我们的宇宙曾如婴儿一般生长

Max Tegmark　迈克斯·泰格马克

麻省理工学院物理学家，精确宇宙学研究员，基本问题研究所科学主任。著有《穿越平行宇宙》。

是什么导致了宇宙大爆炸？我最心仪的那个深邃、美妙而优雅的科学理论就是：我们的宇宙曾如婴儿一般生长。在受精怀孕后，细胞数量每天大约会翻一番，细胞总数量日复一日地不断增长，1，2，4，8，16……持续不断地翻番是一个强而有力的过程，但如果胎儿在出生前每天都这样生长的话，妈妈可就麻烦大了：经过9个月约274次的倍增，胎儿会比我们在宇宙中所观察到的所有物质相加之后还要重。

这听起来很疯狂，但根据以阿兰·古斯（Alan Guth）等人为先驱的暴胀理论，我们的“婴儿宇宙”的确如此。从比一个原子还要小而轻的颗粒开始，宇宙不断以翻番的速度进行着扩增，令人眼花缭乱，直到比我们现在所能观测到的宇宙还要大。而且它的扩增速度不是每天翻一番，而是瞬间倍增。换言之，似乎在一眨眼的瞬间，暴胀让原本空无一物的宇宙发生了大爆炸。当人类胚胎长到10厘米时，成长就从加速变为减速；在最简单的暴胀模型中，我们的婴儿宇宙在长到大概10厘米时，也从加速变为减速，其指数型成长的步伐减缓为一种更为悠闲的节奏，高温等离子体逐渐稀释并冷却下来，构成它的粒子也逐渐合并形成原子核、原子、分子、恒星和星系。

暴胀宛如一场无比神奇的魔术秀。我的本能反应是“暴胀不可能遵循物理定律”。然而再细细思量，暴胀依旧遵循着物理定律。打个比方，1克的暴胀物质是怎么变为2克的？毫无疑问，质量不会凭空出现吧？有趣的是，爱因斯坦通过他的狭义相对论，为我们做出了详尽的解释。相对论论述的是：能量E和质量m是相互作用的。有个著名的公式E＝mc²，其中c代表光的速度。这个公式说明，增加能量便可以增加物质的质量。例如，通过拉长橡皮筋，从而使它的重量有轻微的增加：你需要在拉长的过程中施以能量，该能量进入到橡皮筋中，从而增加了它的质量。由于需要对橡皮筋做功才可以将它拉长，所以橡皮筋具有负能量。类似地，为了遵循物理定律，膨胀的物质必须具备负能量，该负能量必须非常巨大，才可以让扩大两倍体积所需的能量正好能够产生两倍的质量。令人瞩目的是，爱因斯坦的广义相对论提出，该负能量导致负重力，不断重复翻倍，最终将从空无一物当中创造出万物不断生长。

对我来说，一个深邃的科学阐释所具备的最明显的标志，就是它给出的答案远远多于你的提问。暴胀理论已被证明是一件上天赐予我们的礼物，它持续奉献，提供一个又一个答案。首先，该理论解释了为什么空间如此平坦，这一点我们已测量到约1%的精准度。其二，该理论解释了为什么平均来说宇宙从各个角度看都是一样的从一点到另一点只有0.002%的起伏度。其三，该理论解释了这0.002%起伏度，实为源于微观至宏观的暴胀所形成的量子起伏，在此基础上经由重力放大，形成今日的星系和大规模的宇宙构造。该理论甚至将宇宙加速（cosmic acceleration）归结于暴胀，宇宙以慢速运动予以重启，并且每80亿年（不是每秒）扩大一倍，该理论将争论的焦点从是否存在暴胀，转移到暴胀是发生过一次还是两次，也正是因此，该理论荣获了2011年诺贝尔物理学奖。

时至今日，日渐清晰的是，暴胀理论是一个永不停息的科学阐释，即：暴胀不会停息，对此的阐释亦不会停息。

就像细胞分裂不会生出一个孩子就停止，而是会不断生产数目庞大且多种多样的人口一般，暴胀也不会仅仅制造出一个宇宙就结束，而是会制造出数目庞大且多种多样的平行宇宙，这也许会让我们以往视为物理常数的东西的所有可能选项成为现实。因此，它或许可以解密一个事实：对生命而言，在我们所处宇宙中的许多常数都是恰如其分的，如果发生一些哪怕是微小的改变，我们所知的生命形态将不复存在，比如说，那样就不会再有星系或者原子。即使绝大多数由暴胀所制造的平行宇宙胎死腹中，也还会有一些条件恰到好处地适合生命产生与生存的情况，这毫不让人意外，譬如我们人类生存的这个星球。

暴胀理论让我们极度尴尬，真的是无比尴尬。因为这种宇宙的无限性带来了所谓的度量难题，我将此视为现代物理学所面临的最大危机。物理学是一门依据过去来预测未来的学科，但暴胀理论看来要颠覆这个定义了。我们的物理世界充斥着模式和规则，然而，当我们试图量化这些模式和规则，以便预测一些特定事件的发生概率之际，暴胀理论总是给出相同的无用答案：无穷大除以无穷大。

问题在于，不管你做了什么样的实验，暴胀理论都会预测，在一个无限数量的平行宇宙中，你所获取到的每一个物理上的可能结果，都会有无限多的副本。无论多年来在宇宙学界饱受怎样的争议，迄今为止，如何从这些无穷大中抽取出合理的答案，我们并没有达成共识。所以，从严格的意义上讲，我们这些物理学家并不能再对任何事物进行预测。我们那婴儿般的宇宙已经逐渐成长为一个变幻无常、捉摸不透的少年了。

这种糟糕的情况让我开始认为我们需要一种激进的新思路。或许我们需要某种方式来摆脱无限性。或许就如一根橡皮筋那样，难道空间不会突然一下子断掉而无限地扩展下去？或许无限多的平行宇宙已经被某些尚未获知的进程所摧毁，亦或出于某些原因，这些平行宇宙不过是海市蜃楼？最为深邃的科学阐释不仅仅要能提供答案，同样还要予以设问。我认为，暴胀理论依旧留给了我们若干思考与找寻答案的空间。

注：本文作者迈克斯·泰格马克的《穿越平行宇宙》已由湛庐文化策划，浙江人民出版社出版。