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《越弱越暗越美丽》宇宙撕裂,万物消失

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宇宙的寿命可能是有限的

20世纪末天文学家通过观测遥远的超新星得到一个惊人的判断,遥远的天体相对于我们的退行速度越来越大,意味着在我们宇宙中存在一种无所不在的特殊能量,这种能量被称为暗能量,因为它的唯一作用是提供斥力,使得宇宙中天体之间的退行速度越来越大,我们还没有发现有其他什么办法直接和这种能量打交道。最近几年来,天文学家和物理学家合作研究暗能量的性质,提出了各种各样的可能。有人认为暗能量密度是一个恒量,大小不依赖地点也不依赖时间。如果是这样,宇宙将无止境地膨胀下去,恒星和星系将消失,人类也很难维持文明。另一种可能是能量密度越来越小,对人类来说这是最好的可能。第三种可能是密度越来越大,天体之间的斥力也越来越大,最终导致大撕裂,即所有物质包括分子原子都被撕裂,这是宇宙的终结。令人害怕的是,有一些观测证据支持这种观点。

宇宙有一个开端吗?如果有,宇宙是怎么起源的?

宇宙是否有一个开端?大爆炸宇宙学说看上去承认宇宙有一个开端,在开始的时候,大约140亿年前,宇宙非常非常小,突然宇宙空间的每一个点同时爆炸,温度很高,看上去是一锅炽热的粒子气体。我们现在的宇宙就是从那个婴儿期来的。科学家们相信,在热大爆炸之前,还有一个极为短暂的时期,宇宙在这个时期是冷的,但存在一种能量使得宇宙膨胀得更为迅速。宇宙在这个时期以前是什么样子,是否还有一个有趣的历史?我们还没有答案。

为什么物理学定律是这样的形式?这些物理学定律从何而来?

自然界最大的秘密是所有现象都遵循规律,这些规律在物理学中就是定律,行星遵循万有引力定律围绕太阳转,电子遵循电磁定律和量子力学围绕原子核转,太阳遵循核物理定律发光发热。过去,物理学家和普通人一样,认为物理定律就该是这个样子,从来没有问过物理定律为什么是这样子,还有没有可能是别的样子。物理学和宇宙学的发展使得科学家们开始提出这些问题,而问题的回答可能并不简单,也许是物理学的终极答案。

宇宙中物质的复杂性的起源

宇宙是复杂的,地球上的很多现象是复杂的,如果没有这些复杂现象,我们的生活就少了很多乐趣,例如美就是建立在复杂现象的基础上的。甚至可以说,没有复杂性,就没有生物,没有人类,没有喜怒哀乐。物理学家喜欢研究小系统,因为简单。但一个复杂的现象必然与比较大的系统有关,复杂性往往就是系统中很多部分合作产生的。生命的基础建立在蛋白质、基因等大分子和分子集团之上,这些复杂的结构是怎么来的?我们能从简单的物理规律推出它们的起源吗?

宇宙如何结束?

前面说到,如果暗能量的密度越来越大,我们的宇宙前景可不怎么样,但即使是这样,也要几百亿年甚至上千亿年宇宙大撕裂才会发生。仅就目前我们掌握的情况来看,怀疑宇宙会发生大撕裂有点杞人忧天,要肯定暗能量密度越来越大,至少需要我们做十年甚至二十年的实验。也许暗能量密度不会变大也不会变小,也许会变小,谁知道呢?西方人特别在乎宇宙未来会不会崩溃或者死寂,哪种结果都是他们不希望看到的。在不远的将来,也许我们能够确定宇宙将如何结束。

我们的宇宙是经过微调以适应生命和智慧存在的吗?如果是,为什么?

人的存在在我们眼中是天经地义的,就像日月星辰、山川土地的存在一样自然。物理学学习到一定程度,我们就会知道,世界上很多存在和现象与物理定律密切相关。如果我们稍微改变一点物理定律,世界可能就完全不同,例如,将万有引力的强弱变化一些,太阳也许还存在,但大小完全不是现在这个样子。将电子电荷变化一点,分子原子的大小完全不同,人类也许因此不复存在。每一个物理定律和物理常数就像一个收音机调台钮,旋动一点,生命和智慧就会消失。

爱因斯坦的后继者

爱因斯坦毫无疑问是20世纪最伟大的科学家,甚至是20世纪最著名的人。所以,经常有人问,爱因斯坦之后还有和他一样伟大的科学家吗?如果有,是谁?对第一个问题的回答是否定的,从而第二个问题也就变得没有意义了。

爱因斯坦是相对论的唯一创始人,是量子理论的创始人之一,而这两个理论是20世纪以来物理学的两大支柱。做到其中一点,就会成为不朽的科学家。媒体经常拿霍金说事,认为他是爱因斯坦的继承人。作为一位身体残缺却对物理做出很大贡献的人,霍金无疑值得我们尊敬。他在物理学中最为人称道的贡献是发现黑洞辐射,这个发现也是理论上的,由于条件所限实验上还没有验证霍金的理论。即使霍金是正确的,这个贡献也无法比拟爱因斯坦的两大贡献。所以,严格地说,霍金虽然可说是爱因斯坦之后继承爱氏研究的重要科学家之一,却不能说成是他的继承人。谁是爱因斯坦的继承人?当然没有,因为爱氏晚年最大的心愿还没有能够为后人完成:将自然界所有基本物理定律统一起来。

物理定律可以完全统一起来吗?历史的经验似乎支持正方。天体运动规律和地球上物体运动规律被牛顿统一起来了,不同的热学现象和化学现象也统一起来了。在19世纪,看上去完全不同的光和电也统一起来了,到了20世纪,亚原子世界的两种力也统一起来了。最后我们问,万有引力和电磁力是同一种力吗?很多爱氏的后继者认为一定可以统一起来,虽然直到今天我们还没有能够完成这个伟业。这个尴尬局面为反方提供了嘲笑的把柄。

还有很多人从理论上试图完成这项看上去不可能完成的任务,这些人分成若干派别,其中最大的一派叫超弦派,我就属于这一派。超弦派认为,世界上所有的最小的不可再分的粒子其实是弦,或者类似弦的东西。还有一派认为超弦派走得太远了,他们相信只要将爱因斯坦的理论重新包装一下,然后用一些看上去很抽象的数学折腾一下,就可以成功了。再有一些少数派,基本上在自弹自唱无人理睬。现在看起来,研究粒子的物理学家和研究宇宙的物理学家比较倾向于支持超弦派。也许下一个爱因斯坦会出自超弦阵营,我却不愿意押宝。虽然我将希望寄托在随时可以冒出来的天才身上,我却深刻怀疑伟人的时代已经过去了,就像莎士比亚不可复制一样,爱因斯坦同样不可复制。也许我们每一个人都将是那个“伟人”的一个部分,我们这些坚信宇宙和物理学规律是统一的人,作为一个集体是爱因斯坦的后继者。

这个世纪也许在经济上是一个不寻常的世纪,在物理学上,我感觉将是一个令后人觉得了不起的世纪。