神秘的宇宙 探究宇宙的奧秘和人類存在的理由(組圖)

　　大約137億年前，天地混沌一片，沒有恆星，沒有星系，沒有行星，也沒有人類，然後，毫無徵兆的大爆炸產生萬物，我們所處的宇宙在一個天體火球中誕生，隨後，萬物從虛無中產生。大約100億年後，名叫地球的行星上開始有生命出現，最終，這個星球上出現了如今在其上漫步的你、我、他……這一系列事件發生的可能性都微乎其微，但它確實發生了，而且仍然在不斷發生。　　人類自從誕生伊始，就一直被幾個問題所困擾：我們來自何處？宇宙為什麼會存在？是否還存在其他宇宙？是否還存在另一個我？人類最終會滅絕嗎？宇宙的終極命運是什麼？等等。　　這些綿遠而恆久的問題激起了無數科學家的興趣，他們窮盡畢生心血，給出了各種各樣的答案。近日，英國《新科學家》雜誌為我們一一進行了梳理和分析。這些答案或許遠非最終答案，但俗話說：吾生也有涯，而知也無涯。探究和追尋這些問題的答案或許是人類這個宇宙中最奇特的存在最大的存在理由吧。　　1.我們從何處而來？　　為什麼我們會在這兒呢？我們來自於何處呢？按照中非Boshongo人的傳說，在我們出現之前，世界太初只有黑暗、水和偉大的上帝Bumba。有一天，Bumba胃痛發作，嘔吐出太陽。太陽讓一些水蒸發，留下大地。他仍然不舒服，又吐出了月亮、星辰以及隨之而來的美洲豹、鱷魚、烏龜等，最終吐出了人類。　　這個創世紀神話和很多神話一樣，試圖回答人類自誕生伊始就一直在追問的問題，那就是：為什麼我們會在此處？現在，我們擁有的一個強大的工具科學可以為自己提供答案。　　大約80年前，科學家們首次發現了第一個科學證據。上世紀20年代，美國天文學家愛德溫·哈勃開始用一個100英尺的望遠鏡在位於洛杉磯的威爾遜山天文台觀察宇宙。哈勃發現，恆星並非均勻地分布於整個空間，而是大量聚集在被稱為星系的集團之中。　　哈勃測量來自星系的光，進而能確定它們的速度。起初他估計，向我們飛來的星系和遠離我們的星系一樣多這是在一個隨時間不變的宇宙中應有的。但令哈勃驚訝的是，他發現幾乎所有的星系都正在遠離我們而去。而且，距離我們越遠的星系，遠離我們的速度也越快。我們身處的宇宙正在不斷地膨脹，星系之間的距離隨時間而增大。這一發現徹底顛覆了原先人們擁有的宇宙隨時間保持不變這一認知。　　宇宙在膨脹是20世紀或任何世紀最重要的發現之一。它轉變了宇宙是否有一個開端的爭論。如果星系現在正在相互遠離，那麼，它們在過去一定更加靠近。如果它們過去的速度一直不變，那麼，在大約150億年之前，所有星系應該一個落在另一個上。這個時刻是宇宙的開端嗎？　　很多科學家仍然不喜歡宇宙具有起點，因為，這似乎意味著物理學崩潰了。因此，人們不得不求助於「外援」，為方便起見，人們將其稱為「上帝」，它決定了宇宙如何開始。為此，科學家們提出了一些理論，這些理論認為，宇宙此時此刻正在膨脹，但是，宇宙沒有起點，或許，我們最熟知的是1948年由英國天體學家邦迪、高爾德和霍伊爾提出的穩恆態理論。　　穩恆態理論認為，宇宙會永遠存在，而且，在所有時間中都顯得一樣。但後來，科學家們發現，宇宙是存在起點的，因此，穩恆態理論被扔進了科學史的故紙堆。　　證實宇宙存在著一個非常稠密起點的觀測證據出現在1965年10月，那時，科學家們發現了貫穿整個宇宙空間的微弱的微波背景。這些微波和人們使用的微波爐的微波是一樣的，但比微波爐的微波微弱很多。它們只能將匹薩加熱到零下270.4攝氏度，無法將匹薩化凍，更不用說烤熟它。實際上，你自己就可以觀察到這些微波。把你的電視調到一個空的頻道，在熒幕上看到的雪花的百分之幾就歸因於這個微波背景。　　唯一合情合理的解釋是，該微波背景是宇宙早期非常熱而稠密狀態遺留下的輻射，隨著宇宙不斷膨脹，這種輻射慢慢冷卻，直到我們今天觀察到它的微弱殘餘。　　理論也支持這一觀點，英國宇宙學家史蒂芬·霍金和英國數學家兼物理學家羅傑·彭羅斯教授已經證明，如果愛因斯坦的廣義相對論是正確的，那麼，將存在一個奇點，這個奇點擁有無限的密度和時空曲率，時間在此處開始。　　宇宙開始於一場大爆炸，隨後膨脹得越來越快，這就是宇宙暴脹理論，結果也證明，早期宇宙膨脹得更快，宇宙在比一秒還微小得多的時間裡膨脹了1030倍。　　和通貨膨脹不同，早期宇宙的暴脹是非常好的事情。它產生了一個非常巨大、均勻而平坦的宇宙，正如我們觀察到的。然而，它不是完全均勻的，宇宙到處都有細小的變化，這些變化導致早期宇宙的溫度與現在相比會有些許不同，這一點能在宇宙微波背景中觀察到。　　這些變化意味著，有些地區膨脹的速度會稍慢一點，這些區域最終會停止膨脹並再次瓦解為星系和星星，星系和星星反過來會形成太陽系。　　我們自己的存在應歸功於這些變化。如果早期宇宙完全光滑，將不會出現行星，因此，生命也不會誕生，我們是極早期宇宙的量子起伏的產物。　　儘管這一點越來越清楚，但還有很多問題懸而未決。我們為何在此？我們是宇宙中唯一能回答這些問題的生物嗎？現在，我們正慢慢開始獲得這些古老問題的答案。　　2.為什麼宇宙會存在？　　《新科學家》記者阿曼達·傑夫特曾寫到：「宇宙很大，真的很大。」如果我們的宇宙大爆炸理論是正確的，那麼，以前的宇宙會比現在小。確實，在某點上，宇宙甚至並不存在。大約137億年前，時間和空間同時從「空」中產生。那麼，這一切是如何發生的呢？　　或者，換句話說，萬事萬物為什麼會存在呢？這是一個大問題，或許是最大的問題。宇宙從虛無中產生這個觀點本身就讓人頭大，想像一下什麼是虛無或許更讓人崩潰。　　然而，從科學的角度而言，這也是一個合乎情理的問題。畢竟，有些基本的物理學法則認為，在很大程度上，你和宇宙中其他事物存在的可能性微乎其微。熱力學第二定律是現有的最被接受的物理學法則之一。該法則認為，熵（entropy，指體系的混亂程度，在控制論、概率論、數論、天體物理、生命科學等領域都有重要應用）一直在增加。　　科學家們用熵作為衡量指標，來測量不改變系統外觀的情況下，系統的各組成部分可採用幾種方式來排列。排列方式越多，熵越高；反之，越低。例如，一個熱氣中的分子可以採用多種不同的排列方式製造出同樣的溫度和壓力，因此，該氣體就是一個高熵系統。相反，人們無法在不將一個活體生物變成一個非活體生物的情況下，對該活體生物的分子進行重排，因此，該活體生物是一個低熵系統。　　按照同樣的邏輯，虛無是我們周圍最大的熵系統。人們能隨心所欲地對其進行洗牌，並且，它仍然看起來是虛無。　　鑒於這一法則，很難觀察到虛無是如何變成某些事物的，更不用說變成像宇宙那麼龐大的事物了。但是，熵只是宇宙故事的一部分。對稱性也和宇宙故事脫不了干係。自從宇宙誕生伊始，對稱性的影響力似乎與日俱增。虛無的對稱性就非常好，諾貝爾獎獲得者、麻省理工學院的物理學家弗朗克·韋爾切克表示：「虛無是完全對稱的。」　　然而，在過去幾十年中，科學家們已經知道，對稱性是可以打破的。韋爾切克的專業是量子色動力學，這是一個描述夸克之間強相互作用的標準動力學理論，它是粒子物理標準模型的一個組成部分。該理論告訴我們，虛無是事物的不穩定狀態。「你能夠製造出一個沒有夸克和反夸克粒子在其中的狀態，它是完全不穩定的。」韋爾切克說，「它會自發地開始產生夸克—反夸克對。」美國科羅拉多州立大學的物理學家維克托·斯坦格表示，因此，虛無完美的對稱性被破壞了，這會產生一個意想不到的結論：儘管存在熵，有是比虛無更加自然的狀態。　　英國牛津大學的量子物理學家弗蘭克·克洛斯也同意這個觀點，他表示，根據量子理論，不存在「空」這一狀態。「空」有精確的初始能量，對不確定的量子世界來說，「空」是一個非常苛刻的要素。相反，真空實際上充滿了滾燙的粒子湯，它們在存在之間進進出出。從這個意義而言，包括你、我、月球以及我們宇宙中所有的一切事物都由量子真空受激而產生。　　宇宙的起源還有其他解釋嗎？韋爾切克表示，恐怕沒有了，他說：「虛無和充滿了各種物質的宇宙之間毫無障礙。」或許，大爆炸是虛無順其自然的產物。　　當然，這也提出了一個問題，大爆炸之前有什麼呢？大爆炸持續了多長時間呢？不幸的是，在這點上，基本概念讓我們灰頭土臉：「以前」 這個概念變得毫無意義。用史蒂芬·霍金的話來說，這些問題就像問南極之南是什麼一樣。　　即便如此，有來自於虛無這一想法可能會引發一個更令人抓耳撓腮的後果，那就是：或許虛無本身就不可能存在。　　為什麼這麼說呢？量子不確定性使時間和能量之間達到了平衡，因此，持續時間很長的事物擁有的能量一定很少。這就可以解釋一個問題：我們的宇宙持續了數十億年在這麼長的時間內，星系得以形成，生命進化為能對其存在性進行提問的雙足動物，因此，宇宙的總能量一定很低。　　這也符合人們對早期宇宙的普遍認識：大爆炸之後，時空經歷了一個突如其來的膨脹。這短時期的迅猛膨脹暴脹為宇宙填充了巨大的能量。但是，愛因斯坦的廣義相對論告訴我們，更多的時間—空間也意味引力更大。引力產生的拉力代表讓宇宙膨脹的負能量，其能抵消暴脹產生的正能量宇宙從虛無中產生，這種正能量不可或缺。麻省理工學院的宇宙學家阿蘭·古斯表示：「我想要說的是，宇宙是最後的免費午餐。」古斯於30年前提出了暴脹理論。　　過去，物理學家們擔心，萬事萬物從虛無中產生會違背很多物理學法則，比如能量守恆定律。但是，如果存在著初始能量來使其守恆，問題自然煙消雲散。並且，從虛無中產生一個宇宙不僅變得似乎可行，而且還是可能的。古斯說：「可能更好的表達方式是，有即是無。」　　然而，上述種種解釋還是無法讓我們擺脫困境。我們對於宇宙萬物生成的理解依賴物理學法則的合理性，尤其依賴量子不確定性的合理性。但是，那意味著，在宇宙存在之前，物理學法則就已經被編織入宇宙的「衣料」中。那麼，物理學法則如何能超出時空而毫無理由地存在呢？或者，換句話說，為什麼有一些不是虛無的事物事先就存在呢？　　3.為什麼宇宙剛好適合我們生活？　　如果讓原子核膠著在一起的強核力（最強的一種作用力，有效距離亦最短，它負責將夸克結合成質子、中子等粒子以及將質子與中子結合成原子核）再強大百分之幾，在不到一秒鐘的時間內，太陽這樣的恆星內部的氫燃料就會燃燒殆盡。如果那樣，太陽系爆炸的時間可能發生得更早，那麼，生命就不會出現在地球上。　　如果弱核力（造成放射性原子核或自由中子衰變的短程力，它負責放射性現象，只作用於自旋為1／2的物質粒子，而對諸如光子、引力子等自旋為0、1或2的粒子不起作用）再微弱百分之幾，構成我們所處世界中的大部分物質的重元素將不會存在，更不用說人類自身了。　　如果重力比現在再微弱一點點，它將無法有效地擠壓太陽的內核核心從而點燃核反應製造出太陽光；如果重力再強一點，太陽內的燃料早在數十億年前就已燃燒殆盡，人類同樣也不會出現。　　在物理學法則中，這樣為了生命的出現而嚴絲合縫剛剛好的例子似乎隨處可見。自然界中很多必須的參數基本力的強度和基本粒子的質量似乎都經過了「精調」，「剛好適合」生命出現。宇宙似乎就是為了人類的出現而存在一樣。　　那麼，為什麼會如此呢？一種可能性是：一個超級存在「造物主」對宇宙進行了精調。儘管有很多人喜歡這種簡單的解釋，但迄今為止，科學家似乎還沒有找到充分的證據來證明這一點。另一個可能性是，宇宙沒有任何其他選擇。宇宙就是如此，而我們剛好就身處於這樣一個與生命相契合的法則所統治的宇宙中。　　不管怎樣，這都似乎暗示，我們的存在是一件非常幸運的事情，在闡述與宇宙相關的一切事物如何出現時，史蒂芬·霍金就曾多次提到「幸運」這個詞。整個宇宙能夠存在，智能生命能夠在宇宙中孕育並進化都是非常幸運的事情。然而，大多數物理學家們並不這麼想。　　最有可能闡釋宇宙為什麼剛好精確地適合人類生存的解釋或許令人覺得匪夷所思：我們的宇宙只是眾多宇宙中的一個。每一個宇宙都有不同的物理學法則。我們發現自己身處的宇宙剛好擁有適合人類生存的法則，因為如非這樣，我們就不會出現在這樣的宇宙中了。　　「多重宇宙」這一概念並非空穴來風，科學家已經為其找到了理論支持。那就是弦理論。弦理論是現今我們對萬物之理所做出的最好嘗試，該理論預測，至少存在10500個宇宙，每個宇宙都擁有不同的物理學法則。整個撒哈拉沙漠只有1025粒沙子，由此可知，上述數據是多麼驚人。　　另外一個可能性是，沒有任何理論或者說法可以解釋所有這一切。有人認為，整個精調理論完全是一派胡言，其中最著名的批評源於《精調謬論》一書的作者、美國科羅拉多大學的維克托·斯騰格，他在書中表示，根據精調理論，氫、氦、鋰都不可能存在。　　包括碳、氮、氧、鐵在內的所有你身體內的重元素都在遙遠的恆星內形成。1952年，英國天文學家弗瑞德·霍伊爾指出，這些元素的存在很大程度上源於宇宙學上的巧合。形成這些元素的關鍵一步是「3倍的阿爾法」過程，在這個過程中，三個氦核熔融在一起形成一個C-12核。霍伊爾提出，在一個紅色星球內，在特定溫度下，要想讓這一反應發生，C-12的能量必須精確地等於三個氦核的結合能，實際情況也的確如此。　　然而，斯騰格指出，1989年，以色列理工大學的科研團隊表示，他們研究結果表明，C-12的能級實際上一直都非常不同，但是，宇宙中仍然產生了生命必需的重元素。　　精調理論還有其他問題。其中一個問題源於一個事實：科學家們通過讓一個參數一種自然力（或一個亞原子的質量）不斷變化，與此同時，其他參數保持恆定不變，結果，他們也發現了一些精調的例子。也就是說，一些值發生改變並不會改變整個結果本身。這似乎非常不切實際。不過，我們迄今仍然沒有獲得的萬物之理很有可能可以說明物理參數之間的密切聯繫。也有科學家解釋說，改變一個參數產生的影響有可能被其它參數的變化完全抵消，因此，得到的結果不變。　　而且，迄今為止，我們只有唯一一個生命正在不斷演化的例子，因此，我們如何能確定其他星球上的法則就無法產生別的能和人類一樣對其存在性進行深思的生命系統呢？　　另外，還有一個精準微調的例子很難被打發：宇宙因為暗能量而加速暴脹。量子理論預測，神秘暗能量的強度比我們觀察到的值大10120倍。　　諾貝爾獎得主斯蒂芬·溫伯格表示，這種不一致似乎非常意外。如果暗能量不是如此微小，不會出現星系，人類也不會出現。溫伯格勉強接受的解釋是，我們必須生活在一個暗能量的值「剛好」的宇宙中。溫伯格表示：「暗能量仍然是唯一需要用多重宇宙觀點進行解釋的參量。我還沒有看到其他物理常量經過精調的證據。」　　4.我們是宇宙中孤獨的存在嗎？　　當你凝視美麗的夜空時，你是否好奇地想知道，此時此刻有沒有其他「人」正注視著你？宇宙中也有其他我們稱為「神秘花火」的生命存在嗎？　　直覺告訴我們，在廣袤無垠的宇宙中，我們可能並不孤單。每2000顆恆星中，就有一顆恆星人能用肉眼看到；在我們所處的星系中，大約存在著另外5000萬顆這樣的恆星，而我們身處的星系只是宇宙1000億個星系中的一個。換句話說，我們圍繞其旋轉的這顆恆星只是億億個十億顆恆星中的一顆，真的是滄海一束。宇宙的其他某個地方很有可能存在著和我們身處的地球一樣的藍色小點，那麼，它是孵化出像我們一樣的智能生命的搖籃嗎？我們並不知道。然而，這並不能阻止人們希冀早日找出答案的美好願望。　　1961年，年僅31歲的美國加州大學的天文學家和天體物理學家弗蘭克·德雷克發明了一個估算外星文明數目的方程式，這就是著名的「綠岸公式」： N=R×Fp×Ne×Fl×Fi×Fc×L。這個公式看起來有點龐雜，它以一連串可能性的乘積來計算銀河系中可能存在的文明社會的數量。　　其中，N代表銀河系中的文明數量，它是幾個可以求出的未知數的乘積。R是每年銀河系中誕生的恆星數；Fp是擁有行星的恆星比數；Ne是行星系中「類地」行星的平均數；F1是類地行星中具有生命的行星比數；Fc是能夠進行星際無線電通訊的智能生物比數；L是通訊文明的平均壽命。　　德雷克運用這個方程樂觀地推導出，銀河系中大約有1萬個左右的先進文明，或者也可以表述為，大約20000萬顆恆星中有一個先進文明。其中最近的文明可能距離我們約1000光年遠。其他許多天文學家、生物學家也試圖求解這個方程，但結果大相庭徑。因為這一方程涉及七個變數，一些變數已被確定，另一些變數則很難確定。　　現在，我們也能夠讓一些數字與因子對號入座。我們知道，銀河系每年誕生20顆恆星，另外，我們已經在除了太陽之外的其他恆星周圍找到了560多顆行星，大約四分之一的恆星是擁有質量與地球一樣的行星。但估算這些生物因子有點像猜謎。因此，我們實際上很難求出這個方程的精確解。不過，它給出了一個合理猜想的方向。　　有一些天文學家認為，生命幾乎可以出現在任何宜居的行星上。也有人懷疑，簡單生命可能非常常見，但智能生命卻相當罕見。另外有些人則認為，我們的星球是獨一無二的。美國亞利桑那州立大學的物理學家保羅·戴維斯表示：「生命能否如此簡單地形成呢？我們完全蒙在鼓裡。」　　如果其他星球上也有類似於人的生命，那麼，有什麼證據可以證明這一點呢？在火星上發現生命可能於事無補，因為，火星上的生命很可能與地球公民具有同樣的起源。「毫無疑問，地球與火星之間的碰撞會在彼此之間來回傳遞微生物，火星和地球並非完全獨立的生態系統。」戴維斯說。　　或許，在土星的第六號「月亮」土衛六「泰坦（Titan）」上更有可能發現生命存在的蹤跡。太空生物學家們將「泰坦」視為疑似存在外星生命的地區。泰坦是太陽系內唯一表面有液體存在（儘管只是乙烷湖）的其他地方。「我們認為，如果泰坦上存在生命，其起源將會與地球生命的起源不同，泰坦上的生命將會講述另外一個故事。」美國華盛頓州立大學天體生物學家德克·舒爾策-馬庫奇表示，「如果我們能發現一個另外的起源，那麼，我們或許就能說，宇宙中可能還有很多生命存在。」　　在我們所處的太陽系中發現外星微生物或許在某種程度上可以證明人類並不孤獨。但是，我們真正想知道的是，在太陽系外，是否還存在著其他智能生物。50年來，天文學家們使用射電望遠鏡對天空進行了深度掃描，不放過任何蛛絲馬跡，但迄今為止，還是一無所獲。　　但是，這也並不意味著ET（外星人）並不存在。外星人可能也不知道我們的存在。能到達太陽系外的、能證明人類存在的唯一證據是射電信號和遍布城市上空的各種光線。「自從二戰以來，我們一直發射的只有強大的射電信號。」位於美國加州的地外文明搜索研究所（SETI Institute）的賽思·肖斯塔克表示。因此，我們的「名片」散落進浩淼太空的時間只有70光年。如果銀河系像倫敦那麼大，那麼，地球只是倫敦西區納爾遜圓柱的基座，我們的射頻信號目前還沒有離開特拉法加廣場呢。　　「即使太陽系外擠滿了外星人，它們也並不知道人類在這兒。」肖斯塔克說。反之，也成立。鑒於宇宙如此廣袤無垠，而光速有限，大多數星星和行星或許都沒法看到。　　還有另外一種可能性，那就是，智能生命與人類是獨立的。畢竟，人類智能存在的歷史只是地球這本歷史書的「一個小篇章」，人類智能的存在可能僅僅只是一種轉瞬即逝的狀態。希望臨近的星球不僅存在著智能生命而且它現在就有智能生命，這可能是一個奢望。　　但是，假如我們確實與外星生命取得了聯繫，我們將做何種反應呢？NASA（美國航空航天局）現在已經有了備用計劃。很多宗教團體也宣稱，他們能接受存在外星生命這種觀點，但是，根本的問題是我們不知道這一切何時會發生。　　最有可能出現的情況是，我們永遠不會發現外星人的「芳蹤」。即使地球並非唯一存在智能生命的星球，顯然，我們也能安然無恙地繼續我們的存在。但是，在我們的內心深處，總會不斷湧現出一種感覺：情況可能並非如此，終有一天，我們會與外星人相談甚歡。劉 霞來源科技日報)
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