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宇宙内任何物质都是相互依存的吗

时间:2022-02-12 理论教育 版权反馈
【摘要】:物理学家们把这种令人沮丧的前景称作“热死”。热力学第二定律对整个物理学来说是基本的定律,因而没有多少物理学家对其有效性提出怀疑。违反热力学第二定律就等于将时间倒转。然而,第二定律并没有讲述那些把宇宙驱向最大的无序的终结状态的灾难具有什么性质。根据热力学第二定律,一切系统都寻求达到其最稳定的状态。这些突如其来的超新星爆炸之后,其中较轻的将变成一些弥漫的碎片,环绕在一块高度压缩的物质周围。

尘世繁华转眼即逝。

假如宇宙是上帝设计的,它就一定有一个目的。假如这目的永远也达不到,上帝就会设计失败。假如目的达到了,宇宙就没有必要继续存在下去。至少就我们所知,宇宙将有一个终结。

在宇宙死灭的时间和方式问题上,各种宗教分歧很大。有的宗教警告人们说,宇宙的灭亡就在眼前,到时将有启示录上所讲的大毁灭,罪人将受到严厉的审判。其他的宗教则教导人们,天国即将来临,我们现在所看到的恶劣而无常的世界将被取代。有些东方宗教则倾向于认为,世界处于轮回之中,这个世界的终结便是预示着另一个世界的再生。

现代科学对宇宙的终结有何看法呢?

在第二章里,我们曾说过,热力学第二定律在无情地削弱宇宙的组织,使宇宙进入混沌。我们在宇宙的每一个角落都能看到,熵在不可逆转地增大,庞大的宇宙秩序在慢慢地然而也是确实地被消耗。宇宙似乎注定要继续衰败下去,走向一种热力学平衡状态,即达到最大的无序状态,然后就再也不会发生什么令人感兴趣的事了。物理学家们把这种令人沮丧的前景称作“热死”。100多年来,人们一直在谈论热死。

热力学第二定律对整个物理学来说是基本的定律,因而没有多少物理学家对其有效性提出怀疑。我们在第九章里看到,第二定律使世界带上了时间不对称性,使得过去和将来有了分别。违反热力学第二定律就等于将时间倒转。

然而,第二定律并没有讲述那些把宇宙驱向最大的无序的终结状态的灾难具有什么性质。在过去的30年里,随着现代天文学的飞速发展,已有可能从一些细节上详细说明那些最终将要毁灭宇宙的复杂组织的事件了。而且,我们也有可能详细说明我们周围的世界的活动了。

就我们所处的宇宙区域而言,地球的命运是与太阳的命运紧密相联的。地球上的生命以阳光为生,对太阳现状的任何大的破坏都会造成灾难。太阳很可能有什么变故,一有变故,地球就住不了人了。对太阳恒定的热输出的任何改变都能打破地球脆弱的气候平衡,使我们进入灾难性的冰期。与太阳风(即来自太阳表面的稳定的粒子流)相关的太阳系磁场的变化也可能带来同样的灾难性后果。我们地球附近若有哪个恒星发生了爆炸,便可能使我们陷入致命的辐射之中,某个黑洞穿过太阳系也可能使众行星的运行轨道发生变化。

但是,假如地球能逃脱所有这一切令人不快的可能性,它显然也不能永远维持现状,“永世长存”。太阳所辐射出来的大量的能量,得要用核燃料来补充,而太阳的燃料储备最终会用光的。天体物理学家估计,太阳耗尽燃料还得要40~50亿年。宇宙现在的年龄是180亿年,而太阳的年龄已在45亿年,正处在鼎盛的中年。

随着燃料的减少,太阳会膨大起来,变成天文学家所说的一种红巨星。太阳的内核在艰难地维持能量生产的同时,会收缩又收缩,直至发生了量子效应才使它稳定下来。在这个阶段,太阳可能膨胀得很大,以致太阳附近的行星会被它吞没,地球的大气也被剥离,岩石熔化,甚至汽化。以后,太阳会开始进入一个飘忽不定的生涯,现在十分充沛的氢燃料的核反应到时将会为效率不那么高的氦燃料核反应所取代,氦燃料烧完之后,将会有更重的、再更重的元素燃烧。这些我们已在第十三章里说过。

当最后所有的燃料耗尽时,太阳就是由铁一类的较重的元素构成的了。那时,核聚变不会再释放能量。铁是原子核的最稳定的形态。根据热力学第二定律,一切系统都寻求达到其最稳定的状态。在这一阶段,太阳的中心温度会稳步上升到接近10亿度。燃料耗尽之后,太阳内部外向的压力将减弱下去,引力将占据支配地位。一蹶不振的太阳将开始在自己的重压下收缩,使其内部的物质受到剧烈的挤压,其物质的密度将高达每立方厘米100万克。燃尽后收缩的太阳将会变得跟地球一样的大小,然后在多少亿年里半死不活地慢慢暗淡下去,最后冷却成为一个黑矮星。

在我们的星系以及所有其他的星系之中,到处都会有这同一套模式的重复:恒星先是不稳定,然后是燃料枯竭、恒星崩塌。所有的恒星会一个接一个地烧完自己的核燃料,最后再也支撑不住自身的重量,终于让无情的引力摧垮。

有些恒星(如超新星)死得颇为壮观。超新星内核先发生惊心动魄的塌缩,将超新星自身炸成碎片,释放出巨大的能量。这些突如其来的超新星爆炸之后,其中较轻的将变成一些弥漫的碎片,环绕在一块高度压缩的物质周围。在这高度压缩的物质之中,质量相当于太阳的物质能被压成一个直径只有几英里的圆球。这样的物质重量巨大无比,一调羹这样的物质就比地球上所有大陆的重量加在一起还重。如此巨大的重力连原子也承受不了。于是,原子被迫向里崩溃,变成了一些纯粹的中子。天文学家们熟悉中子星,因为他们在过去的超新星的爆炸碎片中时常发现中子星。

较重的死星在面对引力巨大无比的情况下,甚至不能够以变成中子星的方式来稳定自身。它们会加速收缩,最后变成黑洞。

宇宙学家爱德华·哈里森描述了宇宙缓慢衰亡的过程,他的语言很是形象生动:

所有的恒星将会开始像即将燃尽的蜡烛一样暗淡下去,然后一个一个地熄灭。在空间的深处,那些宏伟的天体城邦,那些星系,将满载着多少时代的历史记录缓缓地死去。在成百亿年的岁月里,宇宙会越来越黑暗。偶尔会有几点光亮划破宇宙的夜幕,阵阵短促的天体活动使注定要变为星系坟场的宇宙得以苟延残喘。

物理系统在寻求最高熵状态的过程中探索了一些古怪的途径。随着我们所在的星系当中的恒星无情地燃尽,我们星系的组织也会开始瓦解。太阳之类的恒星若要燃尽,得需要几十亿年的时间,而在这段时间里,新的恒星将会不断地从星际气体中产生出来。较小的恒星走向死亡所花的时间,可能要几千倍于太阳死亡所花的时间,然而,锁闭在恒星之中的有序的能量最终还是以辐射的形式杂乱无章地散布到宇宙中去,我们所在的星系将会暗淡、冷却下去。其他的星系也会遭到类似的命运。

那些业已死亡的恒星仍会有大量的活动,但其活动的时间尺度大大增加了。恒星燃尽之后剩余的残骸在星系中漂游,时时会有碰撞发生。黑洞会吞没任何恒星以及它所遇到的其他物质。而且,假如像某些天文学家所认为的那样,我们的星系的中心有一个大黑洞,那么,这个黑洞将会越变越大。黑洞放射出来的引力辐射会使恒星的轨道慢慢地破坏,因为引力辐射是空间的波纹,这些波纹会使一切大质量物体的轨道能量衰竭下去。在极长的时间里,恒星残骸会越来越靠近星系中心,最后被那永不知饱的黑洞吞没。有些死星却能逃离这一厄运,这是因为它们幸运地撞上了其他的恒星,这些恒星将它们撞出星系,成为星系之间茫茫无涯的空间中的孤独的漫游者。

对这样的死星来说,以及对所有逃脱死于黑洞这一厄运的气体和尘埃来说,这逃脱只是暂时的。假如大统一论是正确的,那么,这些宇宙流浪者的核物质就是不稳定的,大约1032年之后,它们的核物质就会蒸发干净。中子和质子变成正电子、电子,正电子和电子又进而相互湮灭,并湮没任何其他再生的电子。一切固体物质就这样分解了。这种大屠杀的最终结果是什么,要视宇宙实际膨胀速度而定。假如真是像有人估计的那样膨胀得较快,那么,快速膨胀的宇宙就会把电子和正电子扯开,使它们不能相撞,因而也就不会发生完全的湮灭,宇宙当中总是剩下一些粒子。那些湮灭的粒子则产生伽马辐射,伽马辐射本身也随着宇宙的膨胀而缓慢地减弱。除此之外,还有大爆炸残留下来的中微子热辐射。所有这些东西都会逐渐冷却下来,温度跌向绝对零度,但它们彼此间的降温速度有所不同。物质(电子和正电子)冷却得比辐射快。因此,尽管物质和辐射都走向绝对零度,它们的温差也逐渐减小,但是,它们之间总有一定的温差,而这温差原则上讲是能用作自由能量(负熵)的来源的。因而,尽管这高度衰竭的宇宙的熵已接近其最大值,但从未达到其最大值,所以,在这一限度之内,热死永远也不会发生。

假如宇宙膨胀得较慢,电子和正电子的湮灭就会更容易发生。然而,电子和正电子相互毁灭并非是单纯的偶然碰撞的结果。电磁力使电子被吸引到正电子那里,使它们能够形成一些被称作电子对的“原子”。计算显示,在缓慢膨胀的宇宙中,大部分粒子在1071年之后都会成为电子对,但电子对这种原子实在是稀奇古怪,竟有千万亿光年那么大!这些粒子缓慢地环绕着彼此旋转,它们运动1厘米要花100万年的时间。电子对是不稳定的,它们的巨大轨道会因为它们发射的很低能的光子而非常缓慢地损坏下去。10116年之后,大部分电子对将会崩溃,所有的粒子将发生接触,于是立即会发生湮灭。在电子对的轨道崩坏期间,每个电子对“原子”将放射出不少于l022个光子,使熵大大地增大。

黑洞也并非一直静止不动。在第十三章里简要讨论过的量子效应表明,黑洞严格地说并不黑,而是借着热辐射一直在发着幽暗的光。一个质量跟太阳一样大的黑洞,其温度低得可怜,只有热力学温度的零上一百亿分之一度,而超级黑洞的温度更低。只要宇宙的背景温度高于它们的温度,黑洞就会通过吸热而非常缓慢地持续增大。当黑洞与其他物体或其他黑洞相撞时,仍然会出现一些活动,随着黑洞自旋的消耗,黑洞的旋转会逐渐慢下来。但是,当空间的温度最后降到黑洞的温度以下时,便会出现最为激烈的变化。

比其周围环境热的黑洞会损失热量,因而也就损失了能量。能量的损失将会使黑洞收缩。而黑洞收缩又会使温度稍微增高,使能量辐射加速。于是,黑洞便开始滑向遏制不住的蒸发过程。在极长的时间里,黑洞的收缩速度一直向上攀升,最后,大约经过10108年之后,那些起初比很多星系加在一起还重的黑洞将会缩得一干二净,无影无踪。

现在,人们都还不知道黑洞会如何死亡,但黑洞似乎有可能缩得极小,变得很热,于是开始创造物质。但黑洞在这一阶段只能存活几十亿年。最后,黑洞很可能爆炸,变成一些伽马射线,一点往昔存在的残迹都不留。

上述这些研究显示,我们现在所看到的这个充满活动、富丽堂皇的宇宙将会有一个惨淡的下场。尽管宇宙灭亡所需时间长得令人无法想象(请记住,10100是1后面有100个零),然而,看来没有什么疑问的是,我们目前所观察到的一切结构注定要消失,只留下那黑暗、寒冷、近乎空无一物的空间,其中的物质密度越来越低,只有几个零星的中微子和光子,以及很少的其他东西。很多科学家觉得这个场面很令人沮丧。

然而,宇宙还有另一种下场。之所以得出上述让人沮丧的结论,是因为假设宇宙会一直膨胀下去。这个假设并不确实。人们已知,宇宙的膨胀速度一直在稳步地降低,因为引力在抑制着星系分离。有些天文学家认为,宇宙的膨胀有一天会停下来。实际情况是否真是这样,要由宇宙引力的大小来定,而宇宙引力的大小又要由物质的密度来定。因为宇宙物质包括看不见的物质(如中微子和黑洞)以及看不见的能量(如引力波),所以,要想估计总体的物质密度几乎是不可能的。

假如宇宙的膨胀真的停下来了,宇宙也不会保持静止。宇宙会开始收缩,其收缩运动是其膨胀阶段的时间映像。开始的时候,收缩是缓慢的,但几百亿年之后,收缩的速度就会加快。各星系现在是彼此相离而去,那时就会开始相互靠近,而且靠近的速度越来越快。宇宙的收缩阶段会酿成大灾难。

当宇宙缩至现有大小的1%时,收缩的效应会使温度高到水的沸点,地球(假若太阳在做垂死挣扎时地球有幸不死的话)将会变得无法居住了。那时,观察者也不能分辨一个一个的星系了,因为随着星系间的空间靠到一起,星系也就开始彼此融合了。宇宙若进一步收缩,温度还会进一步提高,那时,天空本身也会变成火炉,在这白热化的空间之中,恒星也会开始沸腾,然后爆炸。

这时,各个事件的进程加快了步伐。所有的结构都会消散,它们的原子也分崩离析。在短短几千年的时间里,原子核本身也会在迅速增高的温度中被击成碎片。这时,事件的时间尺度将小得不可思议。宇宙先是在几分钟的时间里收缩一些,然后又在几秒钟,又在几微秒钟里收缩很多。累加的引力将宇宙的收缩变成了失控的向内爆炸。这,就是所谓的“大崩塌”。

这些可怕的事件引发了诗人诺曼·尼科尔森的灵感,使他写出了这样的诗句:

假如宇宙

倒转并现出

它的本相;

假如可见的光

向内流逝,自天空暴风雪一样的降下

众多的星系。

黑夜的透镜就会烧得

比聚焦的太阳还亮,

人就会失明,

因为他眼中是一片白热的黑暗。

这时的宇宙离死亡就只有几微秒了。大崩塌就像倒转的大爆炸。核粒子分裂成夸克,在短暂的时间里,所有的亚核粒子都被创造了出来,但是,整个宇宙一下子就在一瞬间缩得比一个原子还小,于是,时空本身也分解了。

很多物理学家认为,大崩塌就代表了物质宇宙的终结。他们认为,宇宙(一切空间、时间、物质)诞生于大爆炸,他们也同样认为宇宙消失于大崩塌。消失于大崩塌就是完全的湮灭,什么也留不下,地点没有了,时刻没有了,什么东西都没有了。当存在的一切都死于引力的无限的毁灭力量时,就有了最终的“奇性”,然后就再也没有什么了。引力曾是宇宙的接生婆,引力也是宇宙的送葬者。

然而,并非所有的科学家都愿意相信宇宙真会这么轰轰烈烈地死去。有些科学家认为,一些未知的物质力将会在宇宙收缩到某一极高的密度时使大崩塌停下来,使宇宙“反弹”回去,进入另一轮膨胀和收缩的过程,如此这般循环往复以至无穷。在第十二章里我们已经提到过这种振荡的宇宙。只有在超高能物理上作进一步的研究,才有可能解决这个问题。

尽管科学为宇宙设想的下场多种多样,五花八门,但所有的下场都涉及我们今天所知的宇宙的死亡。在这一点上,科学所设想的宇宙下场与最具有宗教性的末世学是一致的。然而,宇宙死亡过程的时间尺度大得不可想象,所以不可能把宇宙的死亡同人类的活动联系起来。假如有哪种有意识的生物生存在如此遥远的将来,以至现今的时代在它们看来无法与宇宙创生分别开来,那么,这种生物不会是人。它们到底是什么,还是让千万亿年的演化和技术进步去管吧。

首先,“人工”智能的发展就很可能意味着人类将把自己在智力方面的最高地位转让给会思想的机器。实际上,这种情况在一有限的意义上已经发生了。将来的技术革新的时间还很长很长,机器似乎没有什么理由不能够做到,并且是更好地做到人脑所能做出的任何事情。因为这种智能机器没有尺寸的限制,所以不难想象将来会出现巨大的人工超级脑,这种超级脑的智力是我们现在完全理解不了的。而且,电子装置能够直接在彼此间传输信息,这也为电脑的综合开辟了道路。可以想象,有一天宇宙中会出现一个复杂的无线电通讯网络,把数不清的散在各处的超级脑连接成为一个单一的极大脑。

基因控制方面的进展能使人们对思想机的概念发生新的变化。到目前为止,生物智能的发展一直是听命于自然的进化力量。但是,随着我们对决定着我们的肉体和精神特点的分子结构取得了控制权,就有可能修改现存的生物,甚至有可能发明新的生物。杂交和突变诱发已在有限的规模上做到了这一点。现在似乎没有什么基本的理由怀疑那一天的到来。到那时,可以通过分子工程按订单来“培植”大脑。那时,自然智能和人工智能的区别将会消失。这些人类创造的高级脑既可被看作是基因受控的生物体,也可被看作是由有机硬件而不是由固态硬件构成的高级计算机。现在甚至可以设想,人造生物脑和固态硬件能够共生,即有机脑可“插入”固态电路。或者,未来的超级电路片可以像一种“成套的放大器”一样插入大脑。同时或许有可能在较为常规的思想机里用有机的零件来代替某些半导体晶体。当然,现在没有谁说上述的可能性在可见的将来有任何可行性,但是,难道我们不可以真的相信,再经过100万年、10亿年、1万亿年的科学研究,这些可能性会成为现实吗?要记住,科学的年龄才仅仅几百年啊。

一个与宇宙遥远的将来以及宇宙当中的居住者相关的问题是,智能生物对自然界所能施行的控制是否有一个限度。我们所看到的宇宙是由各种巨大的宇宙力形成的。宇宙力包括强大的核相互作用和引力的远程作用。但是,我们也看到一些初步的人造环境:河流被改道、被拦截,森林被培植起来又被毁掉,沙漠被驯顺,山头被削平。在地球的表面,没有任何人类活动留下足迹的区域不多了。随着技术与科学的发展,我们可以期望我们的后代对更大的、更复杂的物理系统取得控制权。弗里曼·戴森曾经想到,天外有些技术先进的生物群落大大改变了它们的太阳系的结构,它们为自己的太阳制造了一个球形的物质壳,以最大限度地截留并利用太阳的能量输出。给行星剥去衣服所需的那一等级的技术,可能看上去永远是一个幻想,但进行这浩大的工程所必需的东西首先是时间、金钱和资源,而不是技术。

因而,我们如今所面对的就是令人迷惑的前景。在一个拥有几乎无限的时间进行技术革新的宇宙中,我们能有把握地排除任何与物理定律一致的东西吗?在过去的短短几千年里,人类在技术上就取得了飞跃的进步,从开始时只能制造几厘米大小的工具,到现在能进行多少英里的浩大工程(桥梁、隧道、城市)。假如这种技术进步的趋势持续下去的话,那么,即使以后的进步速度大大减慢,也终究会有一天,整个地球,然后是太阳系,最后是所有的恒星都将被“技术处理”。我们的星系可能被改造得面目一新,一些恒星被从原来的轨道上挪走,可以用气云制造新的恒星,也可以用人工制造的不稳定来处理掉一些恒星。人们还可以随意制造或控制黑洞,使黑洞成为能源,或成为宇宙社会的废物处理装置。

假如星系可以这么人工处理,为什么整个宇宙不可以?

这样的推理或许会被斥为荒唐,但它们的确提出了一个重大的哲学问题。假如自然的东西和人工的东西之间、盲目的力量与智能的控制之间有什么区别的话,这区别是什么呢?这正是从一个新角度来看待自由意志和决定论之争。

当某一系统被置于人工智能控制之下时,该系统仍然是与物理定律一致的。目前没有任何证据显示,较大的人工建构违反任何物理原理(除了在精神-肉体相互作用的层面之外,但在这一层面上是否真的违反了物理学原理,人们仍是在争论)。的确,一个铁路网或一个核电站不会自发地出现,但是,铁路网和核电站的建造仍是在大自然定律的框架之内进行的。人们进行这些建设所得到的秩序被建造过程中产生的熵所抵消。

我们在第六章里讨论过,大脑的工作要分两个层面进行描述。一个层面是硬件层面,要用物理规律来描述。另一个层面是软件层面,是与硬件层面等价的、一致的。这软件层面要用思想、感觉、决定之类的东西来描述。同样,说某一系统被“技术处理了”,并不是说物理定律的权威性被否定了,这只是用软件语言来描述该系统的运行而已。那么,宇宙既按明确的物理定律运行,同时又在智能控制之中,这二者就没有什么矛盾的了。

这是一个发人深思的结论。那些乞灵于上帝来解释宇宙的组织的人,通常脑子里想的是一个超自然的行为者以违反自然定律的方式作用于世界。其实,我们在这个宇宙中遇到的很多东西完全有可能是纯自然的、在物理定律之内的智能控制的产物。例如,我们的星系就可能是一个强大的智能者制造的。这位智能者精心置放引力物体,控制天体爆炸,使用所有其他各样空间时代天体工程师的器具,重新安排了原初气体,从而制造出我们的星系。但是,这个超级智能是上帝吗?

这个问题非同小可。上帝通常被认为是整个宇宙(包括时间与空间)的创造者,而非仅仅是个星系建筑师。显然,必须在物质宇宙之内只利用早已存在的定律进行工作的那一位,不能被看作是宇宙的创造者。但是,假如这位超级天体工程师能将其能力施展到所有的星系上呢?我们可以设想,他能够利用引力来使空间和时间弯曲。

然而,假如这超级天体工程师不能真正地创造或毁灭时间和空间,他就不是上帝。可是,新物理学在这里提出了一个有趣的意见。假如有足够的能量和资源,那么,人类也能够积累起足够的引力物质,制造出一个黑洞。在这黑洞的中心,在所谓的奇点处,时间和空间被毁灭了。于是,连我们都能毁灭时空。

创造时空要比毁灭时空难。但是,我们真能有把握地确信,创造时空真是不可能的,真是完全为物理定律所不容的吗?我们不敢说这话。实际上,在第三章里,我们说过近来有一些理论认为,在大爆炸中空间的“泡”被创造出来。而且,假如宇宙创生于大爆炸这种流行理论不对,空间和时间真是永恒的呢?假如空间和时间一直存在,谈论宇宙在时间当中被创造的事就没有任何意义。上帝在宇宙之内的作用就仅限于形成并组织物质了。而形成并组织物质这种事,上帝或许完全用自然的手段就办得到(在这里,我们绕开了某些热力学的问题)。按照这种观点来看,上帝可以是宇宙中的永恒的、无限的、最强大的神灵。但他不是全能的,因为他不能不按大自然的定律行事。他可以是我们所看到的一切的创造者。他用先前存在的能量造出了物质,对物质进行适当的组织,创设必要的环境使生命得以发展,他做了诸如此类的很多的事。但是,他不能像基督教教义所说的那样,可以从无中创造。这样的上帝是一个自然的上帝,而不是超自然的上帝。

我们有什么证据能够证明有这样一个自然的上帝呢?证明自然的上帝存在的证据要比证明超自然的上帝的存在的证据更强还是更弱呢?

自然界里有很多未解之谜。这些谜可以通过假设有一个自然的上帝存在而很容易地得到解释。例如,星系的起源现在没有令人满意的解释。生命的起源是另一个令人头痛的谜。但是,我们可以认为,星系和生命这两种系统都是由一个超级智能者在不违反任何物理定律的情况下有意识地制造出来的。然而,这样的解释把任何现今的科学所不能理解的东西都归因于上帝,因而落入了窠臼。(这样的上帝被讥为“救驾的上帝”。)在付出了代价之后,笃信宗教的人也已明白,最危险的是指着一个现象说“这正是上帝作为的证明”,结果却发现后来的科学进步给这一现象提供了完全充足的解释。把上帝推出来对未曾解释过的东西进行一番总括性的解释,这只能引来弄虚作假,并使上帝与无知为伍。假如我们想找到上帝,那肯定只能通过我们在这世界上发现的东西来找,而不能通过我们没能发现的东西来找。

然而,在这一类的争论中,相对于超自然的上帝而言,自然的上帝更胜一筹。一个自然的上帝在物理定律的范围里创造了生命,这样的假设至少被认为是可能的,是与我们对自然界的科学知识一致的。因为人类在实验室里创造出生命都具有明显的(尽管是遥远的)可能性。

对生命(或其他任何高度有序的系统)的起源有两种解释。一种是生命来自一个超级智能者,或可能是至高的上帝施行自然的智能控制的产物。一种是生命是盲目的自组织过程(如木星大气中出现的有序的环流花纹)的终端产物。这两种解释都有难以说得通的地方。

这个问题的答案必须决定于我们在多大程度上认为精神是宇宙间的一个重要力量。大多数人都愿意相信科幻小说所描绘的那种遥远的未来,那时宇宙当中会有更多的区域被置于智能的控制之下。人们可以设想,再过多少万亿年,我们现在所能观察到的整个宇宙将被技术加工过。既然如此,设想这位对宇宙进行技术加工的超级智能者不可能先于我们存在,这又有什么困难的呢?

传统的观点认为,经过一个很长系列的变化,逐渐地增加了物质的组织程度之后,智能才会作为变化的终端产物出现。说得简单些就是,物质第一,精神在后。但是,实际情况真是非这样不可吗?精神难道就不可能是那更原始的存在物吗?

现在在科学家中间,越来越占上风的意见是,精神和生命都不必仅限于有机物质。物理学家杰拉尔德·费恩伯格和生化学家罗伯特·夏皮罗最近出了一本极具推理性而发人深思的书——《地球之外的生命》。在这本书里,他们重新探讨了地球之外的生命的各种可能性。他们认为,只要有了等离子体、电磁场能、中子星的磁区以及其他一些各种各样的稀奇的系统,就会有生命存在。现在,意识和智能都是软件概念。软件的关键只是模式,是组织,而不是其表达媒介。由此得出的一个逻辑结论是,我们可以设想,自宇宙创生以来就有一个超精神,这个超精神包含着大自然的各种基本场,是它承担下来那个艰巨任务,把无条理的大爆炸转化成为我们现在所观察到的复杂而有序的宇宙;它所做的这一切,都是在物理定律的框架之内完成的。这样的上帝不是用超自然的方式创造一切的上帝,而是一个施行指导、控制的普遍精神,这精神弥漫于整个宇宙,操作着大自然的各种定律以达到某种特定的目的。对此,我们可以这样说:大自然是它自己的技术的产品,宇宙是一个精神,是一个自观察、自组织的系统。我们人的精神可被看作是宇宙精神的海洋中一些局部的意识“孤岛”。这种看法令人想起东方的神秘主义的观念。在东方神秘主义看来,上帝是那个统摄万物的意识,当人的精神进步到适当的阶段时,就会被那统摄万物的意识所吸收,从而失去其独立的个性。

还可以往下继续推理。要记住,至少在某些物理学家看来,精神对量子因素而言具有特殊的地位。假如说,精神能够“加重量子骰子”从而改变掷骰子的结果,那么,一个宇宙的精神原则上则能引导每一个电子、每一个光子、每一个质子等等的行为,控制宇宙中所发生的一切。当我们观察微观物质,我们注意不到有这样的组织力量,因为任何一个特定粒子的行为仍然在我们看来似乎是完全随机的。只有在大量原子的集体行为中,组织才会显现出来,而我们看不见这样的集体行为,于是便会说宇宙系统是以未知的方式自组织的。把上帝描绘成这样一种精神,或许足以让大多数信上帝的人满意。

很多早期宗教都是多神论,认为有很多神,这些神按其能力不同而各有等级。这种观点在现代人对天外智能的思考中也有表现。有些作者设想,智能和技术能力存在着高低不同的等级,在这等级之中,人的级位最低。可以设想一些生物具有很了不起的能力,以至我们没法把它们的行为同大自然本身区别开来。在这等级次序中有一个至高者,这至高者的能力和智能最高。这位至高者能够做到很多传统的上帝所能做到的事。

假如我们相信的确有一个这样的精神存在(从科学上看,尚没有任何可能的理论真正地证明这样的精神存在),那么,这精神能够不让宇宙走向灭亡吗?

假如这位至高者只能被迫在物理定律的范围之内活动(尽管量子论容许物理定律可有相当的变通),那么,就可以肯定地说,这样的精神不能阻止宇宙的死亡。热力学第二定律禁止任何人将那无情地上升的熵降下来,不管这人的技术多么高超,也不管他的知识多么到家,他就是不能让熵降低。

人们也许会这么想:那个能够在原子水平上操纵物质的神也能够通过恢复宇宙逐渐松弛的组织形式,不断地给宇宙“重新上弦”。这种想法其实是麦克斯韦在一个世纪以前探讨过的,人们通常称之为麦氏妖的悖论。我们可以考虑一下,有一个密封的箱子被一个带开闭器的薄膜一分为二。薄膜的两边都是温度和压力相同的气体。这箱子是一个系统,目前处于最大熵的热力平衡状态,没有任何可以做功的有用能量。在这个系统中,除了气体分子的随机跳跃之外,不会进一步发生什么有趣的事。

然而,假设在这箱子里有一个小妖怪能够操作开闭机关,它注意到分子的运动混沌无序,有各种各样的速度和方向,有的分子运动得快,有的运动得慢。分子的平均速度是决定气体温度的要素。平均速度不会改变,但每个分子每次撞上邻近的分子或箱壁时,其运动速度和方向都会改变。于是,小妖便采取了下面的策略。当箱子右边的快速运动的分子接近薄膜时,它就打开开闭器,让这分子穿过薄膜进入箱子的左边。反之,当箱子左边慢速运动的分子接近薄膜时,就让它进入箱子的右边。过了一段时间以后,箱子的左半部将满是快速运动的分子(平均而言),而箱子的右半部将满是运动速度较慢的分子。箱子的左半部因而要比右半部温度高。这妖怪就这样灵活地操纵个别分子,使箱子的两个部分造出温差。热力学平衡将不再占上风,于是熵也减小了。现在,可以用这温差来完成某种有用功了(例如开动热机),直至最后的能量又被消耗掉,热力学平衡又得到恢复。然后,那妖可以故伎重演,我们也就有了粗具规模的永动机了。一个无所不在的妖可以在宇宙水平上玩弄这套分选把戏,使宇宙不会坠入热死之中。

可惜的是,精心的观察证明,麦氏妖干不了开动永动机的活儿。在20世纪20年代,列奥·斯济拉得详细地研究了麦氏妖的工作情况。他发现,那妖若想把事儿干成,就必须有确切的信息,知道向它接近的分子的运动速度有多大。只有付出一定的代价才能获得这样的信息,而付出的代价就是熵的增加。例如,妖可以用强的光流来照亮近前来的分子,并用多普勒效应来测量它的速度,就像警察用雷达给汽车测速一样。但是,妖在这一步骤上花费有用的能量本来是要分选速度不同的气体分子以使熵降低的,而实际上则会使气体的熵增高。很明显,智能控制在分子水平上不能够击败热力学第二定律。

假如这些热力学的理论是正确的,那么,任何自然的作用,无论是智能的还是非智能的,都不能永久地延缓宇宙末日的到来。我们已经说过,假如宇宙持续膨胀下去,就可能永远也达不到真正的热力平衡。然而,我们今天所看到宇宙生机勃勃的组织注定要衰落得面目全非。只有超自然的上帝才能真正地使宇宙再次振兴起来。

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