我们的宇宙也许是和活的生物一样进化的激进思想正在使宇宙学家像生物学家一样思考。

没有人会反驳人是从无到有,的。我们是复杂的生物,不能“仅仅(靠运气”从一种化学酿造中产生,即使是在查理斯 · 达尔文所设想的那种温暖的小池塘里。比较简单的活的有机体在地球上首先出现,花了许多亿年取得进步,才从单细胞生命形式进化出像我们这样复杂的生物。

宇宙中会发生类似现象吗?它是巨大而复杂的体系,一些宇宙学家认为这体系不会是碰巧出现的。他们说:较为简单的宇宙首先出现,宇宙也许用了多少亿年才演变成我们现在所拥有的那样复杂的宇宙。

宾夕法尼亚州立大学引力物理学和几何学中心的物理学教授李 · 斯莫林(lee Smolin)是这一思想的主要陈述者。莫斯科列别杰夫物理学研究所的安德烈 · 林德(Andrei Linde)和剑桥大学斯蒂芬 · 霍金(Stephen Hawking)由其发展的关于“婴儿宇宙”的见解也在会议讲坛上占有一席之地。有人跳出来针对那种纯理论说,我们周围所看到的宇宙处于非常特殊的状态,并非预期从大爆炸中出现的宇宙的“典型”方式。根据物理学的基本定律,宇宙应该小得多和短命得多。

当宇宙真是从150亿年前的一次大爆炸中诞生的证据已经明显时,解开这个谜就更为迫切了。有证据暗示宇宙从一个奇异点——那是占据零体积和密度无限大的一个点——诞生,在可观察的宇宙中,包含着全部物质和能量的微小种子在头几分之一秒之内就通过了以暴涨闻名的指数膨胀时期。

暴胀的关键特点是它的时空——时间和三维空间——扩张极大。抹平了存在的任何不均匀性。想一想同样的李子干吸满水后的光滑表面和干李子皱皱巴巴的表皮之间的差异,如果把它放大到地球的尺寸,看到李子皮有多么光滑,你就会明白这过程是如何进行的。

但是宇宙的暴胀是在小得多的规模上发生的。并在宇宙达到圆柚大小时已经结束,大约在这个时候物质最后分散开——但并不是完全均匀的。这里有小的紊乱或者说物质块。一旦膨胀减慢,这些团块就会以足够的引力收集它周围的物质。从那以后又从容扩张了150亿年把圆柚扩大到它现在这么大并具有物质块产生的银河、星球和人。

初看上去,这里没有明显的理由说明为什么扩张过程会进行到正好足够长久和正好按正确的速率去产生一个能形成星球和银河的宇宙。较短和不很强烈的扩张爆炸将使物质过于混沌并会使“宇宙原型”处于迅速地再次崩溃并回到奇异点状态的危险之中。较长和较强烈的膨胀爆炸将使“宇宙原型”的材料散布得太稀薄以至星球和银河都无法形成。

金发菊效应

这个微细调整的问题一般被认为是膨胀具有的最大困难。在本质上它是“金发菊效应”的一个例子:为什么膨胀像宇宙的如此多的其他性质一样,“正好”让我们的宇宙存在。但微调问题也能用宇宙本身是活的和已经在进化的思想来解决。

这种论据的关键特点是宇宙的诞生——从一个奇异点的爆发——实质上是巨量物质向奇异点内爆进入黑洞的崩溃的一种镜像。自从目前在牛津大学的罗格 · 彭洛斯(Roger Penrose)和霍金建立了描述宇宙大爆炸的膨胀方程是精确立了描述宇宙大爆炸的膨胀,方程是精确地描述黑洞崩溃方程的时间镜像对称(反转对称)的理论已有30余年,但只是到20世纪80年代宇宙学家才体会到我们的宇宙可能含有如此大量的资质,绝大部分以不可见的暗物质形式存在;有朝一日巨大的引力将首先使目前的扩张停滞。然后将其过程逆转,使宇宙坍缩并回到奇异点,那就是宇宙诞生过程的镜像。

想象在同一时间可以有许多“泡”从原始宇宙的时空“超表面”长出来,全都以一个黑洞“咽喉"有些像虫蛀孔或隧道体系相互联接。每个新泡都可长出新的宇宙,以至无穷。这意味着,在我们的宇宙中形成的许多,或许是所有的黑洞都可能是新宇宙的种子。而且,我们自己的宇宙可能就是以这种方式从另一个宇宙的黑洞中诞生的。

这是一种非凡的观念转移。绝大多数宇宙学家仍然在为掌握它而奋斗。如果一个宇宙存在,那么,看来必定有许多——极多的,或许甚至是无限多的宇宙。我们的宇宙不能不被看作广阔分布的宇宙的一个组元,一个仅仅通过时空隧道联系的自身再生体系。按这种观点或许把它看作将婴儿宇宙和其母体联接起来的宇宙脐带更为妥当。

但是这里仍然有一个谜,即为什么伸展得恰好具有正确的力度导致了我们所有的宇宙。一个宇宙“天然”的大小在亚原子领域下降到普朗克长度,能存在的最小“距离”——10-35米上。这是进化开始的地方。

斯莫林引进的关键要素是每次的黑洞崩溃进入一个奇异点和具有新时空的宇宙婴儿的形成。与它一起诞生的物理学定律都略为不同;例如万有引力,在婴儿宇宙中也许比在其母体中稍强——或略弱,他声称这种过程类似于能在自然选择中起作用的为有机生命形式提供多样性的突变方式。

斯莫林说,每一婴儿宇宙并不是其母体的完美复制品而是形式略有突变。一个婴儿宇宙原始的自然状态也许的确在又一次崩溃之前扩张到几倍的普朗克长度。但是如果物理学定律的作用的随机变化——突变——发生在使暴胀得更多,婴儿宇宙就会长得更大一些。如果它变得足够大,也许会分成两个或更多的不同领域,其每个崩溃都产生一个新奇异点并会因此触发另一代宇宙的诞生。

这些新宇宙也将与其母体稍有不同,有些可能失去长得大大超过普朗克长度的能力,并将隐入到量子界域。有些也许比其母亲膨胀得更多,产生更多的黑洞并转而产生更多的婴儿宇宙。产生的每一代新宇宙数目将大致与其母体宇宙体积成正比。斯莫林说,最本质的一点是宇宙再生最成功地通过最大数目的后代支配整体直到许多代以后。

宇宙内部

最终产物将不是一个而是许多宇宙,基本上每个都拉张得尽可能大同时仍然在一个黑洞之内,黑洞中的物理参数是这样的,以使星球和黑洞的形式是合适的。我们的宇宙精确地符合这种描述。

这也解释了另一个难以解释的神秘现象,即为什么我们生活的宇宙乍看上去是以那样一种不寻常的方式“创始”的,正如你不会期望化学物质的随机集合会突然自身组合为一个人,所以你也不能期望从一个奇异点出现的物理定律的随机组合能得出我们居住的那样的宇宙。

斯英林已暂时不提宇宙是活的。但是遗传性是解释生命的属性之一,斯莫林暗示宇宙把它的特征传给它的后代只有少量变化,正像人把特征传给他们的孩子时只是有一点走样。在进化期间成功了的宇宙是留下最多后代的那些,提供的随机突变确实很小,但只要有真正的进化过程,就会有利于形成越来越大的宇宙。

斯莫林思想还远未被接受。一种批评意见是,他假定一个宇宙诞生时的物理定律与它母体的只有轻微差异;它们非常不同或完全相同这两种情况可能相等。阿德莱德(Adelaide)大学韵保罗 · 戴维斯(Paul Davis)说:“我并不跟着斯莫林理论的所有细节走,但它是一个探索为什么宇宙是它现在存在的样子的古老问题的值得欢迎的新途径。”

在查理斯 · 达尔文和阿尔弗雷德 · 华莱士建立进化论以前,许多人相信这样的解释,跟人类如此不同的生物存在的唯一途径是超自然的干涉。宇宙明显的不可思议也同样会使某些人暗示大爆炸也许是由超自然的干涉造成的,即使是值得尊敬的宇宙学家如戴维斯和新奥尔良大学的弗兰克 · 梯卜勒(Frank Tippler)也把新宇宙学说成是揭示“上帝意志”的工作。

但如果斯莫林是对的,这里就不再有任何祈求超自然神灵降临的基础。我们恰恰生活在最有希望存在的宇宙中,如果说还有许多活的宇宙正以地球上生命进化的同样方式进化的话。

[New Scientist,1994年1月15日]