黑洞内部，孕育着新的宇宙

宇宙自然选择假说是我的第一本书《宇宙生命》的主题。在此，我会呈现一些细节，来说明为什么自然规律随时间的演化会使它们的预言可被证伪。^[3]

宇宙自然选择假说的一条基本假设是，宇宙在黑洞内部繁衍新的宇宙。正因为此，我们的宇宙也从黑洞中产生，也是其他宇宙的后代。我们宇宙中的每一个黑洞也正在孕育新的宇宙。在这个框架下，我们可以开始使用自然选择机制。

在种群生物学中，人们使用自然选择机制来解释一些系统关键参数的由来，为什么它们会比我们想象中的更复杂。这里，我将使用相同的机制。想要使用自然选择机制解释系统的复杂性，以下条件需要得到满足。

一片参数空间。其中的参数因种群中的不同个体而异，在生物学中，基因就是这样的参数；在物理学中，标准模型的常数就是这样的参数。这些常数包括各种基本粒子的质量和各种基本相互作用的强度。这些参数形成了一种自然规律的位形空间，我们称这样的空间为“理论景观”（在种群生物学中，基因的空间被称为“适应度景观”，理论景观借鉴于此）。

一套繁衍机制。我的博士后导师布莱斯·德维特认为，黑洞诞生了新的宇宙。我将采用他的观点。在宇宙中，奇点代表着时间的起始与终结。假设量子引力理论可以将这样的奇点从宇宙中排除，我们就会得到黑洞诞生新宇宙的观点。目前，我们积累了很多理论上的证据来证明这一假设的正确性。我们的宇宙有亿万万个黑洞，也就是说，它可能有许许多多的后代。我们完全可以假设，我们的宇宙本身就是一个古老家族的其中一员。

变异。基因在复制时的突变和随机重组，是自然选择机制的工作原理之一。只有这样，后代的基因才能和父母的基因不同。我们可以作出类似的假设，每当一个新宇宙诞生时，它的物理定律中的参数会发生一次小小的随机改变。我们可以根据这个宇宙的参数值，在理论景观中标注这个点。最终，在景观中，我们将得到一个庞大且不断增长的点集，它代表了这些定律参数在多重宇宙间的变化。

适应度差异。在种群生物学中，个体的适应度度量着它的繁衍成功率。具体来说，适应度表征个体能够继续繁衍的后代个数。同样，黑洞的适应度度量着黑洞后代的个数。这个数字严重依赖于黑洞的参数。制造黑洞很难；很多参数可以让宇宙中根本不存在黑洞。只有一些特别的参数可以让宇宙拥有很多黑洞。在参数空间中，这些宇宙所占的空间很小。我们会假设，这些高黑洞生育率区域是参数空间中的孤岛，它们被低生育率区域围绕。

典型性。我们需要假设，在进化了很多代之后，我们的宇宙是宇宙种群中典型的一员。因而我们知道，这个宇宙的属性也是其他许多宇宙的属性。^[4]

自然选择机制可以从极少的假设中得出极强的结论。这正是这套方法论的力量所在。自然选择机制的一个基本结论是，在许多世代以后，大多数宇宙的参数都会处于参数空间中的高孕育率区域。对一个典型的宇宙来说，如果我们改变了它的参数，那么它最终形成的黑洞很可能会少许多。我们的宇宙具有典型性，因此以上结论也适用于我们的宇宙。

这一预言可以通过一些间接的方法得以检验。我们已经知道，改变标准模型的参数很可能导致宇宙无法产生寿命足够长的恒星，进而无法制造碳元素和氧元素。这是个关键性的不同。大质量恒星形成黑洞的过程发生在冷却了的气体云中，而碳和氧是冷却气体云的必要元素。改变其他一些标准模型参数可能导致宇宙中不存在超新星。这也很关键。超新星的坍缩不仅可以直接产生黑洞，其坍缩过程释放的能量还将进入星际介质，驱使气体云坍缩形成更多大质量恒星。现在我们已经知道，想要宇宙少一些黑洞，我们至少有8种方法来微调标准模型的参数。^[5]

我们的宇宙中遍布长寿的恒星，随着时间的推移，它们让这个宇宙充满碳、氧和其他化学元素。化学上的复杂性使得我们的宇宙得天独厚。为什么这个宇宙的标准模型参数会允许长寿恒星大量存在？宇宙自然选择假说对此提供了一个真正的解释。在某种程度上，它解释了质子、中子、电子和电子中微子的质量，以及4种基本相互作用力的强度。这一假说还给了我们一个额外的红利：尽管这一假说的初衷是要宇宙尽可能多地制造黑洞，但它也让宇宙适合生命生存。

此外，宇宙自然选择假说作出了许多实打实的预言。一些近期就能进行的观测可以将其证伪。其中一个预言是，中子星的质量存在一个上限。超新星爆发后，其核心要么坍缩成中子星，要么坍缩成黑洞。到底坍缩成哪一个取决于核心的质量；只有当核心质量低于某一临界质量时，它才会形成中子星。因此，如果宇宙自然选择确实存在，这个上限将会尽可能低。这是因为，上限越低，形成黑洞的可能性就越高。

这一临界质量取决于中子星的构成，它有如下几种可能性。一种可能是，中子星纯粹由中子构成，在这种情况下，临界质量会比较高，大概是太阳质量的2.5～2.9倍。另一种可能是，中子星由K介子构成，在这种情况下，临界质量比纯中子情况下的低。尽管具体低多少取决于理论模型的细节，但大多数模型都认为这个临界质量大概是太阳质量的1.6～2倍。

如果宇宙自然选择假说是正确的，我们会预期自然将尽可能多地让K介子处于中子星的核心。这样才会有一个较低的临界质量。事实证明，只要将K介子的质量调整得足够低，就能实现这一点。而想要让K介子的质量变低，同时又不影响恒星的形成速率，我们需要调整奇夸克的质量。在我刚刚提出宇宙自然选择假说的时候，观测到的最重的中子星的质量小于太阳质量的2/3，但最近发现的一颗中子星的质量略低于太阳质量的1/2。如果我们取K介子中子星临界质量的理论下限，这一观测就会推翻宇宙自然选择假说；如果我们取临界质量的理论上限，即2倍于太阳质量，宇宙自然选择假说还有一息尚存。

然而，另有一个不是那么精确的中子星观测，发现了一颗大约2.5倍于太阳质量的中子星。^[6]如果更为精确的测量证实了这一观测，那么宇宙自然选择假说就被彻底证伪了。^[7]

宇宙自然选择假说的另一个预言基于早期宇宙的一个惊人特征，即极端的规律性。通过对宇宙背景辐射的观测，我们发现早期宇宙的物质分布非常均匀，从一个地方到另一个地方的变化相当小。为什么会这样？为什么宇宙不从一个大幅变化的密度分布开始？如果宇宙的密度分布大幅变化，那么那些高密度的区域会马上坍缩成黑洞。在这种场景下，“原初黑洞”将布满早期宇宙。这个世界中的黑洞数目将比我们宇宙的黑洞数目多得多。而宇宙自然选择假说预言，无法通过微调物理定律的参数，使得某个宇宙的黑洞数目超过我们宇宙的黑洞数。以上论证似乎又一次证伪了我的假说。

宇宙学家通过一个名为“密度涨落尺度”（scale of density fluctuations）的参数来描述宇宙中物质密度的变化。虽然它不是一个粒子物理标准模型参数，但许多早期宇宙模型都可以调整参数来增大密度涨落尺度。所以，我们应当考察一下这些模型是否与宇宙自然选择假说不相容。在大多数暴胀模型中，只有一个参数能增加密度涨落，并因此增加宇宙原初黑洞的数目。然而在某些极为简单的暴胀模型中，增加这个参数会大大地缩短宇宙暴胀时间，从而减小宇宙的尺度。较之我们的宇宙，增大这个参数所形成的宇宙会更小，所含的原初黑洞会更少。^[8]这也就意味着，宇宙自然选择假说仅与这些不能大量制造原初黑洞的简单暴胀模型相容。如果观测证实暴胀要用一些复杂得多的模型来描述，那么我们就能排除宇宙自然选择假说。^[9]反过来说，宇宙自然选择假说预言了这样的观测不可能存在。

当然，暴胀可能不是正确的早期宇宙理论。这里，我们仅仅以此为例来突显宇宙自然选择假说的脆弱性。对任何能在宇宙早期大量制造原初黑洞的机制来说，一旦有观测将其证实，我们就能将宇宙自然选择假说证伪。^[10]

如果时间不是真实的，宇宙自然选择就无从谈起。其中一个原因如下：这一假说仅仅需要相对的适者生存。我们宇宙的竞争对手是那些在参数上与这个宇宙略有差别的其他宇宙。这是一个很弱的条件。在这个条件下，我们无须假设我们宇宙的参数对应于全局最大概率；其他宇宙完全可能拥有不同的参数选择，致使它们拥有更高的生育率。这一假说仅仅作出以下预言：不可能通过微调我们宇宙的现有参数使其拥有更高的生育率。

因此，我们可以有许多不同种类的宇宙，多重宇宙具有种群多样性。对于每一种宇宙来说，生育率都不可能靠微调参数来提高。随着时间的推移，不同种群的宇宙会不断混合，通过不断试错来达到更高的生育率。这正是生物圈的工作原理。没有一个种群能永远站在生物圈的顶端；生命史的不同阶段，代表生物总是不一样。它们由那些相对适者混合而来。生命不会到达理想态或平衡态；它总是在不断进化。同样，伴随着宇宙种群的演化，典型的自然规律也会随时间而改变。如果不同种的宇宙间的混合方式不再改变，此时多重宇宙就到达了一个终极状态。在这种状态下，时间将不再起作用，我们称多重宇宙到达了一个永恒的平衡态。当然，自然选择既没有假设、也没有暗示终极状态的存在。在宇宙自然选择场景中，时间总是出现。

除时间真实性以外，宇宙自然选择假说还要求时间是普适的。宇宙的总数变化飞快。每当一个宇宙制造一个黑洞时，这个数字就发生一次改变。如果想从这一假说中提炼出某个预言，我们就必须知道在某个时刻，存在多少具有某某性质的宇宙。要实现这一点，对每一个宇宙而言，时间必须是有意义的。这还不够，在不同的宇宙种群之间，时间也必须具有意义。所以我们需要一个普适的时间概念，它既能给出一个宇宙内的同时性，也能给出不同宇宙间的同时性。^[11]