宇宙大爆炸后什么时候出现生命

如果你想从头开始做苹果派，你必须先创造宇宙。

——卡尔·萨根

不断给我带来惊喜的是，人类已能够大胆想象一种创生的理论，现在我们能够检验这一理论。

——乔治·斯穆特

我们认为爆炸模型是当代最具说服力的和包容性的宇宙物理理论，因为这个模型具有预言能力（即它同时囊括了许多不同的天文观测结果），特别是因为，正如任何一项可行的理论所必须具有的，它在不断的观测证伪的挑战中生存下来……就大爆炸而言，这个模型不仅存活了几十年，而且其生存状况正变得越来越强大。

——拉尔夫·阿尔弗和罗伯特·赫尔曼

十亿年或二十亿年前，发生了一件事——大爆炸，一件我们的宇宙开端的事件。它为什么会发生是我们想知道的最大的谜。但它的发生却是相当清楚的。

——卡尔·萨根

大爆炸模型可以说是20世纪最重要和最辉煌的科学成就。然而，大爆炸模型在其构思、发展、探索、检验、证明并最终接受的方式上也可以被认为是非常普通的。在这些方面，它与许多不那么吸引人的科学领域有着很多共同之处。大爆炸模型的发展是科学方法付诸实施的一个典型例子。

如同其他许多科学领域，宇宙学始于试图解释一些以前一直属于神话或宗教领域的东西。最早的宇宙学模型有用，但并不完美，因此很快就表现出与观察的不一致和不准确的缺陷。新一代宇宙学家提供了一个可供选择的模型，并向着有利于他们宇宙观的方向推进，而科学界则捍卫现有的模型。无论是守成者还是挑战者都认为自己正确，并利用理论、实验和观察结果来为自己辩护，有时一项证明工作在取得突破之前需要耗上几十年的时间，但一个偶然的发现就可能在一夜之间改变科学的景观。双方都利用了最新的技术——从望远镜到卫星——来努力寻找能支持自己模型的关键证据。最终，形势变得对新模型十分有利，宇宙学迎来了一场革命，科学界终于接受了新模型，抛弃了旧模型。以前批评新模型的大多数批评家开始确信并改变了他们的立场，范式的转变终于完成。

重要的是，在大多数科学争论中，范式并没有转变。通常情况下，一个新提出的科学模型很快被发现是有缺陷的，于是既有模型仍被当作对实在的最佳解释而得到保留。这种情势是必需的，否则科学将不断修正其位置，这样它在探索和理解宇宙方面将变成一种不可靠的框架。然而，当范式转移已然出现时，它便是科学历史上最非凡的时刻。

从旧范式到新范式的道路可能十分漫长，需要经过几十年和几十位科学家的奉献。这产生了一个有趣的问题：谁对新范式的贡献最大？罗尔德·霍夫曼和卡尔·杰拉西在戏剧《氧气》中对这个问题做了初步探索。这部剧作围绕如何颁发“追认诺贝尔奖”这个虚构的奖项（授予诺贝尔奖基金会成立之前所诞生的科学发现）展开。委员会开会，很快同意这个奖项应授予氧气的发现。但委员们对谁最值得获此殊荣意见不一。是瑞典药剂师卡尔·威廉·舍勒，因为他第一个合成并分离出这种气体？还是英国一个神论派教长约瑟夫·普里斯特利，因为他第一个公布他的发现并提供了研究的细节？抑或是法国化学家安东尼·拉瓦锡，因为他正确理解了氧气不仅仅是空气的一个版本（“消炎的空气”），而是一种全新的元素？这部戏详细讨论了优先权的问题，通过时间回溯让每个人都来为自己辩护，从而反映出荣誉归属的复杂性。

如果说谁值得荣获发现氧气的殊荣这个问题很难回答的话，那么要认定是谁发明了宇宙大爆炸模型则几乎是不可能的。发展、检验、修改和证明完整的大爆炸模型需要经过众多的理论、实验和观测阶段，每个阶段都有自己的英雄。爱因斯坦通过他的广义相对论来解释引力值得肯定，没有这一工作，任何严肃的宇宙学模型都不可能发展起来。然而，最初他却反对进化宇宙的思想，所以这一思想在勒迈特和弗里德曼那里才发展成大爆炸理论。而且如果不是因为哈勃的观测结果证明了宇宙在膨胀，他们的工作也不会被认真对待。但哈勃却声称，他不愿意从自己的研究结果得出任何宇宙学的结论，从而使大爆炸的皇冠减色不少。要不是伽莫夫、阿尔弗和赫尔曼在理论上的贡献，以及赖尔、彭齐亚斯、威尔逊和COBE团队的观测工作，大爆炸模型可能依旧处于低迷状态。甚至弗雷德·霍伊尔——稳恒态模型的主创者——在核合成理论上的贡献，无意中也帮助支持了大爆炸模型。显然，大爆炸模型不能归功于某一个人。

事实上，本书提到的仅是对大爆炸模型的发展有贡献的人群中的一小部分人，因为我们不可能在短短几百页的篇幅内对稳恒态与大爆炸的争论给出一个完整、明确的说明。要对对大爆炸模型的发展有贡献的每一个人都做出公正的评价，那么本书的每一章的每一节都需要扩展成单独一卷才有可能。

除了篇幅的限制，这种对大爆炸模型的历史的说明还受到在文中尽量减少数学方程的数量的限制。数学是科学的语言，并且在许多情况下，对一个科学概念的完整、准确的解释只有通过给出详细的数学描述才有可能。但是，通常我们可以单纯借助于文字和几张图表来说明关键要点，从而得到对科学概念的一般性描述。事实上，数学家卡尔·弗里德里希·高斯就曾强调过“概念，而不是符号”的价值。

1992年4月24日见报的对大爆炸理论的文字解释和图片说明已经提供了这样的证据。这是在COBE新闻发布会后的第二天，《独立报》在头版以一张简单的图（见图103）总结了大爆炸模型的所有基本要素。图中的某些时间和温度值不同于我们在前面章节中引述的值，这是因为理论和观测到1992年已有所改进。数量仍只是个大概，但它们在很大程度上将继续代表着今天的宇宙学家的共识。

《独立报》的图简洁地总结了我们当前对大爆炸宇宙的理解。首先，正如它所指出的：“所有的物质和能量曾被压缩为一个点”，然后有一个全能的大爆炸。术语“大爆炸”暗示着某种爆炸，这不是一个完全不恰当的比喻，但有一点应指出，大爆炸不是指空间内的爆炸，而是空间的爆炸。同样，大爆炸也不是指某个时间点所发生的爆炸，而是时间本身的爆炸。空间和时间都在大爆炸的瞬间产生。

在第1秒之内，超热宇宙急剧膨胀并冷却，其温度从几万亿度下降到几十亿度。宇宙中主要有质子、中子和电子，它们都沐浴在光的海洋里。在接下来的几分钟内，质子，相当于氢原子核，与其他粒子反应形成轻的原子核（如氦核）。氢氦在宇宙中的比例在最初几分钟内就基本上被固定下来，并与我们今天所看到的相一致。

宇宙继续膨胀和冷却。现在它包含简单的原子核、高能电子和大量的光，一切都处于相互散射的过程中。经过大约30万年，宇宙的温度已经冷却到足以使电子慢下来，被核束缚住，形成完全成熟的原子。这种原子有效阻止了光的进一步散射，自此光在宇宙中畅通无阻的状态在很大程度上受到遏制。这种光就是所谓的宇宙微波背景（CMB）辐射，一种由伽莫夫、阿尔弗和赫尔曼预言，并为彭齐亚斯和威尔逊探测到的大爆炸的光的回声。

经过COBE卫星对宇宙微波背景辐射的详细测量，我们知道，经过30万年后，宇宙中有些地方的密度稍高于平均密度。这些区域逐渐吸引更多的物质，变得更加致密，从而在宇宙大约10亿岁的时候形成了第一批恒星和星系。恒星内部的核反应继续形成中等重量的元素，而最重的元素则是在恒星死亡前的剧烈挣扎条件下形成的。正是由于在恒星上形成了诸如碳、氧、氮、磷和钾等元素，才最终使得演化出生命成为可能。

到今天为止，宇宙已有150亿年的历史。《独立报》上的插图将人类的出现置于顶层，有点谄媚的意味，因为它夸大了我们在宇宙历史中的角色。虽然生命在地球上已存在了数十亿年，但人类的出现只有10万年左右。要将他置诸其间，如果宇宙的历史用张开双臂后两个指尖之间的长度来表示这个时间表的话，那么人类存在的时间仅相当于指甲锉刮一下的宽度。

重要的是要记住，这个创生和演化的历史是有具体的证据来支撑的。物理学家们，如伽莫夫、阿尔弗和赫尔曼等，进行了详细的计算，估计了早期宇宙的环境，并预言了早期宇宙如何会在当前的宇宙中留下自己的印记，即氢氦比和宇宙微波背景辐射。这些预言都惊人的准确。正如诺贝尔奖获得者、物理学家斯蒂芬·温伯格所指出的那样，大爆炸模型绝不是一种想入非非的猜测：“我们的错误不在于我们把理论看得太认真，而是我们没有给予它足够的重视。我们总是很难意识到我们在办公桌上玩弄的这些数字和方程与现实世界的联系。更糟糕的是，我们通常会认为，某些现象只是不适合可敬的理论和实验上的努力。伽莫夫、阿尔弗和赫尔曼之所以比其他人更应该得到巨大的荣誉，就在于他们非常重视早期宇宙的问题，在于他们用已知的物理定律去说明最初3分钟。”

当一家报纸准备在头版对一个宇宙学模型进行广泛报道时，正如亚瑟·爱丁顿所言，这是个强烈的迹象：大爆炸模型已经从理论研讨会上搬到了科学的陈列室里。然而这并不意味着这个模型就是完美无缺的，因为总是存在一些悬而未决的问题和一些细节需要处理。本篇结语的其余部分将对这些仍待解决的问题和细节做一简述。几段文字不可能有望传递出这些问题的细微之处、深度和真正的意义，但它们应能表明，虽然广义上说，大爆炸模型的概念已被证明是正确的，但要让所有的宇宙学家都信服，还将有很长的路要走。

例如，我们知道，今天的星系分布是大爆炸后大约30万年里宇宙密度变化的结果，但这些密度变化的起因是什么？另外，根据爱因斯坦的广义相对论，空间可以是平的，也可以向内弯曲或向外弯曲。在平直的宇宙中，光线可以永远走一直线，就像球在一个平坦、光滑的平面上滚动，但在弯曲的宇宙中，光线可以沿着环形轨道行进并返回到其出发点，就像一架飞机绕地球赤道飞行一周。根据天文观测，我们的宇宙似乎是平直的，因此就有这么一个问题：为什么我们的宇宙是平直的，什么时候它可能是弯曲的？

暴胀理论为这两个问题——密度变化和宇宙表观平直性的起源——提供了一种可能的解释。这一理论是由阿兰·古斯在1979年末发展出来的。当他第一次想到宇宙的暴胀这个概念时，古斯简直惊呆了，他很快在他的笔记本上写下“壮观的实现”。这不是轻描淡写，因为暴胀看起来就像是向大爆炸模型添了点有价值的东西。有各种版本的暴胀，但其本质是这种理论提出了在宇宙最早的瞬间的一种快速扩张的阶段，这个阶段大约在10-35秒后结束。在这个暴胀时期，宇宙的体积大约每10-37秒扩大一倍，这意味着到这一阶段结束，宇宙体积大约倍增100倍。这听起来好像不是很多，但一个著名的寓言故事说明加倍的力量。

这则寓言讲述的是一位波斯大臣是怎样向他的苏丹讨米的。他希望能这样来给他米：在国际象棋棋盘的第一个方格内放一粒米，以后每个方格内放的米粒数加倍，即在第二个方格放2粒米，然后是4粒、8粒、16粒等等。苏丹同意了，认为最终的米粒数应该不会太多。但实际上他因此破产了，因为棋盘的最后一格将有9223372036854775808粒米。所有方格内的米粒数的总和将几乎是这个数的两倍，这远远超过了当今全球大米的年产量。

所以，暴胀将在瞬间使宇宙的体积大大扩充。在我们今天看到的较为舒缓的膨胀之前，尤其是在0.00000000000000000000000000000000001秒之前，暴胀将对宇宙的发展产生重大影响。主要是，新生儿宇宙的密度虽然只有微不足道的变化，但暴胀会放大这些微小变化，从而导致30万年后为天文学家所知晓的显著变化。这些变化，特别是高密度团块，随后又成为星系形成的种子。

暴胀的另一个后果是，暴胀前并不平坦的宇宙将成得非常平坦。台球的表面显然不是平的，但如果让它的体积反复倍增27次，那么它的体积将和地球一样大。地球仍具有弯曲的表面，但它的弯曲要比一个台球的小多了，按人的尺度看，它的外观看上去非常平坦。同样，暴胀宇宙也会给出平坦的印象，这就是天文学家今天看到的景象。

图103　在英国，COBE的发现占据了《独立报》1992年4月24日星期五报纸的头版。

文章预告宇宙微波背景辐射的变化是对宇宙的大爆炸模型的最终认可，并用黑体图解释了这个模型。

密度变化和平整度问题的解决还为解决另一个神秘的问题提供了潜在的可能性。当天文学家从相反的方向来比较他们的宇宙视角时，发现两个相距超过200亿光年的宇宙拼块之间似乎存在很强的相似性。宇宙学家原本以为宇宙在这个距离上应该发散得更厉害，但暴胀可以解释为什么不是这样。宇宙的两个部分在暴胀之前可能彼此非常接近，因此它们非常相似。后来，经过暴胀带来的梦幻般的膨胀后，他们突然被分开了一个相对大的距离，但它们仍然保留了其初始的相似性，因为分离发生得实在太快了。

古斯的暴胀理论依然处在讨论阶段，但许多宇宙学家认为，它将在适当的时候被纳入大爆炸模型。吉姆·皮布尔斯曾经说过：“如果暴胀是错的，那么上帝就错过了一个好把戏！暴胀是一个美妙的想法。不过，也有其他许多美妙的但大自然已决定不予采用的想法，所以，如果这是错的，我们也不必抱怨太多。”

让大爆炸宇宙学家们夜不能寐的另外一些东西就是暗物质。观测表明，在星系外围做轨道运动的恒星有巨大的速度，但靠近星系中心的所有恒星的引力不足以阻止这些外围恒星飞离星系。因此，宇宙学家认为，星系中必定存在大量的暗物质，即那种不发光但其引力足以让外围恒星保持在其轨道上运动的物质。虽然暗物质的概念可以追溯到20世纪30年代在威尔逊山上工作的弗里茨·兹维基，但宇宙学家仍无法确定其真实性质，而且相当尴尬的是，计算表明，宇宙中的暗物质要比普通的恒星物质更多。

暗物质的一些候选者是所谓的大质量致密晕天体（MACHO），其中包括黑洞、小行星和巨型类木行星。我们无法在一个星系里看到这样的对象，因为它们不发光，但它们都对一个星系内的引力有贡献。暗物质的其他候选者可用大质量弱相互作用粒子（WIMP）来概括，它们包括无法形成大质量致密晕天体的各种类型的粒子，但它们可能会渗透到整个宇宙，除了通过引力，它们几乎不表现出任何存在感。

到目前为止，我们对宇宙中暗物质的性质和数量只有模糊的线索，这令人非常沮丧，因为宇宙学家在修补大爆炸模型的一些漏洞之前需要对暗物质有全面的了解。例如，暗物质的引力作用可能会在宇宙的早期阶段吸引更多的普通物质，从而有助于在形成星系方面发挥主要作用。

而且，在时间线的另一端，暗物质可能对宇宙的最终命运起着决定性作用。宇宙自大爆炸之后一直不断在膨胀，但宇宙的所有质量会向内拉动物质，并使膨胀逐渐放缓。这将导致以下三种可能的未来，这个断言是由亚历山大·弗里德曼在20世纪20年代首次提出的。第一种可能，宇宙会一直膨胀下去，只是速率在不断下降；第二种可能，宇宙膨胀会逐渐减速到某个点戛然而止；第三种可能，宇宙膨胀会慢下来，停下来，然后开始收缩，就是我们现今所说的“大挤压”。因此，宇宙的未来取决于宇宙中的引力，而这又取决于宇宙的质量，而宇宙的质量又取决于宇宙中暗物质的量。

事实上，还有第四个潜在的未来值得认真考虑。20世纪90年代末，天文学家都将天文望远镜对准被称为Ⅰa型超新星的各个特定超新星上。这些超新星非常亮，因此即使它们的爆发是位于遥远的星系，但依然可以被观测到。Ⅰa型超新星还具有指示光变的特性，这种特性可被用来测量它们的距离，从而得到它们所在星系的距离。并且，通过利用其光谱，我们可以测量其退行速度。随着天文学家对Ia型超新星的研究越来越多，测量结果似乎在暗示，宇宙实际上是在以不断增大的速度膨胀。因此宇宙的扩张不是放缓，而是似乎在加快。宇宙看上去是要吹破了。这个让宇宙失控的排斥性推动力仍是一个谜，于是被贴上暗能量的标签。

鉴于暴胀的瞬间剧烈时期，奇特的暗物质和怪异的暗能量等概念，21世纪的新的大爆炸宇宙的确处在一种奇怪的位置上。看来，著名科学家J.B.S.霍尔丹真有深邃的先见之明，他在1937年写道：“我怀疑宇宙不但比我们假设的要古怪，而且比我们能假设的更古怪”。

彻底解决大爆炸遗留的奥秘需要在三个方面发起攻击，包括理论的进一步发展、实验室实验，以及最为重要的——对宇宙的更清晰的观察。例如，COBE卫星在1993年12月23日完成了它的科学使命，被装有更先进的探测器（如WMAP）的卫星所取代，其观测结果如图104所示。甚至更好的卫星也已经在设计中，并且在地球表面，将会有更敏锐的射电望远镜、更强大的光学望远镜和实验来寻找暗物质的迹象。

未来的观测将挑战、检验并发展大爆炸模型。它们可能会对宇宙年龄的估计进行修正，弱化宇宙中暗物质的影响，或填补我们的知识空白。但宇宙学家普遍认为，这些只会对大爆炸模型的整体方案作调整，而不是模式转变到一种全新的模型。大爆炸的先驱拉尔夫·阿尔弗和罗伯特·赫尔曼在2001年出版的《大爆炸的萌芽》一书中就持有这一观点：“尽管关于宇宙学模型的许多问题仍没有答案，但大爆炸模型处于合理的健康状态下。我们确信，未来的理论和观测工作将主要是非常细微的微调，但我们无法预料，50年后，这个模型是否能被证明基本上是不充分的。再过50年后我们可以回头看看这一切是怎么过来的。”

图104　WMAP（威尔金森微波各向异性探测器）卫星被设计用来测量探测宇宙微波背景辐射，其分辨率比COBE卫星高35倍。它的观测结果如本图所示，于2003年公布。菱形格式相当于图102所示的COBE图的投影。这幅图可以卷起来形成一个球面，球面的两侧也都在图中显示出来。你可以想象WMAP卫星在球的中心看着满天际的宇宙微波背景辐射的变化。

WMAP的数据允许对宇宙的各种参数进行比以往任何时候都更加准确的测量。WMAP团队估计，宇宙年龄为137亿年，误差在2亿年范围内。他们还计算出宇宙中暗物质占23%，暗能量占73%，普通物质仅占4%。而且，这种变化的大小与天文学家所期望看到的宇宙早期存在一个暴胀阶段是基本一致的。

虽然大多数宇宙学家会同意阿尔弗和赫尔曼的观点，但需要注意的是，大爆炸模型仍有一些坚定的批评者，他们仍然偏爱永恒宇宙的观念。当稳恒态模型变得不成立时，它的一些支持者转向了修正后的版本——准稳态模型。继续支持这些少数人的观点的宇宙学家们为他们挑战大爆炸的正统角色而感到非常自豪。事实上，弗雷德·霍伊尔在2001年是带着他的坚定信念——准稳态模型是正确的，而大爆炸模型是错误的——去世的。他在自传中写道：“然而，正像许多大爆炸宇宙学的支持者认为的那样，声称我们已接近正确理论的边缘，在我看来这无疑是一种傲慢。如果说我自己曾经陷入这样的陷阱，那么它也是一种短暂的傲慢，而且必然要遭到报应。”这种健康挑战是科学固有的一部分，应该得到鼓励。毕竟，大爆炸模型本身就是反对既有权威的结果。

霍伊尔对大爆炸模型的仇视可能因下述事实而复杂化：正是他的这个命名帮助公众加快对大爆炸概念的意识。“大爆炸”这个称呼被证明是对创生理论的既简短，又具有冲击力且令人难忘的概括，但它却是由这一理论的最大的批评者发明的。虽然一些宇宙学家喜欢“大爆炸”一词的小报基调，但另一些人却抱怨说它似乎不适合用来描述这一宏伟庄严的概念。甚至在1992年6月21日出版的比尔·沃特森的连环画里，卡通人物加尔文和霍布斯都指出了这个问题。加尔文对霍布斯说：“我一直在阅读有关宇宙开端的书。他们称它为’大爆炸’。科学家怎么会想象宇宙的所有物质都来自比针头还小的一个点的爆炸，这是不是很怪异？他们就不能拿出一个比’大爆炸’更令人回味的名字？这是科学的整个问题所在。要试图描述难以想象的奇迹，你得有一大批经验主义者。”加尔文接着提议将“可怕的太空KabIooie”作为替代的名称，这个称呼某些宇宙学家实际上已经使用了一段时间，有时它缩写为HSK。

次年，《天空和望远镜》杂志发起了一次取代大爆炸标签的竞赛，但由卡尔·萨根、休·唐斯和蒂莫西·费里斯组成的令人尊敬的评审团对所有参赛词条没有一条有深刻印象。提出的新名称建议包括“哈勃泡泡”、“贝莎D.宇宙”和“SAGAN”（“科学家敬畏上帝的可怕的自然”），等等。他们的结论是：来自41个国家的13099条建议词条没有一条能比霍伊尔原创的“大爆炸”标签更到位。

这好像证明了一个事实，即大爆炸模型现在已经是我们文化的一部分。在大爆炸作为解释宇宙的创生、发展和历史的模型的发展过程中，整整一代人已经成长起来，我们无法想象这个理论还可以有其他名称。

甚至连教会也变得喜爱大爆炸模型。自从教宗庇护十二世赞同大爆炸学说后，天主教会在很大程度上容忍了创生这一科学观点。它不再为经文给出的关于宇宙的字面解释寻找任何借口。这被证明其态度有了非常务实的变化。过去，在宇宙所有奥秘的背后都有上帝之手在指导，从火山喷发到太阳的设置，但科学逐个为这些现象提供了理性的和自然的解释。化学家查尔斯·库尔森曾创造了“空白的上帝”这个术语用来指称那个负责说明我们尚无法理解的一切事物的上帝。随着每项知识空白被科学填补，这个上帝的权力正逐渐减弱。但是现在，天主教会集中负责精神世界的引导，而将自然世界的解释工作留给了科学，这意味着科学在知识领域仍能够安全地提供指导，未来的任何科学发现都不能削弱上帝的地位。科学与宗教可以并排相互独立地生活下去。

1988年，仿佛是为了加强这种独立性，教宗约翰·保罗二世宣布：“基督教的正当性有其自身的内在起源，不指望科学构成其主要的辩护。”随后，在1992年，梵蒂冈甚至承认，它过去对伽利略的迫害是错误的。崇尚太阳中心的宇宙观一度被认为是异端邪说，因为根据圣经：“上帝固定地球作为其基础，它永远不变动。”不过，经过持续13年的调查后，红衣主教普帕德（Poupard）报告称，在审判伽利略的时候，神学家“在描述宇宙的物理结构时，未能把握圣经深刻的非字面的意思。”1999年，教皇通过走访他的波兰家园，并参观了尼古拉·哥白尼的出生地，专门称赞了哥白尼的科学成就等一系列举动，象征性地结束了宗教与宇宙学之间持续了几个世纪的冲突。

也许是受到教会新确立的宽容政策的鼓舞，一些宇宙学家已决定深入探讨大爆炸模型的哲学意蕴。例如，这个模型描述了宇宙是如何从一锅炽热致密的原始汤开始，然后逐步演变出纷繁的星系、恒星、行星和今天存在的生命形式的——这是不可避免的吗，或者说，宇宙可以有不同的形态吗？皇家天文学家马丁·里斯在他的《仅此6个数》一书中探讨了这个问题。他在书中解释了为什么宇宙的结构最终只取决于诸如引力的强度这样的6个参数。科学家可以测量每个参数的值，这些参数形同于6个数字。里斯想知道，如果宇宙在创生时这些数字取其他的值，事情可能会有怎样的不同。例如，如果引力的数值大一点，那么引力会强得多，这将导致恒星更快地形成。

有个数字，里斯标以ε，反映的是强的核力，就是将原子核内质子和中子胶合在一起的那种力。ε的值越大，胶粘性越强。测量结果表明，ε=0.007。这实在是幸运得令人难以置信，因为如果它取不同的值，那么后果将是灾难性的。例如取ε=0.006，那么这种核胶水就会略显绵软，这样就不可能使氢聚变成氘，而这是形成氦和所有重元素的第一步。事实上，如果ε=0.006，那么整个宇宙将只有平淡的氢，因此也就没有任何机会构成生命。相反，如果ε=0.008，核胶水就会较强，氢就会过于容易转变成氘和氦——以至于所有的氢都将在大爆炸的早期阶段就已经消失，没什么能够剩下充作恒星的燃料。这同样绝对没有形成生命的机会。

里斯还检查了规定我们的宇宙的其他5个数字，并解释了它们中任何一个的数值的改变将如何严重地影响到宇宙的演化。事实上，这5个数中的一些数对数值的变化比ε更敏感。如果它们取略微不同于我们测量值的数值，那么宇宙很容易在孕育时就夭折了，或者它一诞生便自我毁灭。

因此，这6个数似乎早就被调整到适于生命的出现。就好像这6个号码决定了宇宙的演化，这种演化经过精心设置，目的就是为我们的存在创造必要的条件。杰出的物理学家弗里曼·戴森写道：“我越研究宇宙及其架构的细节，越是有更多的证据让我觉得，在某种意义上，宇宙想必知道我们的到来。”

这一点可以追溯到第5章中提到的人存原理。这条原理是弗雷德·霍伊尔在解释恒星中的碳如何生成时提出的。人存原理指出，任何宇宙学理论必须考虑到一个事实，即宇宙已经演化到包含我们。这意味着，这一事实应当是宇宙学研究的一个重要因素。

加拿大哲学家约翰·莱斯利提出了一个行刑队场景来阐明人存原理。试想你被判犯有叛国罪，正等待在20名执行枪决的士兵面前。你听到命令开火，你看到20条枪吐出火舌——然后你意识到没有子弹击中你。按法律规定，这种情况下你被允许自由地离开。但当你奔向自由时，你开始想知道为什么你还活着。难道所有的子弹都那么偶然地打偏了？难道这样的事情每处决一万人才可能发生一次，而这一次就恰好落在你的头上？为什么你能活下来这总得有个理由吧？也许行刑队的所有20名士兵都故意打偏了，因为他们知道你是无辜的？抑或是前一天晚上校准步枪时他们都错误地将枪的准心偏移标靶10°？你当然可以认为行刑失败纯属偶然来度过余生，但你的幸存很难不让人联想到更深层次的意义。

同样，这6个表征宇宙的数字怎么就恰好取让生命蓬勃发展的值，似乎并不奇怪。那么，我们是不是因此就能忽略这个问题，认为自己就是这么幸运？或者说我们是在为我们这么好的运气寻找特殊的意义？

根据极端版本的人存原理，使得生命进化的宇宙的微调表明存在一个调谐器。换句话说，人存原理可以被理解为上帝存在的证据。然而，另一种观点认为，我们的宇宙是多元宇宙的一部分。宇宙一词在字典中的定义是它涵盖一切，但宇宙学家通常将宇宙定义为我们可以感知或可以影响我们的那些东西的集合。根据这个定义，就可能存在许多其他的独立和分离的宇宙，它们每一个都由其自己的一组6个数字限定。因此，多元宇宙允许许多（也许是无穷多）不同的宇宙并存。它们中的绝大多数不是胎死腹中，就是昙花一现，或两者兼而有之，但是偶然地，就有那么一些能够形成某种环境，允许生命的存在、演化和持续。当然，我们碰巧就生活在有利于生命的宇宙中的一个当中。

“宇宙与成品服装店有某种共同之处，”里斯说。“如果店内有大量现货，我们找到一身适合自己的服装，这没什么奇怪。同样，如果我们的宇宙是多元宇宙中的一员，那么这种看似精心设计或微调的特征就不会令人意外了。”

这个问题——我们的宇宙是专为生命设计的，还是多元宇宙中的宇宙幸运儿？——属于科学猜测的边缘地带，是宇宙学家之间激烈辩论的主题。唯一能在形而上学层面上超越它的是所有问题中的最大的问题：大爆炸之前是什么？

到目前为止，大爆炸模型的能力仅限于描述今天所观察到的浩瀚宇宙是怎么出现的，是怎么从数十亿年前的那种高密度炽热状态进化而来的。究竟你准备将大爆炸模型回溯到多远取决于你是否将早期的暴胀阶段包括进来，或是否诉诸于粒子物理学的最新理论。这个理论声称能够描述1032摄氏度、创生后仅10-43秒的宇宙历史。

这样还剩下创生的实际时刻和是什么导致创生等突出问题。这些问题也是乔治·伽莫夫在批评者询问他关于他的研究的范围时他很快退避三舍的原因。他在他的科普著作《宇宙的创生》的第二次印刷中加了个免责声明：

鉴于一些评论对“创生”一词的使用提出异议，我应当在此解释一下，笔者对这个词的理解不是在“无中生有”的意义上运用，而是“使某些东西从无定形中凸现出来”，例如，在短语“巴黎时尚的最新创作”的意义上运用的。

无法解决大爆炸之前发生了什么，无疑令人失望，但对于宇宙学并非毁灭性的失败。从最坏的情况说，大爆炸模型至少也是有效的，只是不完备，而且这种不完备性是相对于其他许多科学理论而言的。生物学家要解释生命是如何产生的还有很长的路要走，但这并不排斥以自然选择，或基因和DNA的概念为核心的进化论的正确性。不过，我们不得不承认，宇宙学家可能比生物学家的处境更糟糕。我们完全有理由相信，在第一批细胞和第一个DNA片段的构造的背后是标准的化学定律，但是我们并不清楚已知的物理学定律对于宇宙创生的那一刻是否有效。当我们倒拨时钟回到宇宙接近零时间的时刻，似乎所有的物质和能量集中在一个点上，这时运用现有的物理定律会导致严重问题。在创生的那一刻，宇宙似乎进入一种被称为奇点的非物理状态。

即使宇宙学家可以处理奇点的物理，他们中的许多人认为，“大爆炸之前是什么？”的问题仍无法回答，因为这个问题没有意义。实际上这个模型指明，大爆炸不仅产生了物质和辐射，也产生了空间和时间。所以，如果时间是在大爆炸中产生的，那么在大爆炸之前就不存在时间，因此，在任何情形下“大爆炸之前”的短语都没有意义。这种情形的另一个例子是单词“北”，你问“伦敦的北边是什么？”或“爱丁堡以北是什么？”都有意义，但问“北极以北是什么”就没有任何意义。

批评家可能会觉得，如果这就是宇宙学家能够给出的最好的回答，那么“大爆炸之前是什么？”的问题就必然属于神话或宗教领域的一个谜团，一道永远超出科学研究范围的上帝的沟壑。美国天文学家罗伯特·贾斯特罗在他的《上帝和天文学家》一书中对大爆炸理论家的这种雄心持悲观态度：“他迈向无知的高山。他即将征服最高峰；当他攀上最后一块岩石后，却受到在那里已待了几个世纪的神学家的欢迎。”

巧妙处理创生问题的一种方法是设想宇宙的质量有少许超重。这种宇宙会膨胀，但额外的质量会导致较大的引力使膨胀停止，然后反转过来使宇宙开始收缩。宇宙似乎要趋向前面提到的大坍缩，但实际上是一种大反弹。随着物质和能量的聚集，宇宙可能会达到一个压力和能量与引力相抵消，并再次开始向外推的关键阶段。这导致另一次大爆炸，宇宙进入另一个膨胀阶段，直至引力再次终止这种膨胀，导致收缩，接着又是大坍缩，再一次大爆炸，无限循环直至无穷。

这种反弹的、振荡的、生态友好型的，可循环的凤凰涅盘式宇宙将是永恒的，但它不能被视为稳恒态宇宙。它不是稳恒态模型的一个版本，而是一种多重大爆炸模型。几位宇宙学家，包括弗里德曼、伽莫夫和迪克，一直在认真地予以讨论。

其他如爱丁顿等人则不喜欢一个循环的宇宙：“我更倾向于认为宇宙应该实现某种宏伟的演变，而且它已经取得了一切可以取得的成就，没有回到杂乱混沌的缺乏变化的状态，而不是受到不断重复的惩罚。”换句话说，一个不断膨胀的宇宙最终将变成寒冷的不毛之地，因为其中的恒星终将耗尽氢燃料并停止发光。比起无限重复的、乏味的宇宙，爱丁顿更偏爱这种“大冻结”（或叫“热死”）的状态。

除了爱丁顿的主观批评，反弹式大爆炸还面临一系列的实际问题。例如，至今还没有一位宇宙学家能对引起宇宙反弹所需的力给出一个完整的解释。况且最新的观测表明，宇宙的膨胀正在加速，从而使目前的膨胀转为收缩的可能性变得更低。

尽管存在缺陷，但反弹式宇宙的绘景确实允许宇宙通过坍缩来触发下一次大爆炸，这至少解决了我们希望搞清楚的大爆炸之前是什么这个核心问题的因果关系。但在宇宙学意义上，因果律也许只是一种应当放到一边的常识性偏见。毕竟，大爆炸膨胀始于一种极其微小的尺度，常识根本就不适用于这种极端状态。这里是量子物理学的怪异规则当道。

量子物理学是整个物理学中最成功也是最奇特的理论。正如量子物理学的奠基人之一尼尔斯·玻尔所言：“任何人对量子理论不感到震惊，只能说明他还不理解它。”

虽然因果律在日常的宏观世界里是一项有效的法则，但统治亚微观量子领域的却是所谓的不确定性原理。这条原理规定，事件可以自发发生，这种情形已经得到实验上的证明。它还允许物质可以无中生有，哪怕只是暂时的。在日常生活的层面上，世界似乎是确定性的，各种守恒律均有效，但在微观层面上，确定性和守恒性都可以违背。

因此，量子宇宙论提供了各种允许宇宙毫无缘由地从无到有的假说。例如，婴儿宇宙可以自发地从虚无中诞生，可以与其他众多宇宙一并存在，使自身成为多元宇宙的一部分。正如暴胀理论之父阿兰·古斯所言：“人们常说，世上没有免费的午餐。但宇宙本身可能就是一顿免费的午餐。”

遗憾的是，科学界不得不承认，所有这些可能的答案，从反弹型宇宙到自发量子创生，都具有太多的猜测性，而且仍没有妥善解决宇宙来自何处这个最终问题。然而，当前这一代宇宙学家不应该气馁。在这一事实——大爆炸模型是对我们的宇宙的连贯一致的描述——面前，他们应该高兴才是。他们应该自豪的是，大爆炸模型是人类成就的巅峰，因为它通过揭示其过去很大程度上解释了宇宙的当前状态。他们应该走出去告诉世界，大爆炸模型是对人类好奇心和我们智慧的一种纪念。如果一个市民问起这个最棘手的问题：“大爆炸之前是什么？”那么他们可以借用下面这个圣奥古斯丁的例子。

对于神学上等价的“大爆炸之前是什么？”问题，哲学家暨神学家圣奥古斯丁在其写于约公元前400年的自传《忏悔录》里引用了他听来的一个回答：

在创造宇宙之前上帝在做什么？

在创造天地之前，上帝创造了地狱，专用于像你这样的问这种问题的人。