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宇宙的“目的”:黑洞?

我们很容易把宇宙想作是一间没有意义的仓库,里面装满了行星和恒星之类的天体。但现在出现了一个有趣的理论,认为宇宙不仅是我们看到的那么简单;宇宙正在设法达到一个“目的”,而黑洞在其中起到了不可或缺的作用。

这个理论称为“宇宙自然选择论”(Cosmological Natural Selection),提出者李·斯莫林(Lee Smolin)是圆周理论物理研究院的研究员,也是滑铁卢大学的理论物理副教授。他的理论认为,从实际效果来看,宇宙就是一个黑洞发生装置,或者说,它是一个为了产生尽可能多的婴儿宇宙而进行了优化的系统。

恒星

产生黑洞的重要方式是超新星爆发——而要想有超新星爆发,你需要很大的恒星。

斯莫林在他的著作《宇宙的寿命》(The Life of the Cosmos)中主张,即使在最大的尺度上、对于没有生命的实体,达尔文式的演化机制也一样适用。宇宙是一个能够复制自身的单元,所以它也要面对选择的压力。因此,宇宙的几乎一切行为,都会趋向于复制自身的方向。

“这个理论可以解释我们的自然规律是如何脱颖而出的。”斯莫林告诉我们,“如果这个理论正确,那么宇宙的各项参数就一定是调节到了让黑洞的数目尽可能多的状态。”

宇宙奇点和婴儿宇宙
黑洞,还有黑洞所产生的宇宙奇点,都在斯莫林的理论中居于中心位置。黑洞是一片特殊的时空区域,在其中,用来测量引力场或温度的度量值达到了无限。黑洞也是广义相对论失效的区域,这使得一切预测都不再可能。经典的广义相对论认为,每一个黑洞内部都有一个奇点。然而弦论和圈量子引力论却认为,黑洞中的奇点是可以去除的;如果是那样,我们或许就可以预测其中的那片时空区域在未来的演化了。

斯莫林指出:“掉入黑洞的物体不会就这么撞上宇宙奇点并停止演化,时间也不会就这么终结。时间将会继续流动,掉进黑洞的任何物体都有一个未来,而它们置身其中的那片区域,我们称之为‘婴儿宇宙’。”

斯莫林还认为,这些婴儿宇宙不会受到母宇宙中任何事件的影响,母宇宙无论是永远膨胀还是热寂消亡,婴儿宇宙都将继续演化下去。

他介绍说:“根据现在的测算,黑洞会在辐射中不断蒸发――所谓的‘霍金辐射’――直到它们和宇宙微波背景辐射的温度形成均衡。”但是他认为,这个过程和视界的性质有关,而蒸发的也仅仅是视界而已。

“婴儿宇宙也许会和原来的那个宇宙发生前所未有的接触,但是这究竟会不会发生,还要取决于量子引力论的种种细节。”斯莫林说道。

一个达尔文式的模型
就像达尔文的变异和选择理论,斯莫林也猜想婴儿宇宙会和哺育它们的母宇宙略有不同。宇宙的这个“变异”,也就是自然参数的略微修改,可能会塑造出一个全新的宇宙,和母宇宙相比,它的复制能力可能更强,也可能更弱。

比如,如果宇宙学常数和光的速度略微修改,或者引力定律变得太弱或者太强,所形成的新的宇宙就可能无法有效地聚集大量物质、形成巨大恒星。在这样一个宇宙里,物质可能不会聚集成恒星,星系也可能无法形成。

根据这个模型,一个经过演化、产生黑洞的能力达到最佳的宇宙,就是一个“适者”宇宙。这或许可以解释我们观察到的这个宇宙何以会产生大量巨星――因为每一颗巨星都有可能成为一个婴儿宇宙。

眼下,这个宇宙变异的理论只是一个纯粹的猜想。斯莫林也承认:“这还是一个假说。”

但话虽如此,斯莫林还是认为弦论或许能为它提供支持。“弦论也许和我的假说有点关联,”他说,“弦论描述的是一幅由不同宇宙学参数构成的景观,它们互相之间有着不同的相变――而这正是我在设法解释宇宙学常数的变异时想举的例子。”

斯莫林还不确定一个黑洞可以产生几个婴儿宇宙,他的猜想是每个黑洞产生一个。“这个问题的答案最终要取决于量子引力论。”他说。

生命是一个副产物?
我们问斯莫林,按照他的说法,宇宙中出现生命是不是一个意外?人类和所有其他生物会不会只是一个副现象、只是一个更加宏伟的事件中的副产品?

“如果宇宙自然选择假说是正确的,那么宇宙中存在生命、适宜生命的现象,就只是宇宙通过调节自身产生大量巨恒星、从而产生黑洞这个事实的结果。”

但是他随即补充说:“‘如果’这两个字是一定要加上的。”

此前曾有科学家提出相反的意见,在他们看来,宇宙对于生命友好得出奇,自然规律仿佛是为了制造生命而特别调节出来的。有人甚至认为,这就是宇宙的最终“目的”――它的种种条件,都是为了哺育出生物个体而设置的。(这就是所谓的“生命宇宙假说”,biocosm hypothesis。)

哲学家同样喜欢鼓吹所谓的“人择原理”,这条原理认为,要分析宇宙和宇宙中发生的一切,就一定要考虑到观察者(也就是智能生物)的存在。我们人类难免受到“观察选择效应”的制约,也就是说,我们只可能观察到那些对于生命友善的宇宙。

看宇宙

按照人择原理,我们看到的宇宙必然是适合生命存在的,不然的话,我们就不会出现,自然也没法去看宇宙。

斯莫林却对这些观点不以为然,他主张宇宙学家在研究和理解宇宙性质的时候,应该将生命排除在外。他还指出,人择原理根本不能为任何可以验证的实验提出可以证伪的预测。

另一方面,他又表示宇宙自然选择理论“完全可以做到这一点”。

而且,宇宙的各种定律,连同宇宙中的所有物质,都可以不必参考生命的存在就能解释。

他说:“我们生活的这个世界里充满了大量的碳和氧,也充斥着大量适宜生命的恒星,这并不是一个巧合。”宇宙中存在碳和氧之类适宜生命的元素,这个现象不必靠亲生物的理论也完全能够解释。斯莫林的解释是,这些元素使得宇宙中能够形成足够大的恒星,而这些恒星又能够形成黑洞。

他指出,人择原理的支持者提出的那些证据,都可以做出人择原理之外的解释。

批评
不用说,斯莫林的这个宏伟理论受到了许多批评。这毕竟是一个非凡的观点,而非凡的观点往往都会受到特别严格的考察。

比如宇宙学家乔•西尔克(Joe Silk)就认为,我们观察到的这个宇宙,远远谈不上是黑洞的理想制造者。他认为,其他“版本”的宇宙或许更能胜任这份工作。

同样,亚历山大•维连金(Alexander Vilenkin)也指出,如果宇宙学常数的数值有所增加,黑洞的形成速度还可以再提高一些。斯莫林假设自然界的各项常数都已经调节到了最适合产生黑洞的数值,他认为这个观点是错误的。

鲁迪格•瓦斯(Ruediger Vass)则认为,斯莫林将宇宙的演化和达尔文式的演化相提并论,这本身就是个错误。他指出,斯莫林的那些宇宙的适应性,并不受到它们各自环境的制约,而是取决于它们各自产生的黑洞数目。虽然这些宇宙的繁殖速度各不相同,它们之间却并不构成竞争;而在他看来,竞争才是任何达尔式演化的关键。

斯坦福大学菲利克斯·布洛赫讲座教授、理论物理学家莱纳德·苏斯金(Leonard Susskind)在“边缘”(Edge)论坛上这样写道:

斯莫林认为,自然界的各种常数都是由适者生存的法则决定的,最适合繁殖的就能胜出。那些造成最大繁殖速度的特性将会在各个宇宙中普遍存在,而且,我们极有可能就生活在这样的一个宇宙之中。至少他的观点就是如此。然而,这样的逻辑却会推出可笑的结果:如果我们的宇宙是永恒膨胀的,那么根据这个理论,它的宇宙学常数就是最大的,因为宇宙的繁殖速度不外乎是它的膨胀速度。

我们向斯莫林询问了这些质疑,他说其中的许多都在《宇宙的寿命》中做了探讨。而他的下一本书《时间的重生:从物理学的危机到宇宙的将来》(Time Reborn: From the Crisis in Physics to the Future of the Universe),也将对许多质疑做出应答(书中还会驳斥时间是一个幻觉的观点)。另外,斯莫林也尽可能对质疑都一一做了回复(他和苏斯金的完整辩论在这里,他对维连金的反驳在这里。)

说到底,这些质疑并没有使他产生动摇。

“我的感觉是虽然有几个人想要驳倒这个观点,但是他们都没做到。”他告诉我们,“我不是说我的观点就是正确的,只是证明它错误的尝试都没有成功。”

他停顿了片刻,然后以较快的语速继续说道:

“我认为最重要的一点在于,我的这个观点是一个科学的观点。观点本身的内容并不是关键,它当然也挺意思,但是更重要的,它阐明了一个更加普遍的观点,那就是如果你想解释宇宙,你就必须解释自然规律为什么是这样、而不是那样的。我的看法,这个问题是可以用科学的方式解答的。从这一点出发,我们就能够预测自然规律到底是始终如一、还是不断演化的。这就是我的中心论点。”

至于宇宙演化的确切机制,他认为某个特定的模型或场景可能正确,也可能错误。重要的是,我们只有解释了自然规律为什么是它们现在的样子、解释了它们是否在时间中发生演变的时候,我们的科学才算是完整的。

“至于我自己的这个宇宙自然选择理论,它还只是一个假说,它的地位相当于达尔文和孟德尔的那些假说――他们两位在提出自然选择原理的时候,还不知道DNA和基因的分子表达呢。”