《宇宙的最后三分钟》

　　作者：保尔·戴维斯（澳大利亚）

　　成书时间：1994年

　　推荐版本：上海科学技术出版社1996年版

　　【作者简介】

　　保尔·戴维斯（paul Davies），世界知名的物理学家，深受读者欢迎的科普作家，现为澳大利亚阿德莱德大学物理学教授。

　　戴维斯在物理学方面的研究，做出了重要的理论贡献，被誉为著名的物理学、科学大师。戴维斯能用生动简洁的语言解释深奥的科学概念，因此他同时又是一位深受欢迎的作家。《华盛顿时报》称他为“大西洋两岸最好的科普作家”。

　　戴维斯的代表作是《宇宙的最后三分钟》。

　　【内容提要】

　　作者在本书开头设想了一下世界末日的情景，描绘了宇宙最后三分钟时人们的状态。那是在公元2126年8月21日。在地球上，绝望的人们在整个星球上四处寻觅藏身之处，数以十亿计的人已走投无路。世界末日来临了。撞击时刻临近了。全世界成千上万的人都在紧张不安地看着手表。这正是宇宙的最后三分钟。

　　作者说，上述景象会不会发生是不确定的。但已经有天文学家算出，一颗名为斯威夫特———塔特尔（Swifit一Tuttle）的彗星，在公元2126年8月21日与地球相撞的概率为百万分之一。假若真的发生了，全球性的毁灭是不可避免的。全部人类文明便有可能毁于一旦。要是没有相撞，人类便会宽慰地舒一口气，并安心返回工作岗位。但是，斯威夫特———塔特尔彗星或者别的某个类似的天体早晚会撞击地球。

　　因此，作者有理由认为，宇宙中到处都有剧烈活动，地球只是宇宙中一个微不足道的天体，因而地球上以前很可能发生过许多可怕的事情。不过，地球保持适宜生命的环境至少已有35亿年了，因而宇宙并非到处充满危险。

　　作者认为，人类在地球上得以生存的秘密在于人类生活在一个巨大空间。太阳系只是在茫茫宇宙海洋中的一个极小的活动岛。距太阳最近的一颗恒星远在4光年之外。为了认识一下这段距离有多远，想一想光只需8分半钟就可从太阳超越约150百万公里到达地球。而在4年的时间内，光将越过37万亿公里的距离。作者又举了一个例子：在仙女座方向上有一个名叫仙女星系的类似星系，它位于距地球200万光年之远处，它看上去像个模糊的光斑，肉眼勉强可见。点缀在可观测宇宙中的星系有好几十亿个之多，有的呈旋涡状，有的呈椭圆形，也有的很不规则。它们的距离非常遥远。高倍望远镜能够观测到几十亿光年远的单个星系的像。某些星系发出的光到达我们这里所需的时间比地球的年龄（40亿年）还要长。这样大的空间意味着宇宙中碰撞是罕见的。对地球的最大威胁可能来自于地球本身。小行星的轨道一般不靠近地球，大部分小行星都位于火星和木星之间的一条带上。但是，木星的巨大质量会干扰小行星的轨道运动，偶而将其中某个小行星推向太阳，从而对地球构成威胁。另一种威胁来自彗星。人们认为，这些看上去很壮观的天体起源于离太阳约1光年远的一块观测不到的云团。彗星对地球形成的威胁并非源自木星，而是来自过路的恒星。银河系不是静止不动的，这是因为随着恒星绕银河核心作轨道运动，因而银河系呈现缓慢的自转。太阳连同它的行星小伙伴们每2．5亿年绕银心运动一周，沿途它们会有许多奇遇。附近的恒星或许会掠过彗星云，把一些彗星引向太阳。当彗星穿入内太阳系时，彗星的某些易挥发物为太阳所蒸发，而后又被太阳风吹成长流，形成壮观的彗尾。在非常偶然的情况下，某颗彗星在内太阳系的逗留期内会与地球相撞。这颗彗星便造成了对地球的破坏。但是，真正的罪魁祸首应是那些过路的恒星。幸运的是，由于恒星间的距离相隔很远，这种恒星间交会是不多的。能造成全球性严重破坏的彗星撞击事件充其量也不过几百万年发生一次。

　　然而，这些变化发生在几千年甚至百万年的时间尺度上，人类有可能运用新技术与之搏斗。例如，只要有足够的时间采取措施去重新组织我们的活动，一个逐渐开始的新冰川期便不会招致人类种族的大灾难。如果人们认真地推测一下，在未来的几千年里技术得以继续飞速发展，则有理由相信，人类或者他们的后代将能控制越来越大的物理系统，并最终能避免那怕是天文尺度上的灾难。这是否意味着人类原则上能够万劫不朽呢？这是可能的。但是，我们将看到，永存并不那么容易实现，也许还可证明那是不可能的。宇宙作为整体必定受物理定律的支配，因此它也有自己的生命循环：诞生，演化，以及可能还有死亡。人类自己的命运不可避免地会与恒星的命运纠缠在一起。

　　作者接着指出，宇宙迟早是会灭亡的。这种启示式断言的根据来自所谓热力学第二定律。这一定律（现在常简称为“第二定律”）最早是在19世纪初提出的，当时此定律专门用于说明热机的效率。作者说，人们不久就认识到它有着宇宙学意义，事实上也差不多就是宇宙的结局。简单地说，第二定律认为热量从热的地方流向冷的地方。当然，对于物理系统来说，这是众所周知和显而易见的特性。无论是煮饭或让一杯热咖啡冷却，都可认识到这条定律在起作用：热量从温度高的地方流向温度低的地方，对此丝毫没有神秘奥妙可言。物质的热量以分子的无规则运动表现出来。在空气之类的气体中，分子作无规则运动并相互碰撞，在固体中，原子通常被束缚在一定的位置上，尽管如此，原子同时又在这一位置附近作强烈的振动。物体越热，分子运动的能量越大。要是让两个不同温度的物体相互接触，温度高的物体中比较强烈的分子运动很快会把它的活动性传递给温度低的物体的分子。

　　作者说，太阳就是一个很好的例子。太阳（它是热的）每天把热量倾入太空（它是冷的）。这些热量消失在宇宙深处，永不返回，因此这是一个十分壮观的不可逆过程。对于太阳和大多数恒星来说，热量外流可以持续好几十亿年，但这种热量不是用不完的。太阳的热量产生于太阳内部的核过程。正如我们将会看到的那样，太阳最终会耗尽燃料，只要没有意外变故，它会一直冷却下去，直至与周围空间的温度相同。从热力学角度得到了同样的结论。恒星的热辐射充满空间，并达到相同的温度所需要的时间非常之长，原因在于宇宙空间茫无边际。简单地说，从宇宙创生至今还没有足够的时间来达到热动平衡。

　　因此，作者认为：宇宙的寿命是有限的。它诞生于过去某个确定时刻，虽然现在充满着活力，但正不可避免地朝未来某个阶段将发生热寂的方向衰退。

　　作者说，整个宇宙起源于大约150亿年前的一次大爆炸，而且这个事件确定了宇宙朝着它最终归宿演变的方式。这已是几乎所有科学家公认的观点。只要考虑到宇宙是怎样开始的，再研究一下原初阶段出现的各种过程，就可找到有关遥远未来的一些关键性线索。

　　大爆炸理论的科学性令人不得不信服。最直接的证据来自对遥远星系光线特征的研究。20年代，天文学家埃德温·哈勃（Ed-win Hubble）研究了维斯托·斯里弗（Vesto Slipher）所作的观测。他注意到，远星系的颜色比近星系的要稍红些。哈勃仔细测量了这种红化，并作了一张图。他发现，这种红化是系统性的，星系离我们越远，它就显得越红。光的颜色与它的波长有关。在白光光谱中蓝色光位于短波端，红色光位于长波端。遥远星系的红化意味着它们的光波波长已稍微变长了。在仔细测定许多星系光谱中特征谱线的位置后，哈勃证实了这个效应。他认为，光波变长是由于宇宙正在膨胀的结果。哈勃的这个重大发现奠定了现代宇宙学的基础。作者认为，膨胀的宇宙尽管没有十分明确的边界，它的行为却同地球上抛起的物体十分类似。如果膨胀速度足够大，退行中的星系就会克服宇宙中所有其他物质的总引力而逃逸出去，于是膨胀将会永远持续下去。另一方面，如果膨胀速度太低，膨胀最终会停下来，接着宇宙便开始收缩。那时，星系将再次“掉回来”。随着整个宇宙的坍缩，接踵而来的便是宇宙的最后一次大灾难。上述两种景象中人类面临的将是哪一种情况，答案取决于两个数字的较量。一方面是膨胀速度，另一方面是宇宙的总引力，后者实际上就是宇宙的重量。吸引力越大，宇宙必须膨胀得越快才能将之克服。天文学家可以直接从红移效应对第一个量加以测定。但作者表示，这个答案仍然存在某种争议。所以他在撰写本书之时做了保守的估计，现在所知道的数值可能有上下1倍的误差。但是，第二个量的问题就要大得多了。

　　作者说，就今天的知识水平而言，人们还无法断定宇宙会不会永远膨胀下去。如果它再次收缩，问题便在于这将会在什么时候发生。答案完全取决于宇宙重量超过临界重量究竟有多少。如果超过百分之一，那么在大约1万亿年后宇宙将再次收缩；如果超过百分之十，收缩会提早到1000亿年后发生。如果暴胀理论是正确的话，它同上述问题之间的关系是很有趣的。当然，这种理论的描述是理想化的。严格地说，暴胀必须延续无限长时间才能达到这个临界值。实际上这个阶段所经历的时间非常短。因此，宇宙的实际质量会比这一临界值稍大一些，或者稍小一些。对前一种情况，坍缩最终总要出现。暴胀理论中很奇怪的一点在于向这个临界值的逼近，是按指数规律极快进行的，这意味着在经过一段极短时间的暴胀之后，宇宙实际上所具有的重量已非常接近这个临界值。因此，宇宙遥远的未来与爆炸后第一秒钟时间内暴胀行为的具体细节有着非常密切的关系。

　　作者为了引入一些数字，说明可能的情况是暴胀开始于大爆炸之后仅10到34秒。作者把这段时间称之为一个滴答。暴胀可能延续几百个滴答，然后就结束了。由于时间有限，暴胀必定是不充分的，随后所产生的宇宙其重量非常非常接近而又不完全等于临界值。如果实际重量比临界值来得大，那么经过漫长的岁月，宇宙会再次收缩。

　　他说，按指数规律迅速逼近临界值这一事实，意味着宇宙的寿命取决于暴胀相的寿命，而且后者对前者的影响十分敏感。粗略地说，要是暴胀每多坚持一个滴答，宇宙开始再收缩前所经历的时间就会增加1倍。因此，譬如说100个滴答的暴胀导致宇宙在1000亿年后再收缩，那么101个滴答会使再收缩发生在2000亿年以后，而110个滴答的暴胀暗示收缩发生在102400亿年以后，依此类推。因为人们对宇宙暴胀是100个滴答还是1000个滴答一无所知，所以也无法肯定经过多长时间宇宙才开始收缩。但是很明显，这大概总是发生在未来某个很遥远的时刻。除非在数字上出现某种特别的巧合，否则再收缩的时刻应当与我们人类在宇宙中出现并生存下来的时间无关。所以人类可以预料，如果再收缩会发生的话，也只会经过漫长的时间之后才会发生，这段时间是目前宇宙年龄的许多倍。如果情况确实如此（它还取决于暴胀理论所用的方法是正确的），那就是用最好的天文观测仪器也无法确定宇宙的重量究竟在临界值的哪一侧。在这种情况下，人类永远不会知道自己所居住的宇宙有着怎样的最终命运。

　　在本书的最后，作者指出人们一直在讨论各种可能性以找到摆脱宇宙末日的出路。每当作者做有关宇宙末日的演讲时，总会有人问到循环模型。这种模型认为，宇宙膨胀到极大尺度，然后再收缩到大危机，但它并没有完全湮没，由于某种原因它出现“反弹”，并开始另一轮由膨胀和再收缩组成的循环。这个过程也许会永远进行下去。在这种情况下，宇宙就应当没有真正的开始或终结，不过每一次循环都会有特定的开始和结束而把它们区分开来。这种理论对一直受印度教和佛教神话影响的人特别有吸引力，在这类神话中明显地反映出生与死、创生与灭亡构成的轮回。

　　作者说，在任何有关宇宙末日的讨论中，人们都面临要达到什么目的的问题。他的一位朋友曾发表这样的意见：他对听到的关于天国的内容没有多大的兴趣。他觉得要是前景是永远生活在某种极端平衡状态之中，那是一点也没有吸引力的。快一点结束生命，把一切的一切都彻底了结，这要比面临着毫无趣味地永远活下去更好些。如果永垂不朽只是限于永远翻来覆去的老一套思维和经历，那么这看来确实是索然无味的。另一方面，如果永垂不朽与进步联系在一起，那么我们可以憧憬那种永远变化的新颖生活状态，永无止境地学习或者做某种新的振奋人心的事情。但问题在于，这又为了什么？当人类着手一项有目的计划时，他们心中是有既定目标的。如果这个目标没有达到，计划就宣告失败（虽然经验也许未必毫无价值）。另一方面，如果目标达到，这个计划便宣告完成，然后活动也将停止。在一项永远完不成的计划中能有真正的目标吗？如果生存本身就是向一个永远达不到的目的地的一场永无止境的旅行的话，那么这种生存有意义吗？作者最后说道：“要是宇宙有一个目标，并且它达到了那个目标，那么宇宙一定会寿终正寝，因为它的继续存在既没有理由也毫无意义。相反，如果宇宙会永远存在下去，那么不难想像，对宇宙来说根本不会有任何最终的目标。这样，宇宙的死亡也许正是为宇宙的成功所必须付出的代价。因此我们只能希望在宇宙的最后三分钟结束之前，它的目标也许会被我们的后裔所认识。”

　　精彩语录

　　1、这种预测绝非基督式的启示。事实上，经验的发展和累积蕴育着空前的潜能，而宇宙的未来使这种潜能充满了希望。然而，我们决不能忽视物之有生亦必有死的事实。死亡或许正是为创生而不得不付出的代价。

　　2、要是宇宙有一个目标，并且它达到了那个目标，那么宇宙一定会寿终正寝，因为它的继续存在既没有理由也毫无意义。相反，如果宇宙会永远存在下去，那么不难想像，对宇宙来说根本不会有任何最终的目标。这样，宇宙的死亡也许正是为宇宙的成功所必须付出的代价。因此我们只能希望在宇宙的最后三分钟结束之前，它的目标也许会被我们的后裔所认识。

　　3、我已经简要地描述了有关宇宙结局两种很不相同的科学演化图像。每一种结局都以它特有的方式使人深感寒心。宇宙在一场大危机中把自己完全湮没掉的预言是很吓人的，不过这种事件也许在遥远的将来才会发生。另一方面，一个宇宙在经历有限的辉煌活动时期后，永恒地堕入萧瑟荒芜状态却使人深感沮丧。每一种模型也许都有可能使超人类获得无限的信息处理能力，这个事实对于我们血气方刚的人类来说似乎可以算是一种勉强的安慰。

　　4、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。这就是末日。

　　5、循环模型的进力在于它回避了彻底湮没这个幽灵，同时也不会出现永恒的退化和衰败。为避免无止境重复的缺陷，重要的问题是这些循环会因某种原因而使它们互不相同。在有关这类理论的一种流行的说法认为，每次新循环就像不死鸟一样，从燃烧中死去，然后在死去的躯壳中再生。它们从这种原始的条件出发，演变出一些新的体系和结构，并探索它们自己丰富多彩的新世界，直到下一次大危机出现时再次把往事一笔勾销。