宇宙存在的目的和意义

老鼠飞出亚洲言

宇宙这一话题从目前科学已知的角度，在上一篇文章中已经全部讲完了：我们的宇宙，是从137亿年前一个没有体积却有无穷大质量的“奇点”开始膨胀而形成，而且目前宇宙仍然在膨胀中，未来很可能还会永远膨胀下去。这就是教科书中告诉我们的。
但教科书没有说在“宇宙大爆炸”之前，这个奇点是怎么产生的？奇点之外有什么？奇点有什么性质？为什么奇点会开始膨胀，即宇宙大爆炸？既然宇宙还在膨胀中，那膨胀的宇宙必然会有个边界，宇宙边界之外又有什么？
这些问题目前科学给不出答案，也许凭借人类大脑的认知能力，永远都找不到答案，如同一只蚂蚁永远都不可能意识到人类社会、地球和宇宙这些概念。
目前科学只能告诉我们，宇宙大爆炸之前是没有时间和空间的，时间和空间都是在奇点膨胀之后才产生的，所以宇宙大爆炸之前没有时间，宇宙之外也没有空间。换句话说，就是“宇宙大爆炸之前”和“宇宙之外”这些说法都不存在。
目前科学告诉我们，世界的真相是一个没有目的，没有意义的宇宙。当然科学还会发展，说不定以后会有新的结论。但至少目前人们并不喜欢这个结果，至少一部分人打心眼里不愿意接受，会去想那个代表宇宙起源的奇点的存在一定有原因，或者人作为“宇宙之精华，万物之灵长”也不会是一般的存在，所以这就给宗教、给上帝、给神灵留了个“机会”，它们设置了这个奇点，并创造了我们的宇宙。即便如此问题还是没有彻底解决，上帝和神灵所处的我们宇宙之外的世界是什么样子的？上帝和神灵自身又是怎么产生的？它们也有父母吗？
或者还有一种思路，就是宇宙不需要有个“起点”，把宇宙演化看成是一种“循环”或“轮回”的过程，所以宇宙的结束与产生是一个首尾相连的圈儿。这样就不需要借助“神”的力量了……
之前的文章谈了物质与能量，谈了黑洞，谈了相对论与量子力学，谈了宇宙大爆炸和宇宙的演化，现在把所有这些内容“串”起来……本文预计也是这段时间我的宇宙系列中的最后一篇文章。下周文章——《我便是唯一的光》，题目源自鲁迅语。


目前科学的最大挑战是，如何理解宇宙大爆炸本身：从一个密度无穷大的点——奇点开始，一切时间、空间、物质从此创生。根据目前教科书的说法，在宇宙大爆炸之前的奇点只有能量，而没有物质，物质粒子是在宇宙大爆炸发生后由能量产生的，转化的规律遵从爱因斯坦质能方程。奇点在膨胀的过程中，诞生了一套时间和空间的体系，产生宇宙。宇宙是否继续膨胀下去还是最终再转为收缩，取决于宇宙之内引力和斥力谁占优势。宇宙中的物质（包括正常物质和暗物质）提供引力，宇宙中的暗能量提供斥力。当斥力大于引力，宇宙永远膨胀，引力大于斥力，宇宙膨胀到临界点后转为收缩，最终又回到奇点……
在我们日常生活中有质量守恒和能量守恒，其实严格讲并不准确，质量有可能不守恒，比如核爆炸就是质量不守恒，“丢失”的质量转化成核爆的巨大能量。所以确切的说应该是质能守恒——质量和能量的总和是守恒的：一定条件下，质量和能量可以互相转换，但总量不变。因为宇宙最初的奇点只有能量，所有物质粒子都是从宇宙大爆炸后由能量产生的，所以能量似乎更“根本”一些——物质只是被“高度压缩”的能量。
假设我们这个宇宙是“独立”的——没有其他的宇宙，即便有，我们的宇宙跟别的宇宙也没有质量或能量的交换——从宇宙大爆炸的奇点到今天的宇宙，质量和能量的总和一定守恒，也就是说现在宇宙全部能量和质量之和，按照爱因斯坦质能方程换算后，一定与宇宙大爆炸前的那个奇点的能量是相等的。


奇点是一个令人难以理解的“怪物”，时间和空间蜷曲于其中，在宇宙大爆炸之前，时空尚未展开，奇点根本没有过去和未来，一切物理定律都失效。奇点虽然奇怪，但并非罕见，我们的宇宙中也有奇点，在黑洞的中心。黑洞中的奇点与我们宇宙诞生之源的奇点拥有相同的性质和相同的名字（英语也均为singularity），所以对于我们宇宙创生过程的理解也许可以从黑洞中得到一些灵感和启示。
黑洞是巨型恒星的遗骸。所有的恒星都是核聚变反应炉，不过最终，核燃料耗尽，引力开始起主导作用，恒星会发生塌缩。如果这颗恒星足够大，在自身巨大引力下会被压缩成一个致密的核心，这个核心会失控地塌缩，最终形成奇点。从恒星到奇点，会经历白矮星、中子星等过程，这是一个逐渐“挤干”原子内全部空余空间的过程，到最后原子结构都不存在了，所有的物质在高温下又回归到能量，就是奇点，所以这是一个类似宇宙大爆炸过程的反演。
但这个巨型恒星死亡后产生的奇点，外界不可见，它被黑洞包裹住了。所谓黑洞，即事件视界，是一个二维面，一般是一个球面。我们在安全距离外看不见奇点，只会看见一个“大黑球”，这个黑色的球体就是黑洞。这个“黑球”并不是一个实体的边界，只是一片“阴影”。


火箭能飞出地球需要至少超过一个临界速度，即逃逸速度。原理很简单，只要将地球质量和地球半径代入，就能算出火箭能摆脱地球引力的最低速度。反过来使用这个公式，把恒星的质量和光速代入，也可以得到一个半径，即光线能逃脱该恒星引力的临界半径——史瓦西半径。换句话说，如果一颗恒星被压缩到史瓦西半径以内，恒星表面的光就逃不出去了，也就意味着位于安全距离的我们，是看不见这颗压缩到足够小的恒星的，它被一个球状的“黑影”遮蔽了，这个“黑影”的位置就是史瓦西半径的位置，这个“黑影”就是黑洞。
这个“黑影”并非实体的边界，只是视线的边界，如果物体坠入黑洞，在“黑影”位置不会撞到任何东西，会直接穿过。但光速是全宇宙内的速度上限，一旦落入了这个边界，与宇宙中的其他部分也就切断了联系，会被无情地拉向黑洞中心的奇点。正如在宇宙大爆炸的奇点，物理定律会失效，在黑洞的奇点处，已知的物理规律也同样不再适用。
由地球质量可以计算出地球的史瓦西半径只有1厘米，假设地球由于不明原因被压缩，在压缩到半径小于1厘米时就看不见了，这时在半径1厘米处会出现一片“球状阴影”罩住了地球，原因是处于半径1厘米以内的光线因为引力太大逃不出去，便不能被外界看见，所以我们只能看到一个“球状黑影”——一颗葡萄大小的“小黑球”，这就是黑洞，地球藏在这个颗“黑葡萄”里面，也许只有一颗米粒大小。


以上是教科书中的知识回顾，可以发现我们宇宙中黑洞内的奇点，与我们宇宙创生的那个奇点其实本质是一样的，只是黑洞中的奇点被黑洞罩住了。那如果我们宇宙起源的那个奇点外面也存在一个黑洞呢？
本文从这里开始，需要先做一个说明，在此以后的内容已经超越目前物理学和天文学的知识极限，在不与已有的知识相矛盾的前提下被提出，虽然无法证明，但仍有学者在进行研究，并可以用数学模型进行理论上的模拟。
我们现在的宇宙中全部质量和能量，根据爱因斯坦质能方程，全部换算成质量再相加，会得到一个宇宙总质量。因为质能守恒，这个总质量从奇点时刻到现在，总和肯定是不变的。如果将这个我们宇宙的总质量代入“逃逸公式”，一定可以算出一个“史瓦西半径”，即黑洞的半径。科学已知我们的宇宙还在膨胀过程中，说明宇宙有一个范围，目前宇宙的范围是否还在我们宇宙自己的“史瓦西半径”内呢？


也就是说，有没有可能，我们的宇宙其实是在一个“超宇宙”中的黑洞之内，是由这个黑洞内的奇点膨胀产生的，即我们所说的“宇宙大爆炸”，也许目前我们宇宙的膨胀范围还没有突破我们宇宙自身的“史瓦西半径”，即黑洞范围。在黑洞以内，光都飞不出去，所以我们不可能从我们的宇宙逃出，进入外面的“超宇宙”。如果我们的宇宙膨胀到自身黑洞范围之外，则可以进入“超宇宙”。我们所在的这个黑洞中的宇宙的时空是在奇点膨胀中自己产生的，与外面的“超宇宙”的时空互相独立。
既然我们在“超宇宙”的一个黑洞内，虽然我们出不去，但会把“超宇宙”中其他物质吸进来，就如同我们的宇宙中的黑洞一样。这也就意味着，随着“超宇宙”内其他物质进入我们的黑洞会增加我们所在黑洞内的宇宙的总质量，进而增加史瓦西半径，即黑洞尺寸变大，此外增加的物质也会影响我们宇宙的膨胀速度，因为物质会减慢膨胀，所以也许我们的宇宙膨胀会放慢、停止甚至再次收缩到奇点，回到了最初，我们也就不可能膨胀出这个黑洞，之后这个奇点又再次“试图”膨胀……不断循环。但再次膨胀形成的新宇宙的性质可能会与“上一个宇宙”不一样，包括时空结构和基本物理常数。
在我们这个宇宙中，那些巨型死亡恒星产生的黑洞内，会不会也存在一个“小宇宙”呢？当恒星残骸被压成没有物质只有能量的奇点后，也会反向爆发膨胀，产生一个“小宇宙”，有自己独特的时空结构？随着外界物质不断坠入黑洞，一方面使黑洞的半径增大（史瓦西半径会变大），一方面也会影响到黑洞内“小宇宙”的膨胀速度，导致“小宇宙”膨胀不出自己黑洞的范围，困在黑洞内，甚至又收缩回奇点，然后再次试图膨胀。


黑洞包裹着奇点，奇点膨胀创造一个宇宙，宇宙中的恒星坍塌成为黑洞，黑洞里包裹着奇点，奇点膨胀创造一个宇宙……所以黑洞可能是一个时空的通道，进入另一个宇宙的通道，每一个宇宙有自己的时空，每一个宇宙的基本物理学常数可能也不一样，比如万有引力常数，所以每个宇宙的物理图景也是不一样的。
各层宇宙之间是完全隔离的，藏在各自的黑洞之中，光和信息出不去，但外界宇宙的东西能钻进来（黑洞的性质），这会使这个宇宙质量变大，同理，本宇宙的物质也可以从自己宇宙内的黑洞钻进别的宇宙，使本宇宙的质量变小，所以各层宇宙的总质量并不确定，这导致各层宇宙会继续膨胀下去还是最终开始收缩变得不好说。
我们的宇宙来源于一个奇点在137亿年前的膨胀，我们这个宇宙中有无数黑洞，黑洞中心也是奇点，每个奇点又是一个宇宙，奇点内有宇宙，宇宙内有奇点。环环相套，没有终极……这样的宇宙图景并非完全是科幻小说，也是科学家所做的严肃思考。


霍金等科学家就提出过所谓“膜世界”（brane worlds）的宇宙学理论。其基本思想是，我们的三维宇宙是一个“子宇宙”，它嵌在一个更大的四维宇宙空间中。我们这个三维宇宙被称为“膜”（brane），被嵌入的“母宇宙”被称为“体”（bulk）。我们所知的所有物质和能量形式都束缚在这个三维膜之上，我们的三维宇宙不过是一个四维宇宙的投影，如同电影投影到银幕上，但引力例外，它能渗透到更高维的“体”之中……
想象有四个空间维度的“母宇宙”，可能在我们的宇宙大爆炸之前就已经存在。这个四维宇宙充斥着四维恒星和四维星系。当四维恒星耗尽燃料的时候，就会像我们的三维恒星一样，塌缩成一个四维黑洞，而我们这个宇宙的一切，包括时间，也许就始于这个四维黑洞。
我们这个三维宇宙中的三维恒星坍塌而成的奇点，被一个二维的球形表面遮蔽了，这个球形表面即黑洞。由此引申，四维世界的黑洞是也会有一个有去无回的边界，一旦落入其中连光都无法逃脱，只是四维宇宙里的黑洞表面是三维的。换句话说，因为我们所在的这个宇宙有三个空间维度，因此遮蔽宇宙大爆炸中心奇点的黑洞表面也应该是三维的，我们的宇宙会含在一个四维世界里。宇宙大爆炸的奇点或者说我们的宇宙，被四维宇宙中的一个三维的黑洞永远遮挡着。我们这个三维宇宙其实是在一个四维宇宙中的一个黑洞的内部。


我们137亿年前大爆炸的那个奇点的外部不是空的，是在另一个宇宙中的黑洞的内部，我们这个膨胀的宇宙也仍处于那个黑洞的内部，只不过两个宇宙的维度不同——一个低维度的宇宙“折叠存放”在一个高维宇宙的奇点中。我们觉得自己的宇宙好大，但把我们这个三维的宇宙折叠放在四维宇宙中的一个黑洞中，其实也没有多大了。如同把一叠纸叠在一起并不占地方，但展开却可以很大。
宇宙套宇宙，每个宇宙首先是空间维度不同，所以每个宇宙的图景也不同，每个宇宙会有每个宇宙的生命，生命的形态与所处宇宙的维度有关，生命的认知水平也不会超过其所处宇宙的维度。
这样的宇宙没有上帝的位置，或者上帝就是高维度的生命，对于我们是不可理解的存在，相当于“神”。如同蚂蚁不可能理解人类社会，也不可能了解地球和宇宙一样，因为这超越了蚂蚁神经结构决定的其认知极限。我们所在的这个宇宙是三维，我们这个宇宙可能存在与我们并列的三维智慧生命，也可能有超越三维的生命在第四个维度看着我们，他们属于四维宇宙，我们却意识不到，但也许，因为我们被“封”在一个四维宇宙的黑洞里，所以四维生命也发现不到我们的存在，这个黑洞反而保护了我们……
该理论也会带来一系列的新问题，其中最大的一个问题就是：嵌套的各宇宙维度有极限吗？母宇宙又从何而来？我们所在的宇宙是三维，母宇宙是四维，那母宇宙的母宇宙的母宇宙……可以到无限维度吗？如果你对这个问题还有兴趣，可以了解一下当今物理学的最前沿——“超弦理论”。
关于宇宙的话题，暂且告一段落。我认为在不提数学的情况下，以我有限的能力，关于宇宙的内容能被理解的最深处基本也就在此了。有兴趣和能力的朋友，可以自行进一步学习和研究，我只是抛砖引玉，也欢迎交流。其实，更深的内容我理解的也不够，所以也不敢继续写，我只写我自认为能理解基本到位的……下周的文章将开启新的话题。