10-4創造與永生

1.創世之前─軌跡體

關於宇宙的創生,眾說紛紜。

許多宗教人士認為是上帝設計出來的完美作品;科學理論更是複雜,大多數學派統一認為宇宙誕生於「大霹靂」,而「大霹靂」又是怎麼來的?有人說是來自於對稱性破缺、有人說是無中生有、也有人說是膜宇宙之間的碰撞……諸如此類。

人們對於宇宙誕生前有更多疑慮。在此說明一種理論,認為創世之前,有可能是種「軌跡體」。
我們可以模擬右圖:假設你正在玩電動,螢幕上的火箭直到右端盡頭,便會突然在左端螢幕的相同高度上出現。同樣的,火箭超越了螢幕底端,會從上端出現。現在我們將螢幕頂底端捲起來黏合,並再將這個管狀螢幕彎曲捲曲,使左右端黏合。
如此,我們便可顯示電玩螢幕的幾何學外觀像一個甜甜圈,這樣便是一種軌跡體的呈現。


 
2.完美的設計

在帶入主題前,先簡述一個「反宇宙」的假想概念:簡單而言,「反宇宙」就是由反物質構成的宇宙。
粒子實驗已證實,正反粒子的強作用和電磁作用性質完全一樣,因此反質子和反中子也能結合成帶負電的反原子核,反核和反電子結合在一起,就能組成反原子,我們的正物質世界有多少種原子,相應在反物質世界中也能有多少種反原子,而且它們在結構上將是完全沒有區別的,延伸起來講,大量反原子可以構成反物質的恆星和星系。



如果宇宙中正反物質為等量,那麼這樣的反恆星和反星系就應當存在;但是由於X玻子蛻變,導致物質比反物質多一點點,因此這給天文學家提出了一個問題:天上有反恆星和反星系嗎?

要由觀測來分辨遠處星係由物質構成或反物質構成並不容易,至今的天文觀測只是接收遠處天體所放出的光子。原則上,正物質天體若輻射光子,那麼反物質天體應當輻射反光子。但光子是純中性的粒子,因此光子與反光子是同一種粒子。這樣,天文學家通過可見光、X射線或γ 射線觀測,無法區分目的物是由物質還是反物質構成。

恆星和星系除了輻射光子外,它們還輻射中微子。中微子與反中微子很不一樣,如果天文學家能接收中微子,那麼他就能區分物質天體與反物質天體。可惜中微子與任何物質的相互作用都很微弱,造一個能接收它們的儀器很困難。今天用這辦法來區分物質天體或反物質天體還辦不到。在多數理論家看來,宇宙中正反物質的大尺度分離是不可能發生的。

因此,三千萬光年的範圍內沒有反物質天體,已說明宇宙中大塊的反物質是不存在的。 但是理論學家也相信,極早期宇宙中正反物質應當等量。這樣,需要做的事是尋找物理機理,來說明宇宙如何才能從正反物質等量的狀態過渡到正物質為主的狀態。

在此,理論家也遇到了非常尖銳的困難。總之,為徹底揭開宇宙反物質之謎,這問題的解決不僅對認識宇宙是重要的,它對物理學的影響也將是很深刻的。

回歸主題,之所以是「完美的設計」,我所強調的重點並非「反宇宙的有無」,而是在於宇宙早期過程中的「X玻色子蛻變」

這樣一個極微小的不對稱,使得物質多於反物質,從而不會互相湮滅。換句話說,如此一個完美的不對稱,方能造就今日的宇宙,得以形成我們存在的條件──宇宙,豈非一個完美的設計?

 

「宇宙是無盡的生命,豐富的動力;但它同時也是嚴整的秩序,圓滿的和諧。」

——〔中〕宗白華:《美學與意境》


※反朵吉塔宇宙:
「反朵吉塔宇宙」(或是反朵吉塔時空)的時間是有限的,就像畫出的圓圈一樣是封閉著的,如果真有那樣的宇宙存在,那麼過去和未來的時空就會被混合了,從而這個世界就無法形成生命。另外的「哥德爾宇宙」是一種類似於在某個中心的周圍、宇宙全體旋轉的模型,在它遠離中心的某個領域,也會發生封閉的時間軸。
  


3.為什麼時間只有一個維度

簡單來說:如果時間有2個維度以上,過去和未來的區別可能就不存在。

首先,我們可以把時間想成1維的線段,把線段上的一個點定為「現在」,如此,它前面的部分是「過去」,後面的部分就是「未來」。

這時,「過去」區域和「未來」區域是以「現在」這一點做分界而明確分開來。

但是,如果時間是2個維度以上的話就會變得很麻煩,我們試著想像時間為2維度的面,面上的一個點定為「現在」,在這一點的周圍,分布著現在以外的時間,亦即過去和未來,但是,在分布於現在的周圍的時間中,不無法明確區分哪裡是過去、哪裡是未來,亦即過去和未來會交雜,從而引發矛盾。
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4.為什麼是四維時空
根據先前提到的「膜世界假說(膜宇宙論)」,物質和光被封閉在膜且無法脫離,但只有重力子能夠離開膜並跑到高維空間,然而重力主要影響範圍不至於太遠。
如果高維空間不存在,則即使是大型強子對撞機(LHC)也無法把質子和質子壓進能夠產生的狹小範圍內。倘若高維時空存在,則比起四維時空,製造黑洞的條件可能會比寬鬆,故而在高維空間容易產生黑洞。如果我們生活於四維時空,便可以相對的安穩。
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
另外一方面,則是:由於我們生活在三維空間,另外加上一維時間,也就是「3+1維」時空,或者簡稱四維時空。如果我們的空間小於三維,但是仍有一維、甚至二維時間,則無法存在像我們一樣複雜的構造,可能就如同平面人般的簡略。
如果將時間與空間的維數顛倒,形成一個三維時間加上一維空間,那麼在這樣的情況下,時空只存在快子,因為這是一個超光速時空。倘若時間或空間的維數大於三維,則原子會不穩定,也會如方才所提,容易產生黑洞。
如此看來,我們生存於四維時空,看似平凡,卻也是個了不起的設計。這個問題將涉入後面討論的「人擇原理」,在此埋下伏筆,一一窺探時空之祕。
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5.萬物的本能
不論讀者朋友們是信仰者或無神論者,我們必須了解:是誰給了我們「問題」?又是誰創造了「答案」?這些奇妙的抉擇並不一定是無中生有,而有可能是「外力」的證明,一定有「他」掌管我們、一定有「他」決定生死,這人是誰?你覺得呢。
萬物都具有「本能」,例如:在黑洞事件視界周圍的粒子並不會百分之百的落入黑洞,因為若有超光速的加持便會解脫;人類在跨越時空之際會被摧毀,那是因為避免因果瓦解而顛倒因果;物質和反物質的一點點不平均,是為了造就出今日的我們、今日的宇宙;之所以有多重宇宙、高維時空,也許是讓我們或許有機會可以逃過宇宙的末日。
種種一切,是巧合?還是一場設計?目前科技尚未能下定論。

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
「宇宙本身不過是一條原因和結果的無窮的鏈條。」
——〔法〕霍爾巴赫:《自然的體系》
 
6.人擇原理
「人擇原理(也就是人本原理)」,是本書的重要主題之一。精確而言,就是一種認為物質宇宙必須與觀測它的智慧生命相匹配的理論。

如果萬物與自然定律存在,那麼萬物與自然定律定會被人類發現。如果萬物與自然定律不是人類所看到的形態出現的話,人類就不會知道這些定律是怎樣出現的。只有在少數像我們這樣的一些宇宙中,智慧及生命才得以發展,並能質疑:「為何宇宙是我們看到的這種樣子?

回答很簡單:「如果宇宙不是這個樣子,我們就不會在這裡。


 

基本上,人擇原理分成三種類型:

 

 (1)弱人擇原理物理學和宇宙學的所有量的觀測值,不是同等可能的;它們偏愛那些應該存

    在使碳基生命得以進化的地域以及宇宙應該足夠年老以便做到這點等條件所限定的數值。

 

 (2)強人擇原理宇宙必須具備允許生命在其某個歷史階段得以發展的那些性質。它暗示生命

    的產生是宇宙形成意圖的一部分,而自然法則都被設定為保證我們所知的生命得以產生。

 

 (3)最終人擇原理智慧的資訊處理過程一定會在宇宙中出現,一旦它出現,就不會滅亡。
 
智慧設計的支持者聲稱得到了強人擇原理的理論支持。一方面,多宇宙理論或稱為多選擇宇宙理論的存在是基於另一些理由,而弱人擇原理提供了一個貌似正確的理由,來解釋我們宇宙的良好秩序。假定存在可以支援智慧生命的宇宙,那麼實際上這種宇宙必定存在,而我們的宇宙無疑也是其中之一。然而,多選擇的智慧設計並不僅限於多選擇宇宙理論的假定;不過有些進化論的支持者同樣聲稱得到了人擇原理的理論支持。
 
 
 
◎結論:人擇原理認為──自然定律驚人地適合生命的存在。
 
 
 
 
 
 
7.智慧設計論
很多科學家都認為我們所居住的地球沒有什麼特別,與其他星球一樣圍繞着太陽運行不息,平平無奇,宇宙中像地球這樣的星球多的是,這就是所謂「哥白尼原理」。
但是科學家在最近幾十年來卻發現地球並非平平無奇,而是有很多因素令她成為出奇地適合人類居住的地方,就如同「地球殊異假說」。以下簡單列舉:
 
 
 - 地球與太陽的距離適中 (太遠或太近,就不可能有穩定的水循環)
 - 地球軌道的傾斜度適中 (否則地球的温差就會極端)
 - 地球軌道的離心率適中 (太大的話,季節性的温差就會太極端)
 - 地球的自轉週期適中 (若太長,日夜的温差就會太大;若太短,大氣層的風速就會太高。)
 - 地球表面的反照率適中 (太大的話,會產生冰河;太小的話,會嚴重溫室效應。)
 - 地球磁場強度適中 (太強則電磁風暴強烈;太弱則臭氧層便不足以保護地球上的生物。)
 
同樣地,我們的宇宙亦有很多精細微調的特性,才可以讓人類生存。例如:
 
 - 電子和質子數目相等的精確性:因為電子帶負荷、質子帶正荷,而電磁力又比重力強得多4
  所以宇宙中電子和質子的數目一定十分接近,否則宇宙的電磁力就會支配重力,以致星系、
  星體、行星和生命無法形成。科學家發現電子和質子的數目相等的精確性高達10-37
 - 電磁力常數和引力常數比例的精確性:如果這比例只增加10-40,只有小星體才會形成;而如
  果這比例只減少10-40,則只有大星體才會形成。生命的存在需要大星體和小星體。因為大部
  份生命必須的化學元素必須在大星體內產生。而地球亦需要像太陽這樣的小星體,因為只有
  小星體才可以穩定地作長時間的燃燒,來維持地球的生命。
 - 最初相位空間容量的精確性:要創造出一個像我們所居住的宇宙,一個微調參數「最初相位
  空間容量」的精確性必須為大約1010^123分之一(此數的零比全宇宙的所有基本粒子還要多!)
 
宇宙基本構造的微調精確得令人嘖嘖稱奇,使得我們似乎不得不承認宇宙是由一位造物主所設計和創造的,而非從盲目進化而來的──這就是所謂的「智慧設計論」。
 
 
 
8.波爾茲曼大腦
「波爾茲曼大腦(波茲曼大腦)」是假想的產生於混亂中熵的漲落的自我意識。自我意識是一種低熵態。
奧地利物理學家玻爾茲曼曾提出一個觀點:如果已知的低熵態宇宙是來源於熵的漲落,那漲落中也應該會出現許多低熵的自我意識,比如一個孤單的大腦。這種孤單的大腦就被命名為波爾茲曼大腦。
我們生活的世界有序性相當高,熵相當低,而宇宙膨脹的事實又說明宇宙過去曾經處於一個熵更低的狀態。熱力學第二定律說明封閉宇宙的熵永遠不會減少─最可能的宇宙是一個高熵態物質分布均勻的宇宙。但為何可觀測宇宙的熵如此之低?
對此,玻爾茲曼提出一個猜想:我們觀測到的低熵世界來源於高熵宇宙的隨機漲落。大的漲落可以造成熵很低的狀態,機率也很低,但在宇宙廣闊尺度下仍然會發生,而我們自身的存在也是來源於這種漲落帶來的低熵世界。進一步演繹就可以得出:這種漲落有可能產生一個大腦——自我意識實體,而其機率比產生我們所處的低熵世界並進化出數量巨大的大腦的機率要大得多。可以計算出漲落出我們的世界的機率是 ,而漲落出玻爾茲曼大腦的機率是
因此對我們來說,宇宙中應該有很多這種孤單的大腦漂浮在無序中,有著和我們不同的意識和記憶。對於宇宙而言觀測者更有可能是這種隨機出現的大腦,而非人類這種進化出來的大腦。
 
 
9.量子永生
 
「量子永生」即「量子自殺」,是量子力學中的一個思想實驗,該實驗由薛丁格之貓實驗推廣而來,可以用來區分哥本哈根詮釋與多世界詮釋。
實驗將「薛丁格的貓」中的貓改為一個實驗者。此時根據哥本哈根詮釋,實驗者在實驗中存活與否的幾率各有50%。根據多世界詮釋,實驗後會在兩個不相干的世界中各存在一個實驗者,其中一個活著,而另一個則死了。
那麼如果多世界詮釋是正確的話,在經過任意次實驗後,總會存在某個世界,其中實驗者永遠不會死(只有這個世界對實驗者有意義的)。所以,在量子永生的觀點下,生命永遠不滅──巧妙與宗教輪迴有了對應關係。
  量子力學中有足夠的證據證明,人死後並未消失,死亡只是人類意識造成的幻象。蘭薩說:「人在心跳停止、血液停止流動時,即物質元素處於停頓狀態時,人的意識訊息仍可運動,亦即除肉體活動外,還有其它超越肉體的『量子訊息』,或者是說俗稱的『靈魂』。」
這一全新的論述受到世人的廣泛關注,並間接證實亙古以來,民間和宗教對人靈魂不滅的普遍認識。在此,似乎已從先前「物理的統一」邁向「科學與宗教的統一」了。
 
 
 
10.宇宙的末日
  宇宙的末日如何?一般說法是「大撕裂」、「大擠壓」或「大反彈」,所有星系全變成黑洞,然而亦有說法是「大凍結」──宇宙將轉變為絕對零度(零下273度,理論上在此溫度下物質便失去所有熱能),所有生物瞬間遭到毀滅。除非能有「逆轉熵」的法則或「宇宙殖民」(下一章節),否則宇宙的末日將會是一切消滅的時機。
我們在先前就已提過「熱寂」(熵寂)。根據熱力學第二定律,作為一個孤立系統,宇宙的熵會隨著時間的流逝而增加。當宇宙的熵達到最大值時,宇宙中的有效能量已全數轉化為熱能,所有物質達到熱平衡,這樣的宇宙中再也沒有任何可以維持運動或是生命的能量存在。
 
 
 
11.從冰塊到超弦
在進入下一章節之前,以下舉一則實驗性故事,說明物質「加熱」的終極結果:
假設我們在廚房裡將冰塊放入壓力鍋中。我們都知道點燃火爐之後會發生什麼事情,但是,若我們將溫度升高到上百億度的無窮高溫,冰塊會變成什麼模樣?
如果我們以火爐將冰塊加溫,冰塊就會融化為水。現在讓我們繼續將水加溫到沸騰溫度,水會經歷另一個相變過程,而轉變為水蒸氣。
現在持續加溫到極高溫,水分子終於分裂,並且分解成氫氣與氧氣兩種基本粒子。
現在我們持續加溫到絕對溫度三千度以上,直到氫與氧原子分裂,電子也脫離了原子核,於是,我們便製造出物理的第四態、也就是宇宙間最常見的物質態──電漿。
現在繼續以火爐將電漿加熱到絕對溫度十億度,直到氫與氧原子核也分裂,於是我們就製造出自由態的中子與質子氣體,相當於中子星內部狀態。
如果我們繼續將這些核子氣體加熱到十兆度,這些次原子粒子就會變成分離的自由夸克,於是我們就製造出夸克與輕子的氣體(也就是電子與微中子)
如果我們將這種氣體加熱到一千兆度,則電磁力與弱作用力會統一,將會產生SU(2)×U(1)對稱性。
到了絕對溫度1028度,電弱作用力與強作用力也會統一,於是產生了E(6)的大統一論對稱性。
最後,在絕對溫度1032度的超高溫下,重力會與大統一論作用力統一,而產生了十次元超弦的所有對稱地,同時我們也製造出了超弦氣體。
在此狀態下,龐大的能量凝聚在壓力鍋裡,時空幾何也會產生扭曲,時空次元也可能劇變。
我們廚房周圍的空間便會開始不穩定,空間結構也可能開始分裂,廚房裡就有可能產生蟲洞,此時,我們也最好離開廚房……
 
 

 
12.宇宙創生揭密
剛剛我們提到,如果將物質加熱到無窮高溫,便有可能產生超弦、蟲洞,我們可以回溯宇宙初期,或許就是一個冷卻的這種情形。在此介紹一個「羅摩奴詹函數」,其中不斷出現「24」這個數字。
24」是一個神祕數字,以弦論而言,羅摩奴詹函數的24代表那二十四種不同弦的物理性質振動,每當弦在時空分裂、聚合、並進行複雜運動時,都必須符合大量的高度成熟數學恆等式的要求,這些恆等式正是由羅摩奴詹發現的。
由於物理學者在計算出現於相對論的振動總數會增添兩個次元,所以「24+2=26」,代表那個時空必須具備26個時空次元。當我們歸納出來羅摩奴詹函數後,數字8會取代24,於是超弦的關鍵數字就成為「8+2=10」,這就是第十次元的起源。
弦必須符合歸納出的羅摩奴詹函數,才能保持自洽,因此弦只能在十次元時空振動。換句話說,物理學者根本完全不了解為什麼弦必須在十以及二十六次元才能存在。似乎是在這些無人能解的函數裡,存在了某種深奧的數字實體。
在宇宙誕生的蒲郎克時期,十次元宇宙分裂成一個四次元及六次元宇宙。六次元宇宙崩潰成10-32公分的尺寸;四次元宇宙則迅速爆炸,且溫度達1032度。
這個四次元宇宙冷卻後則膨脹至今,也就是我們宇宙的由來。
 
◎結論:弦論中的宇宙伊始──十次元宇宙分裂成一個四次元與六次元宇宙;六次元宇宙迅速崩潰並捲縮成隱藏維度,四次元本宇宙則膨脹至今。
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

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