宇宙之书:从托勒密、爱因斯坦到多重宇宙-第32章
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我们之所以这么说，原因在于宇宙的暴胀时期可以暂时地看作是一种稳态宇宙。想一想在稳态宇宙理论中，德希特的指数暴胀使得你无法区分宇宙的过去和未来。如果某种机制导致了微弱的不规则性，那么你也必然无法利用这些不规则性来区分过去和未来。如果在一个假想的观测者看来，任何尺度的涨落都得有相同的强度，那么以上的原则就不会被打破了。
因此，作为意外之喜，暴胀还能解释星系的存在，解释这种特殊的密度不规则性。暴胀会导致宇宙微波背景辐射的温度谱上出现一种特定的与角度相关的变化。我们得做一个实验，才能知道暴胀是不是真的发生过。
宇宙学家们开始用一系列观测仪器仔细地寻找这个铁证，结果大大支持了暴胀理论。美国国家航空航天局（NASA）先后发射了两颗人造卫星，一颗是宇宙背景探测者（COBE），另一颗是维尔金森各向异性探测器（WMAP），用以探测宇宙背景辐射是否存在这种特殊的印记，它的温度是否会随着方向的不同而发生变化。相比地面上的仪器，人造卫星的探测效果更好，因为它们不需要穿透变幻莫测的地球大气，而且能够扫描整个天空，获得海量的温度差分数据，这样的话，就能把任何数据采样中都存在的偶然性变得微乎其微。
宇宙学家们所要探测的是，在相差一定角度的两个方向上测量到的温度差异有多大。标准的暴胀宇宙模型所预言的结果由图 9。6 中的实线表示，其中相差的角度涵盖了很大的范围。此图的特征十分明显。随着相差的角度越来越小，振荡也在衰减，就像袅袅的钟声。越向右延伸，曲线所对应的空间尺度就越来越小，最终一切涨落都被熨平了，这是由于能量不断地从高密度区域流向低密度区域。如果将这条实线向左延伸，起伏就没那么频繁了。这就与老式的COBE卫星的观测结果符合得非常好，这个卫星只能比较相差十度以上的两个天空区域的温度差异。与实线精确重合的数据点主要来自于WMAP卫星的结果。＇22＇我们注意到，在第一个拐弯处，观测数据与暴胀理论的预言分毫不差，但是当我们趋近仪器灵敏度的极限时，观测结果的不确定度就增大了。数据信号向角度很大的区域行进时，会遭遇一次奇特的“下沉”，对此天文学家已经展开了大量讨论，并提出了各式各样的解释。＇23＇
图9。6 暴胀宇宙理论预言的、微波背景辐射的温度涨落水平（以微开尔文的平方为单位）随相差角度的不同而发生的变化（实线），观测数据来自于地面实验或气球实验。作为比较，满月时月亮的大小是相差0。5度。相差角度很大的数据主要来自于WMAP卫星服役七年中所采集的数据（黑点）。左边数据上的深色带表示无法消除的统计不确定性，因为可见宇宙中这样大尺度的区域数量有限
2009年夏，一颗名为“普朗克”的新卫星被欧洲空间局发射升空。不久，它就会传回更加精细的观测结果。同时，地面的天文学家一直在关注电子科技的更新换代，希望能在这轮竞赛中造出更灵敏的探测器，获得更完整更精确的辐射信号，以便更深刻地了解宇宙历史的第一个瞬间。暴胀真的发生过吗？也许图 9。6 最终的样子会说服宇宙学家相信这一点。它揭示了暴胀的旋律，让我们能够回溯宇宙诞生10…35秒后的一刹那。作为现代宇宙学最新进展的代表，它常常出现在科学新闻、科学讨论和公众讲座当中。总有一天，它会被看作描述人类所能了解的宇宙最早时刻的第一份证据。它就像一张婴儿宇宙的照片。
永恒暴胀的宇宙
世界不足吾欲
——詹姆斯·邦德家族的座右铭
人们完全没有想到，描述早期宇宙的暴胀理论还产生了两个不同寻常的推论。暴胀理论提出，早期的宇宙经历过一次短暂的加速膨胀。于是，我们今天所能看到的那部分宇宙空间，就是由宇宙早期某个不起眼的角落膨胀而成的，这个角落必须足够小，以使光线和其他物理机制来得及将它熨平。起初，我们几乎完全被这个简单的理论迷住了，它成功地解释了我们所看到的宇宙的总体性质：大体上均匀，其中洒满了不规则性的种子，这些种子注定会变成星系；它的膨胀速率恰到好处，还有高度的各向同性。从前，这一切都是无法解释的巧合。而如今，从一个简单的假设就能推得所有结果。
然而，这个简单的图景很快就凸现出一些意想不到的麻烦。说原初宇宙的一小片空间均匀地膨胀成了我们所看到的这部分宇宙，完全没有问题——但是旁边的空间后来怎样了呢？每一个这样的空间都可能经历一次大同小异的暴胀，各自变得巨大而均匀，但最终和我们这部分宇宙的性质并不相同。我们看不到这些空间，是因为光线没有充足的时间飞到我们这儿。＇24＇但在万亿年后的某一天，我们的后代或许会发现，世上还存在这样一个空间，它的地理环境与我们的宇宙截然不同。我们估计，从超大尺度上看，整个宇宙异常复杂，毫无规律，虽然从我们今天所能看到的尺度上来看，它又显得极为均匀、相对简单。暴胀理论告诉我们，我们所能看到的局部宇宙并不能体现整个（也可能是无穷大的）宇宙的性质。宇宙的地理环境十分复杂，比我们所能想到的还要复杂得多（图9。7）。
如果这还不够可怕，那还有更可怕的事情。艾力克斯·维连金（Alex Vilenkin）和安德烈·林德（Andrei Linde）发现了暴胀宇宙的另一件麻烦事：它会自我繁殖（图 9。8）。宇宙的一部分空间一旦开始暴胀，就会加速膨胀，并且会导致其中一部分子空间进一步暴胀。这是一个自我繁殖的过程，一次暴胀诱发了更多暴胀，子又有子，子又有孙，子子孙孙无穷匮也。这就叫“无限”。如果未来是无限的，那么过去怎么可能不无限呢？
自我繁殖的永恒暴胀意味着，尽管我们的小宇宙就像一个暴胀的“泡泡”，可能存在一个开端，但整个“多重宇宙”（multiverse）却不存在任何开端，也不会有任何终点。我们生活在其中一个（或许很罕见的？）泡泡之中，这个泡泡膨胀了足够长的时间，使得恒星和行星能够产生，生命得以演化。宇宙的历史也十分复杂，比我们所能想到的还要复杂得多。
这种“永恒暴胀”的理论使我们对宇宙历史的认识变得愈发复杂。这一点十分恼人，因为当我们意识到暴胀宇宙的地理环境异常复杂时，又会发现我们所生活的这个宇宙的历史也是多姿多彩、错综复杂的，其中的大部分内容永远无法为我们所知。宇宙就像一个精致的被子，而我们只是生活在其中一块简单而独特的时空补丁上。
永恒暴胀理论的创始人之一安德烈·林德，生动地描绘了自我繁殖的发生过程（图 9。9）。图中的起伏逐渐变成小山，表示宇宙中的不同区域在以不同的速度暴胀。这张计算机模拟图由他的儿子迪米特里绘制。而那些山头上的尖峰以及尖峰上的尖峰，表示的是随着暴胀不断地进行自我繁殖，空间的复杂性也与日俱增，形成了一种分形结构。我们生活在其中一个独特的尖塔上①，暴胀早已偃旗息鼓，膨胀也已趋于平静。但是我们所处的这个位置并不典型。无限重宇宙的大部分空间仍处于暴胀之中。暴胀形成的这幅丰富多彩的石笋图，被林德称为“康定斯基的宇宙”［不过，这更像是美国概念艺术家所罗门·莱威特（Sol LeWitt）的雕塑《污渍，第 15号》（Splotch 15），如图 9。10］。这是一张表现宇宙分形永不停止的快照。
①应该说我们生活在其中一个低谷中，因为在这张图中，高处表示暴胀仍在继续的区域，低谷表示暴胀已经结束的区域。——译者注
图9。10 所罗门·莱威特在2005年的雕塑作品《污渍，第15号》。这个概念艺术装置高3。66米，用丙烯酸树脂玻璃纤维制成。这是他自2000年开始创作的相似风格的系列结构中的一个（共22个）
突然间，我们的宇宙又变简单了许多
电子报表造就了一个“假如这样假如那样”（what…if）的社会。这种社会里的人不会像常人一样立即付诸实践，而是对每一步行动都满腹狐疑。他们对任何事都会再三斟酌。
——约翰·C。德沃夏克（John C。 Dvorak）＇26＇
暴胀宇宙理论看似简单却大获成功。它解释了我们所看到的宇宙的本性，同时，它又试图告诉我们，视界之外还存在看不到的无穷复杂的广阔空间。支持微波背景辐射中存在特定温度涨落的观测证据越来越多，这意味着我们要认真地对待暴胀理论，我们所看到的这部分宇宙在很早的时期经历过一轮暴胀。这解释了为什么我们会发现宇宙如此均匀且各向同性，为什么其膨胀速度会接近临界值的大小，为什么它不包含磁单极子，以及为什么它又有特定的不均匀性散布其中——在牛顿首先提出的、栗弗席兹证明了的、爱因斯坦理论中也存在的引力不稳定性的作用下，这些不均匀性最终会长成一个个星系。
暴胀理论跟勒梅特八十年前所研究过的一个宇宙模型很像。区别之处在于，暴胀理论构造了一个变化的宇宙学常数，它可以迅速衰变成辐射，并留下了可观测的痕迹。这简直妙不可言。宇宙的最初 10…35秒时所发生的一些事变成了的化石，直到今天还能看到。为了了解在这个早得出奇的时期发生了什么事情，我们得以有机会将理论预言与天文观测进行比较。
但除了成功地解释我们所看到的宇宙，暴胀理论还是吓了我们一跳，因为它得出了一个看似必然的结论，即我们只是生活在无穷复杂的一堆膨胀“泡泡”的一个当中，每个“泡泡”的结构可能千差万别，统治其中的自然法则也可能各不相同。突然间，不止只有一个宇宙，而是有了很多很多。
宇宙也疯狂
据我的发现，世界上没有灾难，只有机会，事实上是发生新灾难的机会。
——鲍里斯·约翰逊（Boris Johnson，现任伦敦市长）＇27＇
暴胀的宇宙将空间中的微小涨落迅速扩充为整个宇宙，这使我们不得不把宇宙改写为复数形式。我们能够看见其中一个原初的微小涨落膨胀后的模样。然而，我们周围的一切，包括视界之外的空间，都是一轮又一轮暴胀自我繁殖的产物。我们所看到的这部分宇宙的模样取决于两个因素：一是这轮暴胀的具体细节，二是统治其中的物理定律。直到不久之前，大多数物理学家都还相信，世上只存在唯一一种“万有理论”。寻找这个理论的过程就像在玩一种大型拼图游戏。每个地方都只有唯一一块合适的拼图，但你不知道什么时候才能找到它。
但渐渐地，人们对于这个简单预期的信心丧失殆尽了。种种万有理论的最佳候选理论具有完全不同的性质。这些理论中都存在一种整体的对称性，这种对称性限制了自然法则可能具有的形式，同时它们又具有一种程度出人意料的灵活性。可以存在各不相同但自洽的物理定律，其中的相互作用数目可以不同，允许的空间维度可以不同，还有很多其他性质都可以不同。许多从前人们认为宇宙固定不变的性质，现在看来却是随机产�
