我們已經講過太多的宇宙故事,每一個都充滿這神秘的色彩,但是每個人心中都有自己覺得最神奇、最讓人不可思議的宇宙真實事件。今天我們就説下,最最神奇的一個宇宙現象,如果宇宙不是這樣的話,那麼我們的物理學、乃至生活將會完全亂套。
在2008年,《時代》雜誌採訪了尼爾·德·格拉斯·泰森,問他:“關於宇宙,你能和大家分享的最讓人震驚的事實是什麼?”他的回答確實是這樣的:構成我們所知的一切的複雜原子都起源於數十億年前爆炸的古老恆星。這確實是一個令人震驚的真實故事。
恆星的誕生、存在和消亡確實是宇宙中最偉大的事實,也是宇宙演化過程中最最壯麗的篇章。在曾經一片熾熱、稠密的等離子體濃湯中,質子、中子、電子、中微子沐浴在宇宙的高温輻射中,這時的宇宙能量高到連原子核都無法形成。但這只是短暫的,隨着宇宙的快速膨脹和冷卻,中子和質子才得以快樂的結合在一起,這個過程被稱為大爆炸核合成。此時的宇宙充滿了氫(單個質子)、氦、以及少量的鋰。
隨着宇宙的繼續冷卻,原子核找到了電子並且結合在一起,宇宙從電離狀態走向了中性原子時代。空間中充滿了略微分佈不均勻的中性氣體雲,密度較高的區域在引力的作用下,吸收越來越多的物質,最後在其核心點燃了核聚變,首批恆星就這樣誕生了。為後來一代又一代恆星、行星,甚至是生命的存在創造了條件,做足了準備。
但如果讓我選擇宇宙中最令人震驚的事實,我想考慮一下其他的事情。
今天的宇宙包含着我們能認識到的一切,豐富的元素,各種物質形態,在地球上更是讓我們眼花繚亂,其中物種的多樣化,生命的多樣化。但宇宙不一定非要這樣去演化,有很多路可以去走,甚至不需要和現在的宇宙很接近。
我們本可以擁有一個沒有樹木、沒有山脈、沒有天空、沒有海洋、沒有生命的宇宙。
我們也可以有一個沒有像地球這樣行星的宇宙,或者根本就沒有行星。我們甚至可能有一個宇宙,在那裏沒有所知道的一切,沒有粒子、沒有力或相互作用。
儘管有無限的可能,但我們真實的宇宙就是現在看到的樣子。
毫無疑問,這一切的出現非常微妙。就在這裏,在我們宇宙的一個小角落裏,我們發現自己身處一個被遺忘的、毫無特色的小星系中,它與宇宙中數十億個星系中的任何一個並沒有太大的不同。
在我們身處的這個宇宙中,有一些非常非常特別的“東西”,它們很重要,並且決定着一切事物的走向和演化!因為它們是法則、是規律,它們在我們能想到的每一個尺度上都表現了出來。
在生活中,除了能看到的宏觀物質,我們還可以一直看到最小的尺度,物質的內部結構,分子,原子,以及迄今為止發現的最基本的亞原子粒子。
我們不僅可以看到恆星和星系,還可以看到整個宇宙,看到類星體,看到星系間的氣體雲,甚至可以看到宇宙微波背景和宇宙中第一個中性原子。
我們可以看看所有這些,以及它們之間的一切。
然而,對於我們所看到的一切,有一個事實是最令人震驚的。對於整個宇宙:
在所有的尺度上,
在所有的地方,
在任何時候,
都遵循同樣的自然基本法則。
從最弱、頻率最低的光子到有史以來最大的星系,從地核中衰變的不穩定鈾原子到460億光年外首次形成的中性氫原子,宇宙萬物遵循的規律都是一樣的。
萬有引力、電磁力、強核力和弱核力是相同的。存在並且可能存在的粒子及其特性是相同的。控制整個系統的規則是一樣的。所有的一切,在所有的能量,在所有的時間,在所有的地方,都是由同樣的自然法則所支配。
這就是我認為的最引人注目和令人震驚的宇宙事實。
想象一下,如果這不是真的,宇宙會變成什麼樣子。想象一下這樣一種存在:大自然的行為是完全隨機的、不可預測的,引力會隨着一時的興致而忽起忽落,太陽會毫無理由地停止核聚變,組成我們身體的原子會自發地停止聚合。生活中所有的化學反應會無緣無故的發生,完全無規律可循。
像這樣的宇宙真的很可怕,因為它永遠無法被人們理解。你今天學到的東西明天可能就不正確了,你在這裏看到的現象或者規律,甚至在5米外的地方已經不起作用了。但我們的宇宙根本不是這樣的。
宇宙是一個物質和能量所佔據的形式可以改變的地方,是一個我們存在的時空本身可以改變的地方,但萬物所遵循的基本定律是不變的。
因此這意味着我們可以觀察宇宙,對宇宙進行實驗,組裝和拆卸我們在宇宙中發現的東西,然後學習其中的規律。進行總結,無論何時何地,我們都可以根據這些規律去重現、模擬宇宙。
只有宇宙的基本定律在任何時候、任何地方都是一樣的,我們才能知道宇宙今天究竟是什麼樣子的。只有當這些定律在任何時候、任何地方都適用時,我們才能利用這些知識來了解宇宙,以及其中的一切,過去發生了什麼,將來又會走向何方。
換句話説,正是這個事實,這個最令人震驚的事實,讓我們能夠從事科學研究,並學到一些有意義的規則。這就是為什麼任何形式的科學都存在的原因,也是為什麼科學實際上是瞭解宇宙最有用的工具。
當我們把所有的東西放在一起的時候,這意味着關於宇宙最令人震驚的事實是:它以一種可以被理解的方式存在。這也是愛因斯坦曾經説過的一句話。