)很難理解,從這樣紊亂的初始條件,如何導致今天我們這個在大尺度上如此光滑和規則的宇宙。人們還預料,在這樣的模型中,密度起伏導致了比由伽瑪射線背景所限定的多得多的太初黑洞的形成。
如果宇宙確實是空間無限的,或者如果存在無限多宇宙,則就會存在某些從光滑和一致的形態開始演化的大的區域。這有一點像著名的一大群猴子敲打打字機的故事——它們大部分所寫的都是廢話。但是純粹由于偶然,它們可能碰巧打出莎士比亞的一首短詩。類似地,在宇宙的情形,是否我們可能剛好生活在一個光滑和一致的區域里呢?初看起來,這是非常不可能的,因為這樣光滑的區域比紊亂的無序的區域少得多得多。然而,假定只有在光滑的區域里星系、恒星才能形成,才能有合適的條件,讓像我們這樣復雜的、有能力質疑為什么宇宙是如此光滑的問題、能自然復制的組織得以存在。這就是被稱為人擇原理的一個應用的例子。人擇原理可以釋義作:“我們看到的宇宙之所以這個樣子,乃是因為我們的存在?!?
人擇原理有弱的和強的意義下的兩種版本。弱人擇原理是講,在一個大的或具有無限空間和/或時間的宇宙里,只有在空間一時間有限的一定區域里,才存在智慧生命發展的必要條件。在這些區域中,如果智慧生物觀察到他們在宇宙的位置滿足那些為他們生存所需的條件,他們不應感到驚訝。這有點像生活在富裕街坊的富人看不到任何貧窮。
應用弱人擇原理的一個例子是“解釋”為何大爆炸發生于大約100億年之前——智慧生物需要那么長時間演化。正如前面所解釋的,一個早代的恒星首先必須形成。這些恒星將一些原先的氫和氦轉化成像碳和氧這樣的元素,由這些元素構成我們。然后恒星作為超新星而爆發,其裂片形成其他恒星和行星,其中就包括我們的太陽系,太陽系年齡大約是50億年。地球存在的頭10億或20億年,對于任何復雜東西的發展都嫌太熱。余下的30億年左右才用于生物進化的漫長過程,這個過程導致從最簡單的組織到能夠測量回溯到大爆炸那一瞬間的生物的形成。
很少人會對弱人擇原理的有效性提出異議。然而,有的人走得更遠并提出強人擇原理。按照這個理論,存在許多不同的宇宙或者一個單獨宇宙的許多不同的區域,每一個都有自己初始的結構,或許還有自己的一套科學定律。在這些大部分宇宙中,不具備復雜組織發展的條件;只有很少像我們的宇宙,在那里智慧生命得以發展并質疑:“為何宇宙是我們看到的這種樣子?”這回答很簡單:如果它不是這個樣子,我們就不會在這兒!
我們現在知道,科學定律包含許多基本的數,如電子電荷的大小以及質子和電子的質量比。至少現在,我們不能從理論上預言這些數值——我們必須由觀察找到它們。也許有一天,我們會發現一個將它們所有都預言出來的一個完整的統一理論,但是還可能它們之中的一些或全部,在不同的宇宙或在一個宇宙之中是變化的。令人吃驚的事實是,這些數值看來是被非常細致地調整到使得生命的發展成為可能。例如,如果電子的電荷只要稍微有點不同,則要么恒星不能夠燃燒氫和氦,要么它們沒有爆炸過。當然,也許存在其他形式的、甚至還沒被科學幻想作家夢想過的智慧生命。它并不需要像太陽這樣恒星的光,或在恒星中制造出并在它爆炸時被拋到空間去的更重的化學元素。盡管如此,看來很清楚,允許任何智慧生命形式的發展的數值范圍是比較小的。對于大部份數值的集合,宇宙也會產生,雖然它們可以是非常美的,但不包含任何一個能為如此美麗而驚訝的人。人們既可以認為這是在創生和科學定律選擇中的神意的證據,也可以認為是對強人擇原理的支持。
人們可以提出一系列理由,來反對強人擇原理對宇宙的所觀察到的狀態的解釋。首先,在何種意義上可以說,所有這些不同的宇宙存在?如果它們確實互相隔開,在其他宇宙發生的東西,怎么可以在我們自己的宇宙中沒有可觀測的后果?所以,我們應該用經濟學原理,將它們從理論中割除去。另一方面,它們若僅僅是一個單獨宇宙的不同區域,則在每個區域里的科學定律必須是一樣的,因為否則人們不能從一個區域連續地運動到另一區域。在這種情況下,不同區域之間的僅有的不同只是它們的初始結構。這樣,強人擇原理即歸結為弱人擇原理。
對強人擇原理的第二個異議是,它和整個科學史的潮流背道而馳。我們是從托勒密和他的支持者的地心宇宙論發展而來,通過哥白尼和伽利略日心宇宙論,直到現代的圖象,其中地球是一個中等大小的行星,它繞著一個尋常的螺旋星系外圈的普通恒星作公轉,而這星系本身只是在可觀察到的宇宙中萬億個星系中的一個。然而強人擇原理卻宣布,這整個龐大的構造僅僅是為我們的緣故而存在,這是非常難以令人置信的。我們太陽系肯定是我們存在的前提,人們可以將之推廣于我們的星系,使之允許早代的恒星產生重元素。但是,絲毫看不出存在任何其他星系的必要,在大尺度上也不需要宇宙在每一方向上必須如此一致和類似。
如果人們能夠表明,相當多的宇宙的不同初始結構會演化產生像我們今天看到的宇宙,至少在弱的形式上,人們會對人擇原理感到更滿意。如果這樣,則一個從某些隨機的初始條件發展而來的宇宙,應當包含許多光滑的、一致的并適合智慧生命演化的區域。另一方面,如果宇宙的初始條件必須極端仔細地選擇,才能導致在我們周圍所看到的一切,宇宙就不太可能包含任何會出現生命的區域。在上述的熱大爆炸模型中,沒有足夠的方向使熱從一個區域流到另一區域。這意味著宇宙的初始態在每一處必須剛好有同樣的溫度,才能說明我們在每一方向上看到的微波背景輻射都有同樣溫度,其初始的膨脹率也要非常精確地選擇,才能使得現在的膨脹率仍然是如此接近于需要用以避免坍縮的臨界速率。這表明,如果直到時間的開端熱大爆炸模型都是正確的,則必須非常仔細地選擇宇宙的初始態。所以,除非作為上帝有意創造像我們這樣生命的行為,否則要解釋為何宇宙只用這種方式起始是非常困難的。
為了試圖尋找一個能從許多不同的初始結構演化到象現在這樣的宇宙的宇宙模型,麻省理工學院的科學家阿倫·固斯提出,早期宇宙可能存在過一個非常快速膨脹的時期。這種膨脹叫做“暴漲”,意指宇宙在一段時間里,不像現在這樣以減少的、而是以增加的速率膨脹。按照固斯理論,在遠遠小于1秒的時間里,宇宙的半徑增大了100萬億億億(1后面跟30個0)倍。
固斯提出,宇宙是以一個非常熱而且相當紊亂的狀態從大爆炸開始的。這些高溫表明宇宙中的粒子運動得非常快并具有高能量。正如早先我們討論的,人們預料在這么高的溫度下,強和弱核力及電磁力都被統一成一個單獨的力。當宇宙膨脹時它會變冷,粒子能量下降。最后出現了所謂的相變,并且力之間的對稱性被破壞了:強力變得和弱力以及電磁力不同。相變的一個普通的例子是,當水降溫時會凍結成冰。液態水是對稱的,它在任何一點和任何方向上都是相同的。然而,當冰晶體形成時,它們有確定的位置,并在某一方向上整齊排列,這就破壞了水的對稱。
處理水的時候,只要你足夠小心,就能使之“過冷”,也就是可以將溫度降低到冰點(0c)以下而不結冰。固斯認為,宇宙的行為也很相似:宇宙溫度可以低到臨界值以下,而沒有使不同的力之間的對稱受到破壞。如果發生這種情形,宇宙就處于一個不穩定狀態,其能量比對稱破缺時更大。這特殊的額外能量呈現出反引力的效應:其作用如同一個宇宙常數。宇宙常數是當愛因斯坦在試圖建立一個穩定的宇宙模型時,引進廣義相對論之中去的。由于宇宙已經像大爆炸模型那樣膨脹,所以這宇宙常數的排斥效應使得宇宙以不斷增加的速度膨脹,即使在一些物質粒子比平均數多的區域,這一有效宇宙常數的排斥作用超過了物質的引力吸引作用。這樣,這些區域也以加速暴漲的形式而膨脹。當它們膨脹時,物質粒子越分越開,留下了一個幾乎不包含任何粒子,并仍然處于過冷狀態的膨脹的宇宙。宇宙中的任何不規則性都被這膨脹抹平,正如當你吹脹氣球時,它上面的皺紋就被抹平了。所以,宇宙現在光滑一致的狀態,可以是從許多不同的非一致的初始狀態演化而來。
在這樣一個其膨脹由宇宙常數加速、而不由物質的引力吸引使之減慢的宇宙中,早期宇宙中的光線就有足夠的時間從一個地方傳到另一個地方。這就解答了早先提出的,為何在早期宇宙中的不同區域具有同樣性質的問題。不但如此,宇宙的膨脹率也自動變得非常接近于由宇宙的能量密度決定的臨界值。這樣,不必去假設宇宙初始膨脹率曾被非常仔細地選擇過,就能解釋為何現在的膨脹率仍然是如此地接近于臨界值。
暴漲的思想還能解釋為何宇宙存在這么多物質。在我們能觀察到的宇宙里大體有1億億億億億億億億億億(1后面跟80個0)個粒子。它們從何而來?答案是,在量子理論中,粒子可以從粒子/反粒子對的形式由能量中創生出來。
書友正在讀: 在遮天中簽到 佛系美人寵冠六宮 皇弟 問蒼天之彼岸花開 覆巢之后 我的哥哥都是屑 校園奇俠 漫威:開局簽到鋼鐵之軀 治愈系男神[快穿] 小保姆蘭媛媛 神奇寶貝之開局黑化沙奈朵 洪荒論道我紅云不請自來 金色綠茵 伏天劍帝 名門熱戀之夫人是大佬 神秘復蘇鬼眼楊 余生都是愛情啊蘇晴 官運 快穿攻略:大佬,求放過! 掌權者 地府建設計劃書 農夫與司令 大唐:兵圣駙馬爺 我真是大明星 湘西奇聞錄 混在抗戰 發情[校園 忠犬] 神級位面教師 與你沉淪 諸天主角替代系統 心機美人總在釣我 滿級大佬穿成嬌美人后爆紅了 快穿之欲望系統沈素素 真實的春天,我和小姨的13年 夜夜狂歡:她被乖兮兮奶狗纏瘋了秦浩東余笙 天伽 一吻定情:吳先生的靈異妻 白月光一路崩人設 我在深淵愛著你 小饕餮今天也在努力種田 梨園驚鴻客 重生2010 齊蓁蓁顧斯年 浪子之派對嘉年華 我的師門怎么奇奇怪怪 墮歡 誰人不愛謝德華 異世種植狂魔[基建] 你與我相得益彰 穿越之我是申公豹 從極挑開始制霸娛樂圈 病嬌女霸總的清甜白月光 交易淪陷 她的偏執 女A她是朵食人花 和死對頭魔君互穿了 福晉兇猛 都市無敵戰神(林北蘇婉) 禽獸不如 1V1 H 四愛名錄(女攻男受) 心機茶的豪門路 西游:花果山的猴子太可怕了 偏執甜寵 明月,明月 三世孽緣:王爺太妖孽 重生后,青梅竹馬纏上我 干宋 鳳再上 溫珊珊傅亦川 唯愿不曾愛過你 輕咬野薔薇 獨家專寵:總裁是妻奴 王爺的嬌妻(重生) 頂撞(1V1 H) 帳中香 黑驢蹄子中古店 最強的御獸師從 重生之貪官難為 沈蓓一寧少辰 怦然心動 穿書之佛系管家總想跑路 食戟之亂殺 茱麗葉塔(喬郁綿、安嘉魚) 你好,糟糕小姐 海賊:開局覺醒死神模板 我在毛絨獸世當典獄長 簡園 重生之網壇蜜愛 失意的男人們 我的相公是奸臣 陳霄高如雨 如她般甜軟 真假占座 和對家頂級流量隱婚后 公主謀之禍亂江山 重生之公主她被迫成為萬人迷 東京日常從領養天使開始 糙漢太兇!嬌軟知青被氣哭 八零嬌妻野又辣,撿個糙漢來發家 明末錦繡 重生之暮雨歸來 穿越后種田養夫郎 鳳臨天下:攝政王的寵妃 滿級老祖宗她只想種田養豬 特工萌妃 糖芋苗 春錦十八 戲旅(gl 西幻NP ABO 高H) 蝴蝶效應 仙君她又又又烏鴉嘴了 [鶴唳華亭同人]道之所存 和偏執影帝分手后 愛我就夠了 斗羅之亞索傳承 絕世村醫 都市沉浮 求書幫 神豪從被校花誣陷開始 絕對傳說 青洲大散修 虐渣不如搞科技 影視諸天:從小歡喜開始 歷史上背鍋的美人們[歷史直播] 老哥,救命啊 退圈后我把男主上交了 奈何她腰纏萬貫 楚辭琛沈若京 蓮心 (坐忘峰楊逍) 太行道 黎明效應 被炮灰團讀心后,笨蛋美人躺贏了 女主穿越到遠古森林的 奢愛為婚 重生后把競爭對手娶回家 蟲族:饕餮上神太會撩蟲了! 諸天UP主:開局盤點特攝冥場面 彼岸花開為君傾 男二也要被爆炒嗎【快穿np】 大名! 天生富二代[九零] 異界極品樂仙 我給秦皇漢武劇透歷史 末世重生這次我囤積了千億物資 穿梭兩界:我創造科學魔法 趙香云江衛民 她很窮,他裝的 重生后,瘋批美人被攝政王寵哭了 貪歡 穿書之枯榮 0級反派,投餵大佬! 青蓮雪重