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标  题: 第九章 快道上的生命
发信站: 哈工大紫丁香 (2002年07月16日20:13:59 星期二), 站内信件


第九章 快道上的生命




    要是不存在“永恒”，人类或者外星智能人，无论他们的数量有多大，都不
    可能把生命永远延续下去。如果宇宙作为整体只能存在有限的时间，那么世
    界未日是不可避免的。在第六章中，我解释了宇宙的最终命运如何取决于它
    的总重量。观测表明，宇宙的重量所处的地位非常接近永恒膨胀和最终坍缩
    间的临界点。如果宇宙最终确实会开始出现收缩，任何智慧生物的经历实际
    上就会同上一章所描述的情况大不相同了。


    宇宙收缩的早期阶段丝毫不构成任何威胁。就像一只扔向空中并已到达轨道
    顶点的小球那样，宇宙会开始缓慢地向内下落。我们假定到达这个最高点的
    时刻出现在 1000 亿年以后，那时仍然有许多恒星在继续燃烧，而我们的后
    裔应当有能力利用光学望远镜跟踪遥远星系的运动：这些星系的退行在逐渐
    变慢，然后开始回落，彼此越来越接近。今天我们所能见到的星系在那时将
    会处于大约 4 倍远的距离上，因为宇宙的年龄增大了，那时的天文学家能
    观测到的距离大约 10 倍于我们能见到的距离。因此他们观测到的宇宙中所
    包含的星系，应当比我们这个时代能够见到的星系多得多。


    光线穿越宇宙需要好几十亿年时间，这个事实意味着 1000 亿年以后，任何
    天文学家在很长一段时间内会看不到这种收缩。他们首先注意到的应当是，
    比较近的星系平均说来相互接近要比彼此远离来得多，但是从遥远星系来的
    光线仍然会表现出红移。只是在几百亿年以后，系统性的内落才会变得明显。
    比较容易识别的应当是宇宙背景热辐射温度的微小变化。我们应当记得，这
    种背景辐射是大爆炸遗留下来的产物，现在它的温度在绝对温标 3 开左右。
    这个温度会随着宇宙的膨胀而下降。 1000 亿年后，它会降低到 1 开左右。
    在膨胀的最高点，这个温度降到了最低。一旦收缩开始，温度会重新上升，
    当宇宙又收缩到与今天有同样密度时再次回升到 3 开。这又需要 1000 亿
    年时间：宇宙的增大和回落在时间上是对称的。


    对此，没有必要造成恐慌。宇宙不会简单地在一夜之间坍缩。事实上，即使
    在收缩阶段，我们的后裔也能在几百亿年时间内好好生活，安度时光。但是，
    如果转折点在更长得多的时间之后出现，譬如出现在 1 亿亿忆年之后，那
    么情况就不容过份乐观了。这种情况下，在膨胀达到最高点之前恒星已结束
    燃烧，任何当时还活着的居民会开始面临在永恒膨胀宇宙中所会遇到的同样
    问题。


    无论转折在什么时候出现，如果从现在开始用年来计量，那么宇宙要在转折
    后经过相同的年数才再次回到今天的大小。不过，它的样子将会有很大的变
    化。要是认为转折就出现在 1000 亿年后，那么同现在相比，那个时候黑洞
    会多得多，而恒星却要少得多。可供人类居住的行星将会非常珍贵了。


    在宇宙到达这个阶段时，它收缩的步伐已经相当快了，大约再过 35 亿年，
    宇宙的尺度会减小一半，并且不断地加速减小。但是，真正紧张的时刻大约
    出现在这一阶段之后的 100 亿年，那时宇宙背景热辐射温度的上升开始构
    成一种严重的威胁。当温度上升到绝对温标 200 开时，像地球这样的行星
    就很难把热量释放出去，它会越变越热，而且毫无挽回的余地。首先，所有
    的冰冠或冰川都会融化，然后海洋开始蒸发。


    再过 4000 万年，背景辐射温度会达到今天地球的平均温度。那时，像地球
    那样的行星将完全不适合人类居住。当然，在太阳膨胀成一颗红巨星时，地
    球早已承受过类似的命运。但在此时此刻，已没有任何别的地方可去，没有
    一个安全的避难场所。背景热辐射充满整个宇宙。整个空间的温度都达到摄
    氏20度，并且还在上升。那时人类或者已适应这种灼热的环境，或者已创造
    出一些制冷生态系统以推迟被煮烤的威胁。他们都应当注意到，宇宙那时正
    以一种狂热的步伐在坍缩，每过几百万年尺度就会缩小一半。在收缩的这一
    阶段，所有还存在的星系都已不能再加以识别了，因为那时它们应当已经并
    合到一起。但是，空间还是很大的，个别恒星之间的碰撞应当很少出现。


    宇宙在接近它的最后阶段时，环境条件应当同大爆炸后不久起支配作用的那
    些条件越来越相似。天文学家马丁·里斯( Martin Rees )进行了一项有关
    宇宙未日学的研究。他运用普通的物理原理已能构造出一幅最后坍缩阶段的
    景象。宇宙热辐射最终变得非常强，使夜间天空发出淡红色的辉光。漆黑的
    宇宙慢慢地变成一个无所不包的宇宙熔炉，所有脆弱的生命形式，无论他们
    躲在何处，都要受到酷热的折磨，而行星的大气层也已被剥得干干净净了。
    红色的辉光渐渐地变成黄色，然后是白色，直到充满整个宇宙的可怕的热辐
    射威胁到恒星本身的存在。因为无法把自身的能量辐射出去，恒星热量就会
    在内部堆积起来，结果发生爆炸。空间会逐渐地被热气体即等离子体所充满，
    会发出可怕的光芒，同时一直不断地越变越热。


    随着变化步伐的加快，环境条件不断地走向极端。宇宙开始发生明显变化的
    时间尺度只需要 10 万年，然后只要 1000 年，接下来是 100 年，朝着总
    的灾变加速前进。温度上升到几百万开，然后是几十亿开。分布在今天浩瀚
    空间中的物质被挤入很小的体积内。一个星系的质量所占据的空间直径只有
    几个光年。最后三分钟来临了。


    最终，温度变得极高，甚至连原子核也分裂了。物质被剥离得成了一锅均匀
    的基本粒子汤。在不到你读完这一页书的时间内，大爆炸和一代又一代恒星
    创造化学重元素的杰作就被破坏殆尽。保持了无数亿年的最稳定结构——原
    子核——无可挽回地被摧毁了。除黑洞之外，其余一切结构早已被烧烤得不
    复存在。现在，宇宙的结构变得很简单，这种结构尽管别致，却是前途凶险，
    它只剩下几秒钟的生存时间。


    随着宇宙坍缩得越来越快，温度也上升得越来越快，而且没有明确的限制。
    物质受到的压缩作用极为厉害，区分单个质子和中子已变得毫无意义，所存
    在的只是一种由夸克组成的等离子体。然 而，坍缩还在加速进行。


    现在所处的阶段离开宇宙最终大灾变只剩下最后几个微秒时间。黑洞开始相
    互并合，其内部情况与整个宇宙的总体坍缩状态几乎毫无区别。它们现在只
    不过是一些略为提早到达未日的时空区域，并且正在和宇宙的其他部分掺合
    在一起。


    在最后那些时刻，引力成为占绝对优势的作用，它毫不留情地把物质和空间
    碾得粉碎。时空曲率不断地增大。越来越大的空间区域被压缩到越来越小的
    体积之内。按照常规理论，这场暴缩有着无比强大的威力，所有的物质都因
    挤压而不复存在，一切有形的东西统统都被消灭，其中也包括空间和时间本
    身在内，剩下的只是一个时空奇点。


    这就是未日。


    就我们的理解，这场“大危机”不只是一切有形结构的未日，甚至也不仅仅
    是物质的未日，它是一切事物的未日。因为在大危机的瞬间，时间本身已经
    停止，要问以后会发生什么是毫无意义的，就像问大爆炸前发生过什么一样。
    对任何事物来说，根本不存在“以后”会发生什么，没有任何时间可言，那
    怕是静止的时间都没有，也不存在空的空间。大爆炸时从虚无中诞生的宇宙，
    将在大危机中于虚无中消失，它曾经灿烂辉煌地存在了无数亿年，而现在甚
    至连一丝回忆也不会留下。


    我们应该为这样一种前景而感到气馁吗？一种情况是宇宙永无休止地向着黑
    暗空虚的状态缓慢地退化和膨胀，另一种则是在剧烈的暴缩中湮没，两者哪
    一种更为糟糕呢？还有，在一个注定要走到时间尽头的宇宙里，永垂不朽的
    希望又是什么呢？


    同一个无限膨胀的宇宙在遥远将来的状态相比，逼近大危机时的生命看来更
    没有希望。现在的问题不是缺乏能量，而是能量太多。但是，我们的后代也
    许还有数十亿年甚至数万亿年的时间来对付这场最后的大屠杀。这段时间里，
    生命能够扩展到整个宇宙。对于最简单的再坍缩宇宙模型来说，总的空间体
    积实际上是有限的。这是因为空间是弯曲的，在一个三维等价球面上空间可
    以自相连通。因而可以想象，智慧生物有能力传播到整个宇宙，并对它加以
    控制，因此他们可以调整自己的位置，支配一切可能的资源来对抗这场大危
    机。


    初看起来，很难理解他们为什么会感到烦恼。要是大危机后的生存在逻辑上
    是不可能的，那么把痛苦挣扎的状态只是延长一点点时间，其目的又是什么
    呢？湮没发生在末日来临之前 1000 万年还是 100 万年，这对一个年龄为
    几万亿年的宇宙来说是完全一样的。但是，我们不应当忘记时间是相对的。
    我们后裔的主观时间将取决于他们新陈代谢和信息处理的速度。还有，要是
    假定他们有充裕的时间去改变他们的体形，那么他们也许有能力把罪恶变成
    美德，把哈得斯( Hades 扫校者注：希腊神话里的冥王)的逼近变成一种永
    生。


    温度的上升意味着粒子运动加快，而物理过程也发生得愈快。请记住，对一
    种智慧生物的基本要求就是要有处理信息的能力。在一个温度逐步升级的宇
    宙中，信息处理的速度也会加快。要是有一个人能利用 10 亿开条件下的热
    力学过程，那么对于他来说，宇宙的湮没已迫在眉睫，似乎就应发生在几年
    之后。如果余下的时间在观察者的意识中可以无限延伸，那么就无需担心时
    间的未日。随着坍缩朝最终危机加速发展，观测者的主观经历原则上可以扩
    大并能不断地加快这个过程。这样一来，逐步升级的思维速度就同朝着世界
    末日的加速冲刺相匹敌了。


    奇妙的是，我们不知道对于一个居住在坍缩宇宙中并处于最后时刻的超人来
    说，在可以利用的有限时间里，他是否会有无限多个性质不同的思维和经历。
    巴罗和蒂普勒一直在研究这个问题。其答案关键取决于最终阶段的物理细节。
    例如，要是在逼近最后奇点的过程中宇宙始终保持良好的均匀性，那么就会
    产生一个重要的问题。不论思维的速度是多少，光速总保持不变，每秒钟它
    最多只能穿越 1 光秒的距离。因为光速决定了任何物理效应所能传播的极
    限速度，由此得出的结论是，在最后 1 秒钟内，同宇宙中距离大于 1 光秒
    的区域之间不可能进行任何的通讯联系（这是事件视界的另一种例子，同阻
    止从黑洞取得信息的视界是相类似的）。随着未日的临近，可通讯区域的尺
    度和它们所包含的粒子数也就向着零缩减。对一个要处理信息的系统来说，
    它的各个部分最起码需要进行通讯。很清楚，光速有限所起的作用是限制了
    未日来临之际还有可能存在的任何“大脑”的尺度，因而也就会限制这个大
    脑可能具有的不同性质状态的数目，即思维的数目。


    为了摆脱这种限制，宇宙坍缩的最后各个阶段一定要偏离均匀性。事实上，
    这是很有可能的。有关引力坍缩的大量数学研究表明，随着宇宙发生暴缩，
    不同方向上的坍缩速率开始出现变化。奇妙的是，这个问题并不简单地表现
    为宇宙在一个方向上比另一个方向收缩得更快些。所发生的情况是开始出现
    振荡，所以坍缩最迅速的方向一直在改变。实际上，宇宙是在剧烈程度和复
    杂性不断增加的多次循环中，以摆动的方式走向消亡的。


    巴罗和蒂普勒推测，这些复杂的振荡造成事件视界先在一个方向上消失，然
    后又在另一个方向上消失。这样变来变去使得空间的所有区域都能保持联系。
    因为这种振荡使得比较快的坍缩一会儿出现在一个方向，然后又出现在另一
    个方向上，所以任何超级大脑必须思路敏捷，应当能接通不同方向之间的通
    讯联系。如果这个超人能够做到与振荡保持同步的话，那么振荡本身就可以
    提供推动思维过程所必需的能量。还有，在一些简单的数学模型中，大危机
    前最后那段有限的时间内，看来会发生无数次振荡。这就为进行无限数量的
    信息处理提供了必要的条件。因此根据假设，也就为这位超人提供了无限的
    主观时间。所以，即使物理世界在大危机时突然寿终正寝，精神世界也许永
    远不会完结。


    要是大脑的功能没有限制，它可以做些什么呢？按照蒂普勒的观点，对于它
    自身的存在以及它所卷入的那个宇宙，大脑应当有能力进行全面而又细致的
    考虑；不仅如此，由于它有着无限的信息处理能力，大脑也能以某种丰富多
    采的虚假现实不断地模拟出一些假想的世界。所以，最后三分钟不仅会变得
    无限地扩展，而且反映无数种不同的宇宙活动的模拟现实也可以建立。


    遗憾的是这些推测（有时是些异想天开的推测）取决于一些非常特殊的物理
    模型，而这些模型有可能被证明是完全不现实的。它们也没有包含量子效应，
    而这种效应在引力坍缩的最后那些阶段应有可能起着支配作用，并且有可能
    为信息处理的速率规定某个最终极限。如果是这样的话，让我们期望宇宙超
    人或超级计算机至少在它所能利用的时间内会逐步做到对生存取得充分的理
    解，这样它就能顺乎天命去面对自己必然会死亡的命运了。





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