科学探索|宇宙中最复杂的东西是什么?我们来量化下宇宙中生命的价值

北京时间4月25日消息 , 据国外媒体报道 , 当宇宙学家试图理解宇宙及其起源时 , 他们关注的是熵 , 以及宇宙可能有多少种不同的形成方式 。通常认为 , 黑洞和暗能量对宇宙的熵增贡献最大 , 但最近 , 几位不同领域的研究者 , 包括天体物理学家玛丽娜·科尔特斯和安德鲁·利德尔 , 医生兼理论生物学家斯图尔特·考夫曼以及理论物理学家李·斯莫林等 , 对生命的复杂性进行了量化 , 并首次将其与宇宙的复杂性进行比较 。

科学探索|宇宙中最复杂的东西是什么?我们来量化下宇宙中生命的价值
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生物学和宇宙学 , 这是两个通常认为没有任何共同之处的领域 , 彼此之间似乎也没有什么可以相互借鉴的 。现在 , 上述几位研究者试图结束这一切 。通过重新构建包含生物系统的宇宙物理学 , 他们已经开发出一种“通用货币” , 可以用来计算并比较各自的系统 。换句话说 , 这种“货币”能够量化生物系统的价值 , 并与宇宙学的不同部分——包括星系、暗能量和黑洞等——进行比较 。
这种对生物学和宇宙学的整合要求思维方式的转变 , 不再拘泥于还原论 , 以及所有系统都可以通过分解成不同组元的方式来理解的信念 。相反 , 这种新的思维方式将考虑所有这些系统未来可能状态的数量 , 从而理解复杂系统及其演化 。
从技术意义上说 , 这种整合运用了系统可能结果的空间不断扩展的概念;斯图尔特·考夫曼将这一概念明确为邻近可能性理论(Theory of the Adjacent Possible , 简称TAP) 。在一般意义上 , 这一理论可能会对理解我们生活的许多方面 , 尤其是经济、创新和灾难性的气候变化等 , 产生至关重要的影响 。
那么 , 以这种新的“货币”来计算 , 地球生物圈的价值是多少?回答这个问题的尝试将为理论物理学提供深刻的启示 。
宇宙的可能状态
在试图理解宇宙的起源时 , 宇宙学家希望计算出它是如今这个样子 , 而不是以其他形式存在的可能性 。根据简单的热力学理论 , 无序度和熵会随着时间的推移而增加 , 今天的宇宙应该只是一个巨大的、毫无特征的、不冷不热的气体团 。但事实恰恰相反 , 我们在宇宙中看到了无数不一样的东西:从行星到恒星 , 从星系到黑洞 。为了了解我们的宇宙有多少可能性(或多少不可能) , 就需要数一数像今天这样的宇宙产生的方式有多少种(用术语来说就是有多少种“微观状态”) 。
直到大约20年前 , 人们还认为黑洞 , 尤其是在星系中心发现的超大质量黑洞 , 是宇宙的熵和可能状态的主要贡献者 。使用雅各布·贝肯斯坦和斯蒂芬·霍金发现的公式 , 罗杰·彭罗斯计算出 , 黑洞贡献了惊人的10^(10^101)个宇宙可能状态 。[数字10^101意味着1后面跟着101个0 , 这个数字已经比我们整个可观测宇宙中所有粒子的数量还要多 。但这里说的是1后面跟着10^101个0 !]但即便如此 , 这与暗能量的发现相比也相形见绌 , 暗能量被认为是导致宇宙目前加速膨胀的原因 。根据计算 , 暗能量使宇宙可能的状态数增加了10^(10^124) 。这是我们在自然界中遇到的最大数量 。