在“有序的混乱”中，宇宙诞生

本文转自：解放日报

在“有序的混乱”中，宇宙诞生

圭多·托奈利

《宇宙创世记》[意]圭多·托奈利 著施宏惠 译上海三联书店 ■圭多·托奈利

欧洲核子研究中心于2008年9月10日启动了大型强子对撞机（LHC），利用其模拟大爆炸发生后的原始宇宙形态，进一步揭开宇宙演化的秘密。

《宇宙创世记》一书的作者，就是LHC发现希格斯玻色子项目的主要参与者。本书一经出版，就成了意大利国民级别的畅销书。

本文摘自书中，有删节。

科学的话语首先要求摒弃一切形式的偏见。真正的探险家不惧怕意外，相反，他们迫不及待地要面对完全出乎意料的现象。就像希腊神话中的阿尔戈英雄那样，他们启航去寻找金羊毛，更多的是出于好奇，而非为了奖励。他们寻求的不是安宁，相反，他们热爱冒险。

在我们踏上通往世界起源的旅程时，那些指导我们日常生活的概念，例如事物的持存、周遭的和谐带给我们的安心，必须立即抛却。我们再不能用“秩序宇宙”（cosmo）一词来指代“宇宙时空”（universo）。因为使用cosmo一词时，一切在我们看来都属于一个有序且规律的系统，这在我们的心目中，和“混沌”（caos）这种无序状况，可是大相径庭的。

我们寓居在薄球壳之上，为日常生活所塑造，受制于从周遭习惯性地看到和经历的东西，于是很自然地想，支配我们生存的法则，在宇宙其他每个角落都存在。日夜规律轮转，月相圆缺往复，季节轮回更替，天穹总是为星星照亮，我们着迷于这些现象，于是设想类似的平衡无处不在。但事实并非如此——恰恰相反。

我们已经在这里生活了几百万年，但比起任何主要宇宙过程的周期，我们的生命都无限短暂。我们生活在一个温暖的岩石星球上，这里富含水，有宜人的大气层和仁慈的磁场包围和保护。磁场就像某种能吸收紫外线的魔毯，保护我们免受宇宙射线和粒子群的破坏性影响。我们的母星太阳是一颗中等大小的恒星，位于我们所在的银河系的一个非常宁静且相当边缘的区域。整个太阳系做着缓慢的轨道运动，位置可说是在距银河系中心26000光年的地方。这是个安全的距离，因为银河系中心潜伏着一个怪物般的黑洞，这东西比太阳重400万倍，能摧毁周围成千上万颗恒星。

如果继续仔细观察那些涉及表面上平静不动的天体（如恒星）的现象，我们还会偶遇令人难以置信的物体，并发现大量物质都有非常古怪的行为表现。

其一就是“脉冲星”（pulsar），这种物体黑暗而致密，是将一两个太阳的质量集中在了半径约10千米的范围内。无数的中子被脉冲星的引力束缚，引力将它们压扁、压缩并试图粉碎，而整颗脉冲星飞速自转，产生巨大的磁场。

更不用说“类星体”（quasar）和“耀变体”（blazar）了，它们是在某些星系中心咆哮的超大质量天体。还有质量极其夸张的黑洞（高达太阳的数十亿倍），能够吞噬一些倒霉的恒星，用它骇人的引力场俘获它们。这种发展了百万千万年的“死亡之舞”，从地球上就能观察到，因为盘旋着坠入深渊的物质会扭曲、分解，并最终发射出我们的探测器能够识别的高能射流（getti）和伽马射线。

这些奇怪的天体，中子星和黑洞，是整个“秩序宇宙”中经常发生巨大灾难的原因。今天，人们可以非常精确地研究它们，甚至已经看到它们相互碰撞，使时空震颤，并产生从数十亿光年之外来到我们这里的引力波。

但我们不用看这么远，就能明白“秩序”宇宙的表象之下，隐藏着怎样的“混沌/混乱”。只需仔细观察太阳的表面：它看似一颗安静的恒星，平静地照亮我们的日子；可一旦近距离观察，它就变成了一个复杂而混乱的系统，由无数的热核爆炸、对流运动、骇人质量的周期性振荡、被强大的磁场投射到周围的等离子流组成。

在我们这颗恒星内部，有提坦巨神般的力量在彼此冲突，一场持续了无数年的战役，已经宣告了一名胜利者：引力。而数十亿年之后，随着核燃料的耗尽，引力最终会成功地粉碎、压扁太阳的内层，使其坍缩。中央核心将被压缩，而最外层会开始膨胀，直至到达水星、金星和地球，将它们瞬间蒸发。

这是因为，从远处看，高度混乱的系统可能会显得有序且规律。同样的情况也发生在观测的另一个极端——无限小的世界中。

如果仔细观察最闪亮、最光滑的表面，你会立即被物质基本成分的混乱舞蹈所震撼：它们以疯狂的速度波动、振荡、相互作用、改变性质。构成质子和中子的夸克和胶子在不断地改变状态，与彼此、也与围绕它们的无数虚粒子（virtual particle）相互作用。微观层面的物质不可阻挡地遵循着量子力学定律，受偶然性和不确定性原理的支配。没有什么是静止的，一切都在不断变化的各种状态和可能性中沸腾。

而一旦我们观察大量的这些粒子，一旦结构变得宏观，调控这种动态过程的机制就会近乎魔法般地获得规律性、持久性、秩序性和平衡性。在所有可能方向上发展的随机微观现象，一旦以惊人的数量叠加，就会产生有序和持久的宏观状态。

也许是时候引入一个新概念，来描述这个确乎属于结构性的情况了：“宇宙混沌”（caos cosmico，即“有序的混乱”）。这可能是恰当的矛盾修饰法，可以将宇宙时空中相互追逐着玩捉迷藏的两个实体联系起来。在探索基本粒子世界中最微小的凹陷时，我们会发现这种游戏；而当观察恒星或庞大结构（如星系或星系团）的中心正在发生什么时，它也会表现出来。

要理解宇宙的诞生，我们必须抛弃对秩序的偏好以及其他好些东西。我们将踏上一段仅凭想象力引导的旅程，它会运用大胆的概念，令最富幻想的科幻故事变得平淡无奇。在这段旅程中，我们将了解那些永远地改变我们世界观的理论。到最后，我们也许会发现，自己已经变得与最初不同。