在實驗室中製造一個新宇宙的想法並非玩笑

2021-02-19 中國科普博覽

作者:Zeeya Merali / 譯:二宗主

嚴謹的物理學家在學術著作中偶爾也會幽默的表達自己的想法,在1991年,史丹福大學著名的宇宙學家安德烈•林德(Andrei Linde)就做過這樣的事。

他向期刊 Nuclear Physics B 提交了一稿題為「宇宙創造的硬派藝術」的文章[1],在文中他概述了在實驗室中創建宇宙的可能性:一個有可能有一天能演變出自己的恆星、行星和智慧生命的全新的宇宙。

在文章最後,林德發表了一個看似草率的建議,即我們的宇宙可能是由來自外星的「物理學家黑客」搭建的

當時這篇文章的評審拒絕了這個「低級的笑話」,擔心這樣的玩笑會冒犯到宗教人士,給他們一種科學家要從上帝手中奪走創造宇宙的功績的印象。於是林德修改了論文的標題和摘要,但堅持保留那句話:我們的宇宙是可以由一個外星人科學家所創造的。

他對我說: 「我不確定這只是一個笑話。」

現在,創造宇宙這個概念似乎不再像過去那麼滑稽了,我們可以稱它為:

宇宙發生論」(cosmogenesis)

世界上許多物理學家都很認真的對待這個想法,有的物理學家甚至已經大致描繪出人類如何實現這一目標的藍圖。或許當年林德論文的評審的考慮是正確的,但他們提出的問題卻是錯誤的。

問題的關鍵不是誰可能被宇宙發生論所冒犯,而是如果這是真的,那會發生什麼?我們要如何處理神學含義?又有什麼樣的道德責任應讓由容易犯錯的人類所扮演的宇宙創造者來背負?

理論物理學家多年來一直在研究相關問題,作為對宇宙起源的思考的一部分。

在1980年代,麻薩諸塞州塔夫茨大學的宇宙學家亞歷克斯·維倫金(Alex Vilenkin)提出了一種機制,通過這種機制,量子力學的定律可以從一個沒有時間、沒有空間、也沒有物質的狀態產生一個膨脹的宇宙

在量子理論中有一個確定的原理,即成對的粒子可以自發地、短暫地從空的空間中出現。維倫金將這個概念更進一步[2],認為量子理論也可以使空間本身的微小氣泡從無到有,然後再膨脹到天文尺度

因此,我們的宇宙可能只通過物理學的定律而產生。對於維倫金來說,這個結果意味著終結了大爆炸之前是什麼的問題,答案是:空無。

加拿大阿爾伯塔大學的物理學家唐·佩奇(Don Page)是一位新福音派基督徒,早期他曾與霍金合作過關於黑洞性質的研究[3]。

對佩奇來說,上帝創造宇宙是個「無中生有」的過程。相比之下,林德設想的宇宙形成則要求物理學家在一個高科技實驗室中,如使用比日內瓦附近的大型強子對撞機更加強大的機器來製造宇宙。

同時它還將需要一種被稱為「單極子」的種子粒子——這是一種在某些物理模型中假設存在、但並未得到證實的粒子。

這個想法是[4],如果我們能夠為單極子傳輸足夠的能量,那麼它將開始膨脹。

膨脹的單極子在加速器內彎曲時空,從而形成一個通向獨立的空間區域的微型蟲洞隧道。從我們在實驗室的角度看,我們只能看到蟲洞的入口,它看起來就像是一個迷你的黑洞,如此之小,又全然無害。

但是,如果我們能夠進入這個蟲洞,我們將穿過一個通道進入一個由我們創造的快速膨脹的嬰兒宇宙。(以下視頻能夠更好的幫助大家理解這個想法。)

佩奇認為這實在讓人無法信服,即使是最厲害的物理黑客也無法從無到有的創造一個宇宙。

林德的宇宙發生論的概念雖然大膽,但歸根結底還是技術難題。因此,佩奇覺得這對他的信仰幾乎沒有威脅。在這一問題上,宇宙發生論不一定會破壞現有的神學觀點。

但是反過來想,人類對於能創造一個成為智慧生命棲息的宇宙的可能性的思考意味著什麼

現有的理論表明,一旦我們創造了一個新的宇宙,我們對其演變的控制能力將非常小,也無法控制其中任何一個居民所面臨的潛在痛苦。

這不會使我們變成不負責任和魯莽的神嗎?以色列班古裡安大學的物理學家愛德華多·圭德爾曼(Eduardo Guendelman)是1980年代宇宙發生論的締造者之一,他正在進行研究如何實際創造嬰兒宇宙[5]。

我很驚訝地發現其中涉及的倫理問題並沒有引起他的任何不適。圭德爾曼將科學家衡量自己在創造嬰兒宇宙上的責任,比作父母在因人世間充滿了悲歡離合而考慮是否要生孩子。

其他物理學家更加謹慎,日本山口大學的物理學家坂井伸之(Nobuyuki Sakai)是提出一個單極子可以作為一個嬰兒宇宙的種子粒子的理論家之一[6],他承認宇宙發生論是一個棘手的問題,也是今後社會應該擔心的一個問題。

但現在他先為自己卸下那些倫理包袱,他正在進行可能使宇宙發生論成真的計算。但他指出,即便如此,這樣的實驗將在數十年之後才可行,因此倫理問題可以暫時擱置

我接觸到的大部分物理學家都不太願意陷入這種潛在的哲學困境,因此我轉向一位哲學家,牛津大學的安德斯·桑德伯格(Anders Sandberg)。

他思考了在計算機模擬中創造的有情感的生命的倫理含義。

他認為,無論以何種形式存在的智能生命體增殖,都可被看作是具有固有價值的東西。在這種情況下,宇宙生成可能實際上是一種道德義務

當我回想起與科學家和哲學家就這些問題進行的對話,得出的結論是,那年核物理期刊 Nuclear Physics B 的編輯的行為對物理學和神學都是一種傷害。

他們小小的審查舉動扼殺的是一場重要的討論,真正的危險在於這促成雙方的敵對氣氛,使科學家因為擔心職業報復和嘲笑,而不能坦率的說出他們的工作對宗教和倫理道德能造成的後果。

我們在短時間內不會創造出嬰兒宇宙,但所有研究領域的科學家都必須能夠自由地闡明其工作的意義,而不用擔心會對誰造成冒犯。

宇宙發生論是測試這一原則的一個極端例證。在近期的人工智慧和開發新型武器方面,倫理問題更是大家擔心的重大議題。

正如哲學家桑德伯格所說的那樣,儘管我們可以理解科學家們迴避哲學問題,害怕因超越了他們的舒適區而被認為是奇怪的,而造成的不必要的結果是,許多人對真正重要的事情也保持沉默。

當我離開林德在史丹福大學的辦公室時,在我們花了一天時間來討論了上帝、宇宙和嬰兒宇宙之後,他指了我的筆記並可憐的說道:「如果你想讓我聲譽掃地,你已經有足夠的材料了。」

在我遇到的許多科學家中,這種回應並不是第一次遇到,無論他們被認定為是無神論者、不可知論者,宗教信仰者還是其他。

但諷刺的是,如果他們能夠更自由公開的分享他們的想法,他們就會知道,他們思考人類存在的大問題上並不孤單。

參考來源:

[1] https://arxiv.org/pdf/hep-th/9110037.pdf

[2] https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.27.2848

[3] https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.42.2655

[4] https://www.thelittlebangtheory.com/cosmogenesis/

[5] https://arxiv.org/abs/gr-qc/0611034

[6] https://arxiv.org/abs/gr-qc/0602084

[7] https://aeon.co/ideas/the-idea-of-creating-a-new-universe-in-the-lab-is-no-joke

「原理」公眾號:

相關焦點

  • 一個探索宇宙的大膽想法
    人類一直以為自己是宇宙的中心。這種想法自古就有,儘管目前人類對太空的理解取得了巨大的進步,但仍然存在很多知識盲點。 第一個盲點就是,我們才發現星際物體穿越太陽系。科學家認為它將穿越整個宇宙,進行一個永恆的旅行。 星際彗星2L/鮑裡索夫的發現。望遠鏡工程師同時也是業餘天文學家——熱納迪·鮑裡索夫在一次恆星聚集中發現了它,並以他的名字命名了這顆星際彗星。
  • 人類首次在實驗室「製造」出「宇宙大爆炸」
    宇宙的起源是什麼?你可能會回答,是大爆炸。那麼,大爆炸的起源又是什麼呢?或者說,這個爆炸,是怎麼「點燃」的呢?這是一個困擾了科學家們幾十年的問題。天文學家可以模擬出宇宙從大爆炸開始之後所經歷過的 138 億年的漫長曆程,但卻對大爆炸本身是怎麼啟動的——這個宇宙的時間零點,知之甚少。
  • 美國專家福奇:新冠病毒並非實驗室人造,相關爭論是「循環論證」
    當地時間5月4日,美國國家過敏症和傳染病研究所所長安東尼·福奇在接受美國《國家地理》雜誌採訪時表示,美國一些政客最近散布的「新冠病毒來自於武漢實驗室」的陰謀論是不可能的。 福奇在採訪中說,最有力的證據表明,新冠病毒並不是中國的實驗室人為製造的。
  • 宇宙中的反物質是什麼?我們人類可以製造出並使用嗎?
    在宇宙中存在著許許多多的反物質,但在我們人類的認知範圍內反物質才剛接觸不久。反物質和物質是相反的。它們是兩個不同的概念大家都知道這個世界可以被好多層劃分,物質、分子、原子甚至是質子都可以繼續向下劃分,又更小的元素構成。原子是由質子和中子構成的,而質子裡面包含正電子和負電子。他們融合以後等於有電量攜帶質子。
  • 科學家在地球上製造超新星爆炸的衝擊波,解開了一個宇宙之謎
    最近,科學家們在地球上的一個實驗室裡創造了超新星衝擊波的微型版本,以解開這個由來已久的宇宙之謎。領導這項新研究的美國能源部SLAC國家加速器實驗室高級職員科學家弗雷德裡科菲烏扎(Frederico Fiuza)在一份聲明中說:「這些超新星爆炸的衝擊波很迷人,但因為它們離我們太遠,所以很難對它們進行研究。」
  • ...家:武漢絕不是新冠病毒源頭!病毒並非來自實驗室,而是自然產生的
    導讀:美國科學家日前進行的一項關於新冠病毒最新研究顯示,「武漢絕不是該病毒的源頭」。研究稱,這種導致全球大流行的病毒並非來自實驗室,而是自然產生的。
  • 暗物質是由來自另一個宇宙的微小黑洞製造的嗎?
    它們僅在宇宙還不到幾分之一秒時產生的巨大壓力條件形成,而此刻整個宇宙中的所有物質和能量都在一個小於一粒沙粒的體積內。因為它們在宇宙初始時形成,所以被稱為原始黑洞。另一種方法是通過所謂的偽真空。這個概念相當複雜,但是想法是,任何帶有能量的物體都傾向於降低其能量。這就是為什麼加熱時物體會冷卻,或者放開時會掉到地上的原因。
  • 科學家在實驗室製造微型超新星激波:模擬粒子加速
    在一項新研究中,研究人員在實驗室裡創造了微型的超新星激波,希望解決一個困擾科學家已久的宇宙之謎。當恆星死亡並以超新星的形式爆發時,會在周圍的等離子體中產生強大的激波,將宇宙射線或高能粒子噴射到宇宙中。激波就如同粒子加速器,可以使高能粒子的噴射速度達到接近光速的水平。然而,科學家還沒有完全了解激波是如何加速這些粒子的。
  • DC宇宙最強反派,小丑每隔10年就換一個造型!
    根據網上目前的說法來看,DC高層沒有放出漫畫《三個小丑》的直接原因是其中有堪比貓女逃婚的劇情,因為編劇傑夫·瓊斯將紅頭罩和蝙蝠少女芭芭拉都放到了這本漫畫中,小丑已經變成了傑森·託德內心中一輩子的黑暗,而他也因此充滿了叛逆。而芭芭拉當年在《致命玩笑》中身受重傷,她似乎將會在新漫畫中再次經歷這一切。
  • 宇宙中存在一個基本時鐘?
    物理學家猜想,如果真的有這樣一個基本時鐘在我們的宇宙中為整個宇宙計時的話,那麼它滴答轉動的速度一定非常快。他們得出的結果認為,如果宇宙中確實有這樣一個基本時鐘,那麼它的滴答頻率必須超過每秒10³³次。這一結果被發表在了近期的《物理評論快報》上。
  • 《物理評論快報》:新研究表明早期宇宙中膨脹的氣泡可能製造了大量的暗物質
    《物理評論快報》:新研究表明早期宇宙中膨脹的氣泡可能製造了大量的暗物質(神秘的地球uux.cn報導)據新浪科技(勻琳):國外媒體報導,一項新的研究表明,在我們早期宇宙中膨脹的宇宙氣泡可能製造了目前大量的暗物質。
  • 五眼聯盟:新冠病毒是自然產生,非實驗室製造
    應該說,眼下全球的新冠肺炎疫情形勢非常嚴重,然而,令人沒有想到的是,在全球疫情嚴峻的情況下,以蓬佩奧為代表的部分美國政客卻大肆鼓吹所謂的「新冠病毒人造論」,堅稱「新冠病毒是武漢病毒研究所製造的」,並以此為藉口對中國進行大肆攻擊。不過,就在蓬佩奧等「借疫攻擊中國」的時候,由美國主導的「五眼聯盟」站出來說話了。
  • 新理論認為宇宙氣泡可能製造了暗物質
    一項新的研究表明,在我們早期宇宙中膨脹的宇宙氣泡可能製造了目前大量的暗物質  這項新研究發表於10月9日的《物理評論快報》。新研究或可確切地解釋,暗物質從早期宇宙熱湯中凝結出來的方式。彼時,宇宙是極高能量的基本粒子構成的熱湯,類似於今天的物理學家在大型粒子加速器中製造的夸克膠子電漿。這種原始湯異常炙熱稠密,而且無比混亂,更為有序的亞原子粒子如質子和中子根本無法形成。
  • 研究人員在實驗室中製造出模擬超新星的衝擊波
    當恆星爆炸成超新星時,它們會在其周圍的等離子體中產生衝擊波。科學家們說,這些衝擊波非常強大,它們可以作為粒子加速器,以接近光速的速度將稱為宇宙射線的粒子流噴射到宇宙中。科學的一個謎團是超新星究竟是如何做到這一點的。
  • 漫威宇宙中的最強英雄:原始超越者,一個念想毀滅宇宙
    漫威世界觀眾牛逼的英雄有很多,無論是復聯還是宇宙五大神明,都有很多分析喜歡。不過,說起漫威裡秒天秒地的英雄,非原始超越者莫屬了。今天,小編就來好好說道說道。聲明:我科普的是未限制的原超,並非並作者玩死的破格超越者。
  • 一個和銀河系一樣重的超級黑洞居然失蹤了,宇宙這個玩笑開大了!
    不過長期以來,科學家們一直認為,在離我們約27億光年的Abell2261星系團中央,一個名叫A2261-BCG的星系中心,應該存在一個質量30億到1000億倍太陽質量的超級黑洞,如果按上限來算,它才是宇宙中最大的黑洞,其質量已經和銀河系所有恆星的質量差不多一樣重了。
  • 國際空間站的冷原子實驗室「有望成為已知宇宙中最冷的地方」
    據外媒SlashGear報導,在國際空間站上,物理學家曾在一個獨特的實驗室裡工作,創造了一種玻色–愛因斯坦凝聚(Bose–Einstein condensate
  • 新冠病毒並非實驗室產物!自然子刊發文:有兩種自然選擇假說
    通過對基因組數據的比較分析,作者們對新冠病毒的起源進行了綜述。他們提出一個關於SARS-CoV-2基因組顯著特徵的觀點,並討論了這些特點可能導致的情況。他們的分析清楚地表明:新冠病毒並非源自實驗室,也不是一種故意製造的病毒,而是一種自然進化的產物。
  • 宇宙或許是在一個永無止境的大爆炸循環中來回跳動
    正如密度越大重力也越大那樣,隨著時間的推移,差異漸漸變得足夠大,從而可以以星星點點的形式出現在宇宙早期的照片中,(數十億年後,又變成恆星和星系等等,不過這些又是另一個故事了)。火宇宙理論厭倦了宇宙大爆炸理論,想發展自己的宇宙說?這個想法不錯。
  • 宇宙中唯一「裸露」的夸克,消失了138億年,科學家在實驗室製成
    在2019年發表於《物理評論D》雜誌上的一項研究中,研究人員指出:頂夸克是已知最重的亞原子粒子。而它如此小的體積,也讓它毫無疑問成為了密度最高的粒子之一。 科學家告訴我們,在宇宙大爆炸的一瞬間,頂夸克曾經在我們的宇宙中隨處可見。但是,它們存在的時間非常短,大約在一萬億分之一秒之內就全部消失了。