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我们生活在最危险的世纪
来源于:我喜悦推荐时间:2018-04-08 14:05:00
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作者:苗千

马丁·里斯男爵(Martin Rees, Baron Rees of Ludlow)是目前英国科学界最具代表性的人物之一。他本科毕业于剑桥大学数学系,之后选择天体物理学研究。他的大多数的科研时间也在剑桥大学度过,在天体物理学领域取得了杰出的成就,着有超过500篇科学论文,对于宇宙微波背景辐射的起源做了很多重要的研究工作。他也是研究银河系和类星体性质的权威人物。在2005年至2010年间,他担任了英国学术最高机构——英国皇家学会(Royal Society)的会长。他还曾经在2004年至2012年间担任剑桥大学着名三一学院的院长。

作为一位理论天体物理学家,近年来马丁·里斯越来越多地开始作为一位公众人物向大众做讲座和撰写科普书籍。他在2003年出版了《我们最后的世纪:文明能否在21世纪幸存?人类能否在21世纪幸存?》,呼吁人们认识到在21世纪整个人类文明所面临的前所未有的威胁。

本刊记者在剑桥大学三一学院、马丁·里斯的住处对他进行了专访。21世纪已经过去了17%,距离他当初出版《我们最后的世纪》一书也已经过了十几年。已经70多岁的马丁·里斯仍然在进行科研工作,他对于人类天文学研究的未来有什么憧憬,对于人类的未来又有什么看法?他是否已经改变了主意,或是依然认为21世纪是对于人类文明来说最危险的世纪?

英国皇家学会会长、天体物理学家马丁·里斯多重宇宙理论,会不会变成一种“宗教”?

三联生活周刊:宇宙暴涨理论(inflation)一直是天文学领域的一个热门话题,它有很多支持者,也有人对此持怀疑态度。你认为人类会在近期发现宇宙暴涨的证据吗?

马丁·里斯:宇宙暴涨是一个关于极早期的宇宙形态变化的想法,它可以解释一些现象,比如说为什么宇宙各处这么平均和类似,这仍然是一个推测性的想法。因为当时的宇宙条件非常极端,当时粒子的能量比现在人类在粒子加速器里能够制造出的最高的粒子能量还要高出几十亿倍,所以在这种条件下的物理学还不确定,宇宙暴涨理论还只是推测性的。但是我想我们通过宇宙学观测,会对早期的宇宙形态了解得越来越清楚。比如说通过宇宙微波背景辐射的波动状况做出各种探测。

宇宙暴涨理论是目前我们解释早期宇宙发展的最好的理论,虽然在某些方面它得到了验证,但是它仍然不是一个确凿的科学理论。这和我们对于恒星和星系的理解就截然不同了,因为我们在实验室里对于原子物理学和核物理学的理解已经比较深刻了(因此可以对恒星和星系发展的过程了解得比较详细)。可以说宇宙暴涨理论是目前最有希望的理论,当然也有物理学家坚持认为想要理解早期宇宙的状态,我们需要有融合了量子力学和相对论的大统一理论。

三联生活周刊:如果你可以选择,而且必须选择的话,你认为宇宙是怎么样的一种存在模式?

马丁·里斯:我想我们现在已经有了一个推测性的宇宙暴涨理论。最近10年里,宇宙学研究中一个很重要的进展就是理解了宇宙后来的演化进程。我们以误差不超过1%的精度理解了宇宙大爆发138亿年之后的宇宙状态。我们也理解了宇宙的构成,我们意识到在宇宙中普通物质和暗物质的总量,我们也理解除了引力之外,在宇宙中还有一股奇怪的力在推动着宇宙加速膨胀(暗能量),这有可能就是爱因斯坦所说的宇宙常数(cosmological constant)。我们已经认识到了目前宇宙中最重要的一些相互作用,也理解了宇宙的成分,即便如此,要对宇宙的未来进行任何预测都不大靠得住。

当然了,对于宇宙的最简单的预测,就是它将会永久地保持膨胀趋势,最后到达一个空洞、冰冷的状态。当然了,这种情况也可能不会发生,因为促使宇宙加速膨胀的能量我们还完全不了解,也许它还会成为吸引力。另外一个让我感兴趣的话题,就是物理实在的极限在哪里,所有的时空究竟有多大?我们能够通过望远镜所观测到的宇宙范围是无与伦比的宽广,但它也是有限的,因为这最终是由在宇宙大爆炸之后有多少光能够到达我们这里所决定的。从这个角度来说,有一个宇宙的“圆球”围绕着我们,这是我们能够做出的观测的极限——但这并不是物理实在的极限。你只是大洋中的一艘小船而已,你肯定不会认为在你看不到的地方,海洋就不存在。所以我们估计,宇宙中无法观测到的星系的数量,要远远比我们所能观测到的星系数量更多。从这个角度来说,时空的范围要比我们所能观测到的广阔得多。

这还不是全部。我们所能观测到的广阔宇宙,还有我们所不可能观测到的宇宙部分,都还只是宇宙大爆炸发生之后所产生出的后果。那么就还存在另外一个问题:我们的宇宙大爆炸是唯一的一次宇宙大爆炸吗?会不会还存在其他的宇宙大爆炸,产生出了其他的时空领域,与我们的宇宙完全不同?这就是我们通常所说的“多重宇宙”(multiverse)。当然了,这也还只是一种推测,但是目前有一些理论,包括根据俄罗斯宇宙学家安德烈·林德(Andrei Linde)的推测,会有所谓的“永恒暴涨”(意思是说只要宇宙暴涨曾经发生过一次,那么它就会在宇宙的某个区域不断地发生,成为永恒暴涨),会有更多的宇宙大爆炸。从这个角度来说,物理实在的概念就更广阔了。

这又引出了另外的一个问题:如果经由不同的宇宙大爆炸产生出了不同的宇宙,它们与我们这个宇宙的物理定律会相同吗?比如说弦理论就预测,真空存在有不同状态,其中可能存在不同的物理定律。这样我们就可以想象,由完全不同的物理定律所支配的完全不同的宇宙,这就会使宇宙学变得无比复杂,我们根本无法理解,但这是可能的。

三联生活周刊:你是从什么时候开始倾向于支持多重宇宙理论的?

马丁·里斯:我不会说我支持多重宇宙理论,我只是说我认为这是一个选择,值得去认真考虑的一种可能。有些人压根就不去考虑多重宇宙的可能性,因为他们根本不喜欢这个想法。但是问题在于,宇宙完全没有理由按照我们所喜欢的方式构建。有些人喜欢认为,这个宇宙足够简单,因此我们可以充分理解它,最终找到充分的数学手段来描述它——但是它也有可能更复杂。因此我肯定会考虑多重宇宙理论,并且想象有被完全不同的规则所支配的宇宙,不允许复杂生命的出现,这是一种可能性。

就像是历史学家们经常问的那些假设性的问题,比如如果欧洲人并没有发现美洲大陆会发生什么、如果中国在16世纪向欧洲扩张会发生什么,思考这些假设性的问题是有意义的,而且思考这类问题也有助于我们想象,其他形式的宇宙可能是什么样的,即使这并不真实。当然还有另外一种可能,就是这些宇宙是真实存在的。我想开始认真思考有这种可能性的理论物理学家的数量越来越多了。一开始这只是被认为是一种非常特殊的想法,但是现在越来越多的科学家认为多重宇宙理论就是真实的情况。我个人认为我们应该去探讨这些想法,但是我也不赞同对这样的想法过于狂热,因为我们现在还并不完全清楚。

三联生活周刊:宇宙学家们所说的多重宇宙理论,与量子物理学家——从休·埃弗莱特三世(Hugh Everett Ⅲ)开始所讨论的所谓量子力学领域的多重宇宙,有没有相似之处?

马丁·里斯:这两者是不一样的,是完全不同的想法。它们有可能都不成立,或者只成立一个,或者两个都成立。埃弗莱特的想法是目前最能够解释量子力学的一个方法,但是从这个理论出发会得出结论,所有的宇宙都是被同样的物理定律所支配的,这(和宇宙学家们所说的多重宇宙理论)不完全一样。当然这也是另一个例子,很多人只是认为这个想法过于复杂,所以他们就不去认真考虑。问题在于,这个宇宙没有任何理由不变得过于复杂。我们做研究时当然都会从最简单的理论入手,但是你不能期待最简单的理论总是正确的。爱因斯坦曾经说过,你应该让事情变得尽可能地简单,但不是过于简单。

三联生活周刊:如果我们始终找不到关于多重宇宙理论的天文学证据,它会不会变成一种“宗教”,从而造成天文学界的分化呢?

马丁·里斯:这种情况只有在人们有非常强烈的信仰的情况下才会发生,但是就像我之前说的,天文学家不应该有非常强烈的信仰。他们应该意识到存在着各种不同的可能性,都应该尽可能地尝试。对于某一种理论怀有非常强烈的信仰是一种赌博,因为没有相关的证据。对于弦理论也是一样。我对弦理论并不太熟悉,它也是一种可能的想法,它也有可能是错误的,同时也还有其他理论,比如说圈量子引力(loop quantum gravity)理论。它们有可能是正确的,也有可能是错误的。另外的一个问题在于,即使它是正确的,也有可能因为太复杂而让我们无法理解。在弦理论中所展示出的物理学是非常复杂的,所以有可能即使它是正确的理论,我们也没有办法证实。

弦理论的支持者们相信空间在普朗克尺度下无法被再分,因为更多的维度,让空间显示出非常复杂的结构。在10-33米的尺度下,量子效应和引力效应相遇了。但是在这种尺度下我们也根本无法进行直接观测,因为这远远小于原子核的尺度。因此想要去验证弦理论,我们只能计算它对于我们能够观测到的粒子可能产生出什么的后果。或许在这个世纪里我们就能做出这样的观测——即使它是对的,我们可能也要花费很长的时间才知道它是对的。

物理学家恩里科·费米

NASA计划研制的“发条探测车”能够在数周内持续在金星表面收集和传送珍贵的勘测数据地外文明在哪里?

10年到20年之内就有机会知道

三联生活周刊:你现在对于费米悖论(Fermi Paradox,物理学家恩里科·费米在1950年提出问题:如果在银河系中存在着大量先进的地外文明,那么为什么人类无法发现任何证据)有没有自己的推测或是答案?它们(地外文明)都在哪儿呢?

马丁·里斯:这当然是一个非常有意思的话题,而且变得越来越尖锐了。现在我们有越来越确凿的证据显示,在我们的星系里可能存在着数十亿的类似于地球的行星。而现在我们并没有任何关于地外智能生命的清晰证据,但是对于这一点我们也不应该表现得太惊讶。因为现在我们已经理解了进化和达尔文的自然选择学说。我们仍然不大清楚关于生命的起源,我们还不大清楚如何通过非常复杂的化学反应过程,产生出可以自我复制和进化的生命体。我们不知道这到底是怎么发生的,同时我们也不知道这在宇宙中是不是一个非常罕见的事情。或许这只是在地球上发生了,或许这在宇宙中很普遍。

我想或许在10年以内我们就能得到这个问题的答案,因为现在有很多人在为这个问题而努力。或许我们也可能发现在其他类地行星上有其他的生命形式。我们现在还没法验证,因为它们离我们太远了,看起来太黯淡。但是下一代的,由欧洲天文学家建造的39米直径的太空望远镜,应该可以看到在临近恒星周围的行星上有没有类似于地球的生物圈。所以我想我们在10年到20年之内就有机会知道在我们附近的行星上有没有生命存在。

当然,这里说的是简单的生命形式。另外一个问题是,简单的生命形式有多大的可能进化成为复杂的、有智慧的生命形式。当然有些人认为生命进化得越来越复杂并且具有智慧是无法避免的过程,但是也有人认为这只是由一系列的偶然和意外事件造成的。如果我们在地球上重新开始一次进化过程,如果当年的恐龙没有被一颗小行星毁灭掉,那么在地球上哺乳动物就根本没有机会出现。所以说我们并不知道。在出现简单生命的问题上存在着不确定性,在简单生命能否进化成复杂生命的问题上同样存在着不确定性。

而且当我们说到“生命”,也有可能指的是“技术性”的生命形式(指无机的人造生命形式)。尽管我们目前还没发现有任何智慧生命的信号,我倒是很热衷于在太空中寻找智慧生命,尽管知道这是一种赌博。我想即使我们在宇宙中发现了智慧生命的信号,我也不大相信它会是来自于像是人类一样的文明形式。我想它们可能会来自电子机器,也就是我以前提到过的“无机生命”。这也只是一种推测,我的理由在于,如果我们想一想在地球的未来会发生些什么,我们知道在地球上我们花费了40亿年的时间,从简单的生命形式进化到了现在的形态,我们也知道,可能只需要几个世纪的时间,机器就可能超越人类文明。当然,对于这些电子机器来说,它们并不需要大气层,它们也可能更喜欢没有重力的环境,这样才更方便制造出更大的机器。所以说在几个世纪之内,可能这种生命形式就会取代人类。

想一想我们的太阳系,它刚刚经历了40亿年,它还有60亿年的时间——我们看一下太阳系内的模式,用40亿年的时间发展出智慧文明,然后用几千年的时间发展出“无机生命”文明,在这之后的几十亿年时间里,可能就会由机器来接管一切了。从这一点上来说,像我们这样的有机体构成的生命做技术工作,可能只是一个极短的阶段。这说明什么?如果在其他的一颗行星上,也发生了类似于地球上的进化,这不大可能同时进行,它有可能落后于地球,那么我们可能观测到在其他行星上面的生命痕迹;另一方面,如果它超前于地球,那么我们观测到的可能是电子机器,或是其他我们无法理解的文明形式,这种形式更可能长久地存在。

我想这是我们必须面对的一种可能。当然对于费米悖论来说,我们也不知道外星生命如何显示自己的存在,他们也有可能并不喜欢进行星际旅行,只能说目前还没有任何高等智慧生命的痕迹,或者我们还没有发现。我们也可以怀疑在太阳系内的一些天体可能是人造的,我们可能曾经被外星生命拜访过;我们也可以想象在宇宙中一些极大尺度的结构是人造的。就像猴子没办法理解量子理论一样,也有可能我们目前还无法理解更高等文明所使用的物理学。这值得我们花时间,观测宇宙中有什么东西看上去不那么“自然”。对于中国人来说,你们刚刚在贵州建造了500米口径球面射电望远镜。我了解到那里的工作人员会花一些时间用它来寻找地外文明的信号——这有可能让中国在这方面的研究取得领先优势。

三联生活周刊:你认为人类未来的太空探测项目相比于现在会有哪些进步?

马丁·里斯:中国有一个探月项目,要首次探测月球的背面。我想,随着人类机器人研究的不断进展,人类越来越不需要把宇航员送上太空了。在未来,人类进入太空很可能会成为一种昂贵又危险刺激的运动。而人类可以让机器人为人类在月球上建立探测基地,而且我们知道,月球背面是一个非常好的地方来设置射电望远镜。因为在太空探测中有大量的干扰来自于地球。如果你在月球背面设立观测站就可以完全摆脱掉来自地球的干扰。中国政府可以把这定为一个长远目标。而且在月球背面进行发射的成本也会更低。

另一方面,当机器人技术更加成熟之后,我们可以让机器人建造非常大的太空基地。在太空里我们可以让机器人在零重力的条件下建造起非常大的能量接收装置或者大镜面,比如说直径达到一公里的太空探测望远镜。在地球上,人类担心机器人抢走人类的控制权,但是在宇宙空间中完全不适合人类生存,我们可以让机器人来完成绝大多数的工作。我想,在这个世纪以内,我们就会拥有大型的空间站和极大的空间望远镜。而中国很可能在这场比拼中取得领先的优势。中国在人工智能、太空探索等领域都有很多长远规划。

三联生活周刊:在你的一个讲演中,你展示了一张图片,一条蛇咬住了它自己的尾巴。你也说过,星系只是宇宙中的原子。这只是一种比喻,还是你确实认为极大尺度在某种程度上与极小尺度是相同的吗?

马丁·里斯:这只是一个比喻。我想说明的是,量子理论和广义相对论是在完全不同的尺度下发挥作用。而大多数情况下,两者并没有交集。如果你是一个化学家,你只需要考虑量子力学的效应,而根本不需要考虑引力的作用。而如果你是一个天文学家,你也不需要担心量子不确定性。所以说,即使目前我们没有一个大统一理论,大多数的科学学科也都还发展得不错。但是如果我们希望理解宇宙最早期的状态,例如宇宙暴涨,那我们就必须考虑当整个宇宙还处于非常小的状态,量子涨落效应对于整个宇宙的状态非常重要的情况。因此我把这种情况用一条咬住自己尾巴的蛇来表示,两种理论在这种情况下相互融合。

我们需要理解在宇宙的最初发生了什么,在黑洞的内部发生了什么,除此之外,我们并不需要一个大统一理论。当我们看着那张图片,我们能想到的另一个问题是,很多的科学学科,要不然处理极大尺度的问题,要不然就是处理极小尺度的问题。但是处理位于中间的尺度的问题,尤其是涉及生物的问题,则是最困难的。就像我以前说过的,从几何平均数的角度来说,一个质子质量和太阳质量的中间数是50公斤,在这个尺度正是最为复杂的情况。它足够复杂以产生出一层一层不同的结构,但是又没有重到由引力来主宰一切的状况——比如说恒星的结构就很简单,我们只需要考虑其中的引力效应就可以——所以说有很多科学家正是在最为复杂的领域进行研究,而生物正是我们遇到的最为复杂的研究对象。年轻爱因斯坦的智力和年老爱因斯坦的良心

三联生活周刊:2003年,你在《我们最后的世纪》里边提到,21世纪人类有一半概率会毁于自我毁灭。毕竟现在21世纪已经过去了17%,你有没有改变自己的看法?

马丁·里斯:我并不认为人类会把自己完全地毁灭掉,但是我认为我们在这个世纪里会面临很多重大的挫折。因为技术的发展,让少数几个人就可能有足够的能力对全人类造成威胁,比如网络攻击、生化攻击等等。少数几个人就有可能研究出致命的病毒。我想在个人隐私和公共安全之间会出现矛盾,这在之前是完全不可能发生的,也让事情变得非常复杂。我是一个在技术上的乐观主义者、在社会和政治上的悲观主义者,因为我认为技术是非常美妙的东西,可以推动全人类的发展。比如说一个普通人在没有当代技术的条件下,不可能过上非常有趣的生活。包括依靠现代技术生产出了大量的粮食,养活了全世界的人口,依靠现代通信技术人们可以随意地交流,这些都非常美妙,我也期待着更加了不起的技术的出现。

同时,危险也在增加,我们需要政治家们确保技术的发展在控制之下。在短时间里,我最担心的是生物方面的威胁,在有些国家,对于药物、病毒的研究都没有相应的法律和规范,因此我对于是否能够消除这方面的威胁感到非常悲观。另外一方面的危险在于,如果在世界上任何一个区域发生了危机或者倒退,立即就会影响到全世界。这在五六百年前是完全无法想象的。当时在中国发生的事情完全不可能影响到欧洲,现在整个世界都相互连接,通信、金融、交通、供应链等等。任何国家发生了不妙的事情,都会立刻影响到全世界。 从长远来看,人类也还没有完全摆脱核武器的威胁。现在全世界的核武器总量没有冷战时期多,不大可能爆发全球性的核大战,但是有可能在某些区域发生核战争。而且如果我们展望未来的50年,地缘政治可能会完全不同,到时也有可能出现新的霸权、新的核危机。

三联生活周刊:你是一位理论天体物理学家,是从什么时候开始,你决定作为一名“普通科学家”向公众做演讲的?

马丁·里斯:这是逐渐开始的。在20世纪80年代,我参加了一些销毁武器装备的社会活动,而直到最近的15年里,我才越来越多地对公众做演讲。在2005年到2010年间,我担任了英国皇家学会的会长,这也让我有机会参加一些面向公众的科学活动,而且也需要和政治家们相互联系。这样我很幸运地认识了更多人,了解了更多情况。同样在大学里,我们也组织了一个社团经常性地讨论相关问题。

如果我们回顾在过去几十年间发生的事情,我们会发现很多改变都是源于活动家们的努力。大多数政策制定都是关于眼前的和附近的危机,政治家们不会太多考虑整个世界在30年或者40年后会发生什么。所以我想很多社会活动有其积极意义。我们回顾历史,比如废除奴隶制、呼吁女权和同性恋权力等等,都是起源于社会活动家的呼吁,然后在公共压力之下,政治家们才做出回应。这样的公共压力要远比科学家们直接对政治家谈话更有效。我有一些朋友,他们是美国政府的科学顾问,但实际上他们感觉极少被真正重视。所以,科学家们让公众对于一些话题产生共识,是一种非常有效的方法。

或者我们也可以先在科学界形成一个共识,然后再在公众中普及,这样也是一个很好的方法,因此科学传播是一个非常重要的工作。政治家们做出的很多决定,比如关于健康、能源、环境、机器人,都与科学相关。如果公众对于科学没有所知,不知道衡量各种可能性,那么公众就无法进行任何有效的辩论,只能呼喊各种口号而已,就像英国最差的那些街头小报做的一样——公众需要明白问题的关键之所在。去年我在康奈尔大学做过一个讲座,是为了纪念卡尔·萨根,他就是一位非常了不起的科普作者和电视人。在全世界有很多人就是因为萨根的节目而走上了科学道路。

三联生活周刊:对于一个科学家来说,年轻爱因斯坦的智力和年老爱因斯坦的良心,哪一点更重要?

马丁·里斯:很显然我们都需要。而且我们必须要明白,做科学研究的人并不一定就有最基本的常识。而且,虽然现在我年纪已经大了,我现在吸收新的科学理念的速度并不算太快,但我认为老年人对科学也仍然能够做出很大的贡献,这很大程度上是因为他们的坚持。有很多人不断转换研究的重点,但是,也有人一生都在实验室里进行研究工作。有些人,比如说我,在年纪大了之后可能会进入管理层,或者要和政治打交道,但是我仍然在进行科学研究。

一个很有意思的现象就是,老年科学家的工作可能会不如年轻科学家的工作有价值,这与一些古典音乐作曲家的工作形成了鲜明对比。往往作曲家们的最后一部作品才是他们最好的作品。我想其中的原因可能在于,对于一个科学家来说,如果你想始终保持在科学的前沿,你需要不断和其他科学家相互联系。而对于一些作曲家来说,比如贝多芬,他受到自己童年的教育和影响很深,但是当他年纪大了之后,他就不再需要受到外界影响,而是需要让自己的作品更加深刻。对于一个科学家来说,一生都需要永远不停地学习,但是对于作曲家们来说似乎并不需要,他们到了一定程度之后需要的是在内心里发展,这是一个很重要的区别。

英国皇家学会会长、天体物理学家马丁·里斯

上图:物理学家恩里科·费米

下图:NASA计划研制的“发条探测车”能够在数周内持续在金星表面收集和传送珍贵的勘测数据

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