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宇宙的演化6——演化的力量

宇宙的演化6——演化的力量

作者: 数元 | 来源:发表于2020-01-28 20:46 被阅读0次

        我们把信息分为四类:状态信息、知识、文化和观念。前两项是客观信息,是人类对宇宙中已经存在的信息进行发现、总结和归纳等;后两项是主观信息,是人类出现之后才有的,是由人类创造和约定的。

        但是,如果从巴别图书馆的角度看,这种分类是没有意义的。因为所有可以用符号表达的信息,在宇宙中都是存在的,或者说这种可能性都是存在的,只是没有被表达出来。不论是已经存在的客观信息,还是我们准备创造的主观信息,一定都能在图书馆中找到一本对应的书。比如一种特定的舞蹈,大自然创造了我们的躯体和头脑,从而让这种舞蹈的创造成为了可能。

        因此,不论是测量一种状态还是推导一则公式,也不论是创造一项艺术还是形成一种观念,其本质都类似于在图书馆中寻找一本特定的书。不论我们把这种搜寻是称为发现、推理,亦或创造、约定,其本质都是一样的。在这样一个图书馆中,发现并不比创造更简单。

知识是解开宇宙奥秘的钥匙

        在人类诞生之前的宇宙,还只有状态信息和知识。宇宙大爆炸创造了时间和空间,信息随着能量的释放、物质的生成而被一起创造出来。在这个过程中,物质越来越复杂,信息也随之呈爆炸式增长。

        这是怎样发生的?是什么样的力量使得这一过程看似是唯一的选择、上帝的决定?

        宇宙是由一个一个状态组成的,每一个时点都会产生一个新的状态,并且后一个状态是由前一个状态演化而来,状态和状态之间会有些微的差别。为什么会产生这样的差别?这种差别是如何从前一个状态中产生的?到底是什么力量决定了这一差别?

        要回答这些问题,就需要掌握一定的知识,知识就是揭示事物变化规律的信息,是用来描述、解释宇宙如何从一个状态演变成另一个状态的。人类获取知识的方法就是:观察——解释——验证。比如古人观察自然现象,于是创造出神话故事进行解释,但是古人缺乏科学的方法进行验证。

        对同一个观察,我们可以提出许多不同的理论进行解释,一个好的理论可以得到更多的证据支持。根据我们的观察,宇宙状态的变化似乎并不是随机的,这种演变背后藏着深刻而简单的规律。正因为如此,解释才有必要,因为一个好的理论解释所揭示的规律,可以用来预测未来,从而指导我们的行为。

        观察、解释、验证三个阶段,人类的进步主要体现在第一和第三个阶段,因为在这两个阶段,人类已经创造了大量的工具和方法来帮助我们观察和验证。至于解释阶段,人类取得的进步并不十分明显,因为我们只能依赖大自然留给我们的头脑,基因为人类演化出了推理能力。计算能力和算法的改进开始在这一阶段崭露头脚,但是人工智能的发展还无法真正替代人类的思考。

        通过观察,人类已经掌握了大量关于宇宙的状态信息,从中我们可以总结出什么呢?

达芬奇设计的永动机

        13世纪,欧洲兴起了建造永动机的想法,这个想法一直持续了几百年,无数聪明才智被投入到这个想法之中,直到20世纪初,美国专利局还受理了不少永动机方案。我们现在知道,永动机是不可能被建造出来的。能量守恒定律告诉我们,能量既不能凭空产生,也不能凭空消失,只能从一种形式转化成另一种形式,或者从一个物体转移到另一个物体。在转化和转移过程中,能量的总和不变。

        任何机械对外做功都需要能量,根据能量守恒定律,要保持这一能量输出就必须从外界不断地输入能量。汽车需要燃烧汽油或消耗电池,人体运动需要燃烧食物消耗生物能,我们使用的所有电器都需要电,电厂的能量主要来自于燃烧煤碳的热能、水的势能、太阳能、风能、核能、潮汐能、地热能等等。

        但是,所有这些能量又是怎样产生的呢?其实,这些能量的大多数都源于基本粒子,比如核能,核裂变是由较重的原子变成较轻的原子释放出巨大能量,而核聚变则刚好相反,由两个质量较轻的原子聚合成较重的原子。

        太阳能是其内部的核聚变产生的能量;地热能主要是地球内部长寿命放射性同位素热核反应产生的能量;燃烧煤碳的热能和生物能都是分子发生化学反应的产物;水的势能和潮汐能是由引力造成的;风能间接也来源于太阳能,由于太阳辐射造成地球表面各部分受热不均匀,引起大气层中压力分布不平衡,空气沿水平方向运动因而形成风。

        如此追根溯源,寻找力量的源泉,我们甚至可以回到宇宙大爆炸的起点,而越往前追溯,我们的无知面积就越大,就会有越多的聪明才智去前仆后继。在这里,人们追寻的不仅仅是能量的起点,也是世界的起源,是一个能解释整个宇宙的简单理论。这就是理论物理学家苦苦在追寻的大统一理论,简称GUT,又称为万物之理。

        到目前为止,科学家认为,微观粒子之间仅存在四种相互作用力,万有引力、电磁力、强相互作用力和弱相互作用力,理论上宇宙间所有现象都可以用这四种作用力来解释。而所谓大统一理论,就是通过进一步研究四种作用力之间的联系与统一,寻找能统一说明四种相互作用力的理论或模型。

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