舞台與演員——論宇宙演化中進化與退化的關係

知識 06-30

時常有這樣的感覺：討論當下的某一個問題，發現各方在知識背景上的差異，不得不設法「從頭說起」，不得不填補在語境上的裂縫。

本系列試圖以宇宙的演化來說明進化與退化的關係，既在於題目本身值得探討，筆者先拋磚引玉，也有為探討其他問題而「從頭說起」和「填補裂縫」之意。

一、先簡要敘述宇宙的演化歷史

大致可以由3大環節來描述迄今137億年自然界的演化史，每一環節的演化大體上都由兩部分的演變組成。通常認為，量子階梯是自然界中萬物的核心構架，實際上，與量子階梯相伴的還有另一個階梯。本文標題所說的演員與舞台，即分別對應於作為核心構架的量子階梯，以及與之相伴的另一個階梯。揭示後者的存在及其與量子階梯的關係，有助於全面認識自然。

按目前基本上達成共識的暴漲宇宙論和熱大爆炸理論，宇宙的起源大致經歷以下階段。在宇宙時零秒時，存在溫度極高、質量與能量密度極大的奇點，因目前尚不清楚的原因而發生暴漲和大爆炸。在而後的幾十萬年間，隨著溫度漸次降低，經歷了強子、輕子、輻射和物質時代，生成了夸克、輕子、強子、氘核、氦核（太初核合成），以及氫、氦原子和氫分子等。

在這一過程中，極早期宇宙是舞台或熔爐，在舞台上扮演主角的是各種基本粒子。後者在極早期宇宙的熔爐中逐一生成。

跨入物質時代後，因引力分布不均勻，宇宙塵埃在密度大處彼此吸引逐步形成星雲，後者進一步收縮，溫度越來越高，生成恆星。恆星內部的一系列核反應產生的能量頂住萬有引力，同時由氫和氦生成了碳、氧、氮、硅……一直到鐵的各種核素。而後發生的核反應不僅不能產能，反而吸收能量，於是恆星發生坍縮和超新星爆發。超新星爆發時溫度和壓力極高，在極短時間生成包括鈾在內的一系列核素，並拋射到空中，成為第二代恆星的原料。太陽即第二代恆星。

恆星的末態視其質量大小走完不同的道路。與太陽相仿者成為白矮星，以簡併電子氣的斥力抵禦引力；大於1.4個太陽質量（錢德拉塞卡極限）的恆星，簡併電子氣也擋不住引力的吸引，形成中子星，以中子簡併壓平衡引力。質量若大於3個太陽質量，即成為黑洞。

在恆星的一生中，生成了一系列核素。恆星為核素的表演提供了舞台，核素經由各種核反應維繫與推進恆星的演變。在恆星舞台最後復歸沉寂之時，核素退場，復歸於核素的前身：簡併電子氣、中子和夸克，分別對應於白矮星、中子星與黑洞。在黑洞里可能就是科學家們尋覓已久的夸克。

在第一個環節極早期宇宙與基本粒子的關係，在第二個環節轉化為恆星演變與核素生成的關係。

在約46億年前，地球隨著太陽系的形成而誕生。地球質量不是太大因而不至於演變為恆星（木星似乎有這種可能？），也不是太小而留不住水和大氣；不是距太陽過近而溫度過高，也不是過遠而太寒冷。在地球內部逐步形成地核、地幔和地殼，在外部形成大氣圈和水圈，開始生命的化學起源，最後形成生物圈。

地球（太陽系）是化學進化、生命起源和生物進化的溫床和搖籃，反之，化學進化、生命起源和生物進化又在地球上留下了自己的印記，進而改變了地球，典型事例就是由還原性大氣轉變為氧化性大氣。

前述兩個環節中的舞台與演員，在此轉化為地球（太陽系）與元素、化合物、細胞，以及生物的關係。

二、三個環節的共同點

在上述三個環節中有一個共同點，每個環節中都有一方充任某種時空背景和物質基礎，為另一方提供舞台和競技場。舞台和演員，在相互作用中協同演變。舞台提供演員表演的場所，規定了演員表演的邊界條件和初始條件，而演員則通過其表演改造舞台，推進舞台升級，也為自身在量子階梯上的提升創造條件。例如，宇宙提供由夸克到強子等基本粒子演化的舞台，而基本粒子的繼續演化把宇宙帶入物質時代；恆星提供氫核與氦核表演的舞台，而氫核與氦核及之後的一系列核反應，把恆星這個舞台的演化通往白矮星、中子星和黑洞；地球提供各種元素彼此間反應的舞台，而這些演員的演出把地球從無機推向有機，推出生物圈，乃至人類社會。

由演員組成的系列：夸克、基本粒子、核素、原子、分子、生物大分子、細胞、個體……，就是通常說的量子階梯。量子階梯在總體上呈現出空間尺度越來越大，存在的周期越來越短的趨勢。

伴隨著量子階梯，還有一個與之相平行的階梯，作為量子階梯各個層次的「舞台」，故可稱為「舞台階梯」：宇宙、各種天體、星系、地球、生態（生物圈）、社會……。舞台階梯在總體上同樣呈現出空間尺度越來越小，存在的周期越來越短的趨勢。

把舞台與演員結合起來大致構成如下的階梯：宇宙-奇點（在大爆炸前二者合一）；宇宙大爆炸早期的各個階段，對應於黑洞-夸克；中子星-中子；白矮星-高溫高壓下核與電子的等離子體；恆星-核素；地球-原子、分子、生物大分子；生物圈-細胞；個體-細胞、器官、系統……。

除了空間尺度外，另一點發生轉換的是舞台和演員雙方的作用強度或「主動性」。在第一個環節，極早期宇宙的演化主宰一切，充任演員的基本粒子只是被動的生成；到第二個環節，核素以核反應影響恆星的一生；而在第三個環節，生物在一定程度上可以改造環境，改造舞台。地質的演變實際上受到化學進化、生命起源和生物進化的深刻影響。「許多原來以為『無機』的地質過程，其實都是生命活動的結果。」（汪品先）

沿著上述思路繼續推演，迎來延續到今天的第四個環節：地球和社會，以及人類繁衍。人類的所作所為給予其生存和表演的舞台以前所未有的影響。哥本哈根全球氣候會議和巴黎協定是人類前所未有的反省。行筆至此，不由得想起特朗普。

維特根斯坦關於河床與河水的隱喻廣為人知。其實，河床就是上述舞台階梯的延伸，而河水則是量子階梯的最高階段。

玻爾在上世紀30年代說過，在人生的道路上沒有旁觀者，每個人既是觀眾，又是演員。用在此處，就是每個人都以自己的一言一行給他所處的舞台施加了影響，給其他演員施加了影響，給同樣參與的觀眾施加了影響。

在上述階梯的兩端，一端是「傳說」中的奇點，演員與舞台合一，還有「始基」或「本原」。始基，萬物皆出於此，因而是極大；本原，是一切物質的組成部分，因而是極小。始基與本原合一，極大與極小兩極相通。

階梯另一端的趨勢是否也會是演員與舞台的某種合一？人工智慧一路向前，未來的奇點人將如何與人相處？

亞里士多德關於形式和質料的觀點與「階梯」類似。有意思的是，亞里士多德還認為，在兩端的無窮追溯中，其一端最終只有質料沒有形式，另一端只有形式沒有質料。前者大概是奇點，後者或許是數據和互聯網或雲。

三、自然科學區分為兩大類

如果自然界可以區分為「演員」和「舞台」兩部分，那麼自然科學也可以區分為兩大類：研究「演員階梯」的學科，如標準模型與弦理論、基本粒子物理、核物理、量子力學、化學、生命科學、心理學與行為科學，等等；以及研究「舞台階梯」的學科，如極早期宇宙學、天體物理學、地質學、生態學、人類學、經濟學、社會學、法學、管理學，等等。

由於舞台與演員之間的密切關係，因而相關的學科之間也會有密切的聯繫。例如，地質學和化學進化的關係，以及在更廣泛的意義上，地球科學（可能還有比較地質學）與生命科學的關係等，在這些結合點上，可能會有新的發現。汪品先院士要求將地學和微生物學、生態學結合起來。有人提出「蓋婭」假說，提出「地球生理學」。