最後三分鐘

讓生命面對宇宙的未來  終究有一天， 偉大宇宙的巨大城牆， 會被敵對的作用力所擊垮。 　　　　──盧克利修斯（Lucretius,B.C.93－B.C.50）  在我還是學生時的一九六Ｏ年代，宇宙起源的問題引起了大眾廣泛的興趣。草創於一九二Ｏ年代，卻直到一九五Ｏ年代才被認真看待的「大霹靂」理論，在當時已很有名，不過它的說服力仍嫌薄弱；而持相反論調的競爭者，也就是將宇宙源起完全抹除的穩態（steady-state）宇宙理論，在某些地方還是具有最迷人的腳本。直到一九六五年，潘佳斯（Robert Penzias）及威爾森（Arno Wilson）發現了「宇宙微波背景輻射」（cosmic microwave background radiation），風水才轉移，因為這肯定是「宇宙源自一個熾熱、激烈而且暴起狀態」的明確證據。 ■科學使荒謬變嚴肅 宇宙學家於是狂熱地挖掘這項發現所隱含的意義，例如︰在大霹靂發生之後一百萬年，宇宙到底有多熱？而大霹靂之後一年，甚至只是一秒鐘後，又如何呢？在那極早期的煉獄中，到底發生了哪些物理過程？是否有任何創生的黎明時期所殘留下來的遺跡，保有當時狀態的蛛絲馬跡？ 我還清楚記得在一九六八年修過一門宇宙學的課，授課教授以宇宙微波背景輻射的發現來回顧大霹靂理論，作為課程的結束。他微笑地提到︰「有些理論物理學家認為，目前宇宙中的化學成分全是最初三分鐘（大霹靂之後三分鐘）內的核反應所產生的。」引來課堂上一陣哄堂大笑。在當時，試圖以創生之後瞬間所發生的反應，來描述目前宇宙的狀態，似乎是一種荒謬絕頂的野心。即使如十七世紀的主教尤薜爾（James Ussher）在研究過聖經年表之後，狂妄地宣稱宇宙創生於西元前四千零四年的十月二十三日，也不還致於魯莽地表列最初三分鐘內事件發生的順序。 科學文明進展的速度其實不快︰在發現「宇宙微波背景輻射」約十年之後，「最初三分鐘」才成為學生的基礎教材，也才有以之為題的教科書出現。然後在一九七七年，美國物理暨天文學家溫伯格（Steven Weinberg）出版了一本刻意取名為《最初三分鐘》的科普書，還大為暢銷。 在一般大眾被這些醉人的發展深深吸引時，科學家仍繼續向前走，並將注意力由熟知的早期宇宙（即大霹靂之後數分鐘的時期）轉移到所謂的「極早期宇宙」，也就是大霹靂之後最初一段極短暫或者說是無限小於一秒鐘內的時期。一九八八年，英國數學物理學家霍金（Stephen Hawking）在他著名的暢銷書《時間簡史》中，已能自信滿滿地描述有關最初兆兆兆分之一秒的最新觀念。 至此，一九六八年宇宙學課程結束時的笑話，似乎顯得索然無味了。 ■宇宙未來學的誘惑 當大霹靂理論完全被科學家、甚至一般大眾承認時，愈來愈多的科學家轉而將心力投注在思維宇宙的未來上。我們已經有了關於宇宙如何創始的良好概念，但是宇宙又將如何結束呢？對於宇宙這種無可避免的宿命，我們究竟能說些什麼？到底它將在巨響中結束，還是以嗚咽低鳴畫上休止符？我們真正想知道的是，宇宙是否會終止？我們又將如何自處？人類或是我們的後代子孫，無論他們是機器或血肉之軀，是否能永遠地倖存於天地間？ 要我們不對這類問題感到好奇，實在很困難，即使「末日審判」未必就在眼前。我們在行星地球上為求生存的奮鬥，除了遭到人為災難困擾外，當我們被迫思考自身存在宇宙中所具有的重要性時，居然又讓自己置身於一個可喜的新境地之中。 《最後三分鐘》這本書蒐羅的故事，就是我們竭盡所能對宇宙的未來所作的種種預測，而根據的則是近年來許多著名的物理學家及天文學家的最新見解。但是，本書要談的並不全是啟示錄式的觀念；事實上，宇宙的未來充塞了潛力空前的機會，足以讓人類的體驗充分開展，並使之變得無比豐富。不過，我們也不能忽視一項重要的事實︰人類既然能存在，也必然能終止存在！ 這本書是為一般讀者而寫的，您不需要任何科學或數學的基本知識。但是，我偶爾需要提及一些非常大或非常小的數字，因此使用十的幾次方這類精簡數學符號，是極有幫助的。例如，一千億以全數寫出是一ＯＯＯＯＯＯＯＯＯＯＯ，看起來十分累贅，因為它在一之後有十一個Ｏ，所以我們可以將它表為10，也就是「十的十一次方」。同理，一百萬為10，而一兆為10等等。我必須提醒讀者，這個觀念對數值的增加會有所隱瞞，譬如10是10的一百倍，雖然排場看起來是一樣的。同樣的，負指數可以代表一個很小的數，像十億分之一是一除以一ＯＯＯＯＯＯＯＯＯ，可變成10，也就是十的負九次方，因為它是在分母的一之後出現了九個Ｏ。 　最後，我必須提醒讀者的是，這本書必然具有高度的推理性。儘管所要介紹的觀念都是基於我們對科學最新見解的盡可能了解，未來學卻無法和其他的科學努力享有同等的地位。然而，對宇宙最終命運的探究，這誘惑實在令人難以抗拒。我於是敞開胸懷，以虛心探究的精神完成這本書。 ■納入生命課題 宇宙發展的基礎腳本是源自一個「大霹靂」的爆炸事件，之後經歷擴張、冷卻，趨向了最後的物理簡併狀態，或是災難式的縮陷......。這個程序已建立了相當完整的科學模型；真正無法確定的，倒是那些發生於無限長或無限短時間尺度時的主要物理過程。天文學家對普通恆星的命運已具有較清楚的概念，也因此對於揭開中子星以及黑洞的基本性質，也愈益有信心。但是假如宇宙持續了數兆年甚或更久，就可能存在著一些目前仍無法確知的微妙物理效應，我們只能推測它們終究會變成十分重要。 面臨對大自然還了解得不夠完整的問題時，我們僅能嘗試利用目前最好的理論，再外推符合邏輯的結論，以此演繹宇宙的最終命運。問題是許多在描述宇宙命運上別具重要意義的理論，仍然有待實驗的驗證。我討論到的諸如重力波(gravitational-wave)發射、質子衰變（proton decay）、以及黑洞照度（radiance）等，都是理論學家強烈相信、卻至今未觀測到的物理過程。而同樣嚴重的另一個問題則是，必然還有其他我們一無所知的物理過程，可能戲劇性地改變我們目前的見解。 當我們思考高等智慧生命對宇宙可能造成的影響時，這類不確定性就變得更大了。在此我們已進入科幻小說的範疇。然而，我們不能忽視長久以來，生命體已顯著改變了更大尺度的物理系統的行為。於是我決定將生命的課題包括在宇宙學中，因為許多讀者之所以對宇宙命運深深著迷，是因為他們將宇宙的未來與「對全人類乃至遙遠的後代子孫命運的關心」給緊密結合在一起了。不過，我們仍該記住，科學家至今依然不十分了解人類意識的本質；至於「允許意識活動在宇宙中持續到久遠的未來」所需要的物理條件，就更不清楚了。