Page 12 - 物质的绝对运动——相对论和量子力学的物理起源

都发现，遥远的超新星的亮度比期待的要暗。这一结果意味着这些超新星离我们的距离比大
爆炸宇宙模型所预言的距离要远。换句话说，我们的宇宙现在并不处在大爆炸宇宙模型所预
言的减速膨胀之中，而是在加速膨胀。这似乎表明，有一种神秘的、宇宙尺度的巨大能量在
对抗引力，推动宇宙加速膨胀。科学家们把这种神秘的能量命名为“暗能量”，并猜测暗能
量可能与被舍弃的爱因斯坦宇宙学常数有关。之后,大量的天文观测, 如超新星、宇宙大尺度
结构、宇宙微波背景辐射，特别是 2003 年公布的威尔津森微波背景辐射各向异性探测器
（WMAP）观测结果和 2009 年开始实施的“普朗克（Planck）巡天者”计划，均支持这一
结论：我们的宇宙的确在加速膨胀，暗能量可能确实存在。那么，暗能量是什么？有什么样
性质？如何从基本理论出发对暗能量问题给出一合理解释，这是物理学当前面临的重大挑战
之一。
二、决定性和不确定性
二十世纪见证了物理学划时代的伟大变革，产生了相对论和量子力学两大理论成果。相
对论为研究高速运动物体和从大尺度认识宇宙提供了理论框架，量子力学则是研究微观粒子
运动规律的理论工具。相对论和量子力学成为现代物理学的两大理论支柱。更重要的是，这
两个理论对人类精神世界产生了巨大的冲击，所带来的思想观念的革新是前所未有的。如前
所述，爱因斯坦的相对论彻底颠覆了牛顿的绝对时空观，长度收缩、时间膨胀、四维时空、
时空弯曲等新观念不断深化着我们对空间和时间的认识。量子力学更是从根基上改变着人类
的世界观，它以不确定关系和概率诠释彻底动摇了牛顿力学的因果决定论思想。
牛顿的因果决定论是建立在绝对时空观的基础上的。牛顿采用因果性的解释，认为力是
物体运动改变的原因，一旦找到了力的规律就找到了对运动现象的解释。在绝对空间和绝对
时间的基础上，牛顿通过他的运动三定律，给出了质点或质点系运动速度的变化依赖于其质
量 m 及所受作用力 F 的关系，建立了描写质点或质点系运动的微分方程

d r
2
F  m （1.9）
dt 2
r 是位矢。对于这个微分方程来说，只要规定初始条件，就可以确定它的解在以后的行为，
这样就产生了因果决定论亦即所谓“机械决定论”的思想。后来发展起来的分析力学，用哈
密顿（Hamilton）函数或拉格朗日（Lagrange）函数来表达系统的动力学性质，使机械决定
论的表现形式更加完备。按照这种思想，世界上一切事物的运动和变化都已经被它们的初始
状态事先决定了。
牛顿三大运动定律和万有引力理论，把天上的和地球上的力学所有已知的现象都统一在
一套完整的物理学定律之下。运用这些定律，不但可以把太阳系里已知各大行星的运动轨道
计算出来，对开普勒三定律加以理论说明，而且还预言了当时并不知道的其它大行星的存在。
例如，当时发现太阳系里最远行星——天王星的运动轨道与理论值有所偏离，于是推测在天
王星外还有一颗行星。天文学家根据牛顿力学的计算结果，在预期的轨道和方位去仔细探测，
果然发现：确实还有一颗大行星，这就是海王星。后来冥王星的发现也出于类似情况（根据
2006 年参加 IAU 第 26 届大会国际天文学会多数天文学家的意见，冥王星不能算是太阳系的
“大行星”，而是一颗“矮行星”）。牛顿力学的成功，使人们相信，上帝将宇宙创造成为一
个复杂的机械系统，这个系统按照牛顿力学规律运行，并且可以用数学方法加以描述和预测。
因此，法国数学家拉普拉斯（P.S.Laplace）曾豪迈地宣称：“给定足够的宇宙的初始条件和
足够的运算能力，就能预言宇宙的未来。”他在 1825 年完成的《天体力学》一书中这样写道：
“我们必须把目前的宇宙状态看成它以前状态的结果以及以后发展的原因。如果有一种智慧
能了解在一定时刻支配着自然界的所有力，了解组成宇宙的实体各自的位置，如果这种智慧
伟大到足以分析这些事物，他就能有一个单独的公式概括出宇宙万物的运动，从最大的天体

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