宇宙之书:从托勒密、爱因斯坦到多重宇宙-第30部分
按键盘上方向键 ← 或 → 可快速上下翻页，按键盘上的 Enter 键可回到本书目录页，按键盘上方向键 ↑ 可回到本页顶部！
————未阅读完？加入书签已便下次继续阅读！
埃颐蔷突岱⑾侄嘀赜钪胬锏木蠖嗍钪嫒匀淮τ诒┱椭小８霰鸾锹渚拖裎颐撬谥σ谎谝宦直┱鸵丫较⑾吕矗只指戳送盏募跛倥蛘汀Ｃ扛鼋锹涞男巫础⒚芏取⑽露群团蛘头绞蕉几鞑幌嗤６杂谄渲幸恍┙锹淅此担┱偷某中奔涮塘耍薹ㄈ糜钪娴呐蛘退俣却锏搅俳缰担欢粤硪恍┙锹淅此担孔诱锹浔环糯蠛蟛烁魇礁餮牟还嬖蛐裕械谋任颐撬谥Φ牟还嬖蛐郧康枚啵械脑蛉醯枚唷６颐扛鼋锹湟捕加涤懈髯缘奈锢矶伞�
我们应该如何应对如此众多的可能性？可能存在的宇宙数目无穷无尽，用再强大的计算机也无法进行系统的研究。通过求解简单的方程，甚至是复杂的方程，我们都无法预言其中任何一轮暴胀的持续时间或真空能的大小：这些事都是随机的。
在不同的人看来，随机性的含义有所不同。有的人认为随机性就是缺乏秩序、杂乱无章。有的人认为随机性指的是不确定性，使人无法精确地确定某事。还有一些人认为，随机性意味着结局的变幻莫测，完全无法预测。在早期宇宙中，所有随机事件都源自于量子的不确定性，我们只能预测这种事件发生的概率。物质和能量的本质是量子的，有一种与生俱来的不确定性，这就是随机性的根源。收集的信息再多再详细也不能消除这种随机性。这种随机性就像我们描述世界时说的空间、时间和运动一样，是一种内在属性。两个完全相同的起因并不能得出一样的量子结果。
甚早期宇宙中发生的随机事件波及了遥远的未来。密度的微小涨落最终形成了巨大的星系团，而它们都起源于宇宙暴胀时产生的量子不确定性和量子随机性。
这种量子的粗粒性意味着，如果我们想预测永恒暴胀宇宙中的事件进程，就必须学会概率论的语言。理想的情况下，如果你大体选定了一种宇宙（跟我们的可见宇宙非常类似），我们就很想知道，永恒暴胀宇宙在自我繁殖时，会有多大概率产生这样一种空间。可惜，到目前为止，宇宙学家仍然不知道如何回答这么难的问题，仍然不知道如何才能搞清楚其中所谓的“概率”或“可能性”的含义。＇1＇然而，这个问题还没有难到不可收拾的地步，人们提出了几种不同的解决方案，并分别进行了深入的研究。到目前为止，每一种方案都有不足之处。也许，我们离问题的解决只有一步之遥。＇2＇
概率性的宇宙
我一直在寻找用以表达现实的抽象方式以及会给自身启迪的抽象理念。
——埃里克·坎通纳（Eric Cantona，法国著名足球运动员）
在谈论可见的宇宙时，我们所提到的“不可能的”和“可能的”分别表示什么意思呢？假设我们已经得出了宇宙拥有某种属性的概率（例如其中存在原子或恒星的概率），形如图10。1所示。我们所画出的这张图很有代表性，描述了某个自然常数的概率分布。其中有一个峰，表示最可能出现的结果，从这个结果出发朝两边走，概率就会越来越小。这张图可能是多重宇宙理论的一个预言，于是我们想知道如何使用这张图来检验理论的正确性。我们的可见宇宙所拥有的性质在这张图中出现的概率是否为最大？更重要的是，如果我们的可见宇宙所拥有的性质在这张图中是极不可能出现的，那么我们是否该认为多重宇宙理论错了呢？
图10。1 宇宙中的自然常数可能拥有许多不同的取值，每种取值出现的概率各不相同。最可能出现的取值超出了允许生命存在的取值范围，因此我们观察不到这样的最可能出现的宇宙
对于以上问题，如果你回答“是”，那你就错了。为了明白其中的道理，我们需要了解一些多重宇宙理论中的“生命”知识。也许，任何形式生命都可以被狭隘地定义为“原子间的复杂行为”。要想使生命的出现成为可能，宇宙中的自然常数就必须落在特定的取值范围内。如果永恒暴胀最可能产生的结果处于这个范围之外，因而这种最可能的宇宙中不允许生命的存在（也许是因为该宇宙的温度从未降低到一百万度以下），那么我们就不该为自己连最可能出现的宇宙都没有见到而感到惊讶。此外，假如允许生命存在的自然常数的取值范围非常狭小，那么非常有可能的情况是，我们不能根据这张图就否定多重宇宙理论。重点不在于宇宙拥有特定属性的概率，而在于宇宙中可能存在观测者（“生命”）的同时，也拥有这种特定属性的条件概率①。至于不可能存在“观测者”（其中的观测者不必像我们人类一样）的宇宙，当我们用证据验证理论时，这种宇宙就不算数。
① 条件概率是在一件事已发生的前提下，另外一件事发生的概率。——译者注
一语惊醒梦中人。我们之前还不太习惯将宇宙学家的存在与否当作宇宙学理论正确与否的重要因素。
人择的宇宙
如果少一点自我的遮蔽，我们心灵的镜子便能多一点映照出宇宙。
——莫里斯·德鲁翁（1918～2009，法国小说家）＇3＇
宇宙学家早就意识到，宇宙的大尺度属性和生命是否能够存在之间存在某种惊人的紧密联系。乍一看，这件事有点儿怪。宇宙很大，数不尽的恒星和星系朝各个方向延伸了数百亿光年。这些东西怎么会跟此时此地、在一个不起眼的星系里绕一颗普通恒星转动的我们发生联系呢？
这种意外的联系之所以会存在，是因为宇宙的膨胀将空间和时间连在了一起。宇宙刚开始膨胀时，“生命”存在的基础，也就是能够形成复杂分子结构的化学元素，例如碳、氧和硅都不是现成的。宇宙最初三分钟的原初核合成仍未将那些元素制造出来，而只是产生了氘、氦和锂。不过，这些生命所需的元素都是经过百亿年的煅烧之后才被恒星制造出来的。这个过程涉及到一系列核反应，先是两个氦核合成了铍，再加入一个氦核就合成了碳，再加入一个氦核就合成了氧，依此类推。这种过程发生于恒星死亡的时刻，当死亡的恒星发生爆炸，形成一颗超新星时，所产生的化学元素就会散布到宇宙空间中去。最终，这些化学元素形成了宇宙尘埃、小石块，然后聚集成行星，进而组成分子和人类。
想要产生碳元素以及像太阳这样以氢为燃料的稳定恒星，维持生命所必需的环境，就需要让恒星花费数十亿年来完成炼金术的过程。这就是为什么我们不应为宇宙如此古老而感到惊讶的原因。任何化学复杂性所需的砖块都需要经过长时间的烧制才能产生。又因为宇宙在膨胀，如果宇宙已经很老了，那么宇宙的体积必然会很大——百亿光年之广。假如宇宙跟银河系一样大，让其一千亿颗恒星孕育行星系统的话，看起来有足够大的空间滋养大量的生命。但这样一款经济型宇宙的年龄也就一个月左右。这点时间根本不足以让恒星演化，烧制出生命复杂性所需的砖块。
如果把目光转向可见宇宙的其他方面，我们会发现，为了允许生命存在，这些方面的属性也必须落入相应的取值范围。我们已经提到过，宇宙的膨胀速度可以比临界速度更快，或更慢。如果宇宙年轻时的膨胀速度过快，恒星和星系就无法形成了，因为物质会分得太开，牛顿、金斯和栗弗席兹的引力不稳定性就无法让物质结团了。相反，如果膨胀速度比临界速度还慢很多，物质在宇宙早期就会结成致密的团块，宇宙中就会充满黑洞而不是以氢为燃料的恒星。我们再一次发现，不该为宇宙的膨胀速度非常接近临界速度而感到惊讶。如果不接近的话，我们就不会存在于宇宙中了。
为什么宇宙的膨胀速度在临界速度附近保持了如此长的时间？暴胀宇宙模型提供了一个简单的解释（图10。2）。＇4＇乍看之下，这种思维方式很怪异。我们通常称之为“人择原理”。这不是一个理论，无法被证明或证伪（它是正确的），而是一种方法论的原理，能够防止你从证据中得出错误的结论。这个原理告诉我们，宇宙拥有生命的存在和演化所必需的属性，所以我们不可能发现自己生活在一个没有这样属性的宇宙中。许多事情都可以归结为，烧制生命复杂性的单元需要足够长的时间，这些结论我们已经知道了，所以可见的宇宙必然非常宽广。这同时也说明宇宙必然十分寒冷、十分昏暗。经过了百亿年的膨胀，空间中辐射物质的温度必然持续下降，宇宙的尺寸每增大一倍，温度就下降为原来的一半。漫长的膨胀降低了宇宙的物质密度，所以今天平均每立方米的空间中只有一个原子。经过了百亿年的膨胀，物质的密度如此之小，辐射的温度如此之低，宇宙中几乎没有什么东西能够照亮我们的夜空。即使利用爱因斯坦的 E=mc2大法将宇宙中所有物质瞬时转化为光，我们也看不到任何显著的现象。空间中辐射物质的温度只是经历了一个不起眼的上升，从3开上升到15开。因此，夜空十分昏暗是因为宇宙十分古老。宇宙的夜空曾经十分明亮，到处都像太阳表面一样耀眼夺目，那时宇宙大约25万岁，尺寸只有现在的千分之一左右。当时的温度太高了，任何恒星、行星、分子、原子都无法形成。没有观测者能见证如此夺目的夜空。
图10。2 膨胀速度偏离了临界速度的宇宙或者会在恒星形成以前就经历一场大塌缩，或者膨胀得太快，物质抵不过宇宙膨胀的影响，无法结合成星系和恒星
这种看待我们的宇宙结构以及其他我们能想象到的宇宙结构的新视角，统一了我们对生命和宇宙的认识。这种视角同时也能防止我们从天文观测证据中得出错误的结论。在第 4章中我们看到，保罗·狄拉克发现不同自然常数的取值之间存在某种巧合，如果将特定的常数组合在一起，就能得到两个约等于 1039的大数。他认为，这两个数值如此之大，又如此接近，说明自然常数的背后必然存在某种未知的方程或者未知的自然法则。正如我们前面所看到的那样，狄拉克的想法的新奇之处在于，其中一个大数来自于真正的自然常数的组合，而另一个大数则涉及宇宙的年龄，狄拉克把宇宙的年龄也当成了某种常数。但是宇宙的年龄会随着时间增长，为了让两个 1039保持相等，他就得强行要求其他传统的自然常数也要随着时间变化。他选择了牛顿的万有引力常数G，要求它会随着宇宙年龄的增长而变小，与时间呈反比。这是一种激进的想法，但这个想法没什么根据。罗伯特·迪克指出，大数之间所谓的巧合不过是换个说法说明，我们观察宇宙时，宇宙所经历的时间刚好来得及让恒星形成，并处于稳定地燃烧氢元素的时期。我们不可能在恒星形成之前就开始观察宇宙，观测者也不可能在所有的恒星都耗尽了各自的能源后还能悠然自得，所以狄拉克说的巧合一点儿也不巧妙。由于忽略了天文观测中观测者所扮演的角色，狄拉克就得到了错误的结论。诞生于大爆炸的宇宙存在几个特殊的时期，如恒星可以形成并能够稳定地存在的时期，原子可以形成的时期，等等。稳态宇宙理论给宇宙套上了一套紧身衣，要求其历史中不存在特殊的时期，但这个要求严重地违背了天文学的观测证据。
狄拉克并没有公开接受迪克的批评，而是声称，他很乐意承认我们不会在恒星形成之前就开始观察宇宙，但他又认为，说恒星耗尽能源后就不可能存在观测者是没有道理的：
按照迪克的假设，只有在一段特殊的时期内才有可能存在宜居的行星。在我的假设中（也就是G会随时间变化），在无穷远的未来，这种行星依然能够存在，而生命永远不会灭绝。这两种假设谁对谁错尚未有定论。我倾向于那个允许生命无限延续的假设。＇5＇
值得注意的是，早在1933年1月，狄拉克就已经确定了自己的生命观，并在笔记本上花了三页的篇幅阐述了他的理解，这些文字和上述生命在宇宙中无限延续的想法极其相似。他的哥哥菲利克斯自杀后不久，狄拉克拒绝用传统的宗教方式进行悼念，而是转向另外一种形式的信仰，即为生命的存在寻找意义和目的，并将这些想法记了下来。他的私人笔记已经隐隐透露出他后来的宇宙观：
［我的］信仰是，人类会永远繁衍下去，能够毫无限度地发展和进步下去。为了我内心的安宁，这是我必须作出的假设。如果一个人能够以某种方式为无限的发展环节贡献绵薄之力，活着就有价值的。＇6＇
虽然在公开场合对观测者决定宇宙学观测的想法不置可否，狄拉克在与伽莫夫私下联系时还是有所表示的。正如我们所看
