正文 第五章 探討宇宙的未來,想象未來的生活(1 / 3)

1.宇宙的未來

將宇宙作為一個整體進行研究的宇宙哲學,對於我們這些生活在地球上的凡夫俗子來說,還是一門嶄新的科學,而在這門博大精深的科學中,我們對宇宙的最終命運之謎了解得最少。但是人類至少已經發現了幾條可以揭示宇宙命運的線索,其中一些線索可以給我們帶來希望,而另一些線索卻隻能使人覺得沮喪。

兩條線索

好消息是我們暫時還不會被宇宙“驅逐出境”。宇宙很可能至少可以將目前這種適於生命存在的狀態再維持l000億年。這相當於地球曆史的2O培,或者相當於智人(現代人的學名)曆史的5O0萬倍。如果人類在公元1000億年的新年前夜到來之前就已經消亡,無法施放焰火慶祝新年的到來,那絕對不會是宇宙本身的錯。

壞消息是沒有什麼東西是可以永遠存在的。宇宙也許不會消失,但是隨著時間推移,它可能會讓入覺得越來越“不舒服”,並且最終變得不再適於生命存在。計算這種情況何時會出現以及將會怎樣出現確實是一門令人心情抑鬱的科學,但是我們也不得不承認這項研究本身也有一種冷酷的魅力。從天文學家埃德溫·哈勃1929年發現宇宙正在膨脹以來,經典的“創世大爆炸”理論經過了幾十年的不斷修改。根據這一理論,宇宙的最終命運將取決於兩種相反力量之間的“拔河比賽”的結果。一種力量是宇宙的膨脹,在過去10O多億年的時間裏,宇宙的擴張一直在使星係之間的距離拉大。另-種力量是這些星係和宇宙中所有其他物質之間的萬有引力:它就像製動器一樣使宇宙擴張的速度逐漸放慢。

這個問題非常簡單,如萬有引力足以使擴張最終停止,那麼宇宙就注定會發生坍縮,最終變成一個大火球——同創業大爆炸相當,但過程正好相反的“大崩墜”。如果萬有引力不足以阻止宇宙的待續膨脹,那麼它最終將變成一個令人感到“不快”的黑暗和寒冷的世界。恒星是通過使輕原子核(主要是氫和氦)發生聚變反應形成較重的原子核來產生能量的。當恒星內部儲存的氫和氦消耗殆盡的時候,衰老的恒星上燃燒的火焰會因為沒有新的原子來替代已經消耗掉的原子而熄滅,同時宇宙也會逐漸衰變成一個漆黑一團的空間。

一個結局

任何一種結局看起來好像都在預示生命的消亡。如果宇宙的最終命運是熊熊烈火,“大崩墜”就會熔化一切,甚至亞原子粒子也難逃厄運。另一方麵,如果宇宙以無邊的寒冷和黑暗而告終的話,宇宙中的生命形式就有可能存在很長一段時間——例如,智慧生命可以通過從洞中提取引力能來獲得能源從而維持自己的生存。但是,在所有的物體都已經衰減到差不多相同溫度(略高於絕對零度)的情況下設法維持生存,就像是要利用—潭死水來推動水磨一樣困難。

不過我們的最終命運目前還無法確定,部分原因是我們還不能判斷擴張和有行引力這兩者誰會取得最後的勝利。大多數天文學觀測的結果支持前者,但是目前仍然存在著許多不確定的因素。其中之一是令人大傷腦筋的“暗物質”問題。對星係運動方式的研究表明,星係中蘊藏著大量的非星係內部引力,這說明我們能夠看到的恒星和星雲僅占宇宙物質總量的1%至10%。其餘的物質是不可見的;這些物質並不發光。目前還沒有人知道這些暗物質到底是什麼。—鍾可能性是它是由弱相互作用大質量粒子(wIMp)構成的。在我們能夠確定暗物質的成分並用數學方法對其進行計算之前,以我們目前能夠看到的一切為基礎對宇宙的未來進行預測是絕對靠不住的,這就像是首先在鄉村俱樂部對幾個打高爾夫球的人進行民意測驗,然後根據測驗結果來預測全國大選的結果一樣缺乏可信性。

同時,諷刺文學作家和宿命論者對於這種“火或冰”的結局也感到了一種帶有苦澀意昧的滿足,這充分反映出人類,思維意識的精髓:沒有人可以活著脫離中活的苦海。而這正是使我對這一宇宙的最終命運產生懷疑的原因。我們在開科學方法研究宇宙哲學的過程中總結出來的重要經驗是:宇宙的發展變化常常並不符合我們長期以來已經確立的思維方式——要理解宇宙,我們需要新的思維方式。愛因斯坦的彎曲空間、海森伯格的不確定原理等誕生於20世紀的概念使我們的思維方式發生了重大改變,同時人們也認識到每時每刻都有數以萬億計的亞原子粒子在我們的身體裏快速運動但卻並未造成任何損害,這些都是現代宇宙哲學不可或缺的組成部分,所以我認為我們有理由假設在即將到來的新世紀裏;人們將敞開大門接受一些更加奇異的概念。因此,我們或許有可能從尚未開啟的大門下麵瞥見門後發出的幾道光線,而在這兒道光線的幫助下我們也許就可以對宇宙的未來作出更加準確的預測了

不確定因素

與宇宙最終命運有關的一個不確定因素涉及膨脹理論,根據這一理論,宇宙始於—個像氣泡一樣的虛無空間,這個空間最初的膨脹速度要比光速快得多,宇宙學家之所以相當重視膨脹理論是因為這一理論解決了一些創世大爆炸理論的早期版本所無法解決的問題,此外,膨脹理論對於研究宇宙的最終命運也有—些啟示作用。其中包括:最初推動宇宙高速膨脹的力量(有時根據它在愛因斯坦的廣義相對論方程式中的代號用希臘字母入表示)在宇宙像“打嗝”一樣膨脹結束之後也許並沒有完全消退。它可能還存在於宇宙中,伏在虛無的空間,不斷推動宇宙持續擴張,就像胡座員在幕間休息結束後斯文有禮地引導觀眾回到劇場一樣。對遙遠的星係中正在爆發的恒星所做的觀察表明,這種正在發揮作用的膨脹推動力有可能確實存在。如果真是這樣的話,決定宇宙未來命運的拔河比賽”就不僅涉及宇宙的擴張和萬有引力的製動作用,而且還與微妙的徘徊不去的膨賬推動力所產生的可以使宇宙無限擴張下去的渦輪增壓作用有關。

但是,最能引起人們興趣的未知數也許是智慧生命本身在宇宙中扮演著什麼樣的角色。正如物理學家弗田曼·戴森所說:“如果不將生命和智慧的作用考慮在內,對遙遠的未來進行詳細的預測是不可能的。”好壞姑且不論,地球相當大的一部分確實已經被—種有能力為了自己的利益而操縱其生存環境的智能物種改變了。

與之相似,存在於遙遠未來的先進文明也許有能力熔化許多恒星甚至整個星係,從而生起一堆巨人的“營火”,或者使宇宙的長期發展朝著對這—文明有利的方向前進。在宇宙逐漸衰亡的沒落時期,生活也許會變得非常枯燥乏味,但是這種生活可能會持續很長的時間。試想一下我們能夠看到的宇宙在未來1萬億年時間裏可以動用多少天然智能和人工智能資源吧。你認為那種高度發展的智慧和以19世紀的熱力學知識為基礎、認為人類注定會滅亡的觀,點究竟誰會取得勝利呢?

所以.讓我們拭目以待,正如愛因斯坦在寫給一個對世界的命運感到擔憂的孩子的信中所說:“至於談到世界末日的問題,我的意見是:等著瞧吧!”

2.宇宙的命運

宇宙的最終命運是什麼?現在還很難在一係列可能性中給出選擇,但是答案必定依賴於宇宙中兩個博弈量的相對強度——引力和使宇宙加速的力(稱為“宇宙常數”)。我們先來看看引力獲勝時宇宙的未來如何。膨脹將趨於停止,然後逆轉過來。我們不會再看到星係遠離我們、光譜紅移,相反,它們將靠近我們,我們會觀測到藍移的光譜。宇宙的溫度會上升,星係團之間的碰撞也將更加頻繁。

夜空開始變亮,最終整個宇宙將在“大坍縮”(BigCrunch)中走向終結,就像是大爆炸反過來一樣。

那時會發生什麼?也許宇宙會重新縮成一團,以至坍縮成為下一輪大爆炸的開端,如此反複以至無窮。我們曾不得不假設宇宙有一個創生時刻,時間從那時開端,而這種宇宙的大輪回可以讓我們從這個假設中解脫出來,在某種程度上,這一想法令人欣慰。

不幸的是,現在的理論認為“大坍縮”永遠也不會發生。原因很簡單,宇宙中的物質實在太少(即便把暗物質包括在內),不足以使膨脹逆轉。引力還不夠強大,而其博弈者——宇宙常數——的存在,隻會把事情弄得更糟,看來宇宙將永遠膨脹下去,而且膨脹得越來越快。接下來將發生什麼,取決於“宇宙常數”的大小,但它真的是個常數嗎?至今我們還沒有證據來給出定論。目前,我們對它的所知僅限於知道它的斥力作用是恒定的,因此讓我們暫且作此假設,並且看看將要發生些什麼。

3.永不停息的膨脹

在我們的太陽冷卻、死亡很長時間之後,宇宙中許多其他恒星光彩依舊,此時星係團之間的距離正不斷增大。一般認為,在星係團內,成員星係之間的距離相對較小,引力仍然起著支配作用,足以把它們約束在一起。但是,各個星係團之間的距離極遠,宇宙常數導致的斥力會使得團與團之間的距離不停地增加。站在不同的星係中互望,對方都將變得暗淡異常,甚至在星係團內部,情況也在發生變化。隨著時間流逝,光芒燦爛的恒星將在爆發中走向死亡,隻留下暗淡的遺跡,同時黑洞的數目也將增加。可供形成新恒星的物質越來越少,星係的亮度在經曆最初的平緩下降後,開始加速下降,步入黑暗。

大約在1013年後,恒星停止輻射,所有的核能都消耗一空。引力效應持續起作用,黑矮星之間的近距離交會事件連綿不絕。一顆圍繞著星係中心旋轉的恒星將由於輻射引力波而損失能量,與其他許多恒星一道,慢慢向星係中心的黑洞靠近,最終結果就是形成一個超大質量黑洞。同樣的基本規律或許也可以應用到超星係團的成員星係團上,例如由本星係群和室女座星係團組成的超星係團中,所有的物質正在向中心集中。

大約1020年後(比宇宙目前的年齡老10倍),宇宙將是一片淒涼景象:死去的恒星和行星的亡靈,可怕的黑洞,四處穿梭的元素粒子和光子。整個空間將膨脹到一個我們無法想象的尺度,黑洞之間的距離將至少比現在的可觀測宇宙還大100倍!任何生命都將消失。宇宙尚未滅亡,但生命遊戲已經悄然終結了。

4.沒有永恒

甚至連黑洞也不是永生的。我們在前文曾提到過,空間中任意一團真空其實都被稱之為“虛粒子”的東西充滿,它們的壽命極其短促,因此通常無法轉換成普通物質。這些粒子總是成對出現,除了電荷極性相反外,其他的一切性質都相同。它們會在一瞬間互相湮滅。

然而,假設一個粒子和它的反粒子恰巧出現在黑洞視界的邊緣,請記住視界就是黑洞吞噬萬物的臨界區域。這對粒子還來不及發生湮滅,其中之一可能就被黑洞拽進了視界之內,而另一個則向相反的方向逃逸而去。對一個位於黑洞之外的觀測者而言,這也就等於從黑洞視界之內輻射出了一個粒子,因此黑洞的質量也減小了和輻射出的粒子相同的質量,視界的半徑也隨之縮小。這種過程不斷在發生,稱之為“霍金輻射”,黑洞變得越來越小,最終它將在一次輻射爆發中消失無蹤。