙学家们可以计算出X粒子和磁单极产生时所需要的温度，这是一个确定的值，相当于约3×10^28K。这是宇宙开始膨胀后仅约10^-35秒时的温度。此时，我们的宇宙的大小应该为光速乘以这段时间，即3×10^-25厘米。这是自膨胀开始以来，任何信号所能传播的最大距离，也被称为视界距离。
在我们看来这个计算结果跟其它天文数字一样，没有什么异乎寻常的，但是宇宙学家们却不得不承认这个数字相当古怪。因为，我们今天处于膨胀开始之后约10^17秒，辐射的温度已经下降到了大约3K。也就是说，跟宇宙开始膨胀后10^-35秒那个时刻相比，宇宙的温度已经改变了10^28倍，今天我们看到的宇宙中所包含的事物，在当时应该容纳在一个直径比今天的可见宇宙小10^28的球中。可见宇宙今天的尺度由其年龄乘以光速给出，约为3×10^27厘米。显然，当时宇宙的大小应该是3毫米。
由此我们发现，在宇宙开始膨胀后10^-35秒那个时刻，宇宙出现了两种尺度。我们没有理由放弃任何一种尺度，但是我们有足够的理由选择3毫米这个尺度，因为它来自今天的宇宙。而3毫米这个数字实在是太大了，大到在那个时刻，连光信号都无法到达它的边界。这不仅导致大量的磁单极产生，而且也使人们无法相信这样一个“信息不畅”的宇宙会各部分温度都一致并产生了今天这样一个各向同性的宇宙。
1980年，麻省理工学院的青年粒子物理学家古斯想出了一种解决办法，这就是著名的古斯暴胀宇宙假说。它要求宇宙在极早期经历一个短暂的加速膨胀（暴胀）阶段。这个阶段所需的时间简直短极了，只需要区区100秒——从10^-35秒加速到10^-33秒——就可以万事大吉。如果出现这种加速，那么我们的整个可见宇宙就可以从早先光信号能达到的区域膨胀而来。它的平滑性和各向同性就变得可以理解了。更重要的是，大量的磁单极将不复存在，因为我们的可见宇宙不再是由3毫米、而是由3×10^-25厘米这么大的区域膨胀来的,后者小得只能容纳一个磁单极失配。磁单极问题变得有可能解决了。
暴胀宇宙假说是对宇宙均匀性的一种解释，也是对磁单极问题的一种解决办法，但是它要求存在某种大爆炸之后很快就能产生短暂反引力阶段的物质,如果自然界中不存在这种物质，这种理论也就失败了。而事实是，它们确实是存在的，宇宙中保留着某些残存的证据，经典的例子就是COBE卫星发现的背景辐射温度的涨落。
写到这里我打算结束这篇文章了。当然，关于大爆炸、暴胀以及宇宙的特性还有很多话可以说，比如黑洞、WIMPs、暗物质等等。但是我不想说下去了，因为最重要的都已经澄清——科学就是科学。把科学的发展看得机械化、把科学的解释变得庸俗化，都是对科学本身的最大不敬。而建立在这种不敬上的一切，都将是披着科学面纱的新宗教的肇因。
【注】“稳恒态”假说不主张物质全部创生于过去某一特定的瞬间，而认为物质正在以恰当的速率不断的创生着，这一创生速率刚好跟因膨胀而使物质变稀的效果相平衡，从而使宇宙中的物质密度维持不变。
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