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第14章 宇宙学的沉思.2

作者:美-B·格林 当前章节:2337 字 更新时间:2026-6-23 00:15

更激进的思想来自宾夕法尼亚州立大学的斯莫林(Lee Smo-lin),他从大爆炸和黑洞中心的条件的相似——同样都是挤压在一起大密度的物质——得到灵感,提出每一个黑洞都是一粒新宇宙的种子,新宇宙从种子爆发出来,但永远藏在黑洞视界的背后,我们看不见。斯莫林不仅提出了一种新的生成多重宇宙的机制,还引进来一种新的精神——一种宇宙的基因突变观——把与人存原理相关的科学极限问题引向尽头。[81]他说,我们来想想看,当一个宇宙从黑洞中心喷出来时,它的物理属性,如粒子质量和力的强度,跟产生它的母宇宙是接近的,但不会完全相同。因为黑洞来自不同星体,而星体的形成完全依赖于粒子质量和作用强度的精确数值,所以,任何一个宇宙能生成多少黑洞,也完全取决于那些参数。于是,“后代”宇宙小小的参数变化可能会比母宇宙更有利于黑洞的形成,从而可能拥有更多的自己的“后代”。7这样,经过许多代以后,孕育了很好的黑洞生成条件的子孙宇宙将在多重宇宙中占绝大多数。于是我们看到,斯莫林没有借人存原理,而是提出了一个动力学的机制,说明一代代的宇宙如何一步步接近特殊的参数值——那是最有利于黑洞生成的参数值。

这条思路引出另一种方法,即使在多重宇宙的背景下,它也能解释基本物质和力的参数。假如斯莫林的理论是正确的,假如我们不过是长大的多重宇宙中的一个代表(当然,这些都是“假如”,在许多方面还大有争议),那么,我们测量的粒子和力的参数,应该最有利于黑洞的产生。就是说,我们宇宙的那些参数的一丁点儿改变,都会使黑洞不容易形成。物理学家已经在考察这个预言了,目前还没有大家都能接受的看法。不过,即使证明斯莫林的具体观点错了,它也确实提供了终极理论可能具有的另一种形式。乍看起来,终极理论似乎立场不够坚定,我们可以看到它能描写好多宇宙,而多数都跟我们所在的宇宙无关。另外,我们可以想象那些宇宙都是能够在物理上实现的,从而产生一个多重的大宇宙——表面看,它将永远限制我们的预言能力。然而,实际上这种讨论说明,最终的解释总是可以找到的,只要我们不仅把握了终极的定律,而且还懂得它们在宇宙的大尺度演化的意义。

当然,弦理论和M理论的宇宙学意义在进入21世纪以后都将是一个重大的研究领域。没有能产生普朗克尺度能量的加速器,我们将不得不越来越依赖于大爆炸的宇宙加速器,依赖于它留给我们的遍布宇宙的遗迹,拿它们来当我们的实验数据。凭运气和毅力,我们总有一天能回答那些基本的问题:宇宙是怎么开始的?它为什么演化成我们看到的苍天和大地?当然,在我们和这些基本问题的完整答案之间,还隔着一大片荒漠。但是,引力的量子理论经过超弦理论的发展,为我们带来了信心和希望。我们相信自己现在掌握了应有的理论工具,可以迈步踏进那片无知的荒漠,经历艰辛万苦之后,我们一定能带着某些最深沉的问题的答案,重新走出来。

注释

1.更准确地说,宇宙应该充满从理想吸收体(热力学叫它“黑体”)发出的那个温度范围的热辐射的光子。霍金曾经证明,黑洞的量子力学辐射也是同样的谱——跟普朗克当年的热炉的辐射一样。

2.这里的讨论传达了所说问题的精神,不过我们淡化了某些微妙的特征,它们与光在膨胀宇宙中的运动有关,也将影响具体的数值。特别的一点是,尽管狭义相对论断言没有比光更快的东西,但这并不排除空间结构所携带的两个光子可能以超光速的速度相互远离。例如,在宇宙第一次透明的大约ATB 30万年的时候,宇宙中分隔90万光年的两个地方还可能相互影响着,虽然它们的间隔超过了光走30万年的距离。那3倍的差距是空间结构的膨胀来补偿的。这意味着,当我们的宇宙大影片回到ATB 30万年时,天空中的两点只要不远离90万光年,就有可能影响彼此的温度。这些具体的数字不会改变我们所说问题的定性特征。

3.关于暴胀宇宙模型和它揭示的问题的详细而生动的描写,请看Alan Guth, The Inflationary Universe(Reading, Mass:Addison-Wesley,1997)。

4.为对数学感兴趣的读者多说几句。这里的结论的根据是,假如两个物体扫过的时空维数的和大于或者等于它们运动所在的时空维数,那么它们总会相交的。例如,点粒子扫过1维时空路径——两个粒子的路径的维数和就是2。直线的时空维数也是2,所以两个粒子总会相遇(只要它们的速度没有调得来完全相等)。同样,弦扫过2维路径(世界叶),两根弦的和为4,这说明在4维时空(3维空间和1维时间)运动的弦都会相交的。

5.随着M理论的发现和第11维的认识,弦理论家已经开始研究所有7个额外维度的卷缩形式——在那种形式下,每一维差不多都是平等的。这种7维流形的可能选择是所谓的乔伊斯流形,是以牛津大学的乔伊斯(Domenic Joyce)的名字命名的,他第一个发现了那类流形的数学构造技术。

6.专业的读者会发现,我们是在所谓弦参照系中进行描述的,在这样的参照系里,大爆炸之前的曲率增长源自(膨胀驱动的)引力作用强度的增大。在所谓爱因斯坦参照系里,这样的演化表现为加速收缩的一幕。

7.举例来说,在弦理论中,卷缩维的形态从宇宙到“后代”的小小改变,就可能导致那样的演化。根据空间破裂锥形变换的结果,我们知道这样的一个足够长的小变化序列能从一个卡-丘形态经过任何其他的卡-丘形态,让多重的宇宙经历以弦理论为基础的数不清的宇宙的诞生。当多重宇宙历尽新生以后,斯莫林的假说将为我们带来一个期望:我们将拥有一个典型的宇宙,它的卡-丘空间孕育着无限生机。

第五篇 21世纪的统一

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