到目前为止，我总是假定宇宙的终结发生在非常遥远的未来，无论是轰轰烈烈的大事件，还是凄凄惨惨的小悲切（或者更准确地说，是大危机或者冷冻）。如果宇宙开始坍缩，我们的后代将有数十亿年的时间来准备应对。不过，还有一个更令人担忧的可能性。

正如我之前解释的那样，当天文学家观察天空时，他们看不到宇宙的当前状态，看到的只是宇宙瞬间的一张快照。因为光从遥远的地方到达地球需要时间，所以我们在空间中看到的任何天体，都是该天体在光出发之时的一瞬。望远镜也是一个望时镜。天体离得越远，其年代就越久远。天文学家眼中的宇宙其实是向前穿越时空得到的一张快照，专业术语是“过去光锥”，见图10-1。

根据相对论，没有任何信息或物理现象能比光传播得更快。因此，“过去光锥”不仅标志着所有关于宇宙的知识的界限，而且也标志着此刻所有可能影响我们的事件的界限。由此可见，任何以光速向我们袭来的物理影响都是毫无预兆、无法预防的。如果大灾难沿着“过去光锥”朝我们而来，厄运就会在没有预兆的情况下来临。我们首先要知道的是，大灾难什么时候会来临。

举一个简单的例子，如果太阳现在发生爆炸，那么大约8分半钟后我们才会知道这一事实，这是光从太阳到达地球所需要的时间。同样，附近的一颗恒星很有可能已经爆发成超新星了，这一事件可能使地球沐浴在致命的辐射中，但当坏消息以光速穿越银河系时，我们仍将对此一无所知。尽管现在的宇宙看起来非常安静，但我们并不能确定真正可怕的事情有没有发生，有可能已经发生了。

宇宙中大多数突发性暴力事件所造成的损害仅限于宇宙的直接受害区域。恒星死亡或者物质进入黑洞，只会扰乱行星和附近那些距离几光年远的恒星。最壮观的爆发可能源于一些降临到某些星系核心的事件。正如我所描述的，巨大的喷射物有时会以接近光速的速度喷射出来，同时释放出巨量辐射，这就是银河系尺度上的暴力事件。

宇宙大毁灭事件又会是何种情形呢？可能会发生大震动吗，就像中年时的一次中风摧毁一个人那样，一下子摧毁整个宇宙？真正的宇宙大灾难可能已经触发了吗？会不会它令人不快的影响正在席卷“过去光锥”，正在向时空中脆弱的生态位逼近？

1980年，物理学家西德尼·科尔曼（Sidney Coleman）和弗兰克·德·卢西亚（Frank De Luccia）在《物理评论D》（ Physical Review D ）期刊上发表了一篇题为《引力对真空衰变的影响以及真空衰变对引力的影响》（ Gravitational Effects on and of Vacuum Decay ）的令人担忧的论文。他们所指的真空不仅是真空空间，而且是量子物理的真空状态。在第3章中，我已经解释了，人类眼中的真空状态实际上是被短暂的量子填充，就像幽灵般的虚粒子在随机的嬉戏中出现又消失一样。回想一下，这种真空状态可能不是唯一的，可能会有几个量子态，它们看起来都是空的，但拥有不同程度的量子活动和不同的关联能量。

高能量态趋向于衰变为低能量态，这是量子物理学中的一条原理。比如，一个原子可能存在于一系列的激发态中，所有这些激发态都是不稳定的，并且会试图衰变到最低能量，即稳定的基态。同样，一个激发态的真空会衰变为最低能量态，或者真真空。非常早期的宇宙处于激发态或者伪真空状态，在此期间，它急速暴胀，但在很短的时间内，这种状态会衰减到真真空状态，暴胀就此停止。

通常的假设是，宇宙的当前状态对应的是真真空，也就是说，我们这个时代的真空是能量最低的真空。但这一点是确定的吗？科尔曼和德·卢西亚认为，目前的真空可能不是真真空，而是一种长期存在的、可转移的伪真空，这种真空使我们陷入了一种虚假的安全感中，因为它已经持续了数十亿年。我们知道许多量子系统的半衰期为数十亿年，比如铀原子核。你认为当前真空属于这一类吗？科尔曼和德·卢西亚论文标题中提到的“真空衰变”是指灾难的可能性，即当前真空可能会突然失效，使宇宙进入一个更低的能量状态，从而带来可怕的后果。

科尔曼和德·卢西亚假说中的关键是量子隧穿效应。量子粒子被力的势垒俘获的情景可以很好地解释量子隧穿效应。假设粒子位于两个由丘陵中间的小山谷中，如图10-2所示。当然，这不一定是真正的山丘，比如，它们可以是电场或者核力场。在没有超越山丘（或克服力障）所需能量的情况下，粒子就会永远被捕获。但请记住，所有的量子粒子都受制于海森堡提出的不确定性原理，该原理允许粒子在短时间内借用能量。这带来了一个有趣的可能性。如果粒子能借用足够的能量到达山顶，并且必须在能量耗尽之前穿过另一侧，它就可以从陷阱里逃逸出来。实际上，它会借助隧道穿越势垒，好像它根本就没有在来的地方待过一样。

量子粒子从这样的陷阱中穿洞而出的概率在很大程度上取决于势垒的高度和宽度。势垒越高，粒子需要借用的能量就越多，才能到达山顶。此外，根据不确定性原理，相应的能量借贷期限也越短。因此，只有当高势垒很薄时，量子粒子才能利用隧穿效应足够快地穿过势垒，按时偿还借来的能量。量子隧穿效应在日常生活中并不明显，因为宏观势垒太高太宽，量子无法产生巨大隧穿效应。从原则上来说，一个人可以步行穿过一堵砖墙，但促使发生这种奇迹般的量子隧穿效应的概率非常小。而在原子尺度上，量子隧穿效应是非常常见的。比如，α放射性正是通过这种机制出现的。量子隧穿效应还被用在了半导体和其他一些电子产品上，比如扫描隧道显微镜。

关于真空可能衰变的问题，科尔曼和德·卢西亚推测，构成真空的量子场可能会受到如图10-3所示的力的影响（这里只是一种比喻）。目前的真空状态对应A谷底部，真真空对应B谷底部，低于A谷。真空想要从高能量状态A衰变到低能量状态B，会受到分离它们的“小山”或力场的阻止。尽管山丘阻碍了衰变，但由于量子隧穿效应，它并不能完全阻止衰变：系统可以从A谷穿到B谷。如果这一理论是正确的，那么宇宙就是在借来的时间上生存，挂在A谷的上方，但它一定有机会在某个任意时刻借助量子隧穿效应进入B谷。

科尔曼和德·卢西亚用数学方法模拟了真空的衰变，以追踪这种现象的发生方式。他们发现，衰变从空间中的一个随机位置开始，以一个真真空的小气泡的形式出现，周围是不稳定的伪真空。一旦真真空的气泡形成，它将以接近光速的速度快速膨胀，吞没越来越大的伪真空区域，并瞬间将其转化为真真空。这两种状态之间的能量差可能具有我在第3章讨论过的那种巨大价值，它集中在气泡壁上，并横扫整个宇宙，这意味着它经过时遇到的一切事物都会被毁掉。

只要当气泡壁出现，世界的量子结构突然发生变化时，我们才会知道真真空气泡的存在。我们甚至连三分钟的警告时间都没有。瞬间，所有亚原子粒子的性质及其相互作用都会发生剧烈变化；比如，质子可能会立即衰变，在这种情况下，所有物质都会突然蒸发。剩下的东西会处于真真空气泡中——一种与我们目前所观察到的状态非常不同的真空态。最重要的区别与引力相关。

科尔曼和德·卢西亚发现，真真空的能量和压力会产生一种强烈的引力场，该引力场极其强烈，即使气泡发生了膨胀，真空气泡所包围的区域也会在不到一微秒的时间内坍缩。这一次，不像缓缓到来的大危机那样，真空气泡所包围的区域会内爆缩成一个时空奇点，一切都会突然湮灭。简而言之，这是一场瞬时的大灾难。“这太令人沮丧了，”两位作者巧妙而又轻描淡写地进行了评论，“我们生活在一个伪真空中的可能性从来都不令人振奋和值得期待。真空衰变是生态大灾难。当真空衰变后，我们所知道的生命不可能幸存，也不可能出现化学反应。然而，人们总是试图从这样一种可能性中获取安慰：也许在一段时间后，新的真空会持续下去，即使不是我们所熟悉的生物，至少也是我们知道的某些结构。然而，这种可能性现在已经被排除了。”

科尔曼和德·卢西亚的论文发表后，真空衰变可能会产生的可怕后果成为物理学家和天文学家讨论的热门话题。在发表于《自然》上的一项后续研究中，宇宙学家迈克尔·特纳（Michael Turner）和物理学家弗兰克·威尔茨克（Frank Wilczek）得出了一个天启式的结论：“从微观物理学的角度来看，我们的真空是亚稳态的，这是完全可以想象的……真真空气泡可能会毫无预警地在宇宙的某个地方成核，并以光速向外移动。”

特纳和威尔茨克的论文发表后不久，彼得·胡特（Piet Hut）和马丁·里斯也在《自然》上发表了一篇文章，提出了一个令人恐慌的论点，即一个使宇宙遭到破坏的真空气泡之所以成核，可能是由粒子物理学家无意中触发的。令人担忧的是，亚原子粒子的高能碰撞可能会在一个很小的空间内瞬间创造条件，并促使真空原子衰变。一旦发生这种转变，即使在微观尺度上，也无法阻止新形成的气泡快速膨胀到天文尺度。那么，我们应该禁止建造下一代粒子加速器吗？胡特和里斯对此进行了重新评估，他们指出，一方面，宇宙射线所获得的能量比我们在粒子加速器中所能获得的能量要高，而这些宇宙射线已经在地球大气中撞击原子核有数十亿年了，并没有引发真空衰变。另一方面，随着加速器能量提高几百倍左右，我们也许能够制造出比宇宙射线对地球的撞击更有能量的碰撞。然而，真正的问题不是真空气泡的成核现象是否会在地球上出现，而是它是否在大爆炸之后的某个时刻在可见宇宙中的某个地方已经成核。胡特和里斯还指出，两条宇宙射线发生迎面碰撞的概率非常小，其能量比现有加速器可能的能量高出10亿倍。综上所述，我们现在还不需要完善的监管设备对其进行监管。

矛盾的是，真空气泡成核的现象虽然会威胁宇宙的存在，但在稍有差异的背景下，这又被证明是宇宙居民唯一可选的拯救方式。逃避宇宙灭亡的一个可靠方法是，创造一个新的宇宙并逃到那里。这听起来像一种疯狂的幻想，但近年来，“婴儿宇宙”已经成为科学家广泛研究的话题，有关它是否存在的争论也非常严肃。

这一课题最初是1981年由一个日本物理学家小组提出来的，他们用一个简单的数学模型对一个被真真空包围的伪真空小气泡的行为变化特性进行了研究，结果与刚才讨论的情况相反。据预测，伪真空气泡将以第3章描述的方式膨胀，在大爆炸中迅速膨胀成一个大宇宙。起初，伪真空气泡的膨胀必然会引起气泡壁的膨胀，以至于伪真空区域发生增长，代价是牺牲真真空区域。但这与低能量态的真真空应该取代高能量态的伪真空的预期相矛盾。

奇怪的是，从真真空来看，伪真空气泡占据的空间区域似乎没有膨胀。实际上，它看起来更像一个黑洞，类似神秘博士的时间机器塔迪斯 ⁽¹⁾ ，里面看起来比外面大。位于伪真空气泡内的观察者会看到宇宙膨胀到巨大的尺度，但从外部看，这个气泡仍然是致密的。

为了观察这种特殊情况，我们可以用一块橡胶板来做类比。设想橡胶板的一个地方起了一个气泡，然后膨胀起来（见图10-4）。气泡形成一种婴儿宇宙，通过脐带或“虫洞”与母体宇宙相连。从母体宇宙来看，虫洞的喉部似乎是一个黑洞。这种结构是不稳定的，因为黑洞很快会被霍金效应蒸发，完全从母体宇宙中消失。结果是，虫洞被挤压掉了，与母体宇宙分离的婴儿宇宙变成了一个新的、独立的宇宙。假设从母体宇宙那里萌芽出来之后，婴儿宇宙的发展与当前宇宙的发展是一样的：短暂的暴胀，然后减速。这个模型有一个明显的含义，即我们自己的宇宙可能是以这种方式作为另一个宇宙的后代而产生的。

暴胀理论的提出者艾伦·古斯（Alan Guth）和他的同事已经研究了在实验室里创造出新宇宙的可能性。这个实验不像将伪真空衰变为真真空气泡那样骇人听闻，创造一个被真真空包围的伪真空气泡，并不会威胁到宇宙的存在。事实上，尽管实验可能会引发大爆炸，但爆炸将完全局限在一个很快会蒸发的小黑洞内。新宇宙将创造一个属于自己的空间，而不是吞噬掉宇宙中任何一个空间。

尽管这个想法仍然是推测性的，并且完全基于数学推理，但一些研究表明，沿着这种思路，通过以精心设计的方式集中大量的能量，我们有可能会创造出一些新宇宙。在遥远的将来，当目前的宇宙变得不适合居住或接近大危机时，我们的后代可能会永远离开之前的宇宙，启动新宇宙的萌芽过程，然后在虫洞的脐带被掐掉之前，爬进临近的宇宙，完成移民的终极目标。当然，没有人知道这些无畏的人类如何完成或者能否完成这一壮举。至少，穿过虫洞的旅程会很不舒服，除非他们钻进去的黑洞非常大。

忽略这些实际问题，婴儿宇宙的这种可能性为我们的后代以及宇宙带来了真正永恒的前景。我们应该考虑的不是宇宙的生死，而是一个宇宙家族的无限繁衍，每一个家族都会孕育出新一代的宇宙，新宇宙也许会成批诞生。有了这样的宇宙繁衍，宇宙的集合或元宇宙（正如它真正应该被叫的名字）可能没有开始也没有结束。每一个单独的宇宙都会以本书前几章所描述的方式诞生、演化和消亡，但作为一个整体，这个集合将永远存在。

这种设想引发了这样一个问题：创造出一个像当前宇宙一样的新宇宙是自然事件（比如自然分娩的婴儿），还是蓄意操纵的结果（比如试管婴儿）。我们可以假设母体宇宙中有一个相当先进而又利他的人类社会，他们决定创造一个幼小的宇宙，但目的不是为自己的生存提供逃生之路，而仅仅是为逃离宇宙注定消亡的结局，让生命永久存在。这就消除了在决定建造可穿越的虫洞进入婴儿宇宙时面临的巨大障碍。

我们尚不清楚婴儿宇宙会在多大程度上带有其母亲的遗传印记。物理学家还不明白各种自然力和物质粒子为什么具有各自的特性。一方面，这些特性可能是自然规律的一部分，在任何宇宙中一旦被确定，所有宇宙中的物质都会受这些规律的制约。另一方面，某些特性可能是演化中发生的意外事件的结果。比如，可能有几个真真空都具有相同或者几乎相同的能量，也有可能当伪真空衰退到暴胀期结束时，它只是从众多可能的真空状态中随机选择了一个。就宇宙的物理学而言，真空态的选择将决定粒子的许多特性以及它们之间的作用力，甚至可以决定空间的维度。婴儿宇宙可能和母体宇宙有完全不同的性质，也许只有极少数的后代才有可能拥有生命，婴儿宇宙的物理学与当前宇宙的物理学应该非常相似。或者，也许有一种遗传原理可以确保婴儿宇宙紧密地继承母体宇宙的属性，除了奇怪的变异之外。物理学家李·斯莫林（Lee Smolin）就提出，婴儿宇宙中可能存在一种达尔文式的进化在宇宙间运行，间接地鼓励生命和意识的出现。

更有趣的是，宇宙可能是在母体宇宙中通过智能操控的方式被创造出来的，并被刻意赋予了产生生命和意识的必要属性。这些想法都不是毫无根据的胡思乱想，宇宙学仍然是一门非常年轻的科学。上述奇思妙想至少可以作为前几章悲观预测的某种安慰。它们暗示了这种可能性：即使我们的后代有一天必须面对宇宙的最后三分钟，但某种有意识的生物可能总是存在于某个地方。 fuzev6DqKAUawE36MbY3z55axZjrH4Jt1vA7nDyiR/K01CX9pEFeRAU44JgP38d5