“万物理论”追索天工开物到今日宇宙

科学不同于任何一种宗教信仰，长期以来，科学家好似宗教信仰者一样寻找着科学的终极目标，期待建立一个包罗万象的“万物理论”或“万有理论”。宗教信仰在人们的社会生活中发挥了精神的指导作用，而在科学发芽和生长的土壤，万物理论随之生根、开花和挂果。宇宙加速膨胀的发现为万物理论带来了强有力的证据，在宇宙在发生大爆炸之后，一直以难以想象的速度向外膨胀，早期暴涨的速率为光速的数倍，宇宙加速膨胀的发现使得科学家倍感振奋，在宇宙学证据的支持下，万物理论更接近了现实的物理世界。

一个科学研究团队发布了一个有待验证的消息，他们声称在宇宙微波背景辐射中发现了遗存的引力波信号，实际上，微波背景辐射属于宇宙中最古老的光辐射，在宇宙发生大爆炸后的38万年，大爆炸辐射穿越了整个的宇宙空间。科学家团队对最古老引力波的发现有待更多的证实，而宇宙引力波的发现能够证实宇宙大膨胀的理论模型，宇宙大爆炸引力波的发现在宇宙学上有里程碑的意义。

宇宙奇点大爆炸的发生是量子涨落的产物，奇点的量子涨落在一个极其微小的时刻发生了，微观的奇点世界在远不到一秒的顷刻间发生了突如其来的暴涨，从微观世界“马不停蹄”地扩展到万物生长的宏观世界，直到今日宇宙的出现。最早引力波的发现将为极端条件的物理学开启了一扇大门，这将会潜在地支持了科学家长期以来追求的目标，全力构建一个解释宇宙所有方面的万有理论的框架。哈佛大学的理论物理学家阿维·勒布解释说，宇宙膨胀的模型为万物理论的建立带来了额外动力，也给出了额外的限制条件，物理学家顺其自然地构建对万物运动的本质进行解释的万有理论，但理论的最终创建需要一段很长的时间。

物理学家对宇宙的解释主要依据两种不同的理论，一是爱因斯坦的广义相对论，应用于大尺度的天体领域，比如：恒星和星系；二是是量子力学，成功地应用于微小尺度的亚原子领域。两种理论有可能融合在一个大的框架，科学家依此解释了宇宙中已知的四种基本力，广义相对论解释了引力，量子力学则解释了弱力、强力和电磁力。到目前为止，科学家还不能将两种理论完美地融合起来，前者的理论成立，后者的理论就不能成立，反之亦然，两种似乎不能同时成立的理论却能同时应用到极端条件的物理世界，例如：在黑洞的核心和在宇宙发生大爆炸后的极短暂瞬间。

两种理论解释受各自物理条件的约束或都有一定的局限性，长期以来，物理学家极力寻找单一的理论框架，设法将宇宙的四种基本力统一在一个整体性的体系中，而万有理论融合了对不同尺度物理世界的解释。“弦理论”是最有竞争力的万有理论之一，弦理论的基本观点是宇宙的所有基本粒子均由震动的弦构成，最小量的振动弦只有一维的时空。宇宙引力波的发现将会提升弦理论的研究价值。很多弦理论家预测了低能量的宇宙大膨胀情形，而低能理论版本的宇宙暴涨模型不可能产生最早期的宇宙引力波。宇宙引力波的发现意味着低能版本的宇宙膨胀理论将会退出理论舞台，弦理论家或将重新修改既有的理论模型，原初引力波将成为主要考量的因素。

宇宙在大爆炸过程中释放了巨大的能量，宇宙大爆炸能量预计在10的16次方电子伏特的数量级，大约相当于欧洲大型强子对撞机内粒子加速能量的1万亿倍，大型对撞机是人们已知的地球上动力最强的粒子加速器。引力、强力和弱力、电磁力在宇宙大爆炸的剧烈能量体混合为一个没有分离的整体力。原初引力波的发现对新物理学构架的探索将产生积极的作用，有待证实的发现有重要的物理学和宇宙学的意义。物理学家在地面的物理实验室难以进行宇宙能级的实验，通过观测天空或“宇宙实验室”，物理学家可能发现重要的线索，从宇宙能级的背景观察大尺度的物理现象，从中发现宇宙尺度的物理学规律。

原初引力波的发现将帮助科学家获得新的认识，凝视遥远的宇宙，在“时间回放”中追索宇宙诞生的时刻，但在时间中追溯最早的宇宙时刻时，物理学家缺乏观测的证据，他们对宇宙最早时间的追溯进入到了宇宙大爆炸之后亿万万分之一秒的时刻。宇宙原初引力波的发现将在天体物理学领域划定一道“分水岭”，奠定了一个里程碑，标志性的科学事件将帮助物理学家和宇宙学家构建一个万物理论，对宇宙一切现象进行解释的理论将成为现实。物理学家在“普朗克时间”追寻宇宙最早的诞生时刻，四种自然基本力在“普朗克世界”融合为一个整体的基本力。

汇聚所有的研究资源，目前对宇宙诞生和演变的认识有很多模糊不清楚的地方，获得准确的认识，不断加深对宇宙图像的辨识能力。什么因素驱动了宇宙的膨胀？科学家目前缺少突破性的的认识，神秘的暗物质和暗能量远在他们的认知能力之外，未知的世界有待深入的探索，暗物质和暗能量的总和构成了宇宙总成分的大约96%，相对于未知的“暗世界”，人们处在宇宙学探索的“原始社会”。原初引力波的发现将验证科学家收集的有关宇宙现象的证据，大量的数据究竟反映了什么，有怎样的物理意义？人们找到了一些“知识岛屿”，有了一些登陆知识岛的地点和机会，但这些大大小小的“岛屿”被包围在未知的汪洋大海之中，人们“四处张望”，渴望从中找到知识的生长点。

科学家在构建终极版本“万物理论”的过程中不断寻求有重大意义的科学发现，需要为理论学家的逻辑思维奠定观测的基础，最早引力波的发现将带来极有价值的科学线索。充分的观测成果给理论模型准备了约束条件，观测数据是理论的“导航仪”，科学家从中判断行走方向的正确性。仅有抽象的思维和想象不能构建有效的理论框架，过去的几十年，物理学家已经建构了各式各样的理论模型，是否在物理现实的基础上揭示了宇宙真理？有待观测的解决方案。数学宇宙学运用了数学分析的工具，从观测结果中判断理论模型是否揭示了现实物理世界的运行。社会大众不是科学家，不是缺少理性思维和科学逻辑，而是社会大众难以获得观测的事实，这是验证理论思维的真实性所必需的。

（编译：2021-3-26）