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6.為什么說宇宙和你我一樣平凡?

我十幾歲的時候曾在一個公共圖書館中隨手拿起一本小書翻閱,作者聲稱書里寫有能描述整個宇宙的方程式。當時的我對此深表懷疑:宇宙之雄偉壯闊豈是幾行數學公式就能概括的?怎么可能這么簡單?這本小書就是丹尼斯·夏默丹尼斯·夏默(Dennis Sciama),英國宇宙學家,劍橋大學天體物理學教授,現代宇宙學奠基人之一。他本人雖然知名度一般,但他教導出多位大名鼎鼎的學生,包括斯蒂芬·霍金、馬丁·里斯、戴維·多伊奇等。——譯者注的《宇宙的統一性》(The Unity of the Universe),它給我留下了深刻的印象。它的書名說明了一切:在最大的尺度上存在著相干性和統一性,使得我們僅用三四個方程式就可以把宇宙的基本要素描述清楚。

為什么我說宇宙是平凡的呢?它難道不是我們能想到的最復雜的東西嗎?事實上,這句話既對也不對。如果你試圖對宇宙中的每個個體進行細致的描述,那當然會復雜得不可思議。但就像在敘述越南戰爭這段歷史的時候不用具體到每個士兵的經歷一樣,我們也可以略過具體的細節去確定宇宙歷史的大致走向。然而,如果我們沒能掌握一些非常具體的特性,哪怕是上述這種籠統的描述也難以做到。

關于宇宙的特性,其中最重要的一條就是自然的統一性。依據我們目前掌握的情況,宇宙中極遠處的物體遵循的物理定律和我們身邊的物體遵循的物理定律完全相同。為什么會這樣?沒人知道答案,這甚至可能不算一個特別恰當的科學問題。但這個特性非常關鍵,只有基于這一點,我們才能大膽地將宇宙作為一個獨立的對象進行討論,并將這一系統作為整體構建敘事。如果物理定律因地制宜或因時而異,就無法這么做了。

不僅如此,即使存在普適性物理定律,宇宙中所有事物的排布也有無數種可能性。想象一下,有一支管弦樂隊計劃在音樂會上演奏貝多芬的《第五交響曲》(《命運交響曲》)。盡管管弦樂隊由多位演奏者組成,但我們將整支樂隊視為這場音樂會的演出者是更恰當的做法。只要編排得當,他們就能演奏出和諧的樂曲。相反,如果每位演奏者都罔顧樂隊的安排而演奏不同的樂譜,其結果將是刺耳之極的噪聲。在這種情況下,我們討論這支管弦樂隊演奏的是什么樂曲就毫無意義了,甚至“管弦樂隊”這個稱呼也毫無意義,不過是一群獨立的演奏者湊在一起罷了。

宇宙的特性之二是,它基于某種有條理的編排方式而存在,就像管弦樂隊一樣,有編曲、和弦和組織協調,而不是每個復雜的組成部分各自獨立運轉。最能體現這一點的是,我們觀測到宇宙中任意一點的膨脹速率都相同。此外,在每個方向上大小相同的天區中,星系的數量都相等,宇宙微波背景的溫度也一樣。顯然,宇宙大爆炸是一場非常有序的“爆炸”。這跟地球上的爆炸形成了鮮明對比:如果泄漏的煤氣導致一棟房子發生爆炸,其結果必然是一場可怕的大災難。

高溫是宇宙的第三條特性。民間流傳著這樣的故事:亞歷山大圖書館于公元前48年被大火焚毀,這是人類文明遭受的最大災難之一。無價的知識在熊熊烈火中化為烏有,這悲劇性地證實了高溫的強大破壞力。一般來說,火燒得越旺,其消耗的能量就越多。現代的焚化爐可以分解最穩定的化學物質,太陽內部更是熾熱到連原子都無法存在——它們被分解成原子核和電子。大爆炸的溫度更高,在其發生之后的一秒鐘,宇宙的溫度大約是100億開氏度;在大爆炸發生之后的千分之一秒,宇宙的溫度大約是10萬億開氏度;在大爆炸發生之后的萬億分之一秒,宇宙的溫度高達1020開氏度。

“熱=簡單”,這是宇宙學家能夠如此自信地談論早期宇宙的原因之一。事實上,借助幾個運用了基本代數和微積分知識的簡單方程,就能準確地描述原始宇宙中發生的大部分事情。在一個新生的宇宙中,所有的東西都混合在一起,并分解成一些基本成分。從理論上講,這比描述地球要容易得多。

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