詩性的宇宙: 一位物理學家尋找生命起源、宇宙與意義的旅程 | 誠品線上

The Big Picture: On the Origins of Life, Meaning, and the Universe Itself

內容簡介

內容簡介 ◎前所未見的科學世界觀著述◎紐約時報即時銷售榜◎票選史上最具影響力的科學類書籍在一個沒有起因、也沒有目的的物理世界中，任何一個人的存在，真的有那麼重要嗎？人類的目標和意義，是否能融入科學的新世界觀？一個人很渺小，生命短暫如蜉蝣，與宇宙相較，我們的身量甚至不如一顆原子和地球的相對尺寸。任何一個人的存在，真的有那麼重要嗎？ 在一次高速公路瀕死經驗中，作者與生命的有限性面對面交鋒。他瞬間深刻感受人類生命的渺小與短暫。 不禁問出：任何一個人的存在，相對於整個宇宙，真有那麼重要嗎？ 蕭恩．卡羅爾身為世界知名物理學家，提出了自達爾文以來科學典範轉移之後，幾乎沒有人可以迴避的重要問題。在本書中，他不單以卓絕智慧處理希格斯玻色子和額外維度的問題，還探討所有人類面臨的最深邃問題，面對世界的基底現實，我們該如何處理以下問題：我們身處何方？我們是誰？我們的生命是否有意義？面對這道哲學問題，作者引導我們看見過去幾百年來接連不斷的發現，如何改變我們的世界，對我們產生深遠的影響。這本書以極大的企圖心，試圖將人類的目標和意義，安置在科學的新世界觀中。 作者以詩意文字與洗鍊文筆，引領我們一探「詩性自然主義」，儘管自然世界只有一個，「詩性」卻提醒我們，談論世界的方式不只一種，宇宙並非某種單一且統一的情節，而是不同層次都有各自適用的描述，而且都是對於現實真實的描述。而我們的任務，就是找到這些不同層級的描述之間的關連性，從而組成一個讓我們安身立命的信念星球。書中50個簡短篇章，充滿耐人尋味的歷史軼聞、旁白省思和嚴謹闡述。卡羅爾以耀眼奪目的獨特手法，鋪陳從達爾文和愛因斯坦，乃至於生命和意識，以及宇宙起源等一波波科學革命所依循的原理原則。 本書是前所未見的科學世界觀著述，這部力作當能在往後歲月與史蒂芬．霍金、卡爾．薩根、丹尼爾．丹尼特（Daniel Dennett）以及愛德華．威爾森（E. O. Wilson）等名家鉅著比肩高據書架。

作者介紹

作者介紹 ■作者簡介蕭恩．卡羅爾（Sean Carroll）加州理工學院的理論物理學家，曾獲多家機構獎項與研究基金，授頒單位包括美國國家科學基金會（National Science Foundation）、美國航太總署、艾爾弗雷德．斯隆基金會（Afred P. Sloan Foundation）、大衛和露西爾．普克德基金會（David and Lucile Packard Foundation）、美國物理學會（American Physical Society）、美國物理聯合會（American Institute of Physics）和倫敦皇家學會（Royal Society of London）。他最近獲頒的榮譽是2015年古根漢基金獎（Guggenheim Fellowship）。卡羅爾著作包括《從永恆到現在》（From Eternity to Here）以及《宇宙盡頭的粒子》（The Particle at the End of the Universe）。他和作家妻子珍妮芙．威雷特（Jennifer Ouellette）住在洛杉磯。■譯者簡介蔡承志

產品目錄

產品目錄 緒論／Prologue第一篇：宇宙／PART ONE: COSMOS1 現實的基本本質／The Fundamental Nature of Reality2 詩性自然主義／Poetic Naturalism3 自行運轉的世界／The World Moves by Itself4 後續事項的決定因素為何？／What Determines What Will Happen?5 事發理由／reasons why6 我們的宇宙／Our Universe7 時間之箭／Time's Arrow8 記憶和起因／Memories and Causes第二篇：理解力／PART TWO: UNDERSTANDING9 認識這個世界／Learning about the World10 更新我們的知識／Updating Our Knowledge11 凡事質疑好嗎？／Is It Okay to Doubt Everything?12 現實浮現／Reality Emerges13 哪些是真正存在的，哪些則是錯覺／What Exists, and What Is Illusion?14 信念行星／Planets of belief15 接受不確定性／Accepting Uncertainty16 若不實際投入檢視，我們對世界能認識多少？／What Can We Know about the World without Actually Looking at It?17 我是誰？／Who Am I?18 綁架上帝／Abducting God第三篇：真髓／PART THREE：ESSENCE19 我們知道多少／How Much We Know20 量子國度／The Quantum Realm21 詮釋量子力學／Interpreting Quantum Mechanics22 核心理論／The Core Theory23 構成我們的原料／The Stuff of Which We Are Made24 日常世界的有效理論／The Effective Theory of the Everyday World25 為什麼有宇宙？／Why Does the Universe Exist?26 肉體和靈魂／Body and Soul27 死亡就是終點／Death Is the End第四篇：複雜性／PART FOUR：Complexity28 一杯咖啡裡的宇宙／The Universe in a Cup of Coffee29 光和生命／Light and Life30 灌注能量／Funneling Energy31 自發組織／Spontaneous Organization32 生命的根源和目的／The Origin and Purpose of Life33 演化的自啟動作為／Evolution's Bootstraps34 遍搜地貌景觀／Searching through the Landscape35 突現的目的／Emergent Purpose36 重點在我們嗎？／Are We the Point?第五篇：思想／PART FIVE：Thinking37 蔓生形成意識／Crawling into Consciousness38 喃喃自語的腦子／The Babbling Brain39 是什麼在思考？／What Thinks?40 困難問題／The Hard Problem41 殭屍和傳說／Zombies and Stories42 光子有意識嗎？／Are Photons Conscious?43 什麼作用於什麼之上？／What Acts on What?44 選擇的自由／Freedom to Choose第六篇：關懷／PART SIX：Caring45 三十億次心跳／Three Billion Heartbeats46 現狀和應有的狀況／What Is and What Ought to Be47 規則和必然結果／Rules and Consequences48 建構良善／Constructing Goodness49 傾聽世界／Listening to the World50 存在主義治療／Existential Therapy附錄：你和我的基底方程式／The Equation Underlying You and Me參考資料／References深入閱讀／Further Reading感謝詞／Acknowledgments中英對照／Index

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試閱文字

內文 : 第一篇：宇宙／PART ONE: COSMOS


6 我們的宇宙


沒有哪件事情會像思忖宇宙那麼能釐清人類的處境了。當你舒服地端坐客廳，手持一杯酒和一本好書，你大概猜不到左鄰右舍正在發生的事，其實是受到整個宇宙演化的戲劇性影響。我們在地球這裡生活的許多最重要特徵──我們關於時間流逝的概念、因果關係的存在、我們對於過去的記憶，還有對於未來的自由抉擇──追根究底全都是接近大霹靂時期的條件所造成的後果。為了明瞭整體全貌，我們必須先把自己擺進宇宙情境的脈絡。


我們仰望夜空時很難不感到悸動。眼前完全黑暗，遠離人類無孔不入的文明燈火，漆黑背景閃現千萬星辰、數顆行星，以及橫掃天際的壯闊銀河系。還有，要想根據我們觀天所見來掌握住宇宙的真正範圍，也是很難辦到的。我們感受不出比例尺度，沒有熟悉的路標來對照且評斷大小和區隔。恆星和行星看來十分相像，即便如今我們知道它們其實相當不同；恆星看來和太陽大相逕庭，不過如今我們知道，它們是非常類似的。


難怪古代宇宙學家構思宇宙理論時，都以他們認識最深的事物為樞紐支點：即他們自己。縱貫歷史各個文化都設計出好幾種宇宙虛擬情節，而這些設想通常有的共通信念，就是認為我們的家園──地球，不知道為什麼就是非常特別。有時地球位於一切的中央，有時位於基底，而且地球在創世的作用或是創世神祇的心目中，還具有特別重要的意義。不論如何，大家的共通信念是：我們在萬物恢宏的體制中具有很重要的影響。


到了16世紀，義大利哲學家暨神祕主義者焦爾達諾．布魯諾（Giordano Bruno）才率先提出太陽只是眾多恆星之一的主張，並認為地球是環繞恆星的眾多行星之一。1600年，布魯諾在羅馬以異端罪名遭火刑處決，死前舌頭遭鐵刺穿過，下頜以鐵絲封口。他的宇宙學推測或許並非最惹教會反感的部分，不過卻對他沒有絲毫幫助。


如今我們對宇宙的尺度已有很深入的認識。布魯諾的方向是正確的：從宇宙宏觀層面來講，沒有跡象顯示我們有絲毫重要的影響。


＊


我們宇宙的現代面貌，是以天文學家所蒐集的資料煞費苦心拼湊而成的，而且他們帶回的結果，還經常與當代傳統理論智識扞格不入。距今一世紀之前，愛因斯坦在1915年最後修訂完成他的廣義相對論，根據理論構思，時空本身是個動態物件，其曲率產生出我們所稱的重力。而在那之前，我們可以很確實地說，我們對於宇宙真正的大尺度布局幾乎一無所知。昔日我們認為時空是絕對的、永恆的，並與牛頓力學和諧一致。只不過天文學家就銀河系的看法出現分歧，有人認為銀河是宇宙間的唯一星系，也有人認為它只是無數星系當中的一個。


如今基礎業已完善確立。我們眼中所見橫跨黑暗夜空的銀河是個星系──是個在相互重力引力影響下繞軌運行的行星集群。銀河系所含恆星數很難精確點算，不過其總數超過千億。銀河並非獨一無二；在可觀測太空中，我們至少可以找到一千億座星系，並且大體來講，其尺寸約略與我們所屬星系相當（巧的是，千億數量也是人腦神經元數的約略值）。有關相對較近恆星的最新研究顯示，它們多數都擁有某種行星，而每六顆恆星或許就有一顆擁有一顆「類地」行星繞行運轉。


以星系在太空中的分布狀況來說，最搶眼的特徵或許就是我們看得愈遠，天體分布也愈發均勻。從非常大的尺度來看，宇宙極端平滑且無絲毫特徵。沒有中心、沒有上下、沒有邊緣，也完全沒有偏好的位置。


把所有材料散置太空各處，廣義相對論說它不會就只逗留在那裡。星系會彼此拉扯，宇宙必然從比較緻密的狀態對外膨脹，或者從較低密度的狀態向內收縮。1920年代，愛德溫．哈伯（Edwin Hubble）發現我們的宇宙確實逐漸膨脹。以那項發現為前提，我們就可以秉持理論知識外推，反向追溯時光。根據廣義相對論，若我們持續逆向播放早期宇宙的影片，最後就會來到一個奇異點，那裡的密度和膨脹率都逼近無窮。


這個情節由比利時神職人員喬治．勒梅特（Georges Lemaître）發展成形，並把它命名為「初始原子」（Primeval Atom），後來被稱為「大霹靂模型」。該模型預測，早期宇宙不只比較緻密，也比較熾熱。由於熱度和密度極高，因此會像恆星內部那般發光，而且時至今日所有輻射也應該依然遍布太空，隨時可由望遠鏡偵測發現。這正是1964年那個命中注定的春季所發生的現象。那時候，貝爾實驗室（Bell Laboratories）天文學家阿諾．彭齊亞斯（Arno Penzias）和羅伯特．威爾遜（Robert Wilson）偵測出宇宙微波背景輻射，即早期宇宙殘留的光，不過隨著宇宙膨脹，業已冷卻下來。如今其溫度比絕對零度以上三度稍低一些；那裡是一片寒冷的宇宙。


＊


談起「大霹靂模型」，我們必須小心區辨模型和「大霹靂」本身的差別。前者是極其成功的可觀測宇宙演化理論；後者則是一段我們幾乎一無所知的假設性瞬間。


大霹靂模型不過就是種構思，認為約一百四十億年前的宇宙所含物質極端熾熱，緻密堆積，在空間中幾乎完全均勻地延展，而且以極高速膨脹。隨著空間膨脹，物質便被稀釋且逐漸冷卻下來，恆星和星系也在重力無情的拉扯下，從平滑的電漿形質凝集成形。不幸的是，早期電漿實在太過熾熱與緻密，且基本上並不透光。宇宙微波背景披露宇宙最早變得透明時的模樣，不過更早之前，我們就沒辦法直接看到了。


大霹靂本身依廣義相對論預測是個短暫時段，並非某個空間位置。它並不是物質爆炸擴散進入既存虛無空洞，而是整個宇宙的開端，所有物質整個平滑滿布空間各處。那是在沒有瞬間時刻之前的瞬間：沒有空間，沒有時間。


還有它也大有可能不是真的。大霹靂是廣義相對論的一項預測，然而密度無限大的奇異點，卻也正是我們預料廣義相對論會失靈的地方──奇異點位於理論應用的範圍之外。最起碼，量子力學在這種狀況下應該會變得極端重要，而廣義相對論純粹就是種古典理論。


所以大霹靂並沒有真正標誌出我們這處宇宙的開端，而是標誌出我們理論認識的終點。我們以觀測資料為本，擬出一個非常好的構想，推斷出大霹靂過後不久發生了什麼事。微波背景輻射非常明確地告訴我們，幾十萬年過後的局面形勢，而大量輕元素則告訴我們幾分鐘過後，當宇宙身為一座核融合反應爐時它所產生的作用。不過大霹靂本身是個謎。我們不該把它想成「時間開端的奇異點」；它是註記一個時間片刻的標籤，而那個瞬間，目前我們還不瞭解。


＊


自從宇宙膨脹被人發現以來，有關宇宙未來命運的問題，就一直讓宇宙學家耽溺沈迷。宇宙會不會永遠膨脹下去，或者最終會逆轉收縮，觸動最後的「大崩墜」？


就在20世紀結束之際，一條重大線索出現了。1998年，兩隻天文學家團隊宣布宇宙不只是正在膨脹，而且還逐漸加速膨脹。倘若你專注測定某遙遠星系的速度，過了幾百萬年或幾十億年再回頭測定一次，便會發現它這時是以更高速度向遠方離去（天文學家當然沒有這樣做，而是比較不等距離外星系的速度）。倘若這種狀態永遠持續下去──看來很有可能──宇宙就會繼續膨脹並且愈來愈稀薄，而且永無止境。


一般來講，我們料想宇宙膨脹會逐漸減緩，因為星系間的重力會把它們拉扯在一起。然而，觀測結果並非如此，這肯定肇因於某個超出我們所知物質之外的事物。罪魁禍首到底是誰，有個嫌犯非常顯眼且罪證確鑿，即真空能量（vacuum energy）；它是由愛因斯坦發明，並被稱為宇宙常數（cosmological constant）。真空能量是空間本身的一種固有能量，它持續保持恆定密度（每立方釐米所含能量數），就算空間膨脹也不改變。由於廣義相對論中的能量和時空會產生交互作用，因此真空能量永遠不會耗盡或消失；它會永無止境地持續推動。


當然了，我們並不能確切得知它必然持續推動不止：我們只能從理論來外推未來情況。不過這是有可能的，而且就某層意義來講，讓加速膨脹永無止境地持續進行，也是最單純的。


這就為我們這處宇宙的未來帶來些許孤寂。如今的夜空生機盎然，充滿閃亮星辰和燦爛星系，但那不會永遠持續；恆星會用盡燃料，最終會消失變暗。天文學家估計，最後一顆黯星會在距今約千兆年（1015）後熄滅。到時候，其他星系早都遠去，我們的本星系群則會分布著行星、死寂恆星和黑洞。行星和恆星會逐一落入黑洞，接著黑洞會合併成一顆超大質量黑洞。到最後，誠如史蒂芬．霍金（Stephen Hawking）教導我們的，就連那些黑洞都要蒸發。約一古戈爾（10100）年後，我們的可觀測宇宙間的所有黑洞，都會蒸發成一片稀薄的粒子雲霧，而且隨著空間繼續膨脹而愈發稀釋。最後，我們這處宇宙最可能的未來情節，就是剩下一片寒冷的空無空間，而且名符其實地會永遠延續下去。


＊


我們很小，宇宙很大。每每思及宇宙尺度就很難設想，我們存在地球這裡，對宇宙整體的目的或命運能發揮什麼重要影響。


當然了，那只是我們所看到的。宇宙可能無限大；也可能只比我們觀測到的稍微大一些。我們可觀測空間的特有均勻屬性，有可能向外無止盡地延伸下去，也或許其他範圍與我們這片區域極端不同。就可觀測宇宙之外的領域發表見識，應審慎為之。


宇宙最搶眼的特徵，就是在空間上的均勻性和時間上的戲劇性演化形成強烈對比。我們棲居的宇宙似乎有很明顯的時間失衡：從大霹靂到現在這約一百四十億年間，也或許包括從現在到最後未來那段無盡歲月。就我們知識所及，根據一種合理的觀點，我們生在宇宙史上一段生機蓬勃的年輕時期──而那個宇宙史的大半時期都會很寒冷、黑暗、空無。


為什麼這樣？說不定有個較深層的解釋，也或許事情就是這樣。現代宇宙學家充其量只能把這些宇宙觀測特徵當成線索，用來探測其最終本質，並持續嘗試把這所有事項納入一幅較廣博的布局。這沿途有個關鍵問題，為什麼宇宙間物質歷經數十億年的演變後，最終創造出我們？

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