)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: 網游:開局刷怪百倍增幅 同居男友非人類 遇蛇 我為祖國建小島[年代] 武極天下 重生之老婆愛上我 你替身爺爺我穿回來了 大小姐上門女婿 退婚后大佬她又美又颯 最強渣男系統 大考狀元:開局抽取主角光環 追星逐月 我是比詭異還詭異的存在 明明是他暗戀我 那年那花那人 奴隸帝國 酒漬玫瑰 還好,我重生了 情路漫漫,鐘先生追妻花樣百出 顧先生他每天都想要結婚 侯爺追妻手冊 斗羅之唐家棄子 北玄門 都市透視神醫江羽林依依 軍官的玩物(高H 虐心) 人在大唐,開局復活秦始皇! 重生之全面開掛娛樂圈 我的極品小姨媽 陳律徐歲寧 承婚 至尊大明星 辦公室主任計適明 古玩撿漏從1985開始 重生之奇跡人生 瀕危守護者Ⅰ 醉紅顏笑 網游之漫天箭雨 橫推諸天:開局小李飛刀 妖孽個個狠勾魂 亂情家庭(家庭亂情) 被玩壞的丈夫(雙性,總受,NTR)-v文 洪荒:從泥人開始修煉百年 農家悍姐 徐子墨廖如煙 洪荒:無敵的我,被系統騙了 誤惹狼性總裁 腹黑校草吃定拽千金 穿越之未來之強制多夫 超級醫婿秦羽蘇柔 病美人白月光決定擺爛(重生) 游子 [綜武俠]飛雪連城 重生之太子建成 都市醫仙葉不凡 死敵她絕代千嬌 郡主要吃肉(NPH) 絕美總裁的戰神贅婿 你是我的辰星 入門贅婿林陽蘇顏 甜寵女配:國師邀我去雙修 薄爺,你夫人又美又颯 混跡魔戒的騎砍模擬器 【快穿】絕美反派成為團寵后 手握空間重生后,滿級大佬帶我飛 私藏一個盛夏 養成仙尊后我成了自己的替身 周哥你又紅了 真實童話 大唐:武神聊天群 我在逃荒路上開糧店 蟲族榮光再臨 太監也瘋狂 許你美夢成真 據說王爺暗戀朕 年上男 下山后我被三個男人飼養了 大宋之重鑄山河 系統我師尊罪大惡極 江湖風月 哄騙[久別重逢] 超級王者趙磊林清雅 初夏升花 慣性下沈 病態占有:偏執陸總嗜她如命 馭命圖 田家小廚娘 嗜血秘密 嬌門吟(H) 網游之逆天妖帝 獵人誰跟你說穿越一定是一個蘿卜一個坑 甜瘋!爹系老公掐腰暗誘小乖寶 顧夏陸靳北 貴妃娘娘千千歲 [英美娛]倫敦迷夢 冷血三公主的復仇計劃 快穿:靠生子成絕嗣帝王心尖寵 重生之天才少女 為了簽到我成了傳說中的神經病 白蓮花(NP)白蓮花上位史 七零拐個知青當爸爸 青山仍念我 大秦海歸 【赤安】此地無銀 清水小集(GL短篇集) 巫師領主:我能創造魔神 我在吞噬星空當反派 腹黑王爺:萌妃來暖床 劍獵天下 魔王 重生之我是薩伊,但是動畫三體 降好感才有獎勵的戀愛太難了 大雍女提刑 在副本裏跟著大佬躺贏了 蝸牛式狼心狗肺GL 老李蘇菲菲 我有心理病[重生] 溫情難染 開局抽取神級劍道天賦 穿越之狠心毒醫 不算錯過 動漫游戲斗技場 紅線(古言,父女,H) 藏星 高武:我的龍基谷系統 秋毫 只要我擺得夠爛你就渣不了我 星區總督從數據化開始 指染成婚炎景熙 綁定生子系統后,絕嗣帝王放肆寵 柔弱小夫郎被攝政王寵飄了 誘佛破戒 聽說元帥快掛了[星際] GIN的秘密情人竟是家養精靈?! 綠茶皇帝強娶臣妻(女非男處1V1) 圣女小姐請停止你的奇怪腦補 全班穿越后又穿回來了 重生年代嬌妻有系統 血蜈蚣 九龍奪嫡,廢物皇子竟是絕世強龍 公主總是被迫黑化 娘子好毒 僵約之僵尸帝君 六零美人養娃日常 我能遛你的哈基米嗎 重生后夫人變了 蓋世丹帝 渣盡四海八荒,遍地都是修羅場 [綜武俠]越山歌 血色撩人之吸血鬼手記 專屬營業權[娛樂圈]