旅程的终点

13.其他的世界和一些大问题

啊,大千世界中的世界;啊,众生中的生命,你有什么中心?何处是我的乡井?

——维尔弗莱德·欧文〔1〕

多元宇宙

宇宙的表观的独特性主要依存于这样的事实,即我们对它能设想如此之多的选择。

——查尔斯·潘亭〔2〕

我们的旅行沿着我们为试图理解和解释大自然的常数数值而开辟的新路径前进,这就产生了有关事物本质的许多大问题。我们已经看到宇宙学家们积极思考“其他世界”的本质,在这些世界中,大自然的常数取与我们自己的世界不同的数值。看来我们的许多常数如果发生非常小的变化就会使生命成为不可能。这就提出一个更深层的问题:是否“存在”任何意义上的其他世界,如果是的话,是什么使它们有别于我们看到的和知道的这个世界。它还对古老的论据提供了一个替代的论据,这个论据是世界的表观正在精细地调整到拥有生命所需要的所有特性,这是某种形式的专门设计的证据。因为,如果一切可能的选择都存在,我们必定发现自己栖居在许可生命存在的那些世界中的一个。而且我们可能走得更远,并妄自猜测,我们可能期望发现是处在最有可能支持生命的一种宇宙中。〔3〕剑桥大学的生物学家查尔斯·潘亭(C.Pantin)似乎是第一个明确表达这种多个世界方法的人。他试图找到一种更吸引人的背景以思考宇宙的结构、常数和定律的特殊性质,他的方法是引入多个世界的整体观念。各个世界有一套不同的物理性质:

如果我们能够知道,我们自己的宇宙是无数个具有变化特性的宇宙中唯一的一个,我们或许能够援引类似于自然选择原理的一个答案;即只在某些宇宙里,其中正巧包括我们的宇宙,才有条件适合于生命的存在,并且除非这个条件得到满足,否则就不会有观测者关注这个事实。〔4〕

构想这样一种包括一切可能的宇宙的多元宇宙的困难之一,是存在如此之多的可能不同的事物。从我们对数学的研究知道,存在有别于我们实际应用的、各种不同的逻辑,其中的陈述有真实的,也有虚假的。同样,存在不同的数学结构;不同的可能的大自然定律;不同的大自然常数的数值;不同维度数的空间或时间;不同的宇宙起始条件;以及不同的复杂的系列事件的随机结果。从表面上判断,所有可能的世界的集合,无论如何应该至少包括这些不同事物的一切可能的排列和组合。获得这样丰富的理解是一件难办的差使。

我们业已看到,如果某些其他可能的世界能成为现实会发生什么情况,这些世界具有较多的维度或关键常数的其他数值。然而,我们不知道这些不同的世界是否确实可能存在的世界。认真思考大自然的常数数值的变化以及确定宇宙形状和尺度的物理量,是非常可取的。但它们真的是允许选择的宇宙吗?或者它们只不过是做办不到的事呢?它可能是总括的包罗一切的理论,当它碰到允许为其他宇宙作出计划时,这理论是非常有限制性的。我们能设计那么多可选择的宇宙,这些宇宙由大自然的常数的其他数值规定,这个事实也许只不过反映了我们对包罗一切理论要求的逻辑自洽性的严格约束是无知的。

当说到认真思考其他宇宙时,有两种方法可以处理这个问题。保守的处理方法是通过将我们的世界的特性稍加改变——某些大自然常数的数值作小的移动,产生出不同的世界,与天文学上的宇宙略有不同的特性,但是大自然的定律本身或许没有什么变化。这些研究表明,典型的情况是:如果“小变化”太大,像我们所知的那样,就会有不利于生命存在的结果。如果精细结构常数数值的变化是千亿分之一,我们这类的生命依然能存在,我们想,〔5〕如果它的变化是十分之一,生命就不会存在了。相反,激进的处理方法考虑大的变化,这时像定律、基本的数学逻辑,或者空间和时间的维度数,这些事物可以改变。这需要想像有完全新型的“生命”能存在于全然不同的环境之中。〔6〕这就提出一个更严格地检验“生命”是什么的问题。典型的情形是,生命可被归结成某些赤裸裸的性质,像处理和存储信息的能力(如果你是一位计算机科学家),通过自然选择演化的本领(如果你是一位生物学家),或者简单的非平衡的能量流(如果你是一位化学家)。

作为激进的处理方法的一个例子,考虑我曾经提出过的寻求数学规范中的“生命”。〔7〕我们考察一切可能的数学结构的等级,从按规则联系的简单的有限的点集合开始,接着是几何图形、然后是计数系统如整数的算术,后面是分数、十进制小数,还有复杂结构和群以及其他,永远向前和向上按复杂性上升的阶梯进行。现在我们问一下这些结构中哪一个能完全描述意识的存在。因为如果取这些逻辑系统中一个系统的公理,然后利用规定的演绎规则,逐步作出可由这些公理推演得到所有的真理,我们会看到逻辑真理的一张伟大的网伸张到我们的面前。如果这张真理之网最终能导致可完全描述我们称之为“意识”的结构,那么它们在某种意义上可称作是有“活力的”。问题是:从何种意义上看?

考察这个问题的另一种方法是考虑创建一个计算机模型,或模拟恒星和行星形成的过程。这就是天文学家们努力要做的事情。恒星形成太复杂了,只靠铅笔、纸张和直接的人类计算难以完全详细了解。需要用高速计算机来求得支配该过程的诸方程的解。让我们想像在遥远的未来,这些模拟已经达到极高的精确度。它们关于恒星如何形成和产生行星的描述与我们看到的情况非常接近相配。我们判定这个问题是“解决了”。一位热情的生物学家建议我们深入一步,给计算机馈入大量有关生物化学和地质学的信息,这样我们就能获得计算机对某一行星和它的大气层的早期化学演化的预言。当这事完成以后,其结果是非常有意思的。计算机描述自复制分子的形成,这些分子开始相互竞争,且在这年轻的行星表面制造出复杂的物体。螺旋结构的脱氧核糖核酸(DNA)出现,并开始形成遗传复制基因的基础。选择作用开始产生影响并且最能适应环境的遗传复制基因成倍增长而且非常快速地改进,将它们的传播蓝图普遍到可栖居的行星表面。这样,计算机程序运算时间会越来越长。终于,某些结构在程序中似乎是给另一结构发信号并存储信息。他们已经发展出一种简单的编码和我们所谓的算法,这是建立在最大的复制基因拥有的对称性(八边形)的基础上。程序设计者被这种行为所吸引,不曾怀疑它能从他们的原始程序显露出来。复制基因的行为像是一种编码,并且最初不太难破译。计算机输出的方式正在为通讯发展出一套简单的逻辑。输出的视频显示使它成为似乎像一部描述生命演化的自然历史的影片。

这个小小的幻想表明,如何可能设想我们判定为是意识的行为可以从计算机模拟中冒出来。但是如果我们问这个意识行为“是”在哪里,我们似乎被推向宣称:它生活在程序中。它就是软件的角色,机器靠它运行。它是由非常复杂的一些推论(“定理”)的集合组成的,而这些推论是随规定程序逻辑的起始规则而来的。这个生命“存在”于数学的规范之中。

这些例子寻求抓住生命的一个方面作为计算机的程序。怀疑它们是强有力的,因为它们会导致这样结论,如果对“生命”作恰当的定义,能够存在于数学的规范中,那么在最完全的意义上它确实存在。〔8〕这种情况有点像安塞姆的著名的本体论的论述需要上帝的存在。〔9〕

这个问题连同这种计算机本体论的论证允许生命放置在数学的规范之内,就是他们将数学的存在等同于物理学的存在。物理学上的存在是我们具有某种经验的事物。我们也许无法给它下定义,但是像许多事物一样,我们难以给它们界定,而当我们看到它时我们就知道它。数学上的存在则是一件说服力十分薄弱的事,但是更加容易界定。数学上的存在只是意味着逻辑上的自洽性:对于某个数学陈述而言,这是“真的”,这就是所需要的一切。因此在欧几里得几何学中,直角三角形是“存在”的。正方形的圆不会存在。

一个真实的数学陈述不需要有意义;它并一定简短明了;它不一定要有新意。但它决不应该导致与正在使用的逻辑规则发生逻辑上的矛盾。〔10〕这些数学的宇宙在许多意义上是想像的。少数人像数学家戈德弗莱·哈代(Godfrey Hardy,1877-1947),曾想过它们中某些是比实际的更加吸引人:

“想像的”宇宙比起这个愚蠢地构建的“真实的”宇宙来是更加美丽;[但是]一位应用数学家的幻想的最精美作品的大多数,一旦它们创作出来,必定被抛弃,因为残酷的和充分的理由就是它们不符合事实。〔11〕

对于把获得生命支持的世界作为某个巨大计算机编码的输出,一个可能的反对意见是,似乎有那么多的数学规范,却并不导致生命超过那些导致生命的方案。但这是完全正确的。我们的人择原理的论证已告诫我们,必须在能支持生命的那些世界中的一个寻找我们自己。然而,存在一个更微妙的问题。还有无限多数目的宇宙拥有我们在周围直至此刻看到的合法的有序结构,但是从现在起向前,它们的行为将取完全不同或无规律的方式。因此似乎有极大的可能我们将生活在这样一个宇宙里,在其中我们的信念即太阳明天会升起要失效。〔12〕如果有这么多可能的世界,其中太阳不会在明天升起,但其中每件事物正好像在我们的支持生命的世界里一模一样,直到明天太阳升起,如果太阳明天确实升起,我们应该作出什么结论呢?

初看起来,这并不是个佯谬。它需要某种方法来评价不同历史的可能性。最适当的方法不会只是对它们计数。历史都是有序的,直至到达某一点,然后分岔进入混沌,这些历史需要有一个条件,使它们在具有一切可能性的空间中比继续处于支持生命有序性的同样状态有更少的可能。

这些其他的世界是相当柏拉图式的。它们的存在并不打击我们喜欢思考什么作为“真实的”存在。它是虚拟的而非真实的。由于某种原因,在数学的规范中或在计算机程序范围内生命不是真正活生生的。但是可能所有有意识的信息处理器在这些规范中遭受类似的崇高和唯一性的困惑。然而让我们设想他们是正确的,而且往前走,到达某些更具体的其他世界的系综。

伟大的宇宙目录

在上帝的心中,宇宙仅仅是一个一闪而过的念头——一个令人相当不安的念头,特别像你刚为购买住房付出定金时闪过的念头。

——伍迪·艾伦〔13〕

宇宙学家们曾考虑一些方法用来产生其他世界的某些系综。一般来说,它们产生于我们在前面介绍的建立其他世界的保守方法。我们考察我们所知的宇宙的小量变化,定律保持不变,但改动它的常数数值或它的维度。我们已经看到暴胀宇宙处在它混沌的和永恒的状态中的情形。我们单个宇宙的各个不同的大区域,它们在尺寸上可能是无限的,能够发现它们本身具有不同的平均密度、不同的膨胀速率,或者甚至不同的空间大维度数和不同的大自然的诸力,作为这些启动暴胀的过程内在的随机性结果。暴胀可能开始于和终止于不同的年代和不同的位置。结果是会有某个宇宙包含不同区域,在那里,有些条件是非常不同的,而且对生命来说是本质的某些规定的常数数值可取不同的数值(见图13.1a、b)。

这些区域极有可能是非常之大,比我们的可视宇宙大得多,暴胀非常容易将小的区域扩张成为大的区域,所以我们的区域的边界极可能是远远大于我们所能看到的这个宇宙的边界。然而,总有一天我们的子孙后代可能看到其中一个区域的证据,在那里从天文学视界过来的不同事物,湮灭着遥远的物质,破坏着宇宙的膨胀,而且吞噬着恒星和星系。

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图13.1 (a)其中不同的区域经历了不同量的暴胀、浮现出不同状态的某一宇宙。(b)在宇宙中物质的最低能量状态在暴胀终止时可能不是唯一的状态。宇宙在不同的位置中可能终止于不同的极小状态。结果大自然的诸力的数目和强度在不同位置上将是不同的,这取决于物质在哪一个地点达到其极小。

如果细细思考暴胀的永恒版本,那么各种可能性的系综会扩充更多,我们应看到我们本身作为某个永无止境过程中的局部涨落,这过程考察宇宙状态、常数和维度的一切排列,这些对这过程都是敞开的,只有在某些情形中生命是可能的。

这些暴胀的系综有一个有趣的特点,就是它们不要求我们相信在某个多元宇宙中其他世界的含糊不明的状态。它们不是平行的世界或想像的世界,而且甚至不可能仅仅是假设的世界。把它看作一个“世界”只是由于它是我们的这一个又是唯一的宇宙的一个非常大的区域。而且如果我们的宇宙在广度上是无限的,那么暴胀能产生的替代物的数目可能同样是无限的。如果它为变化耗尽所有可供它资用的逻辑上的可能性,那么任何可能存在的可能性必存在于某处,不是正好一次,而是无限地频繁。有关这个观念我可以肯定地说的一件事是,如果它是真的,它就不可能是原始的。〔14〕

还有其他更加世俗的方法在我们的单一的宇宙范围内产生大量的各种不同的可能性。大自然创造复杂性靠在大自然的定律产生的结果中打破这些定律的对称性。因此,在这时刻,你位于宇宙中某一特别的位置,即使对引力和电磁学定律而言,你是一个复杂的结果,但这些定律在宇宙中任何位置都没有优越性。当宇宙膨胀并冷却时,在它的整个最早期阶段存在着许多对称性被打破的场合。在某些地方,它以一种方式打破,在其他地点以另外方式打破。这些随机的结果对未来生命演化会有深远的影响。至关重要的对称性破缺的一个典型例子是引起早期宇宙中物质和反物质之间的平衡。结果,为防止以后一切事物被湮灭成为辐射所需要的物质和辐射之间的不平衡会随地点而变化。如果不平衡在暴胀出现之前发生,那么一个物质占优势的区域就会暴胀并变成一个能包容我们的可视宇宙的巨大区域。如果发生在暴胀之后,那么我们的宇宙的可视部分可能包含一些具有不同的物质和反物质平衡的区域。再者,我们有一个法宝可在单一宇宙范围内创造一些大的区域,在那里,某些对于生命的存在是关键的特点能显著随地点而变化。

宇宙的量子描述教导我们,凡是我们看到和体验到的实体事物,如粒子或物质聚集体都有类波的性质。这种性质表达出我们观测它们具有某个特性的概率。千方百计想解决对整个宇宙的量子描述问题的物理学家们所做的有意义的发现之一,是宇宙的起始条件似乎在由波动性质过渡到实体性质方面起关键的作用。

我们习惯于这样的思想,即物质粒子波动的不确定性是发生在非常微小的领域的东西。当事物变大时,这种量子波性的表征变小并可忽略。当我们搞原子物理学研究时我们也许不得不对它感到厌烦,而当我们驾驶一辆汽车时我们不需要这么做。可是,看来我们的经验的这种实体性——即事物存在确定的非量子行为——不能保证整个宇宙变大和变老。为使这种情况发生,一些特殊的起始条件似乎是必要的。在许多世界里,我们熟悉的特性,如位置、能量、动量和时间,将不会以很确定的方式显露。我们猜测,我们称之为生命的这种类型的复杂有机体也不会是这样。

现代人寻求的包罗一切的理论同样也为其他世界提供了机会。人们往往想像终极的包罗一切的理论会阐明所有的大自然的常数,但是现在看来这样的可能性很小。似乎只有一部分大自然的常数由理论上的不可动摇的内在逻辑绝对地固定下来,而其他常数会自由地取不同的数值,由某个偶然的对称性破缺的过程来选定。如同我们在第8章看到的那样,面临这样的开放性,我们不得不转到人类选择来解释为什么我们看到的数值落在狭窄的支持生命的范围内,这就是我们所做的。

迄今为止我们已满足于通过对我们的世界的部分进行修修补补和利用它的自然倾向使事物的结果因地点不同而各不相同来建立其他世界的系综。现在是需要作出更多推测并考虑大自然的常数可能作出变化的某些途径和充实一切可能性的集合的时候了,即通过走出物理学主流理论的约束进入更多推测的可能性的领域。

世界没有尽头

漂移的宇宙就像时间河流中泡沫里的气泡。

——阿瑟·C·克拉克〔15〕

在永恒膨胀的宇宙的自复制特征暴露之前,〔16〕有人提出,通过安排基本粒子之间的特殊的高能碰撞而在宇宙的一个部分启动膨胀是可能的。〔17〕这永恒的膨胀的情景实际上是根据预期,真的不需要安排。宇宙发生频繁的持续的膨胀无须智能的帮助或者愚蠢的灾害。

如果宇宙在膨胀的轮回之中永恒地重复创造其本身,现在会是怎样?或许在昔日膨胀的区域已经有超级先进的文明,他们能知道怎样启动膨胀和剪裁其成果。倘若如此,他们可能会调节膨胀的结果以达到有利于生命继续存在的状况。英国天文学家爱德华·哈里森(E.Harrison)曾仔细思索过,〔18〕我们可以想像这种文明的生物会选择使宇宙的下一版本的特征更好地适合于生命超过它们本身在其中进化的这个版本的情况。如果这种调节过程持续遍及永恒膨胀的许多世代,那么我们应该期望可控制的大自然常数的数值之间支持生命的“巧合”关系调谐得越来越精细。或许,哈里森认为,这就是我们发现它们之所以是如此的原因。作为如此有吸引力的宇宙的智能设计可能看起来是这样,它是怎么发轫的这点并不清楚。如果宇宙开始具有的常数远离允许复杂性发展的数值,它们永远不会发展出有意识的生物所需要的精细调谐常数。他们将不得不依靠随机的涨落向宇宙提供使生物演化成有足够的才智来精细调谐它的常数。

美国物理学家李·斯莫林〔19〕(Lee Smolin)曾提出过另一个有趣的方案,该方案也能看到在某种外界影响下大自然常数的演变。他指出,每当一个黑洞在宇宙中形成时,就存在某个供一个新的平行宇宙出现的区域,在其中心从一个神秘的奇点爆发出来。被黑洞俘获的一切东西最后不可抗拒地跌进位于它中心的这个奇点。替代消失在永久的遗忘中的是,消失的物质会作为一个新的膨胀宇宙而重生,其大自然的常数数值以随机方式略有变动。〔20〕

在长期演变中,这个情景导致肯定的预期。如果物质崩坍进入一些黑洞总是孕育新的宇宙,于是黑洞越多,宇宙产生的子孙越多,它将不得不推广有关它本身“遗传编码”的信息——其确定的大自然常数的数值。最终,有人论证说,我们应期望发现自身生活在这样的宇宙中,其中常数已演变为一套能最大限度地产生黑洞的数值。我们观测的常数数值上的任何小变化因此注定较难产生黑洞。

虽然这只是由这个情景可能导出的一个结论。从我们的人择原理考虑出发,我们可以看到,结果证明可能是这样的情形,那些常数取值能最大程度产生黑洞的宇宙是根本不可能包含有生命的观测者的。人择原理的应用因此是实质性的。我们只能预言我们应该发现自己所在的一个宇宙,其常数数值能最大限度地产生黑洞,假定有生命的观测者也必须是可能的。而这可能是完全不同的一种宇宙。

另一个长期的可能性是当常数改变其数值时,对于黑洞的产生不存在局部的极大值。对于某些常数可能存在方向的变化,允许黑洞产生,并继续变得越来越大而至永远。再则,关于大自然常数的终极值,我们可说的是相当少。〔21〕

这提出另一个途径,以此具有不同常数的其他世界的一个系综可以从我们的宇宙产生。如果一个宇宙包含充足的物质自己收缩回去,并在未来经历一次大坍缩,那么真正的奥秘在于当大坍缩出现时会发生什么。从物理学上讲,它不是完全不同于黑洞的中心。也许这宇宙,连同空间和时间,以及大自然的定律,正好走向末日,而且随之为虚无。但是宇宙学家们总是认为崩坍的宇宙可能“反弹”,像再生的凤凰一般,回到膨胀的状态。如果是这样,能导出的自然结论是宇宙将永远继续在膨胀和收缩状态之间振荡,如图13.2所示。最主要的问题是什么?如果有的话,当一次反弹发生时会发生什么变化?是像被单一样被清除干净呢或者有关老的循环的某些信息真的被带进新循环呢?

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图13.2 一个振荡的宇宙,在其中,通往未来的大坍缩的崩坍被重新膨胀进入一个新循环所接替,等等至永远。

如同约翰·惠勒原先建议的那样,可能的情况是,每次反弹发生,大自然常数的数值有一次洗牌。〔22〕这将创造一个永无止境的膨胀的和收缩的宇宙系列,在各宇宙中常数是不同的。惟有在其中这“批”常数形成能允许生命存在的排列的那些循环中,我们才能够存在。不幸的是,我们不知道如何将一个循环中的常数数值与下一个循环中的相应数值联系起来。当它参与到作为一个整体的宇宙的特性时,有一个大的因素会起主要的作用。如果这些常数发生变化进入某一排列,该排列不允许宇宙发生崩坍再回到一个大坍缩,游戏就此结束,而宇宙将在数据栈留下一串永远不会再来重新处理的常数。显然,这是宇宙发现它本身所在的最可能的状态。如果在过去宇宙有过无限多次数的振荡,并且发现存在某个排列有任何机会使振荡在那时终止,最终,那个排列一定会实现,且振荡将终止。〔23〕

连续性是令人喜爱的事,宇宙学家们喜欢将它加到循环至循环的演化中去。热力学的第二定律说,无序(“熵”)永远不会随时间流逝而减少。如果将这原理坚持用于从循环到循环并且能量是守恒的,〔24〕那么它使循环的尺度稳定地增长(图13.3)。〔25〕

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图13.3 如果能量是守恒的,熵增加使相继的循环在尺度上增大。

这是相当有意义的事,因为在长期的运行中,宇宙必定推向越来越接近临界膨胀的状态,这需要援引膨胀来解释。然而关于这一历程尚有进一步的曲折。马里乌兹、达布罗夫斯基和我〔26〕表明,如果宇宙真空能量的作用加速宇宙的膨胀,如当代的观测所指出的,那么它总是会将振荡的结果引向结束,并且让宇宙留在一个不断加速膨胀的轨道上进入未来(图13.4)。

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图13.4 如果存在一个小的正的宇宙学常数,那么最终这些循环必定走向结束,由宇宙学常数的影响而加速,留下宇宙永远膨胀。

这最终的结果总是让宇宙陷在它的最后一堆常数里不停地膨胀,处于在真空能量压力和宇宙中所有其他形式物质之间具有精细平衡的状态,实际上有点像我们自己的宇宙。

旅程的终点

在17世纪的科学革命之前,价值从我们自己流向世界;在这之后,价值从世界向我们流来。

——彻特·雷莫〔27〕

我们对大自然的常数的考察始于世俗的观念,但已引导我们进入我们的宇宙的前沿,甚至超过它,进入多元宇宙的其他世界,我们看到它们的存在仅仅是模糊地反映在我们本身的世界中。寻求人类便利的和地域的标准导致发现超人类的和普适的标准。我们揭示的大自然赖以运作的方式和它依此变化的规则引导我们了解了一些神秘的数字,它们规定了结构的一切。大自然的常数显示出我们的宇宙的感觉和它的存在。没有它们,大自然的各种力不会有其强度;物质的基本粒子没有质量;宇宙没有大小尺度。大自然的常数是反对无约束的相对主义的终极的堡垒。它们以某种方式规定宇宙的结构能回避以人类为中心的事物观点的偏见。如果我们要与宇宙中其他地方的智能生物进行接触,我们会首先指靠大自然的常数作为共同的基础。我们愿意首先谈论的那些事是大自然的常数决定的事。我们已给外层太空发出试探,带去有关我们自己以及在宇宙中我们的位置的信息,选中用于确定氢原子的光波波长,讲述我们之所在和我们之所知。大自然的常数是宇宙中每个地方智能生物能潜在分享的最成功的物理学的经验。然而,当我们已循着探索的大道和小路阐明它们的意义和重要性时,我们兜了一圈回到原处。他们的设计师们把它们看作是一种提升我们对宇宙认识的方法,分明来自人类结构的拟人说教来展露宇宙的其他部分,不是为我们的便利而设计的。但是这些普适常数是由相对论的和量子的实际情况结合起来产生的,它们已经在某些方面证明赞同我们的一度存在是神秘的和奇妙的。对于它们的数值,在我们的实验室里曾以更精确的程度测定,但我们的理论仍解释不了这些数值如何使宇宙成为任何种类有智力的生物的可栖居之地。而且正是通过它们的数值,我们的宇宙的唯一性给我们深刻的印象是,我们可以方便地利用它来想到种种略为满意的选择。

我们到底能解释大自然的所有常数的数值吗?迄今为止,答案是不太明确的,但它是建议性的方式。关于大自然的各种力和图景的最深入的理论认为,包罗一切的理论对它会有一个公论。不是一切事物都被永远有效的逻辑的自洽性固定下来。还有某些常数,其自由度是不同的;它们是随机选定的;而且如果它们的结果是错的,而不是正确的,它们会使这宇宙永远没有生命和光。

而这些常数的真正本质是什么呢?它们真是常数吗?昨天、今天和永远是同一数值吗?或者它们仅仅随时间潮汐而缓慢落潮和涨潮吗?在我们用最精密的仪器观察时,我们在宇宙历史的整个一百多亿年时间里,从我们最敬畏的大自然常数中的一个的变化,开始看到泄露出秘密的第一批线索。我们把一些相互交错的拼块装配成我们的宇宙图景,这对于我们认识这些拼块意味着什么呢?在未来,常数会改变,而且它们的数值之间的符合关系会遭破坏,以及在遥远未来留下生命之树会没有叶子又无生机吗?我们的常数是与我们的宇宙的总体膨胀速率相联系的吗?或者它们是真正的常数,与复杂性、生命的演化以及环绕我们的引力驱动的恒星和星系的旋转是相隔离的吗?在历史中,宇宙一个循环接一个循环地演化和变化,既无始也无终,历遍一切可能性,孕育有种种可能世界的多元宇宙,各个世界始终如一地依自己方式运行,但绝大多数回避生命,并不知道它们自身的存在,是这样的吗?

这些都是大问题,但它们是从小问题发展起来的。我们已经一步又一步地放大我们的物理学客观实际的观点,深化它在表面上各不相同的部分之间联系的网络,并发现宇宙完全可用数字来塑造其形象。而我们理解在某种程度上数学就是事物。对于有些人,这可能是一件令人失望的事。但是虽然大自然的常数是一些数字,它们不仅仅是数字,而且它们不是唯一的数字。它们是终极的客观实际的条形码。这固定下来的这些数字——有一天必将揭示这宇宙的秘密。

〔1〕W·欧文,“啊!众多世界中的世界”,载《维尔弗莱德·欧文的诗集(1893-1918)》,查托-温都斯出版社,伦敦,1963。圣安塞姆(Anselm),欧洲中世纪神学家,1093年任英国坎特伯雷大主教,主要著作有《上帝为何化身为人》。

〔2〕潘亭(C.Pantin),“生命和存在的条件”,载《生物学和人的存在》,I.T.Ramsey编,布莱克韦尔出版社,牛津,1965,第94页;还可看“有机的设计”,载《科学的进展》,8,138(1951)。

〔3〕加在物质前的词“可能的”这是一个深刻而又困难的问题。每次试图精确地确定宇宙学的问题的概率并如此给出这些问题的数字的答案,就像“宇宙拥有允许生命在其中存在的某些特性的概率是多少?”迄今为止对这个问题无法回答。从技术上讲,这是如何来确定概率量度的数学问题。困难在于当估计宇宙的一切可能的起始条件的集合时,或者根据混沌的暴胀宇宙理论估计一切可能出现的结果时,不知道什么是等同的可能的结果。以上这些问题因以下问题而更困难了,即要采用对宇宙中任何地点都普遍适合的某种方式来确定“那时”的种种概率。对于这个问题现在有所研究但依然没有解决。

〔4〕潘亭,“生命和存在的条件”,载《生物学和人的存在》,I.T.Ramsey编,布莱克韦尔出版社,牛津,1965,第104页。注意虽然潘亭提到了“类似于自然选择原理的一个解”,但他并没有将它展开。

〔5〕关于这点我们可能是错误的,如果“包罗一切的理论”包含了常数的某种相互联系,它具有这种特性,即精细结构常数的一千亿分之一的变化就能使某个对于生命关键的其他常数产生,比如说,有二分之一的变化。

〔6〕如果生命只不过是复杂物质达到极高水平的副产品,那么或许生命能存在于速度空间或者空间-时间结构的组织里,或者由大到小至原子的、原子核的或基本粒子尺度,作为现在追求创造纳米技术的一种渐近的延伸。

〔7〕J·D·巴罗著,《天空中的π》,牛津大学出版社,纽约,1992,第286-292页。有关发展请参见M·特格马克,“‘包罗一切理论’仅仅是终极的整体理论吗?”,载《物理学年报》,(纽约)270,1(1998)。

〔8〕我们能否问一下,如果关于复杂性存在某一阈限,依此生命变成可用数学表述的方法描述。唯一值得注意的是,阈限在我们达到算术的复杂性时出现。在这一点上自我指认是可能的。在算术和有关算术的陈述之间会存在一对一的对应关系(对于较简单的结构,如几何图形,这是不可能的)。细胞式自动机,像约翰·康威的生命游戏证明,在它们的逻辑结构上是等价于算术。有意思的是当我们达到算术的复杂性时,哥德尔的不完备性变成为系统的一个特性。某些作者,著名的约翰·卢卡斯和罗杰·彭罗斯,认为这个特性可能是意识的一个本质特征。如果真是这样,那么当我们达到应通过的复杂性阈限时,这算术阈限应是在逻辑系统之内产生有意识信息处理所需的最低水平。有意思的是比较在逻辑系统中自指认的复杂性的这个低的阈限和在分立的细胞式自动机中产生复杂性的低阈限,在《一种新的科学类型》这本书中,斯蒂芬·沃尔弗拉姆作了讨论,该书由沃尔弗拉姆媒体公司(伊利诺伊州,2002)出版。带有最近邻规则的一维算法能产生各种水平的复杂性,通过增加额外的维度,更复杂的规则,无序扰动或取平均都无法超越这种复杂性。

〔9〕圣安塞姆(Anselm),欧洲中世纪神学家,1093年任英国坎特伯雷大主教,主要著作有《上帝为何化身为人》。

〔10〕在一个逻辑系统中如果出现任何虚假的陈述,它能用来证明真实的任何陈述(如0=1)。著名的例子是,贝特兰·罗素回应这个挑战,证明他的质问者是教皇(Pope)只要1=2:你和教皇是二,但如果二等于一,那么你和教皇就是一。

〔11〕G·H·哈代,《一位数学家的辩解》,剑桥大学出版社,1967,第135页。

〔12〕这种信念,即未来会像现在,这就是哲学所说的归纳问题。

〔13〕艾伦(W.Allen),《得到公平》,兰登书屋,纽约,1971,第33页。

〔14〕如果我们忘记关于暴胀是多样性的创造者,并且只是设想宇宙是无穷的和随机的,那么,某些地点变化无限频繁,就必定会产生具有支持生命特征的一些大区域。我们必在它们中的一个区域居住。可是一些大的有序的区域比之小的区域应有更少得多的可能,且暴胀提出一种机制,可解释为什么大的有序的区域会以高的概率生成。

〔15〕克拉克(A.C.Clarke),“黑暗的屏障”,载《超科学的故事》,收集于《天空的另一边》,赛内特出版社,纽约,1959,第4章。这个故事写于1946年而第一次发表于1949年。

〔16〕林德(A.Linde),“自复制中的暴胀宇宙”,载《科学美国人》,5,32(1994年5月号)。

〔17〕关于发现的促进因素,如果可能有的话,那就是避免偶然去做。

〔18〕哈里森(E.R.Harrison),“自然选择的宇宙包含有智能生命”,《皇家天文学会季刊》,36,193(1995)。虽然作者认为大自然的常数的智能转折就是宇宙的“自然选择”,它实际上是“非自然的”选择或者“受迫培育”的宇宙具有所希望的特征。

〔19〕斯莫林(L.Smolin),《宇宙的生命》,牛津大学出版社,纽约,1995。

〔20〕当物质坍塌进入密度无限大的奇点状态时,大自然的常数这个观念是要“再处理的”,例如当一个封闭宇宙坍塌且跳回到膨胀状态情况时,这是惠勒(John A.Wheeler)首先建议的;参阅C.Misner,K.Thorne和J.A.Wheeler,《引力》,W·H·弗里曼出版社,旧金山,1972,最后一章。

〔21〕这相当像一个演化系统的长期激烈竞争的状态,而相对于常数数值达到某个局域极大的情况,则像获得演化上稳定的策略,此时任何偏离这个状态会使至少一个参与者的处境更糟;参阅例如史密斯(J.Maynard Smith),《演化的遗传学》,牛津大学出版社,伦敦,1989。

〔22〕显然,这个情景需要宇宙应该是封闭的以至它能在未来坍塌。

〔23〕假定除了靠在奇点的变化而没有其他途径能使常数改变它们的数值。

〔24〕在任意的循环中宇宙的总能量实际上是零。

〔25〕美国宇宙学家托尔曼(R.C.Tolman)在两篇文章中首先注意到这点,这两篇文章是“论宇宙作为一个整体的熵问题”,载《物理学评论》,37,1639(1931)以及“关于宇宙周期性行为的理论条件”,载《物理学评论》,38,1758(1931)。

〔26〕J·D·巴罗和M·达布罗夫斯基,“振荡的宇宙”,载《皇家天文学会月报》,275,850(1995)。

〔27〕雷莫(C.Raymo),《怀疑论者和真信仰者》,兰登书屋,纽约,1999,第221页。