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宇宙撕裂,萬物消失

宇宙的壽命可能是有限的

20世紀末天文學家通過觀測遙遠的超新星得到一個驚人的判斷,遙遠的天體相對於我們的退行速度越來越大,意味著在我們宇宙中存在一種無所不在的特殊能量,這種能量被稱為暗能量,因為它的唯一作用是提供斥力,使得宇宙中天體之間的退行速度越來越大,我們還沒有發現有其他什麼辦法直接和這種能量打交道。最近幾年來,天文學家和物理學家合作研究暗能量的性質,提出了各種各樣的可能。有人認為暗能量密度是一個恆量,大小不依賴地點也不依賴時間。如果是這樣,宇宙將無止境地膨脹下去,恆星和星系將消失,人類也很難維持文明。另一種可能是能量密度越來越小,對人類來說這是最好的可能。第三種可能是密度越來越大,天體之間的斥力也越來越大,最終導致大撕裂,即所有物質包括分子原子都被撕裂,這是宇宙的終結。令人害怕的是,有一些觀測證據支持這種觀點。

宇宙有一個開端嗎?如果有,宇宙是怎麼起源的?

宇宙是否有一個開端?大爆炸宇宙學說看上去承認宇宙有一個開端,在開始的時候,大約140億年前,宇宙非常非常小,突然宇宙空間的每一個點同時爆炸,溫度很高,看上去是一鍋熾熱的粒子氣體。我們現在的宇宙就是從那個嬰兒期來的。科學家們相信,在熱大爆炸之前,還有一個極為短暫的時期,宇宙在這個時期是冷的,但存在一種能量使得宇宙膨脹得更為迅速。宇宙在這個時期以前是什麼樣子,是否還有一個有趣的歷史?我們還沒有答案。

為什麼物理學定律是這樣的形式?這些物理學定律從何而來?

自然界最大的秘密是所有現象都遵循規律,這些規律在物理學中就是定律,行星遵循萬有引力定律圍繞太陽轉,電子遵循電磁定律和量子力學圍繞原子核轉,太陽遵循核物理定律發光發熱。過去,物理學家和普通人一樣,認為物理定律就該是這個樣子,從來沒有問過物理定律為什麼是這樣子,還有沒有可能是別的樣子。物理學和宇宙學的發展使得科學家們開始提出這些問題,而問題的回答可能並不簡單,也許是物理學的終極答案。

宇宙中物質的複雜性的起源

宇宙是複雜的,地球上的很多現象是複雜的,如果沒有這些複雜現象,我們的生活就少了很多樂趣,例如美就是建立在複雜現象的基礎上的。甚至可以說,沒有複雜性,就沒有生物,沒有人類,沒有喜怒哀樂。物理學家喜歡研究小系統,因為簡單。但一個複雜的現象必然與比較大的系統有關,複雜性往往就是系統中很多部分合作產生的。生命的基礎建立在蛋白質、基因等大分子和分子集團之上,這些複雜的結構是怎麼來的?我們能從簡單的物理規律推出它們的起源嗎?

宇宙如何結束?

前面說到,如果暗能量的密度越來越大,我們的宇宙前景可不怎麼樣,但即使是這樣,也要幾百億年甚至上千億年宇宙大撕裂才會發生。僅就目前我們掌握的情況來看,懷疑宇宙會發生大撕裂有點杞人憂天,要肯定暗能量密度越來越大,至少需要我們做十年甚至二十年的實驗。也許暗能量密度不會變大也不會變小,也許會變小,誰知道呢?西方人特別在乎宇宙未來會不會崩潰或者死寂,哪種結果都是他們不希望看到的。在不遠的將來,也許我們能夠確定宇宙將如何結束。

我們的宇宙是經過微調以適應生命和智慧存在的嗎?如果是,為什麼?

人的存在在我們眼中是天經地義的,就像日月星辰、山川土地的存在一樣自然。物理學學習到一定程度,我們就會知道,世界上很多存在和現象與物理定律密切相關。如果我們稍微改變一點物理定律,世界可能就完全不同,例如,將萬有引力的強弱變化一些,太陽也許還存在,但大小完全不是現在這個樣子。將電子電荷變化一點,分子原子的大小完全不同,人類也許因此不復存在。每一個物理定律和物理常數就像一個收音機調台鈕,旋動一點,生命和智慧就會消失。

愛因斯坦的後繼者

愛因斯坦毫無疑問是20世紀最偉大的科學家,甚至是20世紀最著名的人。所以,經常有人問,愛因斯坦之後還有和他一樣偉大的科學家嗎?如果有,是誰?對第一個問題的回答是否定的,從而第二個問題也就變得沒有意義了。

愛因斯坦是相對論的唯一創始人,是量子理論的創始人之一,而這兩個理論是20世紀以來物理學的兩大支柱。做到其中一點,就會成為不朽的科學家。媒體經常拿霍金說事,認為他是愛因斯坦的繼承人。作為一位身體殘缺卻對物理做出很大貢獻的人,霍金無疑值得我們尊敬。他在物理學中最為人稱道的貢獻是發現黑洞輻射,這個發現也是理論上的,由於條件所限實驗上還沒有驗證霍金的理論。即使霍金是正確的,這個貢獻也無法比擬愛因斯坦的兩大貢獻。所以,嚴格地說,霍金雖然可說是愛因斯坦之後繼承愛氏研究的重要科學家之一,卻不能說成是他的繼承人。誰是愛因斯坦的繼承人?當然沒有,因為愛氏晚年最大的心願還沒有能夠為後人完成:將自然界所有基本物理定律統一起來。

物理定律可以完全統一起來嗎?歷史的經驗似乎支持正方。天體運動規律和地球上物體運動規律被牛頓統一起來了,不同的熱學現象和化學現象也統一起來了。在19世紀,看上去完全不同的光和電也統一起來了,到了20世紀,亞原子世界的兩種力也統一起來了。最後我們問,萬有引力和電磁力是同一種力嗎?很多愛氏的後繼者認為一定可以統一起來,雖然直到今天我們還沒有能夠完成這個偉業。這個尷尬局面為反方提供了嘲笑的把柄。

還有很多人從理論上試圖完成這項看上去不可能完成的任務,這些人分成若干派別,其中最大的一派叫超弦派,我就屬於這一派。超弦派認為,世界上所有的最小的不可再分的粒子其實是弦,或者類似弦的東西。還有一派認為超弦派走得太遠了,他們相信只要將愛因斯坦的理論重新包裝一下,然後用一些看上去很抽像的數學折騰一下,就可以成功了。再有一些少數派,基本上在自彈自唱無人理睬。現在看起來,研究粒子的物理學家和研究宇宙的物理學家比較傾向於支持超弦派。也許下一個愛因斯坦會出自超弦陣營,我卻不願意押寶。雖然我將希望寄托在隨時可以冒出來的天才身上,我卻深刻懷疑偉人的時代已經過去了,就像莎士比亞不可複製一樣,愛因斯坦同樣不可複製。也許我們每一個人都將是那個「偉人」的一個部分,我們這些堅信宇宙和物理學規律是統一的人,作為一個集體是愛因斯坦的後繼者。

這個世紀也許在經濟上是一個不尋常的世紀,在物理學上,我感覺將是一個令後人覺得了不起的世紀。