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大自然的常数:可能的洗牌与宇宙反弹

时间:2023-11-22 理论教育 版权反馈
【摘要】:倘若如此,他们可能会调节膨胀的结果以达到有利于生命继续存在的状况。或许,哈里森认为,这就是我们发现它们之所以是如此的原因。但是宇宙学家们总是认为崩坍的宇宙可能“反弹”,像再生的凤凰一般,回到膨胀的状态。如果有的话,当一次反弹发生时会发生什么变化?如同约翰·惠勒原先建议的那样,可能的情况是,每次反弹发生,大自然常数的数值有一次洗牌。然而关于这一历程尚有进一步的曲折。

大自然的常数:可能的洗牌与宇宙反弹

漂移的宇宙就像时间河流中泡沫里的气泡。

——阿瑟·C·克拉克[14]

在永恒膨胀的宇宙的自复制特征暴露之前,[15]有人提出,通过安排基本粒子之间的特殊的高能碰撞而在宇宙的一个部分启动膨胀是可能的。[16]这永恒的膨胀的情景实际上是根据预期,真的不需要安排。宇宙发生频繁的持续的膨胀无须智能的帮助或者愚蠢的灾害。

如果宇宙在膨胀的轮回之中永恒地重复创造其本身,现在会是怎样?或许在昔日膨胀的区域已经有超级先进的文明,他们能知道怎样启动膨胀和剪裁其成果。倘若如此,他们可能会调节膨胀的结果以达到有利于生命继续存在的状况。英国天文学家爱德华·哈里森(E. Harrison)曾仔细思索过,[17]我们可以想像这种文明的生物会选择使宇宙的下一版本的特征更好地适合于生命超过它们本身在其中进化的这个版本的情况。如果这种调节过程持续遍及永恒膨胀的许多世代,那么我们应该期望可控制的大自然常数的数值之间支持生命的“巧合”关系调谐得越来越精细。或许,哈里森认为,这就是我们发现它们之所以是如此的原因。作为如此有吸引力的宇宙的智能设计可能看起来是这样,它是怎么发轫的这点并不清楚。如果宇宙开始具有的常数远离允许复杂性发展的数值,它们永远不会发展出有意识的生物所需要的精细调谐常数。他们将不得不依靠随机的涨落向宇宙提供使生物演化成有足够的才智来精细调谐它的常数。

美国物理学家李·斯莫林[18](Lee Smolin)曾提出过另一个有趣的方案,该方案也能看到在某种外界影响下大自然常数的演变。他指出,每当一个黑洞在宇宙中形成时,就存在某个供一个新的平行宇宙出现的区域,在其中心从一个神秘的奇点爆发出来。被黑洞俘获的一切东西最后不可抗拒地跌进位于它中心的这个奇点。替代消失在永久的遗忘中的是,消失的物质会作为一个新的膨胀宇宙而重生,其大自然的常数数值以随机方式略有变动。[19]

在长期演变中,这个情景导致肯定的预期。如果物质崩坍进入一些黑洞总是孕育新的宇宙,于是黑洞越多,宇宙产生的子孙越多,它将不得不推广有关它本身“遗传编码”的信息——其确定的大自然常数的数值。最终,有人论证说,我们应期望发现自身生活在这样的宇宙中,其中常数已演变为一套能最大限度地产生黑洞的数值。我们观测的常数数值上的任何小变化因此注定较难产生黑洞。

虽然这只是由这个情景可能导出的一个结论。从我们的人择原理考虑出发,我们可以看到,结果证明可能是这样的情形,那些常数取值能最大程度产生黑洞的宇宙是根本不可能包含有生命的观测者的。人择原理的应用因此是实质性的。我们只能预言我们应该发现自己所在的一个宇宙,其常数数值能最大限度地产生黑洞,假定有生命的观测者也必须是可能的。而这可能是完全不同的一种宇宙。

另一个长期的可能性是当常数改变其数值时,对于黑洞的产生不存在局部的极大值。对于某些常数可能存在方向的变化,允许黑洞产生,并继续变得越来越大而至永远。再则,关于大自然常数的终极值,我们可说的是相当少。[20]

这提出另一个途径,以此具有不同常数的其他世界的一个系综可以从我们的宇宙产生。如果一个宇宙包含充足的物质自己收缩回去,并在未来经历一次大坍缩,那么真正的奥秘在于当大坍缩出现时会发生什么。从物理学上讲,它不是完全不同于黑洞的中心。也许这宇宙,连同空间和时间,以及大自然的定律,正好走向末日,而且随之为虚无。但是宇宙学家们总是认为崩坍的宇宙可能“反弹”,像再生的凤凰一般,回到膨胀的状态。如果是这样,能导出的自然结论是宇宙将永远继续在膨胀和收缩状态之间振荡,如图13.2所示。最主要的问题是什么?如果有的话,当一次反弹发生时会发生什么变化?是像被单一样被清除干净呢或者有关老的循环的某些信息真的被带进新循环呢?(www.xing528.com)

图13.2 一个振荡的宇宙,在其中,通往未来的大坍缩的崩坍被重新膨胀进入一个新循环所接替,等等至永远。

如同约翰·惠勒原先建议的那样,可能的情况是,每次反弹发生,大自然常数的数值有一次洗牌。[21]这将创造一个永无止境的膨胀的和收缩的宇宙系列,在各宇宙中常数是不同的。惟有在其中这“批”常数形成能允许生命存在的排列的那些循环中,我们才能够存在。不幸的是,我们不知道如何将一个循环中的常数数值与下一个循环中的相应数值联系起来。当它参与到作为一个整体的宇宙的特性时,有一个大的因素会起主要的作用。如果这些常数发生变化进入某一排列,该排列不允许宇宙发生崩坍再回到一个大坍缩,游戏就此结束,而宇宙将在数据栈留下一串永远不会再来重新处理的常数。显然,这是宇宙发现它本身所在的最可能的状态。如果在过去宇宙有过无限多次数的振荡,并且发现存在某个排列有任何机会使振荡在那时终止,最终,那个排列一定会实现,且振荡将终止。[22]

连续性是令人喜爱的事,宇宙学家们喜欢将它加到循环至循环的演化中去。热力学的第二定律说,无序(“熵”)永远不会随时间流逝而减少。如果将这原理坚持用于从循环到循环并且能量是守恒的,[23]那么它使循环的尺度稳定地增长(图13.3)。[24]

图13.3 如果能量是守恒的,熵增加使相继的循环在尺度上增大。

这是相当有意义的事,因为在长期的运行中,宇宙必定推向越来越接近临界膨胀的状态,这需要援引膨胀来解释。然而关于这一历程尚有进一步的曲折。马里乌兹、达布罗夫斯基和我[25]表明,如果宇宙真空能量的作用加速宇宙的膨胀,如当代的观测所指出的,那么它总是会将振荡的结果引向结束,并且让宇宙留在一个不断加速膨胀的轨道上进入未来(图13.4)。

图13.4 如果存在一个小的正的宇宙学常数,那么最终这些循环必定走向结束,由宇宙学常数的影响而加速,留下宇宙永远膨胀。

这最终的结果总是让宇宙陷在它的最后一堆常数里不停地膨胀,处于在真空能量压力和宇宙中所有其他形式物质之间具有精细平衡的状态,实际上有点像我们自己的宇宙。

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