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宇宙是一个轮回吗?天文学家曾推演,千万亿年后宇宙将再次爆炸

宇宙会走向怎样的结局?时间会不会有终点?这些问题至今没有确切答案。

《纽约时报》的音频制作人比安卡·加弗(Bianca Gaver)和科学作家丹尼斯·奥弗比(Dennis Overbye)做过一次不太一样的尝试。新闻报道通常要回答紧迫的大问题,比如一项重大立法会带来什么影响,一桩重要审判的判决意味着什么。

这一次,他们关注的是宇宙中最大的一些问题。目的不是给出确切答案,而是认真面对那些宏大、带点梦幻色彩、关乎存在本身、至今无人能答的问题。

奥弗比名片上的头衔是“宇宙事务记者”。他把自己的报道领域概括为物理学、宇宙、一切与爱因斯坦有关的事,以及他觉得可以归入这一范畴的其他内容。

他真正关心的是,人们如何看待自己在宇宙中的位置和角色。我们并不了解这个宇宙,而且很可能永远也无法了解。

在他看来,人们平时活在各自“确定性的小气泡”里,以为能掌控自己的生活,其实做不到。这些气泡偶尔会被粗暴地戳破,比如一场突然暴发的疫情,或者更糟的事情。

真相是,宇宙并不在乎我们。天上的星星不知道人类的存在,那里有没有生命,我们大概永远也不会知道。

按照预期,十亿年后太阳会变得更热,把海洋蒸发殆尽,地球上将不再有生命,人类也会被遗忘。在极其遥远的未来,什么都不会留下。

这番话听起来很灰暗,但奥弗比说,写这些题材并不让他沮丧。他承认自己算是个悲观主义者,但他认为这些事情必须有人讲清楚,因为理解自身的处境,本来就是人类传承的一部分。

宇宙可能明天就崩塌,什么事都可能发生,就像股市也可能明天就崩盘一样。近一年来,奥弗比写了很多关于黑洞的文章。

他说,黑洞是“天文学界的猫咪视频”,人们怎么看都看不够。黑洞有一种原始的吸引力,因为一切落入其中的东西都注定毁灭。

他报道黑洞已有四十多年。上世纪70年代,黑洞还是一个有争议的概念,很多人并不相信它存在,当时史蒂芬·霍金正在会议上阐述黑洞理论。

黑洞吸引奥弗比,是因为它引出了一连串问题:关于死亡,关于世界究竟由什么构成,物质又由什么构成。如果一个东西可以落进黑洞、彻底消失,那它当初真的存在过吗?

这些问题很值得思考,而且正处在科学的边缘。奥弗比曾被称为“宇宙无知的布道者”,他很喜欢这个说法。

在他看来,承认对宇宙的无知,能提醒我们自己是谁:我们对所处的这个宇宙其实知之甚少。科学界有一种信念,只要能把问题表述清楚,就能找到答案。

可我们是否已经知道该问哪些问题,都还说不准,思考更深的人往往会这样提醒。奥弗比觉得,人类如此无知反倒让人耳目一新。

要足够聪明,才能发现自己有多无知。人类就像试图想象恋爱是什么滋味的青少年。

没有哪个上司知道所有答案,也没有“最懂的父亲”,在无知面前人人平等。他列出了自己心中的一些宇宙之问:黑洞是什么,我们为什么在乎它内部发生了什么?

宇宙中还有其他生命吗?如果有,我们为什么至今不知道?地球和宇宙的命运如何?

存在其他宇宙吗?我们有自由意志吗?在“矩阵”里还有自由意志吗?

有没有关于科学的好电影?如果某个地方有生命,我们怎么才能知道?人类会在火星上生活吗?

为什么我们记得过去,却不记得未来?最后还有一个爱因斯坦提过的问题:上帝创造宇宙时有选择吗?

这些问题并没有那么“科学腔”,反而带着思辨、假设,甚至科幻的意味。奥弗比说,正因如此才有趣,他也不确定自己想那么深地活在现实世界里。

这些问题里,最值得深挖的是“为什么我们记得过去,却不记得未来”。这句话来自奥弗比二三十年前听霍金讲座时的记忆。

它想说明的是,时间、空间这些我们习以为常的概念,其实并没有被真正理解。在数学上,时间被当作一个维度,我们用“在哪里”和“在何时”来标记事物。

但我们并不是这样生活的。从地铁站走出来,我们可以选择往东南西北任何一个方向走,却不能选择在时间里前进还是后退。

数学里可以改变时间变量,现实中我们却被困住了。人类一直有标记时间流逝的方式,比如巨石阵和高大的钟楼。

从伽利略开始,时间更多地成为物理学中的数学要素。牛顿进一步发展了这一点,把宇宙想象成一个带着时钟的舞台:舞台不变,时钟不变,人类只是在上面按部就班地走过场。

这套图景一直很好用,直到爱因斯坦出现。他证明,时钟测量的时间会因所在位置和运动速度而不同,空间也不是一成不变的,物体会收缩,也会伸展。

这就是著名的相对论。时间远比人们以为的更有弹性。

1955年,爱因斯坦最好的朋友米凯莱·贝索去世,仅仅一个月后,爱因斯坦本人也离世了。奥弗比在著作《恋爱中的爱因斯坦》中记述了爱因斯坦写给贝索家人的那封著名信件。

爱因斯坦写道,他最钦佩贝索的一点,是贝索能与一位女性共同生活多年,不仅相安无事,而且始终和睦一心,而这正是他自己两次都遗憾失败的事。如今贝索又一次先他一步离开了这个奇异的世界,但这并不意味着什么。

对相信物理学的人来说,过去、现在与未来之间的分隔只是一种幻觉,尽管这种幻觉挥之不去。奥弗比解释,爱因斯坦的意思是,人生中的每一个时刻其实都存在,只是我们每次只能经历其中一个。

这就像胶片电影:所有画面都在胶片上,观众一次只看到一帧,其余的要么已经放过,要么还在路上。这种观点在物理学家中颇受欢迎,但关于时间,目前并没有公认的理论或看法。

往回追溯得足够远,就会遇到大爆炸。就现代科学所知,那是万物的起点。

我们不知道宇宙从何而来,但知道创造宇宙的那个东西也创造了空间和时间。物理学家研究得越深入,就越觉得空间和时间难以捉摸,拿到光下仔细端详,它们就开始瓦解。

人类是庞大的生物,由数以亿亿计的原子构成,存在的时间又很长,所以我们对时间的理解即使不算错,也可能只是一种近似。现实也许就像查克·克洛斯的画:凑近看,只是一些看不出意义的小色点和笔触;退到房间另一头,才浮现出完整的肖像。

同样,我们之所以能理解周围的世界,是因为看到的是大量粒子之间无数极微小、极快速的相互作用和联系被平均之后的结果。所以,你身处宇宙何处、处于什么条件,都很重要,宇宙中每个地方都有不同的视角。

说到对时间与空间的颠覆,就绕不开爱因斯坦。他有非凡的想象力,顺着自己的思路走下去,得出的结论与人们的直觉完全相反。

在他的理论里,时间可以加快或减慢;物体看起来如何运动,会决定它是收缩还是伸展;物质还可以聚集起来,消失在黑洞里。这些听起来很疯狂的想法,如今已是宇宙的基本原理。

他第一个用数学证明时间并不像人们以为的那样运作,从而动摇了“独立客观实在”这一整套观念。奥弗比说,相对论中的数学其实只是高中代数,谁都能算。

爱因斯坦的秘诀在于善于提问。有了问题,就能找答案,真正难的是想出一个好问题。

不仅科学如此,写小说也一样,这门手艺的一部分,就是提出一个具体的问题,并让它通向意想不到的地方。爱因斯坦15岁时问过自己:如果以光速随一束光一同前进,会看到什么?

这个问题开启了20世纪的物理学。人们原本认为空间弯曲、扭曲这些效应是真的,却没想到真能观测到。

1919年的一次日食中,人们观测到了太阳周围的光线弯曲,爱因斯坦由此名垂史册。那么,我们怎么知道时间朝哪个方向流动?

奥弗比说,大脑之所以知道时间的方向,是因为“熵”。熵可以理解为无序或混乱的程度。

随着时间推移,事物会变得越来越无序:衣柜越来越乱,书桌越来越乱。总体而言,熵随时间增加。

我们会变老、会死去,因为熵无法逆转,我们也总在耗散能量。从有序走向更无序,这就给时间定了方向。用通俗的话说,就是事情总会变得更糟。

这也是永动机不可能存在的原因。既然时间有开端,它会有终结吗?

按目前的推测,在极遥远的未来,恒星都将燃尽,其中许多会坍缩成黑洞,黑洞又会蒸发,万物相距极远,只剩下一些随机游荡的粒子。到那时,时间不再从有序走向无序,因为一切都已是无序,任何一处与另一处都不再有区别。

那将是时间的终结。若果真如此,宇宙只发生过一次,那是一件了不起的事,但在它绝大部分的存续期里,什么都不会发生。

所以,现在其实是宇宙中最适合活着的时代,因为眼下正有很多事情在发生。不过,这只是天文学家目前能做出的最佳预测,而不是定论。

这也让“宇宙是否是一个轮回”有了讨论的余地。2020年诺贝尔物理学奖得主罗杰·彭罗斯等理论物理学家提出了“共形循环宇宙学”:在千万亿年之后,当宇宙膨胀到极致、只剩下没有质量的光子时,“一米”“一秒”这样的时空尺度将失去意义。

在只保留角度、抛弃距离尺度的共形几何中,这个极度膨胀、冷寂的末日宇宙,与一个极度炽热、刚刚发生大爆炸的初始宇宙是等价的。按照这一推演,旧宇宙的终点就是新宇宙的起点,宇宙将再次爆炸,开启新的“世代”。

彭罗斯团队还认为,上一个宇宙中超大质量黑洞蒸发留下的痕迹,可能以同心圆状的“霍金点”出现在宇宙微波背景辐射中,并称已在卫星数据里找到了这类印记。这些发现还有待更精确的观测证实。

无论宇宙只发生一次,还是一次次重新开始,奥弗比觉得最有意思的是,人类在某种意义上共同创造了同一个时间。

每个人都活在自己的小气泡里,都从自己所在的位置看世界,所以每个人都是宇宙的中心,观点也都略有不同。