世界因何美妙而优雅地运行

作者简介

约翰·布罗克曼，美国著名的文化推动者、出版人，“第三种文化”领军人。 “世界上最聪明的网站”（《卫报》赞誉）Edge的创始人。 他旗下汇集了一大批世界著名的科学家和思想家，每年就同一话题进行跨学科讨论。

内容简介

假如上述那种在高密度状况下的案例看上去有些 极端，但通过其他案例会让我们明白那并不是极端现 象。宇宙有三种基本类型：封闭型、开放型和扁平型 。形成于热大爆炸的典型封闭型宇宙，除非它在开始 时就规模巨大，否则都会在10*-43秒内坍缩为普朗克 密度。形成于大爆炸的典型开放型宇宙，由于它膨胀 过快，以至于无法形成银河系，即便人类存在，我们 的身体也将在顷刻间四分五裂。在上述两种宇宙中， 人类无法生存，更不用说可以理解这样的宇宙了。我 们人类只能在一个扁平型或接近扁平的宇宙中乐享生 命，就如我们现在这般，除非有某种特殊情况发生， 比如暴胀，这种状况要在大爆炸的瞬间，以几乎不太 可能达到的10郴的精准度，对初始条件进行微调。 “万有理论”最热门的候选者，弦理论，其近期 的研究发展，揭示了一个更具广泛可能性但无法令人 理解的宇宙。如果我们假定，宇宙确定如弦理论所描 述的那般，是否意味着我们对身边的这个世界无所不 知了呢？举个相当简单的例子：回想一下水的状态： 液态、固态或气态。从化学角度看，都是同一物质， 但海豚只有在液态水的环境下，才能够生存并以它们 自己的方式理解这个宇宙。在这个例子里，我们只有 三种选择：液体、冰或水蒸气。 根据弦理论的最新发展，围绕在我们周遭世界中 大约有10*500或更多种选择。所有这些选择都遵循同 一个基础理论。然而，与每一个选择相对应的宇宙， 看上去仿佛是由不同的物理定律所控制的，它们的公 用法则仿佛都被隐藏了起来。由于有若干种不同的选 择，人们希望，其中的一部分可以对我们所生存的世 界进行描述。但大多数的选择只会引领我们来到一个 无法生存、无法搭建度量工具、无法记录存储、也无 法有效利用数学和物理学预测未来的这样一个世界。 当爱因斯坦和维格纳在试图理解，为什么我们的 世界是可以理解的，以及为什么数学可以如此有效地 描述这个世界，人们会假定，这个宇宙是独一无二、 始终如一的，并且物理定律是放诸四海而皆准的。这 种假设被誉为宇宙学原理。我们并不知晓，为什么宇 宙处处如出一辙，对我们而言只觉得这都是理所应当 的。因而，由爱因斯坦和维格纳所描述的问题被期望 可适用于整个宇宙。在此情形下，近期的研究发展只 能是更加激化这个问题。如我们所知，假设存在一个 典型的宇宙对生命充满敌意，在极为偶然的情况下， 人类可以生存在一个可能有生命、可以被理解的宇宙 中，那简直是无比幸运。这看上去仿佛奇迹一般，就 像“一个我们永远无法理解也永远无法拥有的礼物” 一般。除了仰仗奇迹的发生，我们人类还能做得更好 吗？ 在过去的30年里，我们对世界起源和全球整体构 造的思考发生了翻天覆地的变化。首先，我们发现了 暴胀，由于早期宇宙指数型快速膨胀，宇宙变得扁平 ，从而为适宜生命生存创造了潜在的可行性。除此之 外，宇宙的快速延展，使得我们居住的地方也变得很 均匀（宇宙是均匀的）。因此我们发现了观测宇宙均 匀性的科学解释。然而，我们也发现了一个规模非常 巨大的，远远超出了目前所观测10*10光年的可观测 的宇宙地平线，因为被空间爆炸性扩充所扩大的量子 效应，宇宙从而变得完全不均匀了。 在与暴胀宇宙学相结合的弦理论前提之下，我们 的世界与其说像一个不断扩大的对称性球体，还不如 说看上去更像一个多重宇宙，一个令人难以置信的由 指数级的巨大泡泡组成的超大集合体。每个气泡看起 来都像一个宇宙，现在我们用“宇宙”这个词汇来描 述巨大的、各地均匀的部分。在源自弦理论的10*500 低能量物理定律中，每一个定律都在各自的宇宙中运 行着。 在这些宇宙当中，量子波动相当巨大，导致我们 无法对它进行计算。在这种情形下，数学毫无用处， 因为所有的预测无法被保存并在后续的计算过程中使 用。一些宇宙的生命周期过于短暂，而其他宇宙虽可 长存但空无一物，它们的物理定律不允许任何实体存 在，也不能存活足够长的时间，使我们发现其物理和 数学规律。 幸运的是，在众多可能的多重宇宙中，一定会有 一些宇宙可能有我们所知的生命存在。但必备条件是 ，在多重宇宙中，人类所处那部分中的物理定律能够 形成长时间稳定的结构，从而能够进行计算，人类的 生命才有可能存在。这意味着，要建立起可以用于长 期预测的数学关联度。人类物种的快速发展之所以具 备可能性，仅仅是因为我们生活的多重宇宙的这个部 分里，具备让我们进行长期预测的条件，这才使得我 们能在不利的环境中生存下去，并在与其他物种的竞 争中脱颖而出。 总而言之，暴胀的多重宇宙包含不计其数的“宇 宙”，每一个宇宙当中都有各种物理和数学定律。人 类仅仅能够存活在物理定律允许我们存在的宇宙里， 存活的首要条件就是，需要做出可靠的预测。换句话 说，数学家和物理学家只能活在可理解的、数学定律 或法则是有效的宇宙里。 对于我刚才所写下的一切，您完全可以嗤之以鼻 ，就当我是胡言乱语吧。但有意思的是，过去30年里 ，在新宇宙论的思考模式得以发展的前提下，人类或 许能够第一次着手解决那些最错综复杂和神秘莫测的 难题，这些难题曾经困扰了20世纪两个最伟大科学家 ：爱因斯坦和维格纳。 P68-70