宇宙起源於虛無 直至今日的萬物
「視角越簡單,結論越深刻。」
1998年,作為這個時代最重要的理論宇宙學家的大熱人選,數學轉行天體物理學的Janna Levin放棄加州大學伯克利分校的職位,為一個久負盛名的職位跨越大西洋來到劍橋。在那裡的一年半中,她有足夠的時間和空間來思考那個終將成為她職業生涯核心的問題——宇宙是否無限?以寄向母親Sandy的一系列信件為起點,Levin的日記集——「被放逐於社會的流亡科學家」 逐漸成書,並最終以《宇宙來自何方?有限時空內的日記(How the Universe Got Its Spots: Diary of a Finite Time in a Finite Space)》為題目發表 – 它是關於有限性悖論最不尋常卻又引人入勝的思考。
「我在給你寫信,因我知道你雖好奇,卻缺乏提問的勇氣。」 Levin在一開始的信中提到。「你」的角色瞬間指代了與母親同等重要的「普通讀者」。由此,她對宇宙擺出的一些最重要問題給出了充滿智慧卻又迷人的解釋——它們是多數人偶爾有心,卻時常無意沉思的問題,只因具有感知力的自我置身於存在的魅力與混沌中。
在1998年9月3日的一篇日記當中,Levin充實了她對於無限的觀點,如Carl Sagan一般精美與敏銳,書寫著科學的詩意:
「很長時間內我一直相信宇宙的無限性,從未質疑過宇宙無限的假設。但倘若我更多關注這個問題,也許我會更早領悟。宇宙,我們所生存的三維空間,淌過錶盤,於我們的凝視中消逝。它是我們的方向,蒼穹與大地,過往與未來。視野不及維度的邊界,而我們也並無對時間盡頭的期許。
巨大的星系團棲息於宇宙,每個星系均由億兆顆星球組成;我們的星系銀河,擁有由數百萬顆星球組成的高密度核心,壯麗的旋臂如同星球組成的骨架般從中心延展。而地球就存在於密度稀疏的旋臂中,與友鄰行星一同環繞著太陽這顆普通恆星而行這,就是我們渺小的太陽系。小小的行星,普通的恆星,巨大的宇宙。但感知力豐富的我們生存著,將努力匯聚,將奧秘薪火相傳,我們將自身從這塊藍綠相間的巨石上升華,將目光投向遠超視野所及之處。
宇宙間充滿了星系與組成它們的恆星。也許存在其它生命形式, 還有點綴在背景上的星光, 甚至空間中的漣漪,或隱或現的物體,如此種種。這些元素向任意方向延展,直至永恆,永不停息。或許你以為看到了終點,但其之後仍有星系存在,往後是無窮無盡的星海。」
Thomas Wright的書An Original Theory中的插畫
在為我們的直覺與信仰創造了如此迷人的背景以後,Levin將詩意升華到了科學的境界,指出無論這些直覺多麼誘人,它們不過是以經驗為基石,缺乏根據的所謂事實:
「從未有人在自然中觀測到無限。科學理論也不能容忍所謂的無限存在,除非我們一直假設宇宙自身的無限性正確——愛因斯坦的理論已經無可置疑地證明了這一點。鑒於不同的觀點於此交匯碰撞,我會不加修飾地逐一道來。
太空並不僅僅只是抽象概念,而是可變且不斷進化的場。它擁有始與終,生與亡。太空是一個彎曲的幾何體,而我們對重力的感受,以及地球的繞日而行,不過是沿著太空中曲線自由落體的結果。從這樣全局的視角來看,人們意識到宇宙一定是正在不斷擴張的。雖然星系自身並沒有發生變化,但它們之間的距離正在不斷擴展。宇宙在不斷成長,衰老。而若其現今處於擴張的狀態,曾經的體積就會更小,甚至小到一切物質是如此緊密,以至於它們相互疊加,基本處於同一坐標;在此之前則是一片虛無。宇宙擁有起源,自虛無而起,直至今日的萬物。
令我更加震驚的是,若超越愛因斯坦理論的終極萬物理論被發現,那麼重力,物質與能量將不過是同種事物的不同表現形式。我們均由本質相同的物質形成,而天幕不過是用同樣的材料連貫編織而成;既然我們的存在是有限的,所謂宇宙,空間和時間的無限理論就更加愚蠢了。」
插畫:Nina Geometrieva
十五年以後,Alan Lightman 將會發表一篇具有同樣詩意的文章:《為何我們要在由不斷變化定義的宇宙當中尋找恆定》。但無論前提有多麼詩意,Levin將數學家的精準帶入她對宇宙的分析 ——「這些原因使你相信宇宙有限,儘管它們並非大眾化的主流觀點」。在十二天後的另一篇日記中,她寫道:
「無限是一種癲狂的概念…
無限是一種限制,而不是正經的數字。無論你能想到的數字有多麼巨大,我可以加上1,使之變得更加巨大。數字的數量是無限的。我永遠無法全部背誦它們,因為生命苦短;但我可以將其想像為一種假想的可能性,一種無盡序列難以避免的局限性。這種局限性也適用於相反方面,若是設想無限小的情形,無論將1分割成多麼小的塊,我依然可以繼續細分下去。我能想像自己不斷重複這個過程,卻無法將其付諸實踐。但我可以抽象地理解永恆,並接受它的本質。」
Levin提到,我們對無限概念的支持或反對,不能只以流行觀點為基礎。她指出,所有科學巨人——包括伽利略,亞里士多德以及康托爾,都曾在某一節點因無限而困惑,「每個人都接觸了無限的觀點 – 但最後都放棄了求索」,十月初,她寫道:
「無限的宇宙應處於無限的第幾層級呢?無盡的宇宙可以承載無限數量的物質和事件,無限個星球,星球上無限數量的人們。無疑,存在一個甚至無數個與地球極其相似的星球– 每一個都擁有不同種類的棲息生物,以及與它們無限相似的無限種生物。另一個你,另一個我,抑或是有一個生命軌跡稍有不同的你存在,擁有不同的父母與兄弟姐妹。但你不覺得這很難讓人信服么?是傲慢,或是邏輯,令我看清這種邏輯的謬誤?你與我都是唯一的存在,而宇宙不可能是無限的。
我歡迎數學中既非荒唐,亦非瘋狂的無限,但若自然中存在無限,我會為此震驚。生活在這溫柔且有限的物理世界中,我並未感覺自己的生命被竊走,內心中依然與數學中的無限可能性相伴而活。」
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