宇宙學能否回答宇宙萬物從哪裡來？互聯網能否回答宇宙最終到哪裡去？

宇宙學與宇宙萬物從哪裡來

核科學揭開了微觀世界的神秘面紗，使我們能遨遊在原子核及其組成的亞原子世界。同時，核科學的許多知識和研究方法又與宇宙學交叉在一起，將宇宙學帶入了物理學的領地，開創了近代宇宙學的時代。人們朝著認識宇宙萬物本源的方向又前進了一大步，讓我們看到在宇宙巨大的尺度上藉助於核科學表示的描述萬物起源與其遵循的定律的壯觀、優美和和諧。核科學也在與其他學科的交叉中不斷地發展自己。

目前，現代宇宙學已經利用現代物理學尤其是核科學的成果，在愛因斯坦的廣義相對論、質能等效定律以及量子力學的理論基礎上，對宇宙的起源作了描述，這就是大爆炸理論，與已有的觀測結果一致。但是對宇宙是否有一個開端，在宇宙起源的10-43秒之前現有的物理定律都失效的情況下，是否有一個有效的方法去描述它，至今還沒有形成一致的看法。

要想預言宇宙的未來，更是一個複雜的問題。基於愛因斯坦的廣義相對論的大爆炸理論至少存在以下四個重要問題未被解答。

（1）為何早期宇宙如此之熱？

（2）為何宇宙在大尺度上如此一致？

（3）為何宇宙在介於坍縮和無限膨脹之間的速率中膨脹了100 億年？

（4）為何宇宙在大尺度均勻的情況下又存在局部的無規性，如星系、諸星？

為了解釋這些疑問，發展了諸多關於宇宙大爆炸早期的宇宙模型，如暴漲模型、新暴漲模型、紊亂暴漲模型等。

暴漲模型認為在早期宇宙可能存在過一個非常快速膨脹的時期，在遠小於1s 的時間內，宇宙的半徑增大了1030倍，在這樣一種加速膨脹過程中，開始宇宙的任何不規則性都將被抹平，就像現在看到的宇宙在各方向的均勻一致的狀態（可以用吹氣球來比喻），而隨後宇宙再由於引力的作用進入目前所處的緩慢減速膨脹的狀態。至於為什麼宇宙中會有那麼多物質，暴漲模型也作出了解釋。在宇宙開始時，總能量是等於零的，從愛因斯坦的質能公式中可知質能之間是可以轉換的，因此，物質可以認為是由正能量構成的，物質之間由於質量而互相吸引，而把物質拉開的引力場則可以認為是一種負能量。所以在宇宙進入膨脹狀態後，宇宙的體積加倍，此時正物質能與負引力能都加倍了，而宇宙的總能量卻仍為零，因為零的加倍還是等於零。這樣，用於製造粒子的總能量可以變得非常大，宇宙就這樣從「一無所有」變成了如今的無邊無垠的物質世界，有人把這稱為「最徹底的免費午餐」是不無道理的，從某種意義上說宇宙是真正的 「無中生有」。

暴漲理論解釋了部分宇宙開端的問題，下面介紹霍金量子引力論作出的解釋。

英國著名物理學家史蒂芬·霍金證明了，在經典廣義相對論的框架中，一般條件下，空間- 時間一定存在一個奇點，宇宙大爆炸處就是一個奇點，在奇點處，所有定律和可預見性都失效。奇點可以看成空間時間的邊緣或邊界。要預測宇宙的演化，必須要給出邊界條件，而這個邊界條件只能是宇宙外的造物主給出，這就是所謂的第一推動。而在大爆炸處引力場變得如此之強，以至於量子引力效應變得重要，經典廣義相對論失效。如果將量子力學和引力結合在一起，就沒有奇點，空間-時間就沒有邊界，就不需要上帝的第一推動了。

霍金提出：宇宙的量子態是處於一種基態，空間-時間可看成一有限但無界的四維面，正如地球表面一樣，只不過多了兩維。宇宙中的所有結構都可以用量子力學的測不準關係帶來的起伏來解釋，如恆星、星系的成團結構和大尺度的各向同性和均勻性的矛盾就變得可以理解了。霍金的量子宇宙論是一個自足的理論，原則上可以預測宇宙的一切。如果宇宙確實是自足的，沒有邊界或邊緣，既沒有開端也沒有終結——它就是存在的。

霍金認為，他的貢獻是：在經典物理的框架中，證明了黑洞和大爆炸奇點的不可避免性，黑洞越變越大；在量子物理的框架中，黑洞因輻射而變得越來越小，大爆炸奇點不僅被量子效應抹平，而且整個宇宙正是起源於此。

人們期望有這樣一種大統一理論，可以把制約自然界的4 種基本力統一起來，得到一個宇宙的終極理論，可以對已經觀測到的天體現象作出合理解釋，並可以預言宇宙的未來。

目前，已經建立了除了引力之外的其餘3 種力的統一理論。在宇宙學中，制約引力的定律尤為重要。我們知道：雖然引力是自然界4 種力中最弱的一種，兩個電子間的引力只有其電磁力的10-43 倍；但是引力是萬有的，每一個粒子都因其質量或能量而感受到引力；引力又是長程的，而且總是吸引的。太陽和地球之間的引力使地球圍繞太陽公轉，就是因組成太陽和地球的所有粒子的微弱引力的疊加產生的。而其他3 種力則是短程的，或者吸引或者排斥，在大的尺度上或者等於零，或者吸引與排斥互相抵消而不產生效應。是引力的作用使得宇宙在大尺度上構造成形，廣義相對論的時空彎曲也是由引力場的存在所致的，引力與廣義相對論相關，而其餘3 種力則基於量子力學。雖然現今量子引力理論還不是一個完整而協調的理論，但是它的一些特徵已經顯現出來，可以說霍金的工作對建立宇宙統一理論是一種推動。

如果建立了宇宙的終極理論，而且是統一的、其一般原理能為普通人所接受的，就能回答宇宙萬物是從哪裡來的，我們是從哪裡來的問題。這將是人類理智和科學的勝利。

本文由劉四旦摘編自吳明紅、王傳珊編著《核科學技術的歷史、發展與未來》一書「第六章 輻射的來源、危害及其防護」。略有改動。

互聯網與宇宙的未來

幾千年來，人類從文化、宗教、哲學甚至科技層面，對人類的未來進行了深入探討和思考。佛教相信彌勒佛將在未來誕生，帶領信眾進入極樂世界。據佛經記載，彌勒出生於古印度波羅奈國的一個婆羅門家庭，與釋迦是同時代人。後來隨釋迦出家，成為佛弟子，他在釋迦入滅之前先行去世。據說釋迦曾預言，他離開此世間後，將上生兜率天宮，在那兒與諸天演說佛法，直到釋迦佛滅度後五十六億六千萬年時，才從兜率天宮下生，來到人間。

佛教認為「他降世的那個時期，地球經過了許多變化，山河石壁，皆自消滅，多是平原，海水平靜，土地肥沃，多有自然樂園。一年四季，風雨調順，百花開放，萬類和宜，產物豐收，果實甘美，併產天然粳米，沒有糠皮，滋味香美，如果成熟，不炊可食，人食長壽，毫無疾苦。又無任何災難，人心皆為大善，沒有貪、嗔、痴、慢、疑、……，更無殺、盜、淫、妄、酒、……等一切不良的思想言行。」

與佛教對未來的樂觀不同，世界範圍內對未來悲觀的觀點大行其道。最突出的是世界末日說，世界末日的預言大多起源自原始宗教。早期的人類追求天人合一的思想。認為人的死亡是與自然的融合，因為把死亡看做是一種神聖的過程。從而產生了「末日」思想。隨著早期人們征服自然戰勝自然思想的膨脹，早期宗教出現了較大的分裂，尋求天人合一思想的派系逐漸縮小。但是思想和理論被別的宗教吸收成為了末日審判的一種思維模式，如北歐神話「諸神的黃昏」、基督教、猶太教、天主教、新教、伊斯蘭教等的彌撒亞在末日的審判等。

基督教認為，在世界終結前，上帝和耶穌將要對世人進行審判，這就是末日審判。凡信仰上帝和耶穌基督並行善者可升入天堂，不得救贖者下地獄受刑罰。《聖經·啟示錄》中對末日審判進行了描述。「海水立即變成血，海中一切生靈盡皆死盡。江河及眾水之源，亦變成血水。頓時烈日的烤，熱浪襲人。電閃雷嗚，地震城塌，海島山巒都無蹤影，特大冰雹降落下來．．．」

科學上對於世界的未來也有很多研究，一九二九年，美國天文學家哈勃根據「所有星雲都在彼此互相遠離，而且離得越遠，離去的速度越快」這樣一個天文觀測結果，得出結論認為：整個宇宙在不斷膨脹，星系彼此之間的分離運動也是膨脹的一部份，而不是由於任何斥力的作用。　

其後的宇宙膨脹學說提出：我們可以假設宇宙是一個正在膨脹的氣球，而星系是氣球表面上的點，我們就住在這些點上。我們還可以假設星系不會離開氣球的表面，只能沿著表面移動而不能進入氣球內部或向外運動……。如果宇宙不斷膨脹，也就是說，氣球的表面不斷地向外膨脹，則表面上的每個點彼此離得越來越遠，其中某一點上的某個人將會看到其他所有的點都在退行，而且離得越遠的點退行速度越快。

宇宙大爆炸模型

按照宇宙大爆炸理論，宇宙的不斷膨脹，使各種星系和其他天體彼此高速遠離而去，因此，宇宙物質將變得越來越稀疏，密度也越來越小。如若如此，我們的宇宙終將變得「空空蕩蕩」。於是出現另一種理論，它認為：當宇宙膨脹使星系之間的距離變得足夠「巨大」的時候，就會有許多新的物質從「虛無」中被創造出來，以填補出現的「間隙」，維護宇宙物質的應有密度，他們甚至計算出新物質產生的速度。還有第三種說法，當宇宙膨脹到一定程度後，將停止膨脹，反過來進行收縮，直到重新回到膨脹時的原點「奇點」。

我們在互聯網進化的膨脹規律中提到，互聯網的擴張不僅僅局限在地球的範圍內，事實上人類邁向太空的每一步，都意味著互聯網範圍的進一步擴大，無論是月球探測器、火星探測器，或者是外太陽系太空探測器旅行者1號。它們的信息通過無線電設備與地球實現聯網和通訊。

我們可以合理的推測，隨著人類的進化和發展，互聯網的範圍也必將向更遠的外太空蔓延。只要有足夠的時間，人類的發展將使互聯網的範圍擴大到銀河系、本星系群、本星系團、在無窮的時間點上、最終蔓延到整個宇宙，到那時智慧宇宙或宇宙大腦將會誕生。

從互聯網進化論的觀點看，人類的未來並不是無目標無前途無光明的，而是有著莊嚴的使命和方向，那就是想盡一切辦法存活下去，利用一切機會發展自己的智慧並向宇宙深處擴張，直到無窮的時間點，徹底知道宇宙的每一個細節，徹底理解宇宙每一個秘密，徹底掌握改造宇宙的每一項能力，那時才是人類進化的終點，才是人類生存安全的永恆之地

宇宙大腦示意圖

仍然有我們無法思考下去的斷點：宇宙大腦或智慧宇宙形成後，還會如何進化？曾經思考過，在這個宇宙大腦里誕生另一個智慧萌芽，向另一個智慧宇宙進化，但這會導致死循環，一個誕生另一個，再誕生第三個……似乎這樣的宇宙結局太枯燥了。應該還有其他的進化或發展，跳出這個死循環，只是這已經超出了我們現在的想像。

《互聯網進化論》中的一篇文章節選，《互聯網進化論》一書書2012年9月由清華大學出版。

微信ID：AItists

長按左側二維碼關注

人工智慧學家：關注人工智慧科技與產業前沿進展,致力成為人工智慧領域權威和有影響力的媒體

推薦閱讀：