不可能存在的宇宙如何存在

我们是否能对不大可能存在的宇宙说点什么？

我在本章多次提到，我们的宇宙不大可能存在，它不大可能拥有某些初始条件，例如，我提到一个被时间对称定律支配的宇宙不大可能拥有时间箭头。但当我说宇宙不大可能存在时，指的到底是什么？宇宙是唯一的，它只发生过一次，宇宙没有同类。那我们又怎么可能用概率来谈论它的性质呢？

为了厘清这一困惑，我们需要知道，当我们说一个系统处于一个不大可能存在的位形时，我们到底指的是什么。在牛顿范式中，这个说法讲得通，因为牛顿范式所描述的系统总是亚宇宙系统，亚宇宙系统有很多同类。但这样的论证显然不适用于作为整体的宇宙。

或许你会假设，宇宙的初始条件由某个位形空间随机产生。这样你就可以定义我们的宇宙拥有某个独特性质的概率。但这样的假设是不成立的，因为产生宇宙的初始条件不是随机的。我们的宇宙具有诸多非常特殊的性质，很难想象它们是随机生成的。

如果你假设还有数目庞大的其他宇宙存在，那么你或许可以避开以上矛盾。然而，正如我们在第11章中所见，多重宇宙理论有两类：一类多重宇宙中，我们的宇宙是个异数，因而非常不可能存在，永恒暴胀理论产生的就是这类多重宇宙；另一类多重宇宙，以宇宙自然选择假说为代表，在这些理论产生的宇宙系综中，我们的宇宙很有可能存在。正如第11章所述，只有后一类理论可以作出能被可行的实验观测证伪的预言。在第一类理论中，我们必须要用人择原理挑出我们这类不大可能存在的宇宙。人择原理无法得到独立测试，这类理论无法作出任何预言。我们只能得出如下结论：无论有多个宇宙还是只有一个宇宙，说我们的宇宙不大可能存在，并没有实证内容的支持。

不过，整个热力学的基础在于，将概率的概念应用在一个系统的微观态上。所以，当将热力学应用于整个宇宙时，我们犯了宇宙学谬误。^[12]避开宇宙学谬误的唯一方法、避开宇宙存在可能性悖论的唯一方法，就在于，用具有时间不对称性的物理理论来解释宇宙产生复杂性和趣味性的原因。这样的物理理论使得我们的宇宙不再不大可能产生，而是不可避免地注定要产生。

以上悖论的产生并不唯一。在此之前，也有人试图将热力学理论应用于整个宇宙。他们犯下了宇宙学谬误，得到了其他悖论。路德维希·玻尔兹曼提出了熵和热力学第二定律的统计解释。他似乎也是试图回答宇宙为什么不处于平衡态的第一人。玻尔兹曼并不知道宇宙在膨胀，也不知道宇宙大爆炸。在他的宇宙观中，宇宙是永恒的、静止的。永恒的宇宙令他困惑不已，因为这意味着它早就应该到达平衡态。它拥有无穷长的时间来抵达这一状态。

宇宙为什么不处于平衡态呢？玻尔兹曼想到的一个理由是，我们的太阳系及周边区域正处于一个发生在不久之前的巨大涨落之中。这一涨落中，太阳、行星以及我们周遭的恒星，会从平衡态气体中自发形成。随后，我们所处的宇宙区域会重回平衡态，这一过程使得我们看到这一区域的熵正在增加。对于生活在19世纪末的玻尔兹曼来说，这或许是符合当时人类认知的最佳答案。但是，这个答案不对。我们之所以知道它不对，是因为现在我们能够回溯时间到宇宙大爆炸之时，对应于130亿光年的可观测距离。但是在这片我们所在的宇宙区域中，我们没有证据证明宇宙由静止的平衡态涨落而来。相反，我们看到一个随着时间不断演化的宇宙。随着宇宙的膨胀，结构在各个尺度上不断生长发展。

玻尔兹曼不可能知道这一切。但是他和他的同代人还是可以通过一个论证看出玻尔兹曼解释中的可疑之处。这一论证基于以下观测发现：一次涨落越小，它就越可能从平衡态中出现。因此，对于某片空间区域来说，脱离平衡态越少，出现的可能性就越高。

玻尔兹曼时代的天文学家至少可以观测拥有上百万颗恒星的数万光年区域。因此，如果我们所在的空间区域是某次涨落的结果，那么这种涨落发生的可能性将非常低——远低于其他一些能够产生出你我的小涨落的概率。考虑某个仅能够产生太阳系的涨落。我们知道，这样涨落出来的世界并不是真实的世界。这个世界的夜晚，除了一些红外辐射，我们其他什么都看不见。这些红外辐射来自环绕于我们的热平衡气体。但根据玻尔兹曼的假设，这种小涨落发生的概率远远大于产生出整个可见宇宙的大涨落。大涨落要包含百亿颗恒星，而每颗恒星脱离平衡态的程度都要和太阳系差不多。我们发现自己处于太阳系尺度涨落的概率，要比发现自己身处银河系尺度涨落的概率要高很多。^[13]

继续发展这一论证。太阳系的很大一部分和我们的存在毫无关联，因此，我们更有可能发现自己身处一个地球尺度的涨落中，涨落给出地球外加天空中的一个热源。而完整的太阳系包括太阳、行星、彗星以及一整套运转体系，其产生概率比前者低许多。这只是接下来一系列论证的开始。人类是会思考的动物，通过感知，我们发现自己处于一个世界之中。如果某次涨落能产生一个留有记忆和图像的大脑，那这样的涨落较之地球尺度的涨落就会小许多。后者会产生一整颗充满生物、绕着巨大恒星旋转的行星。这种只产生一个大脑，接着赋予大脑虚拟世界记忆和感知的涨落，被我们称作“玻尔兹曼大脑”（Boltzmann brain）。

所以，我们的幸运存在在很大概率上可被解释为玻尔兹曼永恒平衡态宇宙中的涨落。我们可以处于一个银河系尺度的涨落中，处于一个太阳系尺度的涨落中，处于一个拥有千亿生灵的行星涨落之中，或者我们其实处于一个大脑尺度的涨落中，涨落出的大脑被赋予虚拟世界的记忆和图像。越靠后的涨落所需要的信息就越少——也就是说，熵距平衡态的缺失最少。所以在无时宇宙中，单个大脑尺度的涨落，要比包含着所有大脑的银河系尺度或太阳系尺度涨落频繁许多。

这被称为“玻尔兹曼大脑悖论”（Boltzmann brain paradox）。它指出，在无穷长的时间内，宇宙将充满玻尔兹曼大脑。这些大脑都在小涨落中形成，它们的数量远远多于生物进化产生的大脑，后者需要一个持续百亿年的大涨落。人类是智慧生物，因此人类是玻尔兹曼大脑的概率远远压倒其他动物的可能性。但是，我们知道自己并非此类自发产生的大脑。假如人类的确是玻尔兹曼大脑，那我们的记忆和感知就很有可能会自相矛盾，无法自洽。此外，我们的大脑似乎也无法承载广漠宇宙中的所有恒星和星系的图像。因此，玻尔兹曼大脑其实是一个典型的“归谬”论证。

我们不应对这个论证感到奇怪，因为我们犯了宇宙学谬误，它终将把我们引向充满悖谬的结论。在牛顿范式中，物理世界没有时间。这一范式在宇宙最基本的问题面前，表现得力不从心：为什么我们的宇宙这么有趣？为什么这个宇宙会有趣到允许我们人类这种生物存在，来感叹宇宙的神奇？

如果接受时间的真实性，我们就可以写下时间不对称的物理理论，理论中的宇宙最终会自然地演化出复杂性和结构性。并且，我们因此也回避了这样的宇宙不大可能存在的悖论。