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么太过弯曲,或者在其他某方面出差错。而根据查里德·费因曼的多重历史观念,这些不可居住的历史可有相当高的概率。
事实上,可以存在多少不包含智慧生命的历史根本没有什么关系。我们只对智慧生命在其中发展的历史的子集感到兴趣。这种智慧生命可以一点都不像人类。小绿色外星人也可以。事实上,他们也许更优秀。人类的智慧行为的记录并不非常光彩。
作为人择原理威力的一个例子,考虑空间中的方向数目。我们生存在三维空间中,这是一个常识。那也就是说,我们可以用三个数代表空间中的一点的位置,例如纬度,精度和海拔高度。但是为何空间是三维的呢?为什么不像科学幻想中的那样为二维的,或者四维的,或者甚至是其他的维呢?在M…理论中,空间有九维或者十维,但是人们认为其中六七个或七个方向被卷曲成非常小,只留下三个大的几乎平坦的方向。
为何我们不生活在八维被卷曲得很小只留下二维可让我们察觉到的历史中呢?一只二维动物要消化食物非常困难。如果它有一个穿过自身的肠子,它就把动物分离成两部分,而这可怜的生灵就一分为二了。这样两个个年吨秒年的方向对于任何像智慧生命这样复杂的东西是不够的。另一方面,如果存在四个或者更多个的几乎平坦的方向,那么两个物体之间的万有引力在它们相互靠近时就增加的越快。这就意味着行星们没有围绕其太阳公转的稳定轨道。它们要么会落到太阳中去,要么逃逸到黑暗和寒冷的太空去。
类似的,原子中的电子的轨道也不稳定,因此我们所知的物体边不存在。这样,尽管多重历史的思想允许任何数目的几乎平坦的方向,只有具有三个平坦方向的历史才包括智慧生命。也只有具有三个在这种历史中才会提出这样的诘问:“为何空间具有三维?”
宇宙在虚时间中的最简单的历史是一个圆球面,正如地球的表面那样,只是多了两个维。它确定了宇宙在我们所经历的实时间中的历史,在这个历史中宇宙在空间的每一个点上都相同,而在时间中膨胀。它在这些方面和我们生活其间的宇宙很相象。但是其膨胀率非常快速而且踏它不断地越来越快。这种加速膨胀成为暴胀,因为它就像价格以一直上升的速率增长的方式。
一般而言,价格的暴胀被认为是糟糕的事,但是在宇宙的情形下,暴胀是非常有用的。其巨大的膨胀将早期宇宙也存在的坑坑洼洼全部抹平。随着宇宙膨胀,它从引力场借得能量去创造更多的物质。正的物质能量刚好和负的引力能量相互平衡,这样使总能量为零。当宇宙的尺度加倍,物质和引力能都加倍——这样,零的两倍仍为零。如果银行业这么简单该多好!
如果宇宙在虚时间中的历史是完美的圆球面,那么在实时间中的相应的历史就会是继续以暴胀方式永远膨胀的宇宙。当宇宙在暴胀时,物质不会落到一起形成星系和恒星,而且生命,更不用说像我们这样的智慧生命能够发展。这样,尽管多重历史思想允许在嘘时间中完美圆球面的宇宙历史,它们不是对特别有趣。然而,在嘘时间中球面南极处忽略平坦些的历史和我们更加相关。
在这种情形下,在实时间中的相应的历史首先以加速暴胀的方式膨胀。但是这种膨胀接着开始缓慢下来,而且星系能够形成。为了让智慧生命得以发展,南极处变平的程度必须是及其微小的。这将意味着宇宙将首先膨胀一个巨大的倍数。两次世界大战之间德国的通货膨胀创造了记录,价格上升了几十亿倍,但是在宇宙中发生的暴胀至少有一亿亿亿倍。
由于不确定性原理,包含智慧生命的宇宙不仅只有一个历史。相反地,在虚时间中的历史将为一整族稍微变形的球面。每一个对应在实时间中宇宙长时期但非无限久膨胀的历史。然后我们可以问这些允许的历史中的哪一个是最可能的。终于发现最可能的历史不是完全光滑的,而是具有微小的起伏的。在最可能历史中的涟漪实在是非常微小的。它和光滑的偏离只有十万分之一的数量级。尽管它们及其微小,我们已经设法观察到它们。这正是从太空不同方向到达我们这儿的微波的细小变化。宇宙背景探险者在1989年发射并且画出了天空的微波图。
不同颜色表示不同温度。但是从红到蓝的整体范围仅仅大约为一度的万分之一。然而,这种早期宇宙中不同区域之间的变化已足以在更密集的区域产生额外的引力吸引,去阻止它们永久膨胀下去,而使它们在自身的引力下重新坍缩,从而形成星系和恒星。这样,至少在原则上,COBE图是宇宙的所有结构的蓝图。
和智慧生命的出现相容的宇宙最可能历史在未来将如何行为呢?依宇宙中的物质的量而定,似乎存在不同的可能性。如果物质密度超过某一临界值。则星系之间的引力吸引就会使它们之间的分离减缓下来,而且最终阻止它们相互飞离。然后它们将开始相互下落,并在一次大挤压中都碰撞到一起。大挤压是在实时间中宇宙历史的终结。
如果宇宙密度低于临界值,则引力太弱,不足以阻止星系永远相互飞离。所有恒星都燃烧殆尽,而宇宙将变得越来越空虚,越来越冷。这样,事情又要完结,但是以一种不那么戏剧性的方式。不管是哪种方式,宇宙将要继续在生存好几亿年。
宇宙中除了物质,还可以包含所谓“真空能量”的东西。这种能量甚至存在于表现空虚的空间之中。按照爱因斯坦著名的方程,这种真空能量具有质量。这意味着它对宇宙膨胀具有 引力效应。但是,非常引人注意的是,真空能量的效应和物质效应相反。物质使膨胀率缓慢下来,并最终能使之停止而且反转。另一方面,真空能量使膨胀加速,正如暴胀那样。事实上,真空能量恰恰如在第一章中提到的宇宙常数那样行为。那是爱因斯坦在1917年意识到,他的原先的方程不能允许一个代表静态宇宙的解时,加到方程上去的。在哈勃发现了宇宙膨胀之后,将这一项家到方程上的动机即不复存在,而爱因斯坦将宇宙常数当作一项错误的拒绝。
然而,着也许是根本就不是错误。正如在第二章中描述的,我们现在意识到,量子论意味着时空中充满了量子涨落。在一中超对称的理论中,这些基态起伏的无限 大的正的和负的能量被完全对消,甚至连小的有限的真空能量都不遗留下来。仅有的令人惊讶的是,真空能量这么接近于零,这一点在不久前还没有这么显明。这也许是人择原理的另一个例子。具有更大的真空能量的历史不会形成星系,也就不包含能够询问这个问题的生物:“威吓真空能量这么低?”
我们从各种观测可以试图确定宇宙中物质和真空的能量。我们可以用一张图来表明此结果,水平方向代表物质的密度而垂直方向表示能量。点线显示智慧生命能够发展的区或边缘。
在这张图上分别标出对应于超星系,物质成团和微波背景的观测区域。幸运的是,这三个区域有一个共同的交集。如果物质密度和真空能量处于这个交集,它意味着宇宙膨胀在长期变缓慢之后已开始重新加速。看来暴胀可能是自然的一个定律。
我们在这一章中已经看到,如何按照浩渺宇宙在虚时间中的历史来解释它的行为。这个虚时间中的历史是细小的略微平坦的球面。它酷似哈姆雷特的果壳,然而这个果壳把在实时间中发生的一切都作为密码储存在它上面。这样哈姆雷特是完全正确的。我们也许是被束缚在果壳之中,而仍然自以为无限空间之王。
第四章 预言未来
霍金
黑洞中的信息丧失如何降低我们预言未来的能力。
人类总是想控制未来,或者至少要预言将来发生什么。这就是为何占星术如此流行的原因。占星术宣称地球上的事件和行星划过天穹的运动相关联。如果占星家们胆敢冒险并作出可被检验的确定的预言的话,这便是或者将会是科学上可以检验的假使。然而,他们识相的很,所做的预报都是这么模糊,使得对任何结果都能左右逢源。诸如“个人关系可能紧张”或者“你将有一个高报酬的机会”等等断言永远不会被证伪。
但是科学家不信占星术的真正原因不是因为科学证据