[原创评论] 宇宙的遥远终途——保罗·戴维斯《宇宙的最后三分钟》

　　作者：（澳）保罗·戴维斯 著，傅承启 译

　　【内容简介】

　　随着大爆炸理论逐渐被大众和科学界所充分接受，人们越来越注重宇宙未来的研究。我们现在已有了宇宙如何诞生的很好的概念，但宇宙将如何结束呢？它最终的命运又将如何呢？宇宙是否会以爆炸或抽搐的形式终其一生，或甚至永久消失？那时，人类又将如何？人类或其后裔——无论是机器人还是人类自己——能否幸免于难而永复存在？
　　本书根据一些著名物理学家和宇宙学家的最新研究成果，对以上问题进行了描述。本书的文字简洁、生动，读来饶有趣味。
　　这是一本非常精彩的科普读物。

　　【作者简介】

　　作者保尔·戴维斯，澳大利亚阿德莱德大学物理学教授。戴维斯是世界著名的物理学家，同时也是一位能用生动简洁的语言解释深奥科学概念的大师。《华盛顿时报》称他为“大西洋两岸最好的科普作家”。主要作品有：The Mind of God，The Cosmic Blueprint，Siperfore等。

　　【目录】

　　宇宙是如何诞生的？诞生以后是怎样的生长状态？又是怎样的平稳状态？宇宙会结束么？会结束的话，又将如何结束呢？它最终的命运又将如何？宇宙有边界么？有的话，边界以外的空间与时间是另一个宇宙，还是真空？按照现在普遍认可的大爆炸理论，如果说宇宙是在大爆炸以后暴胀，然后渐渐变化，在漫长的时期以后进化出生命体，宇宙本身也是有其生长发展阶段的话，如同恒星也有生老病死一样，最终宇宙的结局是不是会坍缩瞬间化为乌有？

　　小时候如果翻过古早的十万个为什么，就知道那里告诉孩子们的是，宇宙没有开始，也没有结束，是一个类似于生命永恒的存在，即所谓稳恒态，记得小时候还为其永恒与无边界性无法理解而疑惑了很久，倒不是刻意糊弄人，早期物理学界的理论还是宇宙维持着一个稳恒态，无边无际、无始无终。既然现在宇宙大爆炸理论已成为共识，既然宇宙可以是在大爆炸中以很短的时间中诞生，就像恒星一样，那么稳恒态的理论显然值得质疑，两者相悖。人类认知的过程就像从最初的“天圆地方”渐渐发展到知道“地球是圆的”一样，是从未知到一点点已知的循序渐进的过程。对任何未知的事物如此，对宇宙这个未知的虚空尤如是。

　　宇宙有尽头么？尽头的瞬间，人类，或者说物质，或者更小，是粒子的归途是哪里？是坍缩的宇宙黑洞？还是永远的万劫不复？佛家问，从何处来？到何处去？云，从来处来，去去处去。脱出个体的小格局范畴，也脱出作为人类或者生命体的范畴，从一切开始的宇宙的起源，到起最终去向，其实就是理论物理学与宇宙学的最终研究方向。探求宇宙的遥远终途，除了纯为理论与宇宙执着着迷以外，也有探求数十亿年以后人类的遥远未来。

　　《宇宙的最后三分钟》从热力学第二定律原理引入，论述宇宙的结局与现在的阶段。所谓热力学第二定律，即热量从温度高的地方流向温度低的地方，不可逆，也无法阻止，热量的流失过程在时间上不对称，也因此在封闭系统中，“熵”的增加可以看做一个不可逆的系统能量消耗过程。作者提出这样的假设，把宇宙看做一个封闭系统的话，也同样可以简单地套用热力学原理，从而得出宇宙本身也是在被消耗的慢性热量转移过程中的。正如太阳就在不可逆地消耗自己的热量，源源不断，但并非没有终结。按照热力学原理的推论，宇宙正以这种方式走向死亡。虽然这个说法比较方便理解，但热力学原理套用到宇宙这个复杂的整体上多少还是觉得有失偏颇。但这个预言或者说假说出现在19世纪末，在当时认为宇宙是稳恒态的认知下，宇宙的逐渐走向消亡假设本身就否定了宇宙的无始无终，这个原理的引入只是为了说明宇宙并非永恒存在。

　　现阶段宇宙空间的膨胀，反推回去就是最初空间上宇宙物质与空间的聚合。虽然宇宙的膨胀速度与大小是非线性关系，但坐标点的起源上还是能得出推论，最初宇宙空间无限小，既然空间上宇宙是从无限小中诞生，那么除了空间以外，时间上宇宙也是从零开始，有开端的。即大爆炸是一切——空间、时间、物质和能量的最初开端。因此，宇宙也是有有尽头的——起码有开始的一端。那么就像恒星有死亡一样，宇宙作为整体，也受物理定律支配，也有自己的生命循环，从诞生，到演化，可以推测的是可能还有死亡。无可避免地人们会如此推论：宇宙的寿命是有限的。它诞生于过去某个确定时刻，虽然现在充满着活力，但正不可避免地朝未来某个阶段将发生热寂的方向衰退。人类的命运不可避免地会与恒星与宇宙的命运纠缠在一起。按照现时的理论，宇宙先从大爆炸起源，随后膨胀并向某种物理终态退化冷却，最终或可能是灾变性坍缩。所谓的坍缩宇宙，是宇宙进化过程以后的最终形态，就是漫长时空之后宇宙的遥远终途——不知道是不是可以算宇宙的最终目的。就像任何生命体一样，活着，是为了赴死。

　　所谓的三分钟概念，书名提到宇宙的“最后三分钟”，即宇宙的结局即宇宙最终塌陷只需要三分钟，其实在宇宙的“最初三分钟”即宇宙诞生需要的时间长度——已经决定了，只是我们还不知道、还在探索的路上而已。宇宙的命运完全取决于它的初始条件，从初始原点开始膨胀的方式，及大爆炸产物的性质，决定了宇宙的最终命运，即创生和终结总是相互交织相互辩证统一的，最初与最后的两个“三分钟”，是宇宙的关键所在。

　　宇宙的时间与空间属性注定了很多东西无法全局地把握或者观察，只能在常识的基础上大胆假设，小心求证。很多数学模型能表述，但很难真实建立，即使是验证也是靠旁敲侧击的多重可观测细节佐助与推理，这是由宇宙的特殊性所决定的，也是理论物理学家脑内世界的强大所在。无论何等假说，在被证伪成为谬论以前，都有真理的可能性。从宏观的宇宙，到微观的粒子，都是较难在常态世界建立数理模型的，而这些之间的相互变化与作用力，都可能是解开宇宙终极奥秘的钥匙。

　　现有的理论已可知，恒星是有末日的，正如太阳，在遥远的未来，太阳在耗尽自身热量与核燃料之后的归宿是白矮星，最终成为残骸。但这还不是死亡，恒星坍缩以后很可能变成黑洞，黑洞内部的强大引力场决定了黑洞是任何东西包括光都无法逃逸的存在，作者虽然从理论角度诙谐地提到了利用黑洞能量的可能性，也涉及了当宇航员落入黑洞以后黑洞表面与引力场作用下感官的可能与黑洞超强引力作用下，身体的原子其至会在1纳秒的超级拉面过程中在可能代表时间与空间的终点，即物理学家推断的时空奇点内化为乌有。黑洞是包含了时间尽头的狭小空间区域，里面的所有物质再无实体，包括粒子实体。

　　天文学家眼里的宇宙是一个穿越时空回溯的像，是“过去光锥”，他们所看见的，只是过去的宇宙诞生以后时间里的过去影像，因为其他宇宙信息想要被地球获取，最快也只能以光速来到地球。同时末日说也有一个论点，那就是如果外来威胁以光速来靠近地球的话，即使是灾害来临的前一刻，人类也是一无所知的，这跟美国科幻片里很多拯救地球的设定很有些相似。但除此外末日还有很多种可能：比如质子在经过漫长的时间以后会衰变会减少的话，那么地球虽然不是恒星，也慢慢会“风化”，所有的物质都是不稳定的，终将消失，即使不落入黑洞，行星也不能是永恒的。又或者，在宇宙消失以前，恒星或者宇宙的膨胀或其他因素，宇宙迟早会变得不适宜人类居住，而不仅仅是地球。

　　因此宇宙的历史就是复杂结构的组织和成长史。《朝闻道》里会引起宇宙消失的真空衰变，物理学家们孜孜不倦的大统一模型，也是有其真实理论基础的，且十分骇人听闻：“从微观物理学的观点来看，完全可以想象我们的真空是亚稳态的……真空泡会在毫无预兆的情况下在宇宙的某个地方成核，并以光速向外运动。”“亚原子粒子的甚高能碰撞有可能仅在一瞬间内，就会在一个非常小的空间区域中创造出促使真空发生衰变的一些条件。一旦这种跃迁发生，哪怕是发生在微观尺度上，也无法阻止新形成的真空泡在瞬息内膨胀到天文尺度。”

　　因此真空泡成核，或是成核过程中引起的真空衰变现象会成为理论物理学上威胁宇宙本身的存在，这一观点无论是现实理论还是《朝闻道》小说领域所共同支持的。因此有人提出，“是否我们应查禁下一代粒子加速器呢？”当然，这只是假说，怕引起衰变的触媒只是科学探索道路上的无心之失罢了，但其实想要引起真空衰变没那么容易。宇宙的结局并不只这一种，并不是拦截了所有的真空衰变可能，宇宙都没有在走向自己的结局。也因此，作者对于真空泡成核提出了一个不同于小说的假设。《朝闻道》里只要阻止威胁宇宙的事物就能保持宇宙的恒定，虽然作为类似先知的“排险者”也不知道宇宙最终归乡何处。但是从普遍认可的猜测来说，宇宙它也有生老病死，也有将一切粒子化为灰烬的时候，即使真有排险者存在时时巡逻排查宇宙中的所有威胁，也一样无法避免其走向坍塌，走向宇宙的瞬间毁灭。而这个“大危机”不只是一切有形结构的末日，甚至也不仅仅是物质的末日，它是一切事物的末日。对任何事物来说，没有“现在”，没有“以后”，没有任何时间可言，那怕是静止的时间都没有，也不存在空的空间。大爆炸时从虚无中诞生的宇宙，将在大危机中于虚无中消失，或许它曾经灿烂辉煌地存在了无数亿年，而现在甚至连一丝回忆也不会留下。或许这就是单个宇宙的生命过程，就像一颗恒星的生命过程一样，只不过恒星是宇宙这个整体下的局部“生命体”罢了。

　　从这个角度来说，又有另一种假说，真空泡成核现象既是威胁宇宙的存在，也可能是唯一生路。即，摆脱宇宙死亡的万全之策是应该创造出一个新宇宙，并躲进这个宇宙中去。大抵很有置之死地而后生的涅槃味道，到底让人对宇宙亿万年后的未来，尤其是对人类这个物种亿万年后的未来，很是松一口气。假设单个宇宙有其生命性，理论物理学家又有提出循环宇宙模型，即宇宙的尺度以某种周期性的方式，在非常致密的状态和极度膨胀的状态之间脉动。每轮循环都从大爆炸开始，以大灾难结束。在时间上它是对称的。就循环宇宙模型的单个周期来说，这也是跟作者的“最初三分钟”与“最终三分钟”理论不谋而合的，不过如果是循环宇宙，既是轮回，大概在结束与开始的时空缝隙中，未来的人们能找到一条合适的生存之道。

　　宇宙的目的，宇宙的结局，是为了毁灭还是重生？我们不知道，但是在现有的理论物理学架构里，宇宙的遥远终途，在我们无法企及的未来，还是带着光明与期望的。本书第一章“世界末日”里虽然将未来的前景描述地十分悲观，但从此带来悲观厌世情绪，并不是作者的目的，作者的目的是为了探讨理论，描述各种好的或者不好的可能性，从而在各种可能性之下探求解决之道。毕竟一个宇宙的时间与空间本身对于人个体来说已是接近无限大的存在，过去可以观察，未来却只能靠常理上的推测与演算。宇宙论大抵因未来的无数种可能与不稳定性，而在理论上存在异彩斑斓的景象。

　　亿万年后即使宇宙坍塌或热寂，也不能阻挡人类的传承与探索精神，我们的后代或也会在时空中穿梭，找寻人类新的伊甸园。宇宙的遥远终途，或也是人类的遥远归途，前方终将会有曙光。

——“要是宇宙有一个目标，并且它达到了那个目标，那么宇宙一定会寿终正寝，因为它的继续存在既没有理由也毫无意义。相反，如果宇宙会永远存在下去，那么不难想象，对宇宙来说根本不会有任何最终的目标。这样，宇宙的死亡也许正是为宇宙的成功所必须付出的代价。因此我们只能希望在宇宙的最后三分钟结束之前，它的目标也许会被我们的后裔所认识。”