6.为什么说宇宙和你我一样平凡?
我十几岁的时候曾在一个公共图书馆中随手拿起一本小书翻阅,作者声称书里写有能描述整个宇宙的方程式。当时的我对此深表怀疑:宇宙之雄伟壮阔岂是几行数学公式就能概括的?怎么可能这么简单?这本小书就是丹尼斯·夏默的《宇宙的统一性》(The Unity of the Universe),它给我留下了深刻的印象。它的书名说明了一切:在最大的尺度上存在着相干性和统一性,使得我们仅用三四个方程式就可以把宇宙的基本要素描述清楚。
为什么我说宇宙是平凡的呢?它难道不是我们能想到的最复杂的东西吗?事实上,这句话既对也不对。如果你试图对宇宙中的每个个体进行细致的描述,那当然会复杂得不可思议。但就像在叙述越南战争这段历史的时候不用具体到每个士兵的经历一样,我们也可以略过具体的细节去确定宇宙历史的大致走向。然而,如果我们没能掌握一些非常具体的特性,哪怕是上述这种笼统的描述也难以做到。
关于宇宙的特性,其中最重要的一条就是自然的统一性。依据我们目前掌握的情况,宇宙中极远处的物体遵循的物理定律和我们身边的物体遵循的物理定律完全相同。为什么会这样?没人知道答案,这甚至可能不算一个特别恰当的科学问题。但这个特性非常关键,只有基于这一点,我们才能大胆地将宇宙作为一个独立的对象进行讨论,并将这一系统作为整体构建叙事。如果物理定律因地制宜或因时而异,就无法这么做了。
不仅如此,即使存在普适性物理定律,宇宙中所有事物的排布也有无数种可能性。想象一下,有一支管弦乐队计划在音乐会上演奏贝多芬的《第五交响曲》(《命运交响曲》)。尽管管弦乐队由多位演奏者组成,但我们将整支乐队视为这场音乐会的演出者是更恰当的做法。只要编排得当,他们就能演奏出和谐的乐曲。相反,如果每位演奏者都罔顾乐队的安排而演奏不同的乐谱,其结果将是刺耳之极的噪声。在这种情况下,我们讨论这支管弦乐队演奏的是什么乐曲就毫无意义了,甚至“管弦乐队”这个称呼也毫无意义,不过是一群独立的演奏者凑在一起罢了。
宇宙的特性之二是,它基于某种有条理的编排方式而存在,就像管弦乐队一样,有编曲、和弦和组织协调,而不是每个复杂的组成部分各自独立运转。最能体现这一点的是,我们观测到宇宙中任意一点的膨胀速率都相同。此外,在每个方向上大小相同的天区中,星系的数量都相等,宇宙微波背景的温度也一样。显然,宇宙大爆炸是一场非常有序的“爆炸”。这跟地球上的爆炸形成了鲜明对比:如果泄漏的煤气导致一栋房子发生爆炸,其结果必然是一场可怕的大灾难。
高温是宇宙的第三条特性。民间流传着这样的故事:亚历山大图书馆于公元前48年被大火焚毁,这是人类文明遭受的最大灾难之一。无价的知识在熊熊烈火中化为乌有,这悲剧性地证实了高温的强大破坏力。一般来说,火烧得越旺,其消耗的能量就越多。现代的焚化炉可以分解最稳定的化学物质,太阳内部更是炽热到连原子都无法存在——它们被分解成原子核和电子。大爆炸的温度更高,在其发生之后的一秒钟,宇宙的温度大约是100亿开氏度;在大爆炸发生之后的千分之一秒,宇宙的温度大约是10万亿开氏度;在大爆炸发生之后的万亿分之一秒,宇宙的温度高达1020开氏度。
“热=简单”,这是宇宙学家能够如此自信地谈论早期宇宙的原因之一。事实上,借助几个运用了基本代数和微积分知识的简单方程,就能准确地描述原始宇宙中发生的大部分事情。在一个新生的宇宙中,所有的东西都混合在一起,并分解成一些基本成分。从理论上讲,这比描述地球要容易得多。