书城科普平行宇宙
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第10章 万物之终结

(让我们考虑一下)现在大多数物理学家的观点,也就是,太阳及其所有的行星最终将变得对于生命来说过于寒冷,除非真的有什么大型天体冲进太阳系,重新赋予其生命——由于我相信,在遥远的未来,人类将变得比现在完美得多,所以,人类和其他生物在经历如此漫长的进化之后最终会注定归于灭绝这种想法是不可接受的。

——查尔斯·达尔文(Charles Darwin)

根据挪威传说,最后审判日,或者叫做“Ragnarok”,意思是天神隐没时分,将会伴随着大洪水。尘世(Midgard)与天堂都将像被铁钳夹住般陷入彻骨冰寒之中。刺骨的寒风、扑面的暴风雪、毁灭性的地震和饥荒在大地上肆虐,男女老少大批死亡。有三个这样的冬天就会使地球瘫痪,没有喘息的机会,贪婪的狼群会吞掉太阳和月亮,使世界完全陷入黑暗。天上的群星坠落,大地颤抖,山崩地裂。乱世之神洛基(Loki)逃逸,群魔挣脱束缚,在荒凉的大地上散布战争、混乱和不和。

众神之父奥丁(Odin)将在瓦尔哈拉(Valhalla)最后一次召集他的勇士进行最后一搏。最终,随着众神逐个死去,邪神苏图尔(Surtur)喷出火和硫黄,点燃巨大的地狱之火,吞灭整个天地。当整个宇宙陷入火海之中的时候,大地陷入海洋,时间停止。

但从这场劫后灰烬之中,新的起始在孕育。与过去不一样的一个新的大地从海中升起,新的果实和奇异的植物从肥沃的土壤中泉涌而出,催生出一个新种族的人类。

在维京人(Viking)的传说中,世界末日的凄惨景象是严寒、烈焰和最终的厮杀。在世界各地的神话中,类似的题材都可以找到。世界的末日伴随着巨大的天灾,通常是大火、地震或是暴风雪,最后是一场正义与邪恶的战斗;但也包含着希望的信息,从灰烬中一切重新开始。

科学家们面对无情的物理定律,现在也必须面对同样的主题。与篝火旁传播的神话不同,科学家们对宇宙终结的看法要由硬数据说了算。但是,科学界恐怕也要普遍接受类似的景象。从爱因斯坦方程得出的各种解中,我们同样看到,未来可能也要包括严寒、烈火、天灾以及宇宙的终结。但是最终的再生又在哪里呢?

根据从 WMAP 卫星得到的一幅照片,有一股神秘的反引力正在使宇宙的扩张加速。如果这一情况持续几十亿年到几万亿年,宇宙最终将达到“大冻结”,与预兆着众神隐没的大暴雪相似,使所有我们所知的生命终结。这种把宇宙推开的反引力与宇宙的容积成正比。于是,宇宙变得越大,把星系互相推开的反引力就越大,这反过来又使宇宙的容积更大。这一恶性循环无止境地重复下去,直至宇宙进入失控状态,并以指数幂的速度增长。

最终,这将意味着,由于几十亿个邻近星系飞速越离了我们的事件穹界(event horizon),整个的可见宇宙中只剩下本星系群(Local Group)中的 36 个星系。随着星系间的空间以比光速更快的速度扩张,宇宙将变得孤寂到令人恐怖的地步。温度随着能量在空间中散布得越来越稀薄而跌落。当温度跌到接近绝对零度的时候,智慧生命的大限就到了:他们将被冻死。

热力学三定律

如果整个世界像莎士比亚所相信的那样是个大舞台,那么最终一定会有个“第三幕”戏。在第一幕中,我们有了大爆炸,最终在地球上产生了生命和意识。在第二幕中,可能我们还活着,对恒星和星系进行探索。最后,到了第三幕,我们面临着宇宙在大冻结中最终死去。

最终,我们将发现,这个剧本只能遵循热力学定律。19世纪,物理学家们计算出了支配热物理学的热力学三定律,并开始思索宇宙的最终之死。1854年,伟大的德国物理学家赫尔曼·冯·海姆霍茨(Hermann von Helmholtz)发现,热力学定律可以应用于整个宇宙,也就是说,我们身边的一切,包括恒星和星系,最终都不免消耗殆尽。

第一条定律说[20],物质和能量的总量守恒。虽然能量和物质可以相互转换(通过爱因斯坦的著名方程式 E=mc2),但物质和能量的总量永远不能被创造或销毁。这条定律反过来又意味着,根据已知的物理学定律,号称可以“无代价获利”的“永动机”是不可能的。

第二条定律是最神秘也是最深奥的。它说宇宙中熵(混沌或无序)的总量只能永远增加。换句话说,一切事物最终必然老化和耗尽。森林起火、机器生锈、帝国消亡、咖啡混合、人体老化,所有这一切都代表宇宙中的熵增加了。例如,要点燃一张纸是很容易的。这对总的混乱度造成净增加。然而,要把燃起的烟再恢复为纸则是不可能的。(加上机械作用之后,熵可以被降低,例如冰箱,但这只是在很小的邻近范围内;整个体系中熵的总量,这指的是冰箱再加上它所在的整个环境,永远只会增加。)

亚瑟·爱丁顿有一次谈论到第二定律:“我认为,熵永远增加的定律,也就是热力学第二定律,在大自然法则中占到至高无上的地位……如果你的理论被发现违反了热力学第二定律,我可以告诉你,你的理论是没有希望的;除了在奇耻大辱中失败,你什么也得不到。”

(起初,地球上存在着形形色色的复杂生命这一现象看来似乎违反了第二定律。在早期地球的混沌之中出现了复杂的生命形式,种类多到难以置信,甚至还孕育出了智慧生命和意识,这似乎完全是一种无中生有的过程,它使熵的总量降低了,这看起来令人惊异。有些人认为这一奇迹证明有仁慈的造物主在插手其间。但是不要忘了,生命是由自然进化法则推动的,而且熵的总量仍在增加,因为太阳在不断地为生命添加燃料。如果我们把太阳和地球包括进去,熵的总量还是增加了。)

第三条定律说,没有任何冰箱可以达到绝对零度。你可以达到离绝对零度只有分毫之差,但你永远达不到零运动的状态。(而且,如果我们把量子原理包括进去的话,这意味着分子中将永远有一小点能量。这是因为,零能量意味着我们可以知道每个分子的准确位置和速度,而这就会违反测不准原理。)

如果把第二定律应用于整个宇宙,那就意味着宇宙最终将耗尽。恒星将耗尽其核燃料,星系将停止照亮天空,宇宙中将只剩下一堆无生命的死矮星、中子星和黑洞。宇宙将陷入永恒的黑暗。

有些宇宙学家想要借助一种振荡宇宙学说来逃避这一“热寂”。随着宇宙膨胀以及最终收缩,熵会继续增加。但在大坍缩之后,还不清楚宇宙中的熵会发生什么变化。有些人认为,也许宇宙在下一个周期只是原样再重复一次。更现实的想法是,熵会在下一个周期中延续,这意味着宇宙的生命周期会随着每增加一个周期而逐步加长。但不论人们怎样看这个问题,振荡的宇宙,与开放的和封闭的宇宙一样,最终结果都是毁灭一切智慧生命。

大坍缩

用物理学来解释宇宙终结的第一次尝试,是 1969 年由马丁·里斯爵士写的一篇论文,题名“宇宙的坍缩:末世研究”。在那个时候,奥米伽的值还基本没人知道,所以他把它假定为 2,这意味着,宇宙最终将停止膨胀,并在大坍缩中,而不是大冻结中死去。

他计算出,宇宙的膨胀终将停息,星系的距离将是今天的两倍远,引力终于克服了宇宙原来的膨胀。我们现在看到的太空中的红移现象,将因星系竞相朝我们飞来而变为蓝移。

根据这一说法,距今大约500亿年以后,天灾事件将会发生,预示宇宙的垂死挣扎。最终大坍缩之前1亿年,宇宙中的星系,包括我们自己的银河系,将开始互相碰撞,最终融合。他发现奇怪的是,由于有两个原因,单个的恒星甚至在发生互相碰撞之前就会自行解体。第一,太空中其他恒星的辐射将随着宇宙收缩而提高能量,这样,恒星将浸没在其他恒星炙热的蓝移光中。第二,微波背景辐射的温度将随着宇宙的温度急剧攀升而大为加强。这两种作用加在一起所产生出来的温度将超过恒星的表面温度,使其吸收热的速度快于释放热的速度。换句话说,恒星可能会解体,变成超高温度的气体云而消散。

在这样的环境下,智慧生命受到邻近恒星和星系倾泻而下的宇宙高温炙烤,将不可避免地消失,无可逃遁。正如弗里曼·戴森所写的:“我不得不承认,在这种情况下我们不可能逃脱被煎炸的命运。不管我们向地球内部挖得多深,以求遮避蓝移背景辐射,我们也只能把悲惨的终结推迟几百万年。”

如果宇宙最终走向大坍缩,那么剩下的问题就是,宇宙会不会像振荡宇宙说那样坍塌而后再生。这是波尔·安德森(Poul Anderson)的小说《τ零度》(Tau Zero)中所采用的场景。如果宇宙完全符合牛顿学说,那么,如果星系被互相向对方挤压的时候有足够的侧向运动,这是有可能的。在这种情况下,恒星可能不会被挤压成单独一个点。它们可能在挤压力最大的点上互相错开,然后弹开,而不是互相碰撞。

然而宇宙遵循的不是牛顿学说,而是爱因斯坦的方程式。罗杰·彭罗斯(Roger Penrose)和斯蒂芬·霍金证明,在最寻常的条件下,一堆坍缩挤压的星系必然被挤压成一个奇点。(这是因为星系的侧向运动有能量,因此会与引力相互作用。这样,爱因斯坦理论中的引力就要比坍塌宇宙说所运用的牛顿理论中的引力大得多,于是宇宙就坍缩为单一一个点。)

宇宙的五个阶段

然而,最近从 WMAP 卫星得到的数据倾向于大冻结说。为了分析宇宙的寿命,科学家们,如密歇根大学的弗雷德·亚当斯(Fred Adams)和格列格·拉夫林(Greg Laughlin)试着把宇宙的年龄分为了 5 个分明的阶段。由于我们探讨的是真正的天文时间尺度,我们要采用对数时间框架。这样,10^20年就以20来表示。(这个时间表是在宇宙在加速这一概念的意义被完全认识清楚之前提出的。但是宇宙阶段的大致划分并没有变。)

挥之不去的一个问题是:智慧生命有没有能力运用智慧从这些阶段中存活下来,从一系列的天灾乃至宇宙的死亡中存活下来?

第一阶段:原始时期(50至5之间,或10-50和105秒之间)

在第一阶段,也就是原始时期,正如我们已看到的,宇宙经历了快速地膨胀但同样也是快速地冷却。随着它的冷却,宇宙中一度曾统一在一个总的“超级作用力”中的各种作用力,逐步分崩离析,形成我们今天所熟悉的四种力。首先分离出来的是引力,然后是强核作用力,最后是弱核作用力。起初,宇宙是不透明的,天空是白色的,因为光在产生出来之后很快就会被吸收。但是在大爆炸380 000年之后,宇宙已经冷却到足以使原子形成,而不再被剧热所打碎。天空于是转为黑色。微波背景辐射就是源自这个时期。

在这一时期,原始的氢聚变为氦,产生出目前散布在宇宙各处的星际混合燃料(current mixture of stellar fuel)。在宇宙演化的这一阶段,我们知道的生命是不可能的。温度极高,任何DNA或其他自动催化分子,即使形成了也会在与其他原子的随机碰撞中破坏,使生命所需要的稳定化学成分成为不可能。

第二阶段:群星遍布时期(6至14之间,或106和1014秒之间)

如今我们正生活在第二阶段,即群星遍布时期(stelliferous era),氢气被压缩,恒星已点燃,照亮苍穹。在这一时期,我们看到富含氢的恒星熊熊燃烧几十亿年,直至耗尽它们的核燃料。哈勃空间望远镜拍摄到了处于各个演化阶段的恒星,包括一些由旋涡样的尘埃和碎片围绕的年轻恒星,它们可能就是以后形成行星和太阳系的前身。

这一阶段具备创造DNA和生命的理想条件。既然在可见宇宙有巨量的恒星,那么天文学家就试图提出在已知科学定理的基础上解释得通的论点,来说明其他行星系统也可以产生智慧生命。但是,任何智慧生命形式都面临着若干宇宙障碍,其中有许多是智慧生命自己造成的,例如环境污染、全球变暖以及核武器。假设智慧生命还没有自我毁灭,那么它还要面对一系列难于克服的自然灾害,其中任何一项都具有毁灭性。

在几万年的时间尺度上,可能会出现冰河时期,与曾经把北美洲埋在几乎1英里(1 609米)的冰层之下的那次差不多,使人类文明成为不可能。1万年以前,人类生活得如同狼群一般,以小而孤立的族群为单位寻觅着一星半点的食物,不可能有知识和科学方面的积累。没有书面文字。人类一门心思只有一个目的:活下来。然后,由于某些我们至今仍不明白的原因,冰河期结束了,人类开始迅速从寒冰中崛起,成为明星。然而,这一短暂的“间冰期”不能永久延续。也许再过1万年,会再有一次冰河期覆盖世界的大部分地区。地理学家们相信,地球围绕其轴线自转中微小变化的效应最终会积聚起来,使来自冰盖的射流降临到低纬度,把地球覆盖在严寒的冰层之下。那时我们说不定需要躲入地下才能保暖。过去地球曾一度完全被寒冰覆盖。这也许会再次发生。

在几千年至几百万年的时间尺度上,我们必须有准备应付与陨星和彗星相撞。6 500万年以前灭绝了恐龙的极有可能是发生了与陨星和彗星的碰撞。科学家们相信,一个直径可能不到10英里(16 1 09千米)的地外天体,一头栽进了墨西哥的尤卡坦半岛,掏出了一个180英里(290千米)直径的陨石坑,碎片四射,进入大气层,遮蔽了太阳,使地球陷入黑暗,造成严寒气候,使植被和恐龙这一当时在地球上占主宰地位的生命形式灭绝。在不到一年的时间里,恐龙和地球上多数物种就灭绝了。

从过去发生碰撞的频率来推测,今后 50 年中,小行星撞击地球造成世界灾难的可能性有十万分之一。在几百万年时间里发生重大碰撞的可能性说不定高达近100%。

(在地球所在的内太阳系,可能有1 000到1 500颗直径在1千米以上的小行星,以及 100 万颗直径在 50 米以上的小行星。小行星观测报告以每天 15 000 份的速率涌入位于剑桥的史密斯索尼亚天体物理观测台。幸运的是,只有 42 颗小行星可能撞上地球,其概率很小,但比较确定。过去曾有过几次有关这些小行星的“虚惊”,最著名的一次是小行星 1997XF11,天文学家们误以为它会在 30 年内撞上地球,这一消息成了全世界的头版头条。但是经仔细研究一颗叫做 1950DA 的小行星的轨道,科学家们计算出,它有可能在2880年3月16日撞上地球,其概率虽然很小,但却不是零。位于圣克鲁斯〔Santa Cruz〕的加利福尼亚大学所做的计算机模拟显示,如果这颗小行星撞上海洋,它会激起400英尺〔122米〕高的浪潮,以排山倒海般的洪水淹没大部分的沿海地区。)

在几十亿年的尺度上,我们就要为太阳吞掉地球而担忧了。今天的太阳温度已然比其幼年时期提高了30%。计算机研究显示,35亿年以后,太阳的亮度将比现在提高 40%,这意味着地球将逐步升温。白天在天空中看到的太阳将越来越大,直至把地平线以上的部分几乎完全填满。从短期上来讲,生物将拼命躲避太阳的烘烤,可能被迫退回海洋,使这颗行星上的进化进程倒转。最终海洋本身也会沸腾,使得我们所知道的生命形式成为不可能。50亿年以后,太阳核心中氢的供给将消耗殆尽,从而变异为一颗巨大的红巨星。有些红巨星非常之大,如果把它们放在我们这颗太阳的位置上的话,它可以把火星吞没其中。然而,我们的太阳可能只能向外膨胀到地球轨道那么大,把水星和金星吞没,并使地球上的山脉熔化。这样说来,我们的地球有可能在大火中死去,而不是在寒冰中死去,遗留下一团烧干净的灰烬围绕太阳转。

有些物理学家论证,在这一情况发生之前,就算我们还没有乘坐巨大的宇宙方舟从地球移居到其他行星上,我们也应已能够运用先进技术使地球在更大的轨道上围绕太阳旋转了。“只要人类技术提高得比太阳变亮的速度更快,地球就能保持生命旺盛。”天文学家和作家肯·克罗斯威尔如是说。

科学家提出了若干种把地球从它现在围绕太阳旋转的轨道上移开的办法。其中一种简单的办法是,小心地使一系列小行星从小行星带中改道,让它们围绕着地球飞转。这种甩动效应会把地球轨道抻开,使它与太阳之间的距离加大。抻开的距离只能逐次加码,但我们还有足够的时间使几百颗小行星改道,完成这一壮举。“在太阳膨胀为红矮星之前的几十亿年时间内,我们的后代将能够捕获一颗过路的恒星,把它放到围绕太阳旋转的轨道上,再使地球跨出太阳轨道,转入围绕新恒星旋转的轨道。”肯·克罗斯威尔接着写道。

我们的太阳将遭遇与地球不同的命运,它将不是死于火,而是死于冰。最终,作为一颗红巨星,以氦为燃料燃烧7亿年之后,太阳的大部分核燃料都将耗尽,引力将把它压缩为一颗如地球般大小的白矮星。我们的太阳太小,不会经历那种称做超新星的灾变而变为黑洞。我们的太阳变为白矮星之后,最终将冷却,发出淡淡的红光,然后是棕色,最后变为黑色。它将变为一块死寂的核灰烬在宇宙空间飘荡。我们身边所见的差不多所有的原子,包括我们自己的身体以及我们所钟爱的人们的身体中的原子,未来的归宿都在一团烧净的灰烬上,围绕着一颗黑矮星旋转。由于这颗矮星将只重0.155个太阳质量,地球遗骸将在一个比今天远出70%的轨道上安顿下来。

在这个尺度上,我们看到,地球上的动植物繁盛期将只不过延续 10 亿年(如今这个黄金时期已经过了一半)。“大自然母亲生来不是要让我们快乐的。”天文学家唐纳德·布朗利(Donald Brownlee)说。与整个宇宙的寿命相比,生命之花只持续不能再短的一瞬间。

第三阶段:退化阶段(15至39之间)

在第三阶段,也就是在退化时期,宇宙中恒星的能量将最终耗尽。先烧氢后烧氦这一看似永恒的过程最终停止下来,只剩下一块块了无生气的、已经死去的核物质,其形式是矮星、中子星和黑洞。天空中的星星不再闪耀,宇宙逐渐陷入黑暗。

在第三阶段中,随着恒星失去其核动力,温度大幅度下降,围绕着死恒星旋转的任何行星都将陷入冰冻。假设地球仍然完好,那么不论地球表面成了什么样子,它都将变成一块冰层,迫使智慧生命寻找新的居所。

巨星可能持续几百万年,像我们的太阳那样燃烧氢的恒星可持续几十亿年。与此不同,微小的红矮星则实际可燃烧几万亿年。这就是为什么重新将地球轨道安置在红矮星身边的想法在理论上讲得通。离地球最近的恒星,半人马比邻星,是一颗红矮星,离地球只有41 3光年。我们这个最近的邻居,其重量只有太阳质量的15%,比太阳暗400倍,所以,任何围绕着它旋转的行星都必须离得非常近才能享受到它那微弱的星光。地球围绕这颗星的轨道要比现在围绕太阳的近 20 倍才能接受到同样多的阳光。一旦在围绕红矮星的轨道上旋转,行星就可以得到持续几十亿年的能量。

最终,唯一继续燃烧核燃料的恒星将是红矮星。然而到了一定的时候,即使是它们也会变暗。100万亿年以后,最后的红矮星也将绝迹。

第四阶段:黑洞时期(40至100之间)

在第四阶段,也就是黑洞时期,唯一的能源将是从黑洞缓慢蒸发的能量。正如雅各布·贝肯斯坦和斯蒂芬·霍金证实的那样,黑洞并不真是黑色的,它们实际辐射出微量的能量,这被称做“蒸发(evaporation)”。(在实践中,这种黑洞蒸发非常小,难以通过实验观察到,但是在长时间尺度上,蒸发最终决定黑洞的命运。)

蒸发中的黑洞可有不同的寿命。像质子那么大的微型黑洞在太阳系寿命那么长的时间内可以辐射出 100 亿瓦的能量,像太阳一样重的黑洞将蒸发1066年,像星系团一样重的黑洞将蒸发10117年;然而,当黑洞缓慢地释放出辐射,最后接近其生命尾声的时候,它会猛然爆炸。智慧生命有可能像无家可归者挤坐在即将熄灭的余烬周围一样,聚集在蒸发中的黑洞所释放出的微弱热量周围,摄取一点温暖,直至它们蒸发完毕。

第五阶段:黑暗时期(超过101)

在第五阶段,我们进入了宇宙的黑暗时期,所有热源都最终消耗殆尽。在这一阶段,宇宙缓慢地向终极的热寂(heat death)漂移,温度逼近绝对零度。这一时刻,原子本身几乎停顿。说不定连质子本身也衰变了,只剩下一片漂荡着的质子之海,以及稀薄的互相微弱作用的粒子汤(中微子、电子和它们的反粒子,即正电子)。宇宙可能由一种新的叫做正电子素(positronium)的“原子”构成,它由互相对绕旋转的电子和正电子构成。

有些物理学家猜测,这种由电子和反电子构成的“原子”说不定能在这一黑暗时期成为一种新的基本要件,形成智慧生命。然而这种想法面临着难以逾越的困难。正电子素原子的大小可与普通原子媲美。但在黑暗时期的正电子素原子的直径会达到 1012 百万秒差距(megaparsecs),这要比我们今天的可见宇宙大上几百万倍。所以在这种黑暗时期,即使这种“原子”能够形成,它们也会像整个宇宙那么大。由于在黑暗时代,宇宙可能已扩张到了极远的距离,它将很容易容纳这些巨大的正电子素原子。但是由于这些正电子素原子非常大,这意味着任何以这些“原子”为基础的“化学反应”将在惊人的时间尺度上进行,与我们所知道的任何东西都完全不同。

正如宇宙学家托尼·罗斯曼(Tony Rothman)写的:“于是,10^117年以后,整个宇宙最终就是几个拴在笨重轨道上的电子和正电子,重子衰变后剩下的中微子和质子,以及从正电子素消亡和黑洞中逃逸的质子。因为这也是写在命运之书中的。”

智慧生命能够幸免于难吗?

根据大冻结终结时令人发蒙的条件,科学家们争论,有没有什么智慧生命可以幸免于难。乍看起来,讨论在第五阶段智慧生命有没有可能存活似乎毫无意义,因为那时温度跌到了接近绝对零度。然而,实际上物理学家们对智慧生命能否存活下去进行了热烈的讨论。

这场讨论集中在两个关键问题上。第一个问题:当温度接近绝对零度的时候,智慧生命能否开动他们的机器?根据热力学定律,由于能量从高温度向低温度流动,可以利用能量的这种流动完成有用的机械任务。例如,利用一台连接两个有不同温度的热引擎,可以做机械工作。温差越大,引擎的效能就越高。这是带动了工业革命的那类机器的基础,例如蒸汽机和机车。初看起来,在第五阶段要利用热引擎做任何工作都是不可能的,因为所有温度都将是一样的。

第二个问题:智慧生命能够发送和接收信息吗?根据信息理论,可以发送和接收的最小单位与温度成正比。当温度降到接近绝对零度,处理信息的能力也会受到极大的破坏。随着宇宙冷却,可以传递的信息将会变得越来越小。

物理学家弗里曼·戴森(Freeman Dyson)等人重新分析了在垂死宇宙中度日的智慧生命面临的物理条件。他们问道,能不能找到别出心裁的方法,使温度即使降到接近绝对零度时智慧生命也能存活?

当宇宙中温度开始普遍下降时,起初生物将试图利用基因工程降低自身体温。这样,他们将能够大大提高日见其少的能源的效率。但最终体温将达到水的结冰点。这时,智慧生命可能将不得不放弃他们脆弱的血肉之躯,换上机器身体。机器身体远比血肉之躯更能抵挡严寒。但机器也必须遵循信息理论和热力学定律,即使对机器人来说生存条件也将异常艰辛。

即使智慧生命放弃其机器躯体,转变为纯意识,信息处理的问题仍然存在。随着温度继续下降,唯一活命的办法就是“思维”放慢。戴森(Dyson)的结论是,通过把处理信息所需要的时间拉长,并通过垫伏保持能量,智慧生命还将能够无限期地进行“思维”。虽然思维和信息处理的物理时间也可能会延展为几十亿年,但智慧生命感受到的“主观时间”仍将保持不变。他们将永远觉察不到这当中的区别。他们仍将能够进行深度思索,只是时间尺度大大地放慢了。戴森以虽然奇怪但乐观的调子得出结论,以这种方式,智慧生命将能够无限期地处理信息并进行“思维”。对哪怕单独一个念头进行思索都可能要耗费几万亿年的时间,但从他们的“主观时间”来看,思索过程仍是正常进行的。

但是如果智慧生命思维放慢,说不定他们会目睹宇宙中发生宇宙量子跃迁。一般来说,这种宇宙跃迁,例如新宇宙诞生,或向另一个量子宇宙跃迁,要以几万亿年的时间跨度来发生,因此是纯理论上的。但是在第五阶段,“主观时间”中的几万亿年将被压缩,对于这些生物来说可能只相当于几秒钟;他们的思维如此之慢,以至于在他们看来奇异的量子事件一直都在发生。他们可能会时常目睹泡泡宇宙从虚无中产生出来,或量子跃迁进入另类宇宙。

但是根据最近的发现,宇宙正在加速,物理学家们重新研究了戴森的著作,这又点燃了新一轮的辩论,得出了相反的结论,即,智慧生命必然在加速宇宙中灭绝。物理学家劳伦斯·克劳斯(Lawrence Krauss)和格林·斯塔克曼(Glenn Stackman)得出结论说:“几十亿年以前,宇宙太热,生命不能存在。从现在起无数岁月之后,它又会变得极冷极空,不管多么聪明的生命都将灭绝。”

在戴森原来的著作中,他设想宇宙中 2 1 7 度(K)的微波辐射将继续无止境地下降,这样智慧生命也许可以利用这些微小的温差做有用功。只要温度持续下降,总是可以提取到有用功的。然而,克劳斯和斯塔克曼指出,如果宇宙有宇宙常数,那么温度就不会像戴森设想的那样无止境地下降,而是会最终达到一个下限,也就是吉本斯霍金温度(Gibbons 2 Hawking temperature)(约10-29度)。在遥远的未来,一旦达到这个温度,宇宙各处的温度都将完全一样,因此智慧生命将无法利用温差提取有用的能量。一旦整个宇宙达到统一的温度,一切信息处理过程都将停止。

(20世纪80年代,人们发现某些量子系统〔例如液体中的布朗运动〕可以作为计算机的基础,而不论外面的温度有多冷。所以,即使温度跌落,这些计算机仍能利用越来越少的能量工作。这对于戴森来说是个好消息,但这里面有个问题。它必须满足两个条件:第一,它必须与其环境保持平衡,它必须永远不丢弃信息。但如果宇宙在膨胀,那么平衡就是不可能的,因为辐射会被稀释,其波长会被延展。加速中的宇宙变化太快,系统无法达到平衡。第二,永远不丢弃信息的这项条件意味着智慧生命永远不能忘记任何东西。最终,一个不能丢弃记忆的智慧生命会发现自己一遍又一遍地生活在过去的记忆之中。“所谓‘永恒’只会变成一座监狱,而不会使创造和探索的领域无止境地变得越来越宽广。它也可能是涅槃,但那还是生命吗?”克劳斯和斯塔克曼问。)

归结起来,我们看到,如果宇宙常数接近于零,那么在宇宙冷却的时候,智慧生命可以通过蛰伏以及放慢“思维”而无限期地“思维”下去。但是在像我们这样一个加速宇宙中,这是不可能的。根据物理定律,一切智慧生命注定了要消亡。

从这种宇宙视野的制高点来看,我们可以看出,我们所知道的生命所拥有的生存条件不过是一个大得多的场景中的一个瞬息即逝的小插曲。只有一扇微小的“窗口”,那里的温度“正合适”支持生命,既不太热,也不太冷。

脱离宇宙

死亡可以定义为最终停止处理一切信息。宇宙中的任何智慧种群从开始理解物理学基本定律的时候起,就将被迫认识到,宇宙及其可能容纳的任何智慧生命最终都将死亡。

幸运的是,我们还有充分的时间积聚起能量完成这样一个旅程,而且,就像我们在下一章中将要看到的那样,还存在其他选择。我们要探讨的问题是:物理学定律允许我们逃往平行宇宙中去吗?