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为什么会有宇宙?宇宙之外会有什么?六合老管

时间: 2019-11-20

  我们人类意识到了哥白尼原理(没有一个观测者有特别的位置),这看起来使得人类并不在宇宙中处于某种特殊的地位,但是另一方面,我们人类又很可能是唯一认识到自己所处的位置并不特殊的智能生命。从这个意义上来看,人类又非常不同。所以要理解宇宙为何存在,科学家们常常从「人」的角度出发进行考虑,这就有了著名的人择原理(anthropic principle)。

  人择原理尝试从物理学的角度解释「为什么我们的宇宙是这样的」,例如其中的一种表述认为,我们生存在众多个宇宙演化模型中的一个,各个不同的宇宙演化模型中有着不同的物理规律,而在所有可能的模型中,只有很少的几种能够允许智慧生命的出现,假如宇宙按照其它的方式演化,我们也将不复存在。近年来,人择原理及其与之相关的「多元宇宙」(multiverse)的观点由于暴涨宇宙学(inflation cosmology)的理论而更变得更加受到重视,也许随着对宇宙微波背景辐射及其相关的宇宙学问题的研究逐渐深入,我们可以找到更多关于多元宇宙的证据。不过与此同时,关于人择原理的争论也一定会持续下去,在另外的许多科学家看来,「人择原理」是无法被证伪的,因而不能被看成是一种科学理论,而也有的科学家认为,尽管目前「人择原理」可能还不能看成是科学的范畴,但它很可能是还未成熟的一种科学的形式。

  这里介绍一种新的观点。著名的华人物理学家文小刚曾经在采访中这样对比两种不同的思路:

  以前的思路是,你要找一个东西的起源,都是要把它分解,来得到其组成和基本构件,分得越小就越基本。……新思路下,结构是更重要的。考虑结构会使我们对自然界的基本性质有更深刻的理解,这跟老思路考虑物质的构件很不同。二者的区别就好比,观察一根绳子时,是看它由什么分子构成的,还是看这根绳子的扭结结构是什么。老思路看重基本构件是还原论,而新思路看重组织结构(序),是演生论。

  著名的科普作家马丁·加德纳(Martin Gardner)在大学期间通过理性的思考从一个新教者转变成为一个著名的怀疑论者,他在他的《秩序与意外》一书中这样描述宇宙的诞生:

  或许上帝的一位天使巡视了一篇无边无际的混沌之海,然后他用手指轻轻地搅了一下。在方程的这个微小而短暂的涡动中,我们的宇宙成型了。

  换句话说,除了去思考「物质的构成」或者「物质的基本单元」这种还原论的思路,我们还可以考虑某种「演生论」的思路。我们考虑不是某种粒子的基本结构,把这些粒子看成宇宙结构中的一些特定形式的「激发」。

  在演生论的视角下,文小刚教授提出过一个弦网凝聚理论(string-net condensation)解释了电子和光子的起源。根据这一理论,我们的宇宙像是某种「弦网液体」(各位读者朋友可以自行脑补一碗面条的样子)。我们可以将弦的端点看成是这些粒子,这与我们对固体的认识也是相似的,电子在晶格上运动,这些晶格就像是「端点」,而晶格本身会发生振动,这些振动的「激发」在晶体中对应声子,在弦网液体中,弦的密度波激发即对应为光子。将粒子理解为开弦的末端的想法来自于超弦理论(super-string theory),这种思路使得物理学的研究对象大大扩展。而在弦网液体理论中,那么电子和光子就有一种很简单的图像:电子是弦网中弦的端点,光子则是弦网的激发。

  这个问题的答案就是「不知道」。之所以我们说「不知道」,就是因为描述宇宙膨胀的哈勃定律(Hubbles law)已经告诉我们,宇宙中那些距离我们越远的星体正在以越快的速度远离我们(这也是大爆炸理论的最初观测证据)。换言之,那些来自遥远天体的信号(例如光)在未来的任意长一个时间点都永远无法再进入可观测宇宙的范围。这也是「可观测宇宙」得名的原因。从这个角度看,六合老管家!「可观测」宇宙以外的宇宙是不可观测的。


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