宇宙的“目的”,也許是黑洞

//

923234_313878458781197_5882448176849726828_n

宇宙不就是一堆物質、能量、時間和空間的堆積,怎麼會有目的?的確,它沒有意識和主動的目的,但在自然定律的作用下,所有宇宙的集合體確實有可能正在向某個方向演變——而有一個假說認為,這個方向,也許是產生越來越多的黑洞。

(文/George Dvorsky)我們很容易把宇宙想作是一間沒有意義的倉庫,裡面裝滿了行星和恆星之類的天體。但現在出現了一個有趣的理論,認為宇宙不僅是我們看到的那麼簡單;多元宇宙正在設法達到一個“目的”,而黑洞在其中起到了不可或缺的作用。

這個理論稱為“宇宙自然選擇論”(Cosmological Natural Selection),提出者李·斯莫林(Lee Smolin)是圓周理論物理研究院的研究員,也是滑鐵盧大學的理論物理副教授。他的理論認為,從實際效果來看,宇宙就是一個黑洞發生裝置,或者說,它是一個為了產生盡可能多的嬰兒宇宙而進行了優化的系統。

Supernova.jpg產生黑洞的重要方式是超新星爆發——而要想有超新星爆發,你需要很大的恆星。圖片來源:powerlisting.wikia.com

斯莫林在他的著作《宇宙的壽命》(The Lifeof the Cosmos)中主張,即使在最大的尺度上、對於沒有生命的實體,達爾文式的演化機制也一樣適用。宇宙是一個能夠複製自身的單元,所以它也要面對選擇的壓力。因此,宇宙的幾乎一切行為,都會趨向於復制自身的方向。

“這個理論可以解釋我們的自然規律是如何脫穎而出的。”斯莫林告訴我們,“如果這個理論正確,那麼宇宙的各項參數就一定是調節到了讓黑洞的數目盡可能多的狀態。”

10334426_313878448781198_5727885025359706763_n宇宙奇點和嬰兒宇宙
黑洞,還有黑洞所產生的宇宙奇點,都在斯莫林的理論中居於中心位置。黑洞是一片特殊的時空區域,在其中,用來測量引力場或溫度的度量值達到了無限。黑洞也是廣義相對論失效的區域,這使得一切預測都不再可能。經典的廣義相對論認為,每一個黑洞內部都有一個奇點。然而弦論和圈量子引力論卻認為,黑洞中的奇點是可以去除的;如果是那樣,我們或許就可以預測其中的那片時空區域在未來的演化了。 斯莫林指出:“掉入黑洞的物體不會就這麼撞上宇宙奇點並停止演化,時間也不會就這麼終結。時間將會繼續流動,掉進黑洞的任何物體都有一個未來,而它們置身其中的那片區域,我們稱之為’嬰兒宇宙’。”
babyuniverse.png當一個黑洞形成時,它的“末端”或許不終結在一個點,而是形成一個和我們已知宇宙分離的新時空。圖片來源:Steve Bowers

斯莫林還認為,這些嬰兒宇宙不會受到母宇宙中任何事件的影響,母宇宙無論是永遠膨脹還是熱寂消亡,嬰兒宇宙都將繼續演化下去。

他介紹說:“根據現在的測算,黑洞會在輻射中不斷蒸發——所謂的’霍金輻射’——直到它們和宇宙微波背景輻射的溫度形成均衡。”但是他認為,這個過程和視界的性質有關,而蒸發的也僅僅是視界而已。

“嬰兒宇宙也許會和原來的那個宇宙發生前所未有的接觸,但是這究竟會不會發生,還要取決於量子引力論的種種細節。”斯莫林說道。

一個達爾文式的模型
就像達爾文的變異和選擇理論,斯莫林也猜想嬰兒宇宙會和哺育它們的母宇宙略有不同。宇宙的這個“變異”,也就是自然參數的略微修改,可能會塑造出一個全新的宇宙,和母宇宙相比,它的複制能力可能更強,也可能更弱。

multiverse.jpg如果每一個宇宙都是許多其它宇宙的“父母”,那麼某種意義上可以和生物界的繁殖類比。圖片來源:beforeitsnews.com

比如,如果宇宙學常數和光的速度略微修改,或者引力定律變得太弱或者太強,所形成的新的宇宙就可能無法有效地聚集大量物質、形成巨大恒星。在這樣一個宇宙裡,物質可能不會聚集成恆星,星係也可能無法形成。

根據這個模型,一個經過演化、產生黑洞的能力達到最佳的宇宙,就是一個“適者”宇宙。這或許可以解釋我們觀察到的這個宇宙何以會產生大量巨星――因為每一顆巨星都有可能成為一個嬰兒宇宙。

Birth-of-a-black-hole.jpg也許每一個天鵝座X-1這樣的黑洞,都是一個新生嬰兒宇宙的臍帶。圖片來源:technicalmirror.com

眼下,這個宇宙變異的理論只是一個純粹的猜想。斯莫林也承認:“這還是一個假說。”

但話雖如此,斯莫林還是認為弦論或許能為它提供支持。“弦論也許和我的假說有點關聯,” 他說,“弦論描述的是一幅由不同宇宙學參數構成的景觀,它們互相之間有著不同的相變——而這正是我在設法解釋宇宙學常數的變異時想舉的例子。”

斯莫林還不確定一個黑洞可以產生幾個嬰兒宇宙,他的猜想是每個黑洞產生一個。“這個問題的答案最終要取決於量子引力論。”他說。

生命是一個副產物?10342441_313878462114530_4877477047907713457_n
我們問斯莫林,按照他的說法,宇宙中出現生命是不是一個意外?人類和所有其他生物會不會只是一個副現象、只是一個更加宏偉的事件中的副產品?

“如果宇宙自然選擇假說是正確的,那麼宇宙中存在生命、適宜生命的現象,就只是宇宙通過調節自身產生大量巨恆星、從而產生黑洞這個事實的結果。”

但是他隨即補充說:“’如果’這兩個字是一定要加上的。”

此前曾有科學家提出相反的意見,在他們看來,宇宙對於生命友好得出奇,自然規律彷彿是為了製造生命而特別調節出來的。有人甚至認為,這就是宇宙的最終“目的”——它的種種條件,都是為了哺育出生物個體而設置的。(這就是所謂的“生命宇宙假說”,biocosm hypothesis。)

哲學家同樣喜歡鼓吹所謂的“人擇原理”,這條原理認為,要分析宇宙和宇宙中發生的一切,就一定要考慮到觀察者(也就是智能生物)的存在。我們人類難免受到“觀察選擇效應”的製約,也就是說,我們只可能觀察到那些對於生命友善的宇宙。

Sensing-the-universe-3.jpg按照人擇原理,我們看到的宇宙必然是適合生命存在的,不然的話,我們就不會出現,自然也沒法去看宇宙。圖片來源:www.thebillyleepontificator.com

斯莫林卻對這些觀點不以為然,他主張宇宙學家在研究和理解宇宙性質的時候,應該將生命排除在外。他還指出,人擇原理根本不能為任何可以驗證的實驗提出可以證偽的預測。

另一方面,他又表示宇宙自然選擇理論“完全可以做到這一點”。

而且,宇宙的各種定律,連同宇宙中的所有物質,都可以不必參考生命的存在就能解釋。

他說:“我們生活的這個世界裡充滿了大量的碳和氧,也充斥著大量適宜生命的恆星,這並不是一個巧合。”宇宙中存在碳和氧之類適宜生命的元素,這個現像不必靠親生物的理論也完全能夠解釋。斯莫林的解釋是,這些元素使得宇宙中能夠形成足夠大的恆星,而這些恆星又能夠形成黑洞。

他指出,人擇原理的支持者提出的那些證據,都可以做出人擇原理之外的解釋。

批評
不用說,斯莫林的這個宏偉理論受到了許多批評。這畢竟是一個非凡的觀點,而非凡的觀點往往都會受到特別嚴格的考察。

比如宇宙學家喬•西爾克(Joe Silk)就認為,我們觀察到的這個宇宙,遠遠談不上是黑洞的理想製造者。他認為,其他“版本”的宇宙或許更能勝任這份工作。

同樣,亞歷山大•維連金(Alexander Vilenkin)也指出,如果宇宙學常數的數值有所增加,黑洞的形成速度還可以再提高一些。斯莫林假設自然界的各項常數都已經調節到了最適合產生黑洞的數值,他認為這個觀點是錯誤的。

魯迪格•瓦斯(Ruediger Vass)則認為,斯莫林將宇宙的演化和達爾文式的演化相提並論,這本身就是個錯誤。他指出,斯莫林的那些宇宙的適應性,並不受到它們各自環境的製約,而是取決於它們各自產生的黑洞數目。雖然這些宇宙的繁殖速度各不相同,它們之間卻並不構成競爭;而在他看來,競爭才是任何達爾式演化的關鍵。

multiverse-4.jpg如果這些宇宙並不受限於有限資源、不會在生存競爭中相互淘汰,那麼確實和生物界的達爾文理論有重要的差異。圖片來源:www.fromquarkstoquasars.com

斯坦福大學菲利克斯·布洛赫講座教授、理論物理學家萊納德·蘇斯金(Leonard Susskind)在“邊緣”(Edge)論壇上這樣寫道:

斯莫林認為,自然界的各種常數都是由適者生存的法則決定的,最適合繁殖的就能勝出。那些造成最大繁殖速度的特性將會在各個宇宙中普遍存在,而且,我們極有可能就生活在這樣的一個宇宙之中。至少他的觀點就是如此。然而,這樣的邏輯卻會推出可笑的結果:如果我們的宇宙是永恆膨脹的,那麼根據這個理論,它的宇宙學常數就是最大的,因為宇宙的繁殖速度不外乎是它的膨脹速度。

我們向斯莫林詢問了這些質疑,他說其中的許多都在《宇宙的壽命》中做了探討。而他的下一本書《時間的重生:從物理學的危機到宇宙的將來》(Time Reborn: From the Crisis in Physics to the Future of the Universe),也將對許多質疑做出應答(書中還會駁斥時間是一個幻覺的觀點)。另外,斯莫林也盡可能對質疑都一一做了回复(他和蘇斯金的完整辯論在這裡,他對維連金的反駁在這裡。)

說到底,這些質疑並沒有使他產生動搖。10329085_313878455447864_1356396667566110385_n

“我的感覺是雖然有幾個人想要駁倒這個觀點,但是他們都沒做到。”他告訴我們,“我不是說我的觀點就是正確的,只是證明它錯誤的嘗試都沒有成功。”

他停頓了片刻,然後以較快的語速繼續說道:

“我認為最重要的一點在於,我的這個觀點是一個科學的觀點。觀點本身的內容並不是關鍵,它當然也挺意思,但是更重要的,它闡明了一個更加普遍的觀點,那就是如果你想解釋宇宙,你就必須解釋自然規律為什麼是這樣、而不是那樣的。我的看法,這個問題是可以用科學的方式解答的。從這一點出發,我們就能夠預測自然規律到底是始終如一、還是不斷演化的。這就是我的中心論點。”

至於宇宙演化的確切機制,他認為某個特定的模型或場景可能正確,也可能錯誤。重要的是,我們只有解釋了自然規律為什麼是它們現在的樣子、解釋了它們是否在時間中發生演變的時候,我們的科學才算是完整的。

“至於我自己的這個宇宙自然選擇理論,它還只是一個假說,它的地位相當於達爾文和孟德爾的那些假說——他們兩位在提出自然選擇原理的時候,還不知道DNA和基因的分子表達呢。”

編譯自io9:What’s The Purpose Of The Universe? Here’s One Possible Answer
相關小組
萬物至理

http://www.guokr.com/article/438364/
【果殼網(guokr.com)】

Advertisements

发表评论

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com 徽标

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  更改 )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out /  更改 )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  更改 )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  更改 )

w

Connecting to %s