几十亿年前，宇宙热得使生命无法存在。难以计数的千秋万代之后，宇宙将变得如此寒冷和空虚，以致不管生命有多大能耐，它终将灭绝——
永恒的生命是世界上许多宗教的核心信仰。通常人们把它赞颂为神话中沃丁接待战死者英灵的神圣殿堂，是没有痛苦、死亡、烦恼和邪恶的存在物，是脱离我们的物质现实的世界。但是我们所希望的是另一种永恒的生命，它存在于世俗领地之中。
达尔文在《物种起源》一书的结语中写道：“由于所有现在活着的生命形态都是寒武纪之前的生命的直系后裔，所以我们可以确认，通常的传宗接代并没有中断……因此我们可以满怀信心地指望有一个很长时期的让人放心的未来。”太阳最终将耗尽它的氢燃料，我们所知道的在我们这个行星上的生命最后将走到它们的尽头，但是人类种族却能复原。正像生物体移居于地球上的每一个可能适宜的处所一样，我们的后代将寻找新的家，将自己散布到宇宙的每一个角落。死亡和邪恶仍将肆虐，痛苦和烦恼如影随形。但是我们期望我们的有些子孙会在某个地方延续其生命。
也许事情不是这样。值得注意的是，即使科学家不完全了解生命的物质基础，也不完全了解宇宙的发展前景，他们也能作出关于生命物体命运的科学推测。现在宇宙学的观察启示，宇宙将永远膨胀下去，而不是像科学家曾经认为的那样，膨胀到一个极点后就收缩。所以我们不是注定要在一次极端的“大挤压”中毁灭，使我们现存的和未来的文明都消除得不留任何痕迹。一望可知，永远膨胀是乐观主义的根据。有什么能够阻止这种发达的智力文明去利用无穷的资源使生命无止境地留存下来呢？
然而生命是靠能量和信息才能繁荣兴旺的，而一般的科学论证显示，即使在无限的时期里也只能积蓄有限数量的能量和信息。为了使生命持续下去，不得不利用逐渐缩减的资源和有限的知识。我们已得出结论：在这样的条件之下，没有什么有意义的知觉形态能够永远存在。
无垠永恒的荒漠
在整个19世纪，科学的末世学在乐观论和悲观论之间摇摆。在达尔文提出令人信服的预言之后不久，维多利亚女王时代（1837~1901）的科学家开始为“热寂”所困扰。“热寂”时，整个宇宙变成温度相同，从此就不再能发生变化。20世纪20年代宇宙膨胀的发现减轻了这种担心，因为膨胀使宇宙避免到达这样的热平衡状态。但是直到1979年普林斯顿高级研究院的物理学家F · 戴松（F. Dyson）的具有历史意义的论文发表之前，几乎没有哪个宇宙学家思考获得过有关膨胀宇宙中的生命的其他含意。戴松是受到了Chitta Sgong大学J · 伊斯拉姆（J. Islam）早期著作的启发的。自从戴松的论文发表之后，物理学家和天文学家就定期地重新审查这个议题。一年之前，新的观察结果显示宇宙的远期未来与以前的设想非常不同，这样就促使我们决定去作另外一种考察。
宇宙大约在120亿年中经历了许多个阶段。科学家已掌握最早时期宇宙的经验性信息，那时它是异常炽热和密集的；然后逐渐膨胀而冷却下来。在几十万年中，辐射占统治地位。著名的宇宙背景辐射就是这个时期的遗迹。接着是物质占支配地位，并逐步地凝聚起较大的天文结构。如果新近的宇宙学观察是正确的话，那么今天宇宙膨胀正在开始加速一一这是从太空本身出现的一种占优势的新型奇异能量的信号。
我们都知道，生命依赖于恒星；但是恒星不可避免地要死亡。而大约自从100亿年前的初始爆发以后，它们的诞生速率急剧下降。从现在起算大约千亿年之后，最后的传统形态的恒星将要完结，新的纪元将要开始。
假设智慧生命能够适应变化着的环境，它还会面对什么样的基本制约呢？在蕴藏有无穷大的容积的永恒的宇宙中，可以期望足够先进的文明能够聚集起无限数量的物质、能量和信息。出人意料的是，这是不真实的。活着的生命只能积聚有限数量的能量，有限数目的粒子和有限数目的比特（bit，信息单位）。使这种短缺加重的是可用的粒子、尔格和比特的增长是不受限制的；问题不在资源的缺乏而在收集它们的困难。
毛病恰恰就出在让我们期待它有永恒保有期的那个宇宙膨胀上。宇宙膨胀时通常能源的平均密度下降。宇宙半径增大一倍，原子密度减小8倍。光波的削弱还要急剧，它们的能量密度按1/16下降，因为膨胀把它们的波长拉长了。
能源稀薄的结果是收集它更加费时了。智慧生物有两种不同的策略：或者让物质到他们这里来，或者到处去寻找物质。对于前一种策略来说，在长距离中的最好方法是由引力来担当此任。在所有的自然力中，只有引力和电磁力能从任意远的地方把东西吸引过来。但是电磁力要排除掉，因为带相反电荷的粒子互相抵消，以致一般物体都是电中性的。因此对长程电力和磁力都是不起作用的。引力则不会被排除掉，因为物质粒子和辐射只起引力吸引作用，而不起排斥作用。
投降真空
即使是引力，也必须与宇宙膨胀作斗争。宇宙膨胀把物体拉开，从而减弱它们之间的互相吸引。除了一种情景之外，引力最终将变得不能把比较大量的物质拉到一起来。确实，我们的宇宙可能已经达到这个境地；星系团也许是引力可以使之结合到一起的最大物体。唯一的例外发生在宇宙处于膨胀和收缩之间的平衡状态，这时引力会继续无限地聚集更大数量的物质。但是那种情景与现今的观察结果相矛盾，并且无论如何都会引出自身的困难：在约1013年之后，可接近的物质将密集到如此程度，以致它的大部分将坍缩成黑洞，把任何生命形态一扫而光。黑洞里不是福地。在地球上，条条道路通罗马，而在黑洞里，在有限的时间里条条道路都通向黑洞的中心，生物在那里必然被撕成碎片而死亡。
糟糕的是，寻找资源的积极策略几乎和消极的方法难分高低。宇宙膨胀耗去动能，因此勘探者不得不耗费它们的战利品去维持它们的速度。即使是最乐观的情景（能量以光速向着“清扫工”传播，并被收集起来而没有任何损失），也只有在黑洞中或黑洞附近才可能有收集了无限能量的文明世界。后面的这种可能性是1982年由加州理工学院的F · 弗劳特希（F. Frautschi）研究提出的。他的结论是，从黑洞得到的有效能量比清扫的耗费减少得快。我们最近重复测定了这种可能性，发现境况比弗劳特希的看法更槽。永远清扫能量所要求的黑洞大小超过可见宇宙的规模。
如果宇宙以加速率膨胀，那么宇宙间的能量稀释真正是一场灾难。一切现在在我们视线之内的物体最后将以超光速远离我们而去，这样就从我们的视线中消失了。因此，我们所能处置的全部资源都被限制在我们今天所能看见的范围之内。
并不是所有的能量状态都一样地易受稀释的。例如，宇宙间可能充斥着宇宙弦的网络，它是无限长而细的能量集结体，大概是由早期宇宙不均匀冷却时所产生的。不管宇宙如何膨胀，单位长度的宇宙弦能量都保持不变。智慧生命可以试着切割网络，并聚集在切断的宇宙弦的自由端周围，开始靠消耗它而生存。如果弦网络是无穷的，那么它们有望可以永远满足它们的贪欲。这种策略带来的难题是，凡是生命形态能够做到的，自然过程也能够做到。如果文明世界能想出一种切割宇宙弦的方法，那么弦网络就会瓦解。例如，黑洞就会在弦上自发地出现并吞没它们。所以生物在到达另一个自由端之前只能吞噬一定数量的弦。整个弦最后会消失，遗留下贫穷的文明世界。
开发量子真空怎么样？宇宙的加速可能是由所谓宇宙常数所驱动的。宇宙常数是一种宇宙膨胀时不会稀释的能量状态。如果这样，空的空间充满着一种奇怪型式的辐射，叫做吉邦斯-霍金（Gibbons-Hawking）或锡托尔（de Sitter）辐射。遗憾的是，要从这种辐射中提取能量来作有用功是不可能的。如果真空放出能量，它就要落到较低能量状态，然而真空已经是最低的能量状态了。
不管我们如何竭尽聪明才智，也不管宇宙如何配合得当，总有一天我们要面临供我们使用的资源的有穷性。虽然如此，还有没有永久的解决办法呢？
显而易见的策略是学会用“较少的数量”来对付。这个方案是戴松最早作出定量讨论的。为了减少能量消耗，并在劳作时也保持低消耗，我们最终将不得不降低我们的体温。我们可以设想基因工程产生的人能在稍微低于310开尔文的温度下运作。然而人的体温是不能任意降低的；血液的冰点是固定下限。最终，我们将必须放弃我们的整个身体。
提出摆脱我们的身体这样的观念，虽然有未来主义的味道，但并没有根本性的困难。它只要假设意识（知觉）并不依赖一套特别的有机分子，而是能在大量的不同形态中得到体现就行了。这种形态，包括半机械人（靠机械装置维持生命的人，如宇航员）以至有知觉的星际云。大多数现代哲学家和有见识的科学家把意识、思想看作是计算机可以完成的工序。我们还必须用几十亿年去设计新的人体，并有朝一日把我们的意识本性传递给它。这些新的“人体”必需在较冷的温度下和较低的代谢作用速率下运作。就是说，它的能量消耗率比较低。
戴松证明，如果生命体在宇宙冷却时能减缓它们的代谢作用，那么它们就能够在永恒中安排只消耗有限的能量总量。尽管较低的温度也会使意识减缓（每秒思维数），然而原则上，思维速率还是大得足以使思维数趋于无限。简言之，智慧生命能够永远幸存下来，不只是在绝对时间之中，而且也是在主观时间之中。只要保证有无穷的思维数，它们就不在乎生命进程的缓慢。当几十亿年伸展在你的面前时，何谓匆促？
初看起来，这种情况似乎是不要代价的。但是无穷大数学却违抗这种直觉。戴松论证道，生命体要维持相同等级的复杂性，它的信息处理速率一定要同身体温度成正比例，而能量消耗的速率则同温度的平方成正比例。因此，功率需求的减缓比认识力灵敏性的减缓要快。在310开尔文时，人体大约消耗100瓦。在155开尔文时，同等复杂的生命体可以认为有一半的速率，但消耗功率只有1/4。折衷的选择是可以接受的，因为环境的物理过程以类似的速率变慢。
睡眠，死亡
可惜这里有一个陷阱，大部分功率以热的形式耗散掉了。如果物体没有被加热，热就一定逃逸掉了，通常是辐射出去的。例如人的皮肤在红外光中灼热。在甚低温下，最有效的散热器是带电子的稀薄气体。然而即使是这种最佳散热器的效率也按温度下降的立方下落，比代谢作用速度下降还要快。这就会到达生命体温度不能再降低的那一点。生命体被迫失去知觉而不是减少它们的复杂性。不要多久，它们不再能被看作是有智慧的了。
在胆小的人看来，事情似乎到此为止了。但是戴松又大胆地设计出一种“冬眠”的策略，作为辐射效率低的补偿，生命体将只有很少一点苏醒的时间。睡眠时，它们的代谢速率下降，但是关键在于它们会继续耗散热量。这时它们可以获得较低的平均体温。事实上，依靠不断增多的睡眠时间，它们可以消耗有限的能量而永远生存下去，而且有无限数量的思维。戴松的结论是，永恒生命确实是可能的。
用有限能量能否维持永久生命图示I如果新的生命形态能降低体温到人类体温值310开之下，它就会消耗较小的功率，尽管思维的消耗更缓慢。因为代谢作用比认识力下降得快。
从他最初的论文发表以来，他的计划就出现了若干困难。第一，戴松假设，深层太空的平均温度2. 7开尔文总是随宇宙膨胀而减小，因此生命体能永远地继续降低它的温度。但是如果宇宙有了宇宙常数，温度就有一个由吉邦斯一雷金辐射来修补的绝对的最低标准。按现行宇宙常数值来估算，这种辐射的有效温度大约为10-29开尔文。宇宙学家R · 戈特（R. Cott），J · 巴罗（J. Barrow），F · 蒂普勒（F. Tipler）和我们已独立地提出，一旦生命体冷却到这种程度，它们就不能为保存能量而再继续降低它们的体温。
第二个困难是需要一台闹钟来周期地唤醒生命体。这些闹钟必须在越来越长的时间和越来越少的能量下可靠地工作。量子力学指出，那是不可能的。举例说，考虑一台有两只小铃的闹钟，两只铃相距很远，让它们相互对准，然后释放。当它们碰撞时铃就响了。要延长铃响的时间，生命体就要以较慢的速度释放小铃。但是闹钟的运行最后会违反海森伯测不准原理的约束。因为测不准原理不允许小铃的速度和时间都达到指定的任意精确性。如果两者中有一个非常不精确，闹钟就失败了。冬眠将变成永远安息。
用有限能量能否维持永久生命图示Ⅱ冬眠可能排除热处理的难题。当生命形态冷却时，它会消耗越来越大的休眠时间，大大减小其代谢速率和认识力速率。
人们可以设想另一种闹钟，它可以永远保留在量子限度之上，甚至可以并入生命体本身。然而至今没有人提出具体的机制，能够可靠地唤醒生命体而只消耗有限的能量。
永恒同一的周而复始
第三个也是最普遍的对于智慧生命长期生存的怀疑，涉及计算机的局限性。计算机科学家曾经想到，如果每次运作不消耗一定的最低限度的能量，它就不可能计算。而每次运作耗费的最低能量是直接同计算机的温度成正比例的。80年代初期，研究工作者认识到，特定的物理过程，诸如量子效应或布朗运动，都可以作为无损耗计算机的基础。这样的计算可以用任意少量的能量来工作。应用“较少数量”策略，它们减慢了——这是永恒生命体可能作出的折衷选择。只有两个条件：一个是它们必须与它们的环境保持热平衡。第二个是它们必须永远不丢弃信息。如果做到这两条，那么计算机是不可逆的，一个热力学的不可逆过程一定要耗散能量。
不幸的是这些条件在膨胀宇宙中是难以满足的。当宇宙膨胀稀释和拉长光的波长时，生命体不能放出和吸收辐射，而这种辐射是它们与环境建立热平衡所需要的。凭着它们所能处置的有限的物质，随之，是有限的记忆，它们最终就不得不为获得新的思维而忘却旧的思维。这样的生命体，即使从理论上看，会永久生存吗？它们只能聚集有限数目的粒子和有限数量的信息。那些粒子和比特只能以有限的方式成形。因为思维是信息的重组，有限信息意味着有限数目的思维。所有的生命体一直做的是一遍又一遍地重温过去相同的思想。永恒将变成一座监狱，而不是无限减缩的创造和探索的领域。它可能是涅槃（佛教指超脱生死的境界——译注），但它生存着吗？
必须公正地指出，戴松并没有放弃他的观点。他在和我们的通信中提出，生命能够，例如在体积增长和应用不同类型的记忆时避开能量和信息的量子限制。他解释说，问题在于生命是“模拟”的还是“数字”的；就是说，是连续物理学还是量子物理学在设置它的极限。我们认为，远程生命是数字的。
永恒生命还有别的指望吗？量子力学，我们认为它把如此硬性的限制加诸生命，可能就是一种方式的挽救。比如，如果重力的量子力学允许稳定的蛀洞存在，生命形态也许能克服由光速建立的壁垒，去造访别的难以接近的宇宙成员，并聚集无穷的能量和信息。或者，也许它们会建造“婴儿”宇宙，把自己发送出去，或者至少把一组重组自己的指令去送人婴儿宇宙。这样，生命就可以继续。
总之，关于生命的最终极限只有在真正的宇宙时标下才有意义。不过，肉体形态的生命定有终了之时，想来未免有些无奈。但是对我们来说，以我们有限的知识，能够对如此伟大的问题得出结论，却是不同凡响的。也许，能够认识这个迷人的宇宙以及我们在其中的命运，要比我们能在这个宇宙中永久居住更为珍贵。
[Scientific American，1999年第11期]
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* 本文作者劳伦斯M.克劳斯(L.M.Krus)是凯斯西部保留地大学物理系主任。他是最先有力论证宇宙常数支配着宇宙的宇宙学家之一;另-作者C.D.斯塔克曼(C.D.Starkman) 也是该校教授，他以宇宙拓扑学闻名于世。