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利维坦按:想要拯救人类、生命所依存的环境乃至宇宙,我们似乎要回答很多基本问题,比如,从宇宙本体论来说,什么是宇宙本原?生命的本质是什么?智慧的本原又是什么?当然,人类消亡,地球和恒星消亡,宇宙的终结等等……这些我们都不会在短暂的此生亲眼得见了,不过,这并不妨碍我们人类思考生命和宇宙的终极答案



注定要走向灭亡。我们拼尽全力生息繁衍、保护环境、努力求得生存,结果到了最后,所有这一切都会化为乌有。哪怕我们可以应对气候变化,处理核武器问题,禁止各国研究人工智能杀人工具,该来的还是会来,就像白天过后,黑夜必然会降临一样。


问题其实在物理学本身。我们的家园、星球、太阳系,乃至整个宇宙,它们的生命都是有限的。到了尽头,这一切都将被毁灭。也许是在烈火中轰轰烈烈地灰飞烟灭,也许是以我们最近观察发现到的方式,在一种持续、压抑的“热死亡”中化为乌有。现在看来,后者的可能性似乎更大。恒星相继消失,不断扩张的宇宙会变成一个巨大、冻结的黑色空洞,了无生趣。毕竟,大自然永远坚守着自己的法则。


果真如此吗?人类智慧带领我们走过了漫长的进化之路。但要等到宇宙的终极灾难真正降临,很可能还有一段很长很长的路要走。我们还来得及做些准备。


我发现,“拯救宇宙项目”可能并不是一个多稀奇的想法。就像到了最后,要应对气候变化,我们只有一种可持续的解决方案。可能需要在全球范围内开展声势浩大的工程项目。要设计出一个能永恒存在的人类家园,这个任务只能落在很久以后的后代身上。也有可能是落到其他与我们共享宇宙的智能生物身上。宇宙对人类智慧的威胁太大、太过遥远,我们现在还没有能力应对。但我们至少可以从了解情况开始,构想出可能的解决方案。


要理解生命如何才能与宇宙永远共存,我们需要了解:如果无人伸手干预,宇宙的命运将走向何方。


让我们先从我们的美丽家园开始。


早期的地球因小行星和彗星撞击而变得满目疮痍,深处的岩浆喷涌而出。


地球的存在已经有大约46亿年,与太阳和太阳系的其他星球同样古老。30亿年前,地球开始孕育生命;20万年前,人类终于登上了舞台。太阳是我们绝大多数的光、热来源,它差不多已经走完了生命的一半。这样看来,地球生命的故事似乎已经讲了40亿年之久。但事实并非如此。


太阳不断消耗氢燃料,温度也不断走高。到了最后,恒星变暖的自然现象会将我们的星球变成不毛之地。目前,地球还处在太阳系所谓的“适居带”内,这个区域形状狭长,温度适宜:温度不会太低,把(大部分)水冻住;也不会太高,让水沸腾。在接下来的10亿年里,地球会逐渐接近适居带的内边缘。每过1000年,温度就要攀升好几摄氏度。全球变暖带来的影响还会火上浇油,让这个过程加速;海水大量蒸发,会有大量的温室气体,即水蒸气进入大气层,让情况变得更加恶劣。


深绿色代表狭义太阳系适居带,浅绿色代表广义太阳系适居带。


走到生命后半段的太阳开始膨胀、扩张,地球地表温度不断升高,岩石热到发红。到那时,地球也就走到了生命的尽头。


在几亿年的漫长时间里,地球的大部分地区都不会有任何生命的存在。赤道上的海水温度逐渐达到80°C/176°F,生命从此绝迹。这背后隐藏着一个相当令人失望的事实:地球的生命旅程已经走完了四分之三。直到最近,这个事实才得到较为广泛的认可。刚知悉这个事实,你可能还是想坐下来冷静一下。


到公元12亿年,那时的地球上没有动物,没有植物;只有温度过高的盐水池里有些许顽固细菌的存在。


在结局降临之前,生命还是会彰显出顽强的适应能力。到了最后的最后,大灭绝还是能压倒一切适应性。在之后的10亿年里,地球将是一个炎热、潮湿的地狱,飓风肆虐,陆地大多都变成了沙漠。从宇宙中看地球,它再也不是原来那个美丽的蓝绿色星球。它变成了淡黄色,赤裸的岩石闪着光,天空中满是灰尘。到公元12亿年,古老的地球就像是返老还童,回到了初生时刻。何等奇怪的对称!那时的地球上没有动物,没有植物;只有温度过高的盐水池里有些许顽固细菌的存在。残存的海水在沸腾。走到生命后半段的太阳开始膨胀、扩张,地球地表温度不断升高,岩石热到发红。到那时,地球也就走到了生命的尽头。


但我们并不需要将这看作是宇宙生命的终结。


我们假设地球并不是独一无二的;假设智慧生物普遍存在。太阳并不会是最后一颗死去的星球。最近,美国宇航局利用开普勒空间望远镜发现,银河系中可能有多达10亿个类似地球的行星。旧的地球灭亡后,不计其数的文明还有足够的时间经历兴亡衰长。


当然,没有什么避难所是永远的。随着时间推移,在可观测到的宇宙中,所有恒星都将不再闪耀。在几千万到几十亿年的时间里,无数巨大、炙热的星球都在消耗氢燃料,包括我们的太阳。新一代的恒星还要很久的时间才能出现。最终,宇宙中的游离氢将被耗尽。最后的幸存者将是红矮星,它们是表面温度较低且亮度较弱的恒星,也是最常见的恒星。红矮星最惊人之处在于它们的寿命。有的可以长达20万亿年,比太阳的寿命还要长4000倍。所有绕着红矮星转的行星(我们知道有很多)都拥有可以让某种生命长久留存的光和热。


红矮星想象图。


但即便是红矮星也难逃一死。100万亿年中,剩余的少量气体云中会诞生最后一代燃烧氢的星体。等到公元200万亿年,连最后的恒星也都会灭亡。从此,宇宙几乎是漆黑一片,难以置信的寒冷。如果真的有任何生命存活下去,它们要面对的也是非常艰难的情况。


现在,我们如同进入了一个完全陌生的水域。值得一提的是,我们仍然无法完全确定宇宙的最终命运。过去我们认为,宇宙中有足够多的物质(包括暗物质)和能量,它们组合在一起的重力可以减缓宇宙的膨胀,让宇宙停止膨胀,最终让所有恒星再次回到一起,再来一次大爆炸。这就是所谓的大挤压(Big Crunch)。事实上,宇宙中似乎并没有那么多的物质可以让大挤压发生。不过,其他灾难的可能性仍然存在。


1999年,新罕布什尔州达特茅斯学院的物理学家罗伯特·卡德维尔(Robert Caldwell)指出,有一天,推动宇宙扩张的暗能量可能会变得更强。根据一些计算结果来看,更强的暗能量被称为幻影能量(phantom energy),它们威力之强简直可以撕裂整个宇宙,将其撕成一个个原子;这就是所谓的“大撕裂”(Big Rip)。大撕裂可能“很快”就发生在200亿年后。



要论证这个问题,我们可以假设未来并不会发生大挤压或大撕裂。这种相对保守的设想有一个缺点:未来将阴沉、无趣到不可思议的境地。皇家天文学家马丁·里斯教授(Martin Rees)告诉我:“如果宇宙加速继续下去......我们可观测到的宇宙就会变得更加空旷、更加孤独。那些本就遥远的星系不仅会越移越远,而且会以更快的速度后退,直至完全消失。”


宇宙的生命走到尽头,等在那里的不是一次声势浩大的爆炸,是10^101年后的低声呜咽。


星系间越离越远,慢慢从彼此的视野中消失。最后的红矮星灭亡之后,整个宇宙将被更奇怪、更暗的星体主宰。它们中有“棕矮星”,也有独立的、木星大小的行星,这些行星热度不够,没能变成恒星。这些星体内部的热量可以让人类文明再继续10亿亿年。除此之外,还有一些已经灭亡的恒星留下的白矮星残骸、一些“退化”的庞然大物、黑洞和中子星。在比银河系更广阔的空间里,最亮的物质将以40瓦灯泡的能量发光。


艺术家笔下的T型棕矮星。


等到宇宙的年龄达到10^30年,恒星和行星的残留物将成为唯一的能量来源。核心质子开始衰减,释放出微弱的能量。但这些永恒之路上最后的警戒站,最终也都是会崩溃的。热寂学将是最后的赢家。宇宙的生命走到尽头,等在那里的不是一次声势浩大的爆炸,是10^101年后的低声呜咽。


如果没有人做任何尝试,结局就会是这样。


那么,我们可以做些什么呢?生命是否该向悲惨的热寂学命运举白旗投降?我们(这里的“我们”只指那些可以有所作为有所改变的实体)是不是该开始考虑怎么去推迟地球的死期?也许我们要付诸的努力是无限期的,但地球毕竟是我们唯一的家园。这一提法听起来很可笑,也不符合当代呼吁“放任自然发展”的哲学。事实就摆在我们面前:如果我们什么也不做,束手就擒,我们面对的将是永恒的湮灭。


毋庸置疑,要推迟太阳系的消亡是完全可行的。太阳升温,我们可以向外迁移,迁到位置更合适的火星、木星或土星的卫星上去。10亿年后,原本温度偏低的火星将和今天的地球一样温暖。30亿年后,原本冻成冰的土卫六可能就会变成气候温和、湿润的天堂,拥有厚厚的大气层,没有致命的辐射折磨。


如果我们留恋地球,不想迁移,我们也只需要把它移到新的轨道上。推动那些与地球擦肩而过的小行星或彗星,它们的引力就像是一种天体拖船,帮我们把地球拖离炽热的太阳。


我们需要的只是时间,可能是三四十亿年。请注意,没人认为到那时还会有任何类似于人类的东西活着。我说的是人类的继承者,他们要么是某些替代物种,要么从能思考的肉体凡胎进化成了有感知的机器智能。无论是哪种方式,我们或他们,都需要寻找新的家园。


如果我们假设太阳系以外存在其他的智慧生物,到那时,我们的后代可能已经与它们找到了共同的目标。把目光放得更长远些,我们就会知道,即使是红矮星和棕矮星也不能永生。到这里,生命的战役不再是要对抗正在灭亡的太阳的热量,而是要对抗寒冷。没有恒星,所有生命和机器都必须找到新的方式养活自己、孕育文明。


资源的匮乏也会是一个大问题。今天,这是地球的问题;到那时,就会成为整个宇宙的问题。即使宇宙中不存在幻影能量,宇宙扩张的速度也会继续加快。这是密歇根大学天文物理学家弗雷德·亚当斯(Fred Adams)的研究结果,这实在是个坏消息。亚当斯对宇宙的长期命运作了很多描写:理论上可获取的大量物质和能量都会在可以预见的未来消失,消失在黑洞表面。宇宙的“富有”资源将和“我们”的困境永远泾渭分明。亚当斯还告诉我:“这种绝对资源有很多的限制。在遥远的未来,你能得到的所有东西就是现在的这些星系群。举例来讲,这种隔绝限制了新恒星诞生必需的气体的量。如此一来,生命将更难存活。”


智慧生物可以建“戴森球”,获取黑洞释放的能量涓流。


幸运的是,有用的能量和创造的基石相交织。我们从来不缺时间。在足够长的时间里,质子衰变之类的过程会产生少部分能量,我们可以收集这些能量做有用的事情。


戴森球的艺术构想图:弗里曼·戴森假想出的包围母恒星的巨大球形结构,它可以捕获大部分或者全部的恒星能量输出。


1960年,普林斯顿的物理学家弗里曼·戴森(Freeman Dyson)提出,有远见的文明会在母星周围设立大量的太阳能电池板,确保不会浪费光能。即使在宇宙生命的后期,智慧生物也可以建立类似的“戴森球”来获取黑洞释放的能量涓流。霍金辐射(以量子效应理论推测出的一种由黑体散发出来的热辐射)就是通过在黑洞表面创建虚拟粒子;在“真空”的宇宙中,根据海森堡不确定性原理,会在瞬间凭空产生一对正反虚粒子,然后瞬间消失,以符合能量守恒定律。在黑洞表面之外也不例外。霍金推想,如果在黑洞外产生的虚粒子对(正反粒子对),其中一个被黑洞吸引进去,另一个逃逸的粒子获得了能量,也不需要跟其相反的粒子湮灭,就可以逃逸到无限远。在外界看来就像是黑洞发射粒子一样。相当大的黑洞会在仅仅几百亿分之一度的温度下“发光”。但在黑暗的未来,我们必须将一切能得到的能量弄到手。


黑洞也不是永生不朽的。黑洞发射光和热,失去质量,最终爆炸,成为宇宙中最后一阵可见光。宇宙将进入亚当斯所谓的“黑暗时代”。没有更多的原子,也就没有原子聚变产生光。剩下的只有长波辐射和最小的基本粒子,散布在无边无际的空间之中。今天,在可以观测到的宇宙中,物质的平均密度是每立方米几个氢原子;到公元10^100年,这个数字将大幅下降,在一个比今天可观测到的宇宙还要广阔的空间里,只有孤零零的一个电子或正电子存在。



现在,智慧生物还有一丝希望么?记住,即使我们或我们的机器后代(或者任何其他外星智慧生物的后代)建造了最坚固的设备保障生存,而一切物质终将蒸发消亡。我们必须承认这是不可能完成的任务。


亚利桑那州立大学的天体物理学家保罗·戴维斯(Paul Davies)认为,答案可能很简单:我们可以在旧宇宙不适于生存时,搬去新的宇宙。我们,或者说,我们这些有能力改变这一命运的人,必须在黑暗时代开始之前就制定好计划:离开旧宇宙可能是我们唯一的希望。


戴维斯向我解释说,“宇宙的起源是一个自然或超自然的事件。作为科学家,我们假设这是自然发生的事件,那么肯定也会有一个足够先进的文明可以做到这一点。”在这一时期,宇宙学界盛行的看法是:大爆炸只是时空中众多大爆炸之一。他说,“制造大爆炸的条件是通用的。原则上,我们也可以做到。我们可以打造一个新的宇宙。创造出合适的新宇宙,它不断扩张,长成今天宇宙的样子。


“旧宇宙灭亡前,生物一定要通过虫洞逃到新生宇宙去。”


这谈何容易。创造一个新的宇宙,或者要迁移到多元宇宙中另一个原生宇宙,都需要大量的能量:想想欧洲核子研究委员会设在瑞士的大型强子对撞机,把它按比例放大到一个太阳系的大小,才能借助所有恒星的能量或安全的黑洞。这会加重可预见的最先进文明的资源负担。可能需要上千年的时间,也可能只需要几百年的时间,人类就可以制造出规模和复杂性都超乎想象的机器。这会是人类历史上最最伟大的工程项目。


戴维斯说:“旧宇宙灭亡前,生物一定要通过虫洞逃到新生宇宙去。这是终极移民,是要出去寻找更好的生存环境。实际上,要集聚大量的能量并不容易,成本一定不菲。不过,要完成这个新生宇宙还需要很长的时间,我们还有数十亿年来积攒资本。”


有人担心这种大型强子对撞机可能会偶然创造出一个可以吞噬地球的黑洞。


还有一些同样奇怪的可能性也是存在的。几年前,欧洲核子研究委员会打算启动大型强子对撞机,有人担心这种机器可能会偶然创造出一个可以吞噬地球的黑洞,或是在宇宙自身结构内触发一些“相变”,创造出一个从地球出发、以光速移动、破坏一切的球体。真是这样的话就糟了。


虽然大型强子对撞机很强大,但要完成这种“伟业”,它的力量还是太微弱了。要建造大上数千倍的东西,谁又能预知结果呢?它可能会释放出某种场,以某种方式干扰宇宙的扩张。弗里曼·戴森建议,我们可以节省大量有限的能量,即使宇宙真的灭亡,我们也尚有能力为某些有价值的拯救宇宙的想法提供能量。


人们认为拯救或逃离垂死宇宙的做法很有意义,它证实物理学的确可以预测10亿年后的条件,预测的准确性可能比预测下周天气还要好。我们提到的这个项目并不是真的要拯救宇宙,而是要拯救宇宙中的生命。毕竟宇宙不过是气体、岩石和真空。同样,这也可以证明:生命和宇宙的最终答案并非道格拉斯·亚当斯(Douglas Adams)在《银河系漫游指南》里所说的42,而是要找寻一种方式,让生命之舞永不落幕。







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