宇宙是“免费午餐”吗

从无中不可能创造出任何东西来。

卢克莱修

现在，我们可以把所有的研究线索聚拢到一起，为宇宙创制一套说明，以显示新物理学在多么令人惊讶的范围里解释了物质世界。我这并不是说，应当把我们要创制的说明当真（尽管物理学家们正在认真地讨论它）。然而，这套说明的确显示了现代物理学所提出的那一种思想。我们若想寻找上帝，就不能忽视这一类的思想。

在本书的前言里，我曾提出我所说的有关存在的四大基本问题：“为什么大自然的规律是现今这样的？为什么宇宙是由组成它的各件东西组成的？这些东西是如何起始的？宇宙如何获得了组织？”

为了解答这四大问题，新物理学走过了漫长的道路。我们逆着这四大问题的顺序，讨论了假如有负熵输入，起始的混沌状态如何能演进为较为有序的状态。我们也讨论了宇宙的膨胀如何能够生出负熵，因而也就不必像早些时代的科学家们那样，设定宇宙创生于具有高度组织、特殊排列的状态。宇宙现今的组织是与那个偶然起始于随机状态的宇宙不矛盾的。

在前面的几章里，我们详细地讨论了物质的起源问题。现已知道，恒星和行星之类的物体形成于原初气体，而宇宙物质本身则是在大爆炸中创生的。最近在粒子物理方面的发现，显现了宇宙引力场能够在空洞无物的空间里创造物质的一些机制。于是，未解之谜只剩下了时空本身的起源。但是，有些迹象表明，空间和时间可以自发地产生而且不违反物理定律。之所以会有这种奇特的可能性，其原因涉及量子论。

我们说过，在亚核世界中量子因素准许没有原因的事件发生。例如，粒子可以在没有原因的情况下不知从什么地方冒出来。当量子论推广到引力时，就涉及时空本身的行为了。尽管现在还没有令人满意的量子引力理论，然而物理学家们对很多会被纳入这样一个理论的普遍现象有了相当的认识。例如，量子引力理论会把量子物质所特有的那种模糊的不可预测性赋予空间和时间。尤其应当注意的是，量子引力理论准许时空自发地、没有原因地创生和毁灭，就如同粒子自发地、没有原因地创生和毁灭一样。这一理论会包含着某种数学或然性，即一小块空间会从原先没有任何空间的地方出现。因而，没有原因的量子跃迁会使时空从无中突然产生出来。

通常，量子机制使时空突然出现的情况一般只发生在超微观尺度上，因为量子作用通常只适用于微观现象。实际上，自发产生的空间可能只有10-33厘米大小。然而，这样小的有限空间不必有边缘，它可以是像第二章里所说的那样，是被关闭在超圆体之中的。很可能，这种微型宇宙会随着另一个相反的量子起伏而迅速消失。不过，也存在一种可能性，就是它非但没消失，反而像一个气球一样突然膨胀起来。

这种突然膨胀的行为，起源于其他的量子过程。这些过程与引力无关，却跟大自然其他的基本力有关。在第十三章里，我曾简短地描述了所谓的“暴涨宇宙”。其中我说，“大统一力”使初生的宇宙变得不稳定，从而使宇宙进入失控的指数膨胀的阶段。这样，量子微观世界就可能在不到1秒的时间里膨胀到宇宙的规模。积聚在这场大爆炸中的能量，就会随着暴涨阶段的突然结束而转化为物质和辐射，然后，宇宙就会像我们按常规所想的那样一路演化下来。

按这种不同寻常的宇宙创生理论来看，整个宇宙完全是从无中生出来的，其创生过程完全符合量子物理的定律。这样的宇宙在其成长过程中创造了一切物质、一切能量，从而建成了我们现在所看到的宇宙。这样，这种理论便说明了一切物理性的东西（包括时间和空间）的创生。这种量子时空模型并不规定一个不可知的奇点来给宇宙开头（见第二章），而是试图完全在物理定律的框架之内解释一切。这可是个让人敬畏的理论。我们习惯上都是认为“有失才有得”，还从没听说过能从无中得到什么东西。然而，量子物理却不当回事地从无中产生出一些东西来。量子引力表明，我们可以从无中获得一切。物理学家艾伦·古斯在讨论这一理论时说：“人们常说没有免费午餐这回事。然而，宇宙就是免费午餐。”①

这种从无中生出的宇宙还需要上帝吗？在第三章里，我们说过传统上的上帝存在的宇宙学论证如何要先设定一切事物都必有一个原因。量子物理学驳倒了这种设定。但是四大问题还剩下两个，即为什么宇宙会有今天的东西？为什么宇宙有今天的规律？科学能提供这两个问题的答案吗？

在第十一章里我们说过，所谓的超引力理论的目标，就是要提供一种数学描述方法，来描述大自然的一切力和物质的一切基本粒子。假如这一理论被证明能够成立，就可以把上面所说的那两个问题缩减成一个，组成世界的东西（质子、中子、介子、电子等）就可以在超引力理论的框架之内得到解释。现在的物理定律则与超引力理论不同。一般说来，有了电子或质子，我们就知道电子或质子会有什么行为，但我们却不知道为什么会有电子或质子存在，而不是有性质不同的其他粒子存在。假如超引力理论完全成功，那么，它就会不仅告诉我们为什么有各种粒子存在，而且能说明为什么各种粒子具有它们现有的质量、电荷以及其他的性质。

整个超引力理论要以一个宏伟的数学理论为基础，以使物理学的一切分支（还原论意义上的）都包括在一个超定律中。但是，我们最后仍是有一个问题：为什么会有那个超定律？

这样，我们就碰上了有关存在的最终问题。物理学或许能够解释物质宇宙的内容、起源和组织，但却不能解释物理学本身的定律（或超定律）。按照传统看来，是上帝发明了大自然的所有定律，并创造了由这些定律所管辖的万物（时空、原子、人，等等）。“免费午餐”理论认为，只要有了各种定律，宇宙就会自己照管自己了，包括照管它自己的创生。

但是，定律又是从哪里来的呢？必须得先有规律，宇宙才能降生。必须得先有量子物理（从某种意义上说），量子跃迁才能产生出宇宙来。很多科学家认为，为什么物理定律是现在这样的，这个问题是无意义的，或者说，这个问题至少是不能给以科学的解答的。其他的科学家则持有“人存”观点，认为物理定律必须是现今这样的，否则就不会有观察者存在。但是，还有一种可能性。物理定律（或是最终的超定律）或许将显现出来，成为逻辑上唯一可能的物理原理。这就是我们要在最后一章里讨论的。