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发信人: ashes (东邪西毒), 信区: SFworld
标  题: 宇宙畅想曲
发信站: 哈工大紫丁香 (2002年07月24日13:32:04 星期三), 站内信件

宇  宙  畅  想  曲
                        －－熵增、引力和宇宙生命
                                            王晋康
    中学上生物课时曾有过担忧：世上生物有3000万种，加上已
灭绝的可达30亿。如果它们是一堆毫无联系的杂碎，大学生物系
的学生该是多么不幸。在达尔文之前，没有人想到千奇百怪的生
物彼此都有关系－－怎么能想象人类、蛔虫、吸血蝇和海马会是
亲戚？那时的生物分类是零乱的、静止的、凝固的。
    然后伟大的达尔文降临人世，在一团乱麻中抽出了脉络，绘
出了生物进化之树，生物学开始有了内在逻辑性。又到了1953年，
克里克和沃森发现了DNA的双螺旋结构，人类才知道，原来五彩缤
纷、博大宏伟的生物世界只是一条基因之河，数字之河，是极为
简洁的4进制代码的纯数字式的信息传递。仅仅4个代码啊，不要
忘了，连乐曲还有7个音符8度音阶哩。而且，看似绝不相干的各
种生物，其DNA密码非常相似。但是根据数学计算，不同物种遗传
密码偶合的可能性仅为100万亿亿亿分之一。所以，以下两个互相
关联的结论就毫无疑问了：1、既然生命系统各物种的相关率如此
之高，所以它们必然有一个共同的源头。2、正因为有一个共同的
源头，生命系统才能有这样清晰的脉络。
    这种解释的逻辑力量是如此强大，连那位自称创造了万物的
上帝也会赧然宾服的。
    再把眼光拓展到宇宙。在光谱仪发明之前，一位科学家曾断
言，人类绝无能力了解外星球的物质构成。那时，没有几位物理
学家敢奢望外星球也“正巧”遵从太阳系的规律。但此后不久，

外星球的物质构成就被窥探到了，结果完全一样！当然，它们的
构成千奇百怪，有氢氦星、钻石星、黄金星、中子星甚至反物质
星，但无论如何，它们可以用地球上同样的原料，依据同样的规
律调制出来，它们的运转也老老实实遵从“我们的”牛顿力学和
相对论。
    但为什么事实如此？为什么我们没有面对一个错乱的、破碎
的、毫无逻辑关系的宇宙？我们可以从生物生命系统（其复杂性
几乎可以媲美于宇宙）得到启迪。简言之，关于生命系统的那对
互恰的解释也可外推到宇宙：1、宇宙既然已被发现有如此简洁
优美的规律，而且越往深处探索，这些规律逐渐汇流而更趋简化，
因而可以断言，宇宙必定有一个共同的起源。2、正因为宇宙是
从一个共同的、简并态的起源逐步向复杂发展，所以才具有清晰
的脉络和内在逻辑性。
    可以说，宇宙也是一个生命系统，它同样遵从简洁的生命复
制法则，诞生着和灭亡着众多的星体生命。而且就整个系统而言，
它也同样有创生和灭亡。
    这实际是宇宙大爆炸理论的主要观点。由于星体光谱红移和
    这种解释的逻辑力量是如此强大，连那位自称创造了万物的
上帝也会赧然宾服的。
    再把眼光拓展到宇宙。在光谱仪发明之前，一位科学家曾断
言，人类绝无能力了解外星球的物质构成。那时，没有几位物理
学家敢奢望外星球也“正巧”遵从太阳系的规律。但此后不久，
外星球的物质构成就被窥探到了，结果完全一样！当然，它们的
构成千奇百怪，有氢氦星、钻石星、黄金星、中子星甚至反物质
星，但无论如何，它们可以用地球上同样的原料，依据同样的规
律调制出来，它们的运转也老老实实遵从“我们的”牛顿力学和
相对论。
    但为什么事实如此？为什么我们没有面对一个错乱的、破碎
的、毫无逻辑关系的宇宙？我们可以从生物生命系统（其复杂性
几乎可以媲美于宇宙）得到启迪。简言之，关于生命系统的那对
互恰的解释也可外推到宇宙：1、宇宙既然已被发现有如此简洁
优美的规律，而且越往深处探索，这些规律逐渐汇流而更趋简化，
因而可以断言，宇宙必定有一个共同的起源。2、正因为宇宙是
从一个共同的、简并态的起源逐步向复杂发展，所以才具有清晰
的脉络和内在逻辑性。
    可以说，宇宙也是一个生命系统，它同样遵从简洁的生命复
制法则，诞生着和灭亡着众多的星体生命。而且就整个系统而言，
它也同样有创生和灭亡。
    这实际是宇宙大爆炸理论的主要观点。由于星体光谱红移和
宇宙背景辐射的发现，这个理论已逐渐被科学家所承认。不过该
理论中还存在一个逻辑黑洞：热力学第二定律如何与之相恰？
    在所有的物理学定律中，唯有热力学第二定律在时间轴上是
不可逆的。它象一个心如铁石的死神，不慌不忙地、一点一滴地
毁坏着世界，使宇宙一天天走向无序（高熵）。尽管这条定律惹
人憎厌，但实践证明它是不可战胜的。不过，用它来解释宇宙创
生却似乎出现了微小的裂缝。物理学家普遍认为，宇宙创生时的
均匀的星际气体是高熵态，但为什么这种高熵态能向低熵态（星
系结构）转化？熵增定律在这儿失效了吗？
    原因只有一个－－引力。
    引力的特殊性质使它在宇宙力中与众不同。它是“纯负的”；
是长程力，在宇宙中无限累加（不必妄想发明能阻断引力的物质，
那和永动机一样绝无可能）。一团气体如果不受引力作用，就会
尽力向空间扩散并无序化，达到它的最高熵态。受引力作用的星
际气体则会因微小的随机涨落而凝聚，形成有序化的星系。引力
的这些独特性质使我们相信，它在宇宙的生命过程中必然独占半
边天下。
    某些前沿的物理学家已经提出“引力熵”的新概念。其实，
把引力直接导入热力学第二定律更为直观，即：引力将导致正熵
的减少或者叫负熵的增大。用这个概念解释宇宙，能得到一个异
常质朴的框架。宇宙就象一个阴阳互补的中国太极图，热力学第
二定律仍然完全有效，不过，过去我们仅把它用于宇宙太极中的
阳性世界。现在我们知道了，在阴性世界里，引力一直在不声不
响地填补着宇宙大厦的裂缝哩。
    太初肇始，当宇宙尚包裹在宇宙蛋中时，在内部组织上是混
沌的，是绝对高熵的；但就总体而言，就它“可能达到”的空间
而言，它却属于绝对的组织化状态，我们不妨把它想象成一颗单
独的恒星，能向广袤空间（待产生的空间）提供巨大的低熵。这
时它的正熵为零，负熵为无穷；由于内禀的随机涨落，大爆炸发
生了，空间和时间被创生，能量转化为物质，随着空间膨胀。由
于空间膨胀导致能量密度减小，整个宇宙处于正熵增大的过程。
在膨胀结束时，这个趋势达到极限。
    在这个“正熵增大”的总体过程中，由于引力的作用，也同
时发生着物质的局部积聚，形成粒子、星系乃至生命，无疑，这
是“负熵增大”的逆过程。恒星诞生了，成为局部空间的低熵源，
而这些低熵从本质上说，是由宇宙蛋提供，通过引力而汇聚的；
恒星无时不休地散发着强光，巨额的能量落于宇宙深处，一去不
返，使宇宙逐渐走向“热寂”。这又是一个正熵增加的过程；但
随着恒星的衰老死亡，引力又一刻不停地积聚着星际物质，形成
新的恒星乃至黑洞，造成了宇宙结构上新的不平衡，为形成新的
低熵源准备了条件；然而同时还有一个不可避免的逆过程，即这
些低熵源的内部却达到了高熵态。
    在宇宙膨胀结束时，仍然由于内禀的随机涨落，星体（黑洞）
向宇宙中心塌缩。上面的电影胶片就要倒过来播放一遍。很明显，
这是一幅震荡宇宙的图形。也不排除另一种可能，那就是膨胀永
远继续下去，宇宙将变得有始而无终。但无论哪种结构都严格遵
从一条定理，即：无论任何时候，宇宙的熵增总和恒为零。
    其实，上述过程发生在物质结构的每一个层级上。比如在质

子中也同样有物质的积聚和洇灭过程。所以，宇宙就象是一张巨
大的千层饼，在每一层面上，熵增之魔都在无情地吞噬着有序，
而引力女神却在一刻不停地聚拢着低熵（正熵）。两者层层纠结，
永远解拆不开。考虑了引力的热力学第二定律才是完整的，它不
只看到“黄河东流不复回”，也看到海水化为云朵，乘风西去，
拼出完整的循环。
    在这儿，我们又看到了“宇宙”和“生命”的肖似。生命的
个体过程是不可逆的，比如人类的细胞只能分裂约50代，然后不
可避免地走向死亡。只有生殖细胞能把这个生物钟拨回零点，从
而联结上一代的死与下一代的生。宇宙呢？宇宙的无序化过程也
将在“受精卵”中被中止，拨回零位，就象在火中涅盘的凤凰！

    这个宇宙在时间上是有限的，至少它的诞生是有限的。那么，
在空间上呢?
    实际上，只要承认宇宙是有生有死的生命系统，就很难再相
信它在空间上是无限的。—个在有限时间内诞生的、以有限速度
膨胀的宇宙，在空间上怎么可能是无限的?早就有人提出了奥伯斯
佯谬和西利格尔佯谬。这当然是与实际情况不符。但只要承认空
间有限，这两个佯谬就不攻自破了。上面我们曾提到有关宇宙模
式的两种假设：震荡宇宙和“有始无终宇宙”。即使按第二种假

设，它的无限空间也只能在无限的实际中才能达到，并且此时的
物质密度也会降到无限小。在这个假设下，两个佯谬也同样不能
成立。
    不过在多种宇宙假说中，我更偏爱爱因斯坦的超圆体模型，
即是说，宇宙在三维世界中是有限、无界、无中心，自封闭的，
正象地球表面在二维世界里是有限、无界、无中心、自封闭—样。
大爆炸和大塌缩的中心在三维世界之外，正象地球表面的中心在
二维世界之外。
    既然把宝押在空间有限上，索性再多走一步吧。宏观上有限
的宇宙若在微观上无限，似乎不那么对称。量子力学认为，空间
在原子核的10**(-20)〖表示10的-20次方，Duckula注〗时已无意
义，而目前夸克的尺度已达原子核的 10**(-15)。所以—些物理
学家说，人们对微观世界的探索快要到头了。在不太远的将来，
人们就能挖掘到时空的分界面上。
   这个问题实际包容在—个更普遍的问题中：是否有终极真理?
我想，人类的探索恐怕到大爆炸就要停步了，尽管这个结论让雄
心勃勃的人类很不甘心。宇宙蛋从局部组织上看是绝对高嫡的，
它不可能携带任何信息。既然如此，人类的智力活动怎能越过这
道生死之界呢。
    30年前的国内教科书上说，爱因斯坦晚年时由于错误的思想
方法，致力于探索子虚乌有的宇宙统—场沦，浪费了后半生，令
人惋惜。这种惋惜恰恰表达了我们的浅薄。爱因斯坦晚年的失败
恰恰在于他的直觉太超前了。实际上，只要承认宇宙是从“无”
态创生而进化至今，那么，宇宙场论不能统一才是咄咄怪事哩。
到目前，宇宙四种力(电磁力、强力、弱力、引力)巳统一为两种，
完全可以断言，引力与之统一只是时间问题，不统—是绝无可能
的，因为在单源的宇宙生命模式中根本没有它的位置！从另—方
面说，引力最后—个加入统一的行列也正是应有的次序，而且应
该是对立的统—而不是并列的统—，这才符合引力的特殊性质。
    还不止是物理学内部的统一哩。所有科学的分支在向深度发
展时，都将逐级汇流而归于—点。化学溶液的罗索夫－扎汀期基
反应、粘菌由小个体向大个体的集合、宇宙星云的涡旋，都来自
同—种自组织形式；天文学和粒子物理学曾是背道而驰的，各自
行到天尽头时却突然劈面相逢；国外有人提出，音乐对人类乃至
动植物的魔力有深层原因，它基于生物基因旋律与音乐旋律的—
致性。这在我国生物学界被讥为天方夜谭。我想在此唱个反调，
音乐魔力必定有深层的“物理”原因!“基因解释”只是值得考虑
的—种。

粒子已成为实验室的例行操作。而且这个观点又与宇宙创生论丝
丝入扣，可以说是后者的精髓所在。我常叹服，2000多年前的老
子怎么能灵犀忽来，提出如此超前如此精辟的观点?这位骑着青牛
西出函谷不知所终的老人，实在是天下第—等的哲学家、物理学
家、天文学家和生命学家，他的大名可与伽利略、牛顿、爱因斯
坦和达尔文并列而无愧!
    科学在发展中分出了无数分支，每—个分支都形成了博大的
世界。但时至今日各学科汇流的趋势似乎更为强劲，它们终将汇
入一个不妨称作“大物理”的学科(又应了—句中国老话，分久必
合)。也许唯有数学和逻辑学能保持对物理的独立，因为它们描述
的是宇宙的内禀，而物理学更注重的是宇宙的生命历程。等到各
分支互相伸出藤蔓，缠绕在一起时，科学的终级真理就达到了。
    至此，可以归纳出“宇宙生命论”的主要观点了，它是唯物
的，先验的，是无法证明的公理。即使宇宙尚未诞生或已经灭亡，
它仍将高高翱翔与—无所有的混沌之上：
    宇宙是一个自恰的生命系统，生于无，归于无，它的诞生和
灭亡仅仅基于内禀的矛盾。宇宙在时间和空间上有界(或半有界），
能芰亢挽卦鲋秃阄恪！恪　
    这基本上不是新观点，笔者是从宇宙学多种假说中挑出最合
意的零件，拼成这幅新的益智图，只有“熵增之和恒为零”这点
算是新玩意儿。现在剩下的还有—个问题：这个孤零零的太极球
悬于何处？在它生前死后是什么情景?按说，既然连时间和空间都
是从“无”中创生出来的，我们就不必为“身外之事”操心了。
但好象是本性使然吧，人类总是心有不甘：我们的宇宙就这样弧
孤单单，自生自灭，生前不能扬名于“外邦”，死后不能留名于
“青史”?我们更愿在这个宇宙之外、之前之后，还有—个世界
存在，哪怕是仅存在于我们逻辑中的、与我们不同相的高维世界。
那么好吧，我们且把“外宇宙学说”作为上述宇宙生命论中的一
点“无”态，看它能不能创生、暴涨并涵容“我们的”宇宙吧。
                      －－完－－

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※ 来源:·哈工大紫丁香 bbs.hit.edu.cn·[FROM: 天外飞仙]

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