最后……
如果我们用现有的宇宙学理论去推断遥远的未来,那么用两个字来概括的话就是“黑暗”。在大约40亿年后,与我们相邻的仙女星系将会与银河系相撞。我们的太阳将会在大约80亿年后耗尽它的核燃料并燃烧殆尽,这也是其他所有恒星的结局。随着物质逐渐冷却和聚集,它们中的大部分最终都会落入黑洞。宇宙的膨胀会越来越快,其他星系会离我们越来越远,这会让我们越来越难以看清它们散发的微弱光芒。夜空将会变得暗淡无光。
但是到那个时候,人类早已不复存在。宇宙只能在目前我们所处的这个幸运且有限的时间窗口内提供适合生命生存的条件。不管你如何灵活地调整对于生命的定义,这一事实都不变,因为生命需要能量,而能量的耗尽是不可避免的。即使我们可以想象出与我们自己相差很大的生命形式,比如弗里曼·戴森(Freeman Dyson)猜测星际气体云中也有可能形成生命,但它们最终都会受限于同一个问题:生命需要变化,变化则需要自由能,而能量的供应是有限的。换句话说,熵不会减小,我们将在第3章详细讨论这个问题。现在,让我们带着批判的思维,看看我们应该在多大程度上相信这些对于遥远未来的推断。
首先需要说明的是,我们并不知道自然规律能否一直保持不变,也许它们明天就变了呢。不过在科学领域,我们通常默认自然规律不会突然发生改变。
在18世纪,大卫·休谟为此提出了归纳问题:我们在从过去的观察中推断未来事件的概率时,一般会默认自然在其发展的进程中是一致、恒定且可靠的。自然规律不会突然改变,否则它就不会被唤作“规律”了。8
但是,自然始终如一的假设可能是错误的。伯特兰·罗素在出版于1912年的《哲学问题》一书中,把休谟的观点比作一只鸡对农场生活规律的推断。每天早上9点,鸡都能得到喂食,雷打不动,直到有一天,农场主把它宰了。“如果关于自然一致性的思考能够更加细致的话,想必这只鸡会受用无穷吧。”罗素若有所思地写道。9
休谟在18世纪提出的问题直到今天依然没有解决,而且可能永远也无法解决。自然的一致性本身当然是基于过去观察结果的一种期望,但我们并不能用一个假设来证明它自己。想要预测不会发生什么不可预测的事情,这是不可能的。
你会不会觉得用数学来描述自然法则可以解决问题?很抱歉,这没什么用。我们很容易提出一些数学定律,它们看起来与我们目前已经证实的其他规律没有什么区别,但是明天就会把整个太阳系炸翻天。这并不是说有什么东西可以支持它,但也没什么东西可以反对它。一只更聪明的鸡也许可以推断出农场主的意图,但它仍然无法推断出它的推断是否正确。
这是怎么回事?在维基百科97%的词条中,如果你点击第一个链接,并且在随后的每个词条里都重复这一操作,那么你最终就会看到一个关于哲学的条目。10哲学是我们全部知识的归宿,科学方法也不例外。科学方法有效吗?有效。那它们为什么有效?从根本上,我们不知道。因为我们不知道它为什么有效,所以我们不能确定它会一直有效下去。
那我们到底为什么要做科学研究呢?在宇宙随时有可能分崩离析的情况下,我们为什么还要忙活这些事情呢?第一次接触到休谟的归纳问题时,我还是一个本科生,当时我深感困惑。我觉得有人把我脚下粉饰太平的地毯拉开了,露出了巨大的虚空。为什么没有人提醒过我要注意这一点?
但我旋即想到:“那又有什么区别呢?”自然规律要么继续像往常一样保持不变,要么会陡生变故。如果它们继续保持下去,那么科学方法将会为我们保驾护航,帮助我们决定怎么做才能解决我们的需求。而如果规律发生变化,那我们也无能为力,也不会有任何预案能让我们做好准备,所以为什么要花费心思去考虑这件事呢?我把地毯铺了回去,地毯下面依然是虚空,但是我可以接受。我想我注定不是一块当哲学家的材料。
我对有关宇宙消亡的恐怖故事抱有同样的想法。如果我们对此无能为力,那么徒增烦恼也毫无意义。
举个例子,宇宙可能随时都会经历自发的真空衰变,这意味着真空可能会突然分裂成不知道从哪里冒出来的粒子。如果发生这种情况,那么大量能量就会被释放到之前空荡荡的空间当中,所有物质都会一瞬间被撕碎。我们不能排除这种可能性,因为观测结果只能表明目前为止还没有发生过真空衰变。这也意味着我们无法区分真正稳定的真空和可以长期保持稳定的真空(或者用物理学家的话来说,亚稳态真空)。这种对真空状态的期望类似于罗素的鸡对食物投放的期望。
夜光贴纸就是一个亚稳态的例子。它们所使用的涂料含有能发出磷光的原子,如果你把光照射到这些原子上,它们就会把电子移动到更高的亚稳态能级,从而暂时性地把光储存起来。当电子衰变到较低能级时,原子再次以光的形式释放能量,于是夜光贴纸就会发光。
像那些可以发出磷光的原子一样,我们的真空也有可能发生衰变。由于这是一个量子过程,它并不会缓缓地拉开帷幕,让我们可以看见它的到来。它只是在一定的时间内有一定的概率发生,并且事先不会有任何警告。
真空是否会衰变取决于几个参数,而我们目前还不知道它们的具体数值。目前最准确的估计是,宇宙确实可能会衰变,但它的平均寿命大约是10500年。这个数字实在太大了,我们甚至没有为它设计过名称。但这只是平均寿命,并且只意味着真空衰变在比这个数字小很多的时长内发生的可能性很小。真空确实有可能会很早就发生衰变,只是概率极低罢了。
不过在我看来,这种估计以及其他类似的估计都是没有意义的,因为推测它们所需要的物理量大约要精确到10-35米,而我们目前设计最精良的实验只能达到大约10-20米的精确度,距离目标还差十几个数量级。[6]如果在这个差距范围内还有什么我们不知道的事情(我们有很充分的理由可以肯定这一点),那么我们的推测就是错误的。因此,简而言之就是“我们不知道”。
类似的思考也适用于其他有关宇宙末日的故事。我们当然可以利用已知的自然规律进行外推,这个过程相当有趣。但即使不考虑归纳问题,我们也应该明白,时间尺度越大,我们的预测就越不准确。即使有任何我们目前为止还没有观测到的非常缓慢或者非常罕见的物理过程,它们也有可能在遥远的未来变得意义重大。
例如,许多物理学家猜测,作为原子核组成部分之一的质子可能是不稳定的,但它的寿命太长了,以至于我们目前还没观测到质子的衰变,所以我们无法确定它到底稳不稳定。黑洞的蒸发也非常缓慢,以至于我们无法对其进行测量——它有可能根本不会发生,因为我们也无法获得证据。
我们也不知道在遥远的未来暗能量会变成什么样。我们还没有发现它的数量发生变化的证据,但是如果这种变化非常缓慢,那我们也测量不出来。然而,哪怕暗能量数量的变化极其缓慢,它也会对宇宙的膨胀速率产生巨大的影响。事实上,在大约50亿年前——那时我们的地球还没有诞生,但其他星球上可能已经出现了生命——暗能量的数值有可能小到测不出来。在那时,暗能量的影响比现在小得多,还不足以导致宇宙膨胀加速。
劳伦斯·克劳斯曾开玩笑说,他只预测未来数万亿年后的事情,因为没有人能检验他的预测是否正确。在我看来,更可靠但不那么有趣的预测是,为了防止自己预测失败,克劳斯肯定不会傻站在原地等待结果。无论如何,你都不应该相信物理学家关于宇宙毁灭的预言。你还不如找一只果蝇问问明天的天气预报。