《大变局》第一单元第1章 地学发展与近代基础科学启蒙（上）

序 论：地球科学，是重要的基础科学。本书十六万字，只做一件事，重新认识地球。

现代地学，是在波兰科学家哥白尼提出"日心说"以后的两百多年中，经四次地学大论战发展起来的。如今主导世界的地学理论，是取得了第四次大论战胜利的主张大陆漂移的板块说。目前这个理论陷入大困境，耗去了半个多世纪，它仍然解决不了"板块理论上大陆"问题。就是说，至今板块说也没法用它的理论模式解释大陆构造成因。那么，21世纪的地学发展要向何处去呢？整个人类都生活在地球上，了解地球，是我们生活发展的科学基础。本作今对当代地学研究作一简要介绍，供读者朋友们了解地球，了解地学发展。

历史 · 现实 · 疑难

回顾历史，工业革命以来，人类地学史上曾发生过四次地学大变革。第一次，十八、十九世纪之交，地壳岩石的"火成论"与"水成论"之变；第二次，十九世纪上半叶，地壳构造变动的"激变论"与"渐变论"之变；第三次，十九世纪下半叶，地球"热胀说"与"冷缩说"之变；第四次，20世纪上半叶, 地壳"活动论"与"固定论"之变。20世纪六十年代以后，"板块说"胜利结束了固定论"槽台说"在全球地学界的统治地位，开创了以"大陆漂移–海底扩张–板块构造"学说为代表的"第四次地学革命"新时期。

照理，地球科学进入板块说开创的"地学革命"新时期以后，当代科学四大前沿之一的"地球起源与演化"问题应能得到揭秘。然而，时间又过去了半个多世纪。从认识大陆漂移，到认识板块构造，地学理论思维固然取得了相当进步，但这一进步是不是如一些人宣布的那样，理论构制是成功的？是能解决很多问题的？人类是不是已因这个"地学革命"的出现，而像进化论、化学元素周期律、相对论和量子论问世后对大自然产生了质的认识飞跃那样，引发了连锁式的科学大发展了呢？我们看到的是一大堆理论困难。

而且，困难越来越多，并没有像历史上每一次科学革命后，理论为头脑简化了纷乱的世界，明晰了思路, 看清了道路, 更接近了本质。糟糕的是："板块驱动力"老问题不仅没有解决，新的"板块理论如何上大陆"问题，搞了几十年也还是走不出死胡同，解决不了大陆构造之谜。甚至一向倡导和推崇板块说的美国地学界，最后也不得不制订了一个旨在"超越板块"的《大陆动力学研究的国家计划》，正式宣布："板块构造理论有其局限性"，"并未阐明大多数动力学作用，特别发生在大陆地区的作用"。

这就是说，地学迄今仍被自己发掘出来的众多观察资料所困惑，仍不能透视地球真实的运动、演变过程及其哲学上应有的"过程性"，无法看清大自然客观存在的那一本质的"事物整体联系"，难以攻克地球自身的身世之谜和演化之谜。

不要说那些深奥的"地球起源"、"生命起源"、"海﹣陆成因"、"造山运动动力机制"、"地质成矿规律"、"物种灭绝"等问题，人们至今无法给出令人信服的科学解，就是现在人们惯见的"臭氧层空洞"、"厄尔尼诺现象"、"全球气候变暖"、"海平面升高"、"极端天气"、"地震成因"和大陆一定地区"土地沙漠化"问题等等，科学至今也不能找出真正的"病因"给以有效预防和治理。由此，人类仍为越来越严重的环境、灾害、资源问题所困扰，在地学领域仍不能从必然王国进入自由王国。

奇怪的是，就地球科学而论，当代西方主流地学所发掘、所掌握的观察资料实已远远超过达尔文当年实现"生物学突破"时赖以产生"认识飞跃"的感性材料的质和量，真正意义上的"第四次地学革命"早该发生。可为什么我们现今仍不能实现期待已久的"地学革命"揭开地球身世与演化之谜呢？此乃20世纪地球科学的最大悬疑。同时这一事实本身，也反映了20世纪的地球科学肯定在什么地方出了毛病。

那么，毛病出在哪里？这正是本书想与读者一起探究的问题。也是21世纪的地球科学热切期盼回答的重要命题。

溯 源

从历史上看，人类形成对地球的认识，大约经过了三个认识阶段。即：在远古的几千年前，认为是"神创造了世界"；一千多年前，凭想象，以"思辨"方式猜想星空与宇宙的构成；到五百年前，波兰哥白尼提出"日心说"及四百年前意大利伽里略发明望远镜，观察到太阳系真实结构形态之后，开始的近代科学启蒙。从"神创造世界"，到凭想象与思辨来猜想世界，到凭真实的观察依据，踏入"凭资料说话"的科学门槛，对世界进行科学性启蒙，这是人类认识大自然的一个漫长过程，西方科学家为这个科学启蒙作出了巨大贡献，值得世界铭记。

在西方，正是因为有了哥白尼、布鲁诺、伽里略、开普勒、牛顿等先后几代科学家的不懈探索与努力，这才有18世纪德国哲学家康德和法国拉普拉斯的"康德–拉普拉斯星云说"的问世。就科学本身发展讲，在18世纪当时，"康德–拉普拉斯星云说"的提出，是进步的。

其原因，就在哲学指出："我们只能在我们时代的条件下进行认识，而且这些条件达到什么程度，我们便认识到什么程度。"并哲学家还告诉我们："只要自然科学在思维着，它的发展形式就是假说。"（恩格斯，自然辩证法）由此可知，作为一种科学假说，18世纪自康德–拉普拉斯起始的星云说，对推动和丰富科学思维的历史发展，作用显著，历史功绩巨大。

从那以后，因为科学上有了一个"地球是从太阳星云起源"的假说，作为"进一步思维"的依据，后来，就诞生了现代西方的地质学和地球动力学的认知、思考及其理论体系。这一理论体系的形成，在西方，则是经过了我们大家非常熟悉的"水成论与火成论之争"、"渐变论与激变论之争"、"冷缩说与热胀说之争"、和半个世纪前的"活动论与固定论之争"等四个阶段的发展，而达到今天的程度。

回顾历史，所有这一切都来之不易，成就丰硕，对近现代科学的发展影响深远。但是，在当前的地学发展中，有件事却很奇怪。这即如上所述：正是在以西方板块说为代表的"地壳活动论"经数十年考察与论战，取得了对"地壳固定论"的胜利之后，世界所期待的"第四次地学革命"却迟迟没有到来，而且板块说自身也遇到了越来越多的困难，整个理论陷入困境，连美、日等一些科学先进的国家都提出了"超越板块"的理论任务。这，为什么？

在我们看，问题是显然的，即：300多年来，西方全盘地学的理论基础，是建立在"星云说"天文理论上的。而这个理论，本身存在问题，以致在这个理论机制上建立起来的整个地学理论体系，必然也跟着出问题。是否如此，依星云说所述，我们不妨作点剖析——

启 蒙 之 误

自18世纪"康德–拉普拉斯星云说"在西方确立了学术地位以后，19世纪以来星云说基本上统一了人类对太阳系起源的认识。现在，按星云说人们对太阳系的形成是这样来认识的：

1，太阳系前身，是团具有初始自转角动量的太阳星云；

2，太阳星云，因万有引力作用而逐渐收缩；

3，星云收缩须遵守角动量守恒, 故收缩中该星云自转越来越快,从而因自转离心力作用，整个星云呈现为一种扁平的盘状形态，形成"星云盘"（图1）；

图1 星云盘横截面示意图（戴文赛,1977） 华复兴

4，收缩到一定阶段，星云盘快速地自转离心力，即将最外圈的物质甩出一部分，形成"星云环"；太阳星云收缩过程中，总共甩下了八个星云环（以前认为是九环，现作了调整）；

5，最后，星云盘最中心的大量物质，收缩形成了太阳；环上物质因相互的引力吸积与碰撞，形成了八大行星；吸积未尽的星云残余物质，则形成彗星、流星、小行星、小行星带、光环等太阳系弥散天体。

虽然一百多年来星云说本身也在发生变化，产生了多种星云形成天体的理论模型，但是，其由弥散的星云物质，通过引力吸积作用而凝聚成天体的根本机制，却没有变。我国已故著名天文学家戴文赛先生说："康德认为，整个太阳系，包括太阳本身在内，是由同一个星云主要通过引力作用而逐渐形成的。

这个主要论点在今天看来仍然是正确的。"此类评述，代表着当今世界天文界的主要观点。尽管星云说有它说不通的地方，但因至今还没有更好的理论来替代它，所以它仍然是当今普遍接受的天体起源学说。而我们现代地学之所以出现一系列没法解决的问题，其根源也在这里。其中最突出的是该理论存在三大谬误，即：星系角动量不守衡之误，"一个轨道一颗星"之误，理论模式同"两头小中间大"实际行星分布相悖之误。

所谓"星系角动量不守衡"之误，那是指：

既然整个太阳系是由一团具初始自转角动量的星云收缩形成，则依此机制，其中心体的太阳，按角动量守恒定律，必然自转速度最快，而其外侧星云环及所形成的各大行星绕太阳旋转的运动速度，则依距中心体太阳的距离依次递减。故而，这样依角动量守恒定律算下来，在整个太阳系中，转速最快、占据角动量最大的天体应是中心体太阳，转速慢、占角动量小的，应是太阳外围那在八条轨道上运转的八大行星。这是物理学定律规定的，谁也不能违反。

可是太阳系天空中的事实却是——

1，占整个太阳系全系统质量99%以上的中心体太阳，它自转速度很慢很慢，慢到几乎看不出它在转，其角动量只占全系统角动量的1%都不到；

2，而占全系统质量1%还不到的那八大行星，绕转速度却很快，其角动量竟占到了全系统角动量的99%以上。

这是完全违背物理学原理的，显属悖论。虽然后来西方也有人为太阳设计一种可沿强大磁场的磁力线抛射物质，其抛射物质的反作用力刚好可以制约太阳自转使其自转减速，以此来做补救。但天空中还存在着另一种现实，即天体的磁场在演化中是会发生"极性倒转"的。

比如我们地球，地学考察中就发现它曾多次出现"磁场极性倒转"。这种极性倒转的机制一旦出现，非但不能对太阳自转形成制约使自转减速，而且相反——其被抛射物的反作用力恰要加速太阳自转的转速，令角动量大增。如此一来即不能实现对理论谬误的补救，问题依然。

所谓"一个轨道一颗星"之误，那是指：

在太阳系中，绕日旋转有八颗大行星，同一轨道上不存在其它大行星运行。这就是所谓"一个轨道一颗星"的大自然现实。而星云说理论模式，却无法包容这个现实。原因是——

第一，星云环上的星云物质，按引力原理完成吸积、兼并而形成行星，必然有一个使星云弥散个体由多变少的量变过程。这个过程，到最后，若兼并到只剩两三颗大星子了，而它们却是以差不多的间隔距离，相同的速度围绕太阳作匀速运动，且各自具有的引力强度又达不到"能将对方吸积过来加以兼并"的程度（就像现在的地–月系统一样）。

那么此刻，星云说又将通过何种机制，来达成"一个轨道一颗星"的理论任务呢？一句话：束手无策，完全不能给出"一个轨道一颗星"的大自然必然性，纯属想当然。

第二，此外，证明星云说所谓"星云环通过引力吸积形成大星子和行星"的理论属于谬误的，还有一个现实物证。这，就是太阳系现存于木星身边的那个"木星光环"。该光环，美国科学界通过宇宙探测器近距离考察发现，它是由众多大小石子、岩块组成的一个围绕木星旋转的弥散物系统，同星云说描述的"星云"物质完全同类。可它们相互不仅不存在因引力吸积而发生"靠拢–碰撞–兼并"，相反，美国人的考察更发现：所有这些光环，不仅相互间的距离越来越松散，而且围绕母体星木星绕转的轨道半径也越来越大，越来越远离木星。

这是证明了星云说的引力吸积论述是正确的，还是相反？喏，表面看理论说来头头是道，实则仅是两百年前古人头脑中的一种思辨性猜想，并非事实。对此我们必须头脑清醒。

所谓理论模式同"两头小中间大"实际行星分布相悖之误，那是指：

按星云说上面图1所示理论模式，星云盘是从大往小、由疏向密吸积收缩而最后形成中心体太阳的。那么依此，星云物质在收缩过程中便应在数量和质量上产生一个线性关系，即：越向中心区收缩，星云盘中心及其相邻天区的物质数量越多，密度越大，反之数量少且密度小。由此，太阳系最终抛下的八大星云环及相应形成的行星依质量序列应该是：越靠近中心体太阳的，质量和个头越大，反之则小。这是该理论模式告诉我们的第三个逻辑必然。

但是，现今太阳系中诸大行星的排列现实，却不是这样的。它们的实际排列是：两头小，中间大。即，体积和质量小的星——最里侧的水星、金星、地球三颗类地行星和最外侧的"矮行星"冥王星，排在整个星系从中心区到边缘区的两头；而体积和质量最大的四颗星——木星、土星、天王星、海王星，却排在了夹于中心区与边缘区的中间。这，暴露的同样是理论与实际不相容。这是第三个理论谬误。

显然，集此三大谬误，人们不禁要问：地球，真是从太阳星云起源的么？极大疑问。而最成问题的，是这样一个存在诸多谬误的学说给地球科学带来的下列限定——

星云说对地球演化问题的根本限定

面对如此谬误，我们一是吃惊，二是感到有件事需要思考。这件事是：一个两百年来为整个地球科学提供思维基础的重大基础科学星云说，自身竟然存在一系列根本说不通的谬误，这事，放在过去，还可借用恩格斯的话说那是因为"我们只能在我们时代的条件下进行认识"。可是今天呢？地学和天文学都已发展到21世纪，科学已在探索外太空了，我们还能按照18世纪的"时代条件"来进行思维么？

肯定不行。对此，我们不妨分三个层面来探讨一个问题——

1，一个先验的、未经科学考察检验证实的动力观

众所周知，从两百年前康德、拉普拉斯提出星云说，近现代科学就在告诉我们：所谓"星云"者，那是由星际尘埃、气体、岩石、砂粒等混混浊浊的一团弥散物质构成的结合体。那么，人们是怎样来设想这团星云物质的物理结构的呢？没别的，人们只能依照当时的时代条件，凭从地球上看到的尘埃、气体、岩石、砂粒等物体的观察经验，来设想这"星云"组成物的物质结构形态，也就是在地球上通常见到的种种原子态物质。如果说，星云说两百多年来对人类认识大自然有什么限定的话，那么，由星云及其"原子态物质构成体"这一观念界定的地球起源认识，是最根本的限定。

由此，便带来了全部地球科学演绎其理论思维的前提——"唯原子态物质形成能源"的动力观。而这个动力源的前提的设定，却是先验的，未经科学考察检验证实的。今日地学遇到的所有问题，都受制于这个先验的、未经考察证实的动力观。事情是否如此，我们来看问题的另一层面——

2，原子态物质为地球演化所能提供的动力形态——"均变论化"的热动力

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