我在第10章末尾讨论的奇怪想法并不是逃避宇宙末日的唯一可能性。每当我讲述宇宙的终结时，总会有人问我关于循环宇宙模型的问题。我对此的想法是：宇宙膨胀到最大尺度后会发生大坍缩，但坍缩并不一定意味着完全自我毁灭，而是以某种方式“反弹”，开始另一轮膨胀和坍缩的循环（见图11-1）。这一过程可能会永远持续下去，在这种情况下，宇宙将没有真正的开始或结束，即使每一个宇宙的循环都有一个独特的开始和结束。循环宇宙模型是一种理论，特别吸引那些受印度教和佛教神话影响的人，在这些神话中，出生和死亡、创造和毁灭的循环是教义的重要组成部分。

关于宇宙的终结，我提出了两种截然不同的科学设想，每一种设想都会让人产生不安的情绪。第一种设想是，宇宙会在大危机中完全湮灭，但这一事件可能在遥远的将来才会发生。第二种设想是，宇宙在有限的辉煌活动期之后，会永恒地陷入一种苍凉虚无的热寂状态，这也是非常令人沮丧的。事实上，每种设想都有可能使我们的超人类后代获得无限的信息处理能力，这对热情的我们来说可以算作一种冷酷的安慰。

宇宙循环模型的魅力在于，它避开了“完全湮灭”这个幽灵，其中的宇宙不会永久地退化和衰变。为了避免无止境的徒劳重复，每次循环之间应该有所不同。这个理论的一个流行版本是，每一个新的循环都像凤凰涅磐一样从死亡中重生，新宇宙从上一个宇宙的死亡中诞生，演变出新的系统和结构，并在下一次大危机清除干净往事之前，探索新的丰富多彩的世界。

尽管这个理论看起来很有吸引力，但不幸的是，它也存在严重的物理问题亟须解决。其中之一是，确定一个可信的过程，能允许坍缩的宇宙以某个非常高的密度反弹，而不是在大危机中湮灭。在坍缩后期，必须存在某种逐渐增强的反引力，以扭转内爆的势头，对抗强大的引力挤压力。目前我们还不知道是否存在这种力，如果它存在，其性质一定很奇特。

暴胀理论正是假设了存在这种强大的排斥力。然而，产生暴胀力的激发态真空是高度不稳定的，很快就会衰退。虽然我们可以想象这种微小而又简单的新生宇宙本就应该起源于这样一种不稳定的状态，但如果假定宇宙在一个复杂的宏观条件下会收缩，并可以在任何地方恢复到激发态真空，就是另一回事了。这种情况类似于将一支铅笔笔尖朝下立起，铅笔很快倒掉一样，倒掉很容易，但使它笔尖朝下立起来就难多了。

即使假设可以以某种方式克服这些问题，但循环宇宙理论仍然存在严重的问题。其中一个难题我已经在第2章讨论过。受以有限速度进行的不可逆的过程支配的系统在一段有限的时间后，趋向于达到最终状态。正是这个原理在19世纪引出了宇宙热寂的预测。宇宙循环理论并不能克服这一困难。我们可以将宇宙比作一个缓慢减速的时钟，除非以某种给定的方式重新运转，否则它的活动将不可避免地终止。什么机制能够在宇宙时钟自身不受不可逆转过程支配的情况下重新运转起来呢？

乍一看，宇宙的坍缩阶段似乎是膨胀阶段出现的那些物理过程的逆转。分散的星系被拉回到一起，冷却的宇宙微波背景辐射被重新加热，复杂的元素又被分解成一锅基本粒子汤。大坍缩前的宇宙状态与大爆炸后的宇宙状态非常相似。然而，对称只是表面的。我们可以从下面这个事实中得到证明：当宇宙膨胀变成坍缩时，生活在坍缩时期的天文学家在数十亿年中还能继续看到遥远的星系在退行，宇宙看起来仿佛仍然在膨胀，尽管它正在坍缩。这种错觉是由有限的光速造成的滞后现象。

20世纪30年代，宇宙学家理查德·托尔曼（Richard Tolman）展示了这种滞后现象是如何破坏循环宇宙的表面对称性的。原因很简单。宇宙是携带着大爆炸后遗留的大量热辐射开始向外膨胀的。随着时间的推移，星光增强了这种辐射，因此在经过几十亿年后，宇宙空间中积累的星光所包含的能量几乎与背景热能一样多。这意味着，宇宙在接近大危机时，散布在整个宇宙中的辐射能比大爆炸刚刚发生后的辐射能要多得多。所以，当宇宙最终坍缩到与当前宇宙相同的密度时，它会变得更热。

根据爱因斯坦的方程式 E = mc ² ，超额的热能是由宇宙包含的物质提供的。在产生热能的那些恒星内部，氢等轻元素被加工成铁等重元素。一个铁原子核通常含有26个质子和30个中子。这样的原子核的质量应该是26个质子和30个中子的质量，但事实并非如此。这个组装后的原子核比单个粒子的质量总和轻约1%。“遗失”的质量是由强大的核力在原子核内产生的巨大束缚能造成的。这部分能量所代表的质量被释放出来提供给了星光。

这一切的结果便是，能量从物质完全转化为辐射。因为辐射的引力与具有相同能量的物质的引力大不相同，所以这种转化对宇宙坍缩的方式有着重要的影响。托尔曼指出，宇宙坍缩阶段的超额辐射会使宇宙的坍缩速度变得更快。如果以某种方式使反弹出现，那么宇宙也会以更快的速度膨胀。换句话说，每一次大爆炸都应当比上一次更大。结果便是，随着每个新的循环的开始，宇宙将会膨胀到更大的尺度，因此循环将逐渐变大，时间变长（见图11-2）。

宇宙循环这种不可逆的增长过程并不神秘，这是热力学第二定律的必然结果。辐射的累积代表着熵的增加，它以循环越来越大的形式在引力上表现出来。然而，它确实终结了真正的循环，因为宇宙会随着时间的推移而演化。回溯过去，这些循环串联在一起形成了一个复杂而混乱的开始，而未来的循环无限膨胀，直到它们变得很长很长，以至于任何一个给定的循环在很大程度上都无法与宇宙膨胀模型的热寂情景区分开来。

自托尔曼提出宇宙循环的对称性会遭到破坏的观点以来，其他宇宙学家也发现，一些物理过程也会破坏每一次循环的膨胀和坍缩阶段的对称性。其中一个例子是黑洞的形成。在标准模型中，宇宙开始时没有任何黑洞，但随着时间的推移，恒星的坍缩和其他过程会导致黑洞形成。随着星系的演化，越来越多的黑洞出现了。在宇宙坍缩的最后阶段，压缩将促使形成更多的黑洞，一些黑洞还可能合并形成更大的黑洞。因此，宇宙在接近大危机时的引力结构比大爆炸刚发生时更加复杂，因为此时的黑洞更多。如果宇宙开始反弹，下一轮循环将会以比前一轮拥有更多的黑洞开始。

这一结论似乎是不可避免的，任何一种循环宇宙，只要它允许将物理结构和物理系统从一轮循环传播到下一轮循环，就无法规避热力学第二定律的退化影响，热寂还是会出现。回避这一令人沮丧的结局的一种方法是，假设宇宙反弹时的物理条件是非常极端的，以致有关早期循环的信息无法传递到下一轮循环宇宙。所有先前的物理物体都被摧毁，所有的影响统统消失，新宇宙完全是从无到有重生的。

然而，这种模式并没有什么吸引力。如果每个循环在物理上与其他循环是断开的，那么一定要说这些循环是相互继承的，或者说代表同一个宇宙以某种方式获得了延续，有什么意义呢？这些说循环宇宙实际上是截然不同的独立宇宙，可以说是平行存在的，而不是以某种次序存在的。

另一种方法是，假设热力学第二定律被违反了，所以在宇宙反弹时，“时钟重新运转起来”。热力学第二定律失效导致的破坏意味着什么？我们举一个热力学第二定律起作用的简单例子，比如香水从瓶子里蒸发出来。逆转香水的命运将需要大规模的、有组织的协调安排，如同一场大阴谋。在这场阴谋中，整个房间里的每一个香水分子都要被吸回到瓶子里去。这就像一部倒放的“电影”。正是从热力学第二定律中，我们认识到了过去与未来之间的区别——时间箭头。因此，违反热力学第二定律就意味着时间的倒转。

当然，当听到世界末日的霹雳声时，假定时间可以发生简单的逆转，以逃避宇宙的灭亡，这多多少少是一种无能的表现。这就好比当旅途变得艰难时，人们只是在倒放这部伟大的宇宙影片！尽管如此，这个想法还是吸引了一些宇宙学家。20世纪60年代，天体物理学家托马斯·戈尔德（Thomas Gold）提出，对于一个再次坍缩的宇宙来说，在坍缩阶段，时间可能会倒流。他指出，这种倒流将包括在那段时间周围的任何生物的大脑功能，因此这使他们的主观时间感也倒了过来。因此，坍缩阶段的居民不会看到他们周围的一切东西在“往回跑”，而是会像我们一样经历事件的向前流动。比如，他们会发觉宇宙在膨胀，而不是坍缩。但在他们看来，我们的宇宙正处于坍缩阶段，我们的大脑则是向后退行处理问题的。

20世纪80年代，斯蒂芬·霍金也曾考虑过时间逆转宇宙的想法，后来放弃了，不过他也承认这是他“最大的错误”。霍金起初认为，将量子力学应用于循环宇宙需要详细的时间对称性。然而，事实证明，至少在量子力学的标准公式中，情况并非如此。最近，物理学家默里·盖尔-曼（Murray Gell-Mann）和詹姆斯·哈妥（James Hartle）讨论了对量子力学规律的某种修正。修正的规律简单地强制设定了时间的对称性，然后探讨了这种情况在当前宇宙中是否会引起任何可观察到的结果。到目前为止，我们还不清楚答案是什么。

俄罗斯物理学家安德烈·林德（Andrei Linde）提出了一种完全不同的避免宇宙灭亡的方法，该方法基于宇宙暴胀理论。在最初的暴胀宇宙设想中，人们认为非常早期的宇宙的量子状态对应的是一个特定的激发态真空，这种真空有暂时驱动失控的暴胀现象。1983年，林德提出，早期宇宙的量子态可能会以一种混沌的方式因地而异，有些区域是低能态，有些是中等激发态，而某些区域则是高激发态。处于激发态的地方就会发生暴胀。此外，林德对量子态行为的计算清楚地表明，高激发态的暴胀速度最快，衰变速度最慢。因此，在特定的空间区域中，能态激发得越高，宇宙在该区域的暴胀就越剧烈。很明显，在很短的时间后，能量达到最大化，暴胀最快的空间区域膨胀得也最大，占据了整个空间的最大部分。林德还将这种情况同达尔文进化论或者经济学联系了起来。如果一个量子成功地涨落到一个非常强烈的激发态，尽管这意味着要借用大量的能量，但作为回报，该区域的体积会出现巨大增长。因此，那些借了很多能量、处于超级暴胀的区域很快占据了主导地位。

这种无序暴胀的结果便是，宇宙将被分割成一个个小宇宙，或者气泡，有些在疯狂地暴胀，有些则完全不暴胀。因为一些区域（仅仅是随机波动的结果）会有非常大的激发能，这些区域的暴胀会比原始理论中假设的暴胀强烈得多。但因为这些恰恰是暴胀最严重的区域，在后暴胀宇宙中随机选择的一个点很可能位于这样一个高度暴胀的区域。因此，我们的宇宙可能就位于一个超级暴胀区域的深处。林德计算出，这样的大气泡可能已经膨胀了10 ⁸ 倍，即1后面跟着1亿个零！

当前的超级宇宙不过是众多高度暴胀的宇宙气泡中的一个，因此，在巨大的宇宙尺度上，宇宙看起来仍然非常混乱。我们这个宇宙气泡的延伸距离之远大大超出了当前可见宇宙的范围，在它的内部，物质和能量几乎均匀地分布，但在我们的气泡之外，还存在着其他气泡以及仍处于暴胀过程中的区域。事实上，在林德的模型中，暴胀永远不会停止：总有一些空间区域正发生暴胀，新的气泡正在形成，即使其他的一些气泡走完循环已经死亡。这是另一种形式的永恒宇宙，类似于第10章讨论的婴儿宇宙理论。在这种宇宙中，生命、希望和宇宙都是永恒的。目前这种宇宙模型还存在一些争论，因暴胀产生的新气泡宇宙可能永不会结束，也可能不会开始。

其他宇宙气泡的存在能否为我们的后代提供一条生命线呢？他们能否在适当的时候转移到另一个更年轻、拥有大量时间的宇宙气泡中，来避免宇宙气泡的末日呢？1989年，林德在《物理快报》（ Physics Letters ）上发表了一篇题为《暴胀后的生命》（ Life after Inflation ）的文章，探讨的正是这个问题。他写道：“这些结果意味着，在暴胀宇宙中，生命永远不会消失。不幸的是，这个结论并不意味着人们可以据此对人类的未来会感到乐观。”林德指出，任何特定的领域或宇宙气泡，都将慢慢变得不适合居住。林德总结道：“我们现在所能看到的唯一可能的生存策略是从旧区域搬到新区域。”

令人沮丧的是，在林德的暴胀理论版本中，一个典型的宇宙气泡的尺度是巨大的。他计算出，离我们最近的宇宙气泡可能非常遥远，如果以光年为单位，1后面必须跟几百万个零，这个数字太大了，要一本百科全书才能完整地写出来。即使以接近光的速度旅行，若想到达另一个宇宙气泡，也要花费同样的时间，除非我们运气非常好，碰巧处于宇宙气泡的边缘。林德指出，即使发生上述这种幸运的情况，也只有当我们的宇宙继续以可预测的方式不断暴胀才能获得。

一旦支配宇宙的物质和辐射被无限稀释，即使最微小的物理效应——在当下完全不明显的物理效应，也可能最终会决定宇宙的暴胀方式。比如，宇宙中可能一直就存在着一种极其微弱的暴胀力，目前完全被物质的引力效应淹没，但考虑到人类逃离当前宇宙气泡所需的时间非常长，暴胀力终将被人类觉察到。在那种情况下，因为时间充裕，宇宙将再次暴胀，但这次暴胀不是在疯狂的大爆炸中发生，而是非常缓慢地进行，这种方式就像是对大爆炸的微弱模仿。尽管这种暴胀可能是微弱的，但它将会永远持续下去。宇宙的增长只会以很小的速度加速，而它的加速源自一个至关重要的物理效应。该效应会在气泡中生成一个事件视界，它就像一个里外颠倒的黑洞，实际效果就像一个陷阱。任何活下来的生物都会无助地被深深地埋在我们的宇宙气泡中，这是因为，当它们加速向宇宙气泡的边缘前进时，由于新的暴胀，边缘会退得很快。林德的计算虽然很荒谬，却很好地说明了一点，即未来对人类或我们后代的最终命运产生决定作用的微小的物理效应，在表现出宇宙学意义之前，我们没有希望可以探测到它们。

林德的宇宙学理论在某些方面让人想起了旧的宇宙恒稳态理论，该理论在20世纪50年代和60年代早期非常流行，即使到了今天，它仍然是避免宇宙末日最简单和最有吸引力的学说。在赫尔曼·邦迪（Hermann Bondi）和托马斯·戈尔德所阐述的最初版本中，恒稳态理论假定，宇宙在大尺度上永远保持不变。因此，它没有开始，也没有结束。随着宇宙的膨胀，不断会有新的物质来填补空隙，依次保持总的密度不变。任何给定星系的命运都与我在前面章节中所描述的相似：出生、演化和死亡。但是，越来越多的星系总是在形成，并且总是从新创造的物质中形成，这种物质供应是取之不尽的。因此，从一个时代到下一个时代，宇宙作为一个整体的总体面貌看起来都是相同的，在一个给定的空间中，由不同时代星系组成的星系总数是一样的。

宇宙恒稳态理论不需要解释宇宙是如何从无到有诞生的，它将有趣的变化通过演化与宇宙的永不终结结合了起来。事实上，这种理论保障了恒稳态宇宙可以永远保持年轻，因为尽管单个星系会慢慢死亡，但宇宙作为一个整体永远不会变老。我们的后代也不需要四处寻找难以捉摸的能源，因为新物质是免费提供的。当旧星系的燃料耗尽时，我们的后代就会转移到一个更年轻的星系上。这种状态可以无限地延续下去，宇宙的活力、多样性和活动也将永远保持下去。

然而，若是宇宙恒稳态理论成立，还需要某些必要的物理条件。由于膨胀，宇宙体积每几十亿年便会增长一倍。若想保持恒定的密度，在这段时间内需要创造出大约10 ⁵⁰ 吨的新物质。这虽然看起很多，但平均来说，只相当于每100年在机舱大小的空间内出现一个原子。这种现象我们不太可能会注意到。这个理论还存在一个更严重的问题，其涉及负责创造物质的物理过程的性质。至少，我们应该知道提供额外质量的能量从哪里来，以及这个神奇的能量魔瓶是如何做到取之不尽的。弗雷德·霍伊尔和其合作者贾扬特·纳利卡（Jayant Narlikar）共同解决了这个问题，他们非常详细地发展了宇宙恒稳态理论，提出用一种新的能量场——创造场，来提供能量。创造场被假定具有负能。每一个质量为 m 的新物质粒子的出现，都会对创造场贡献一个大小为 mc ² 的负能量。

尽管创造场从技术上解决了创生这个难题，但它仍然存在许多无法解释的问题。创造场很特别，我们从这个神秘场中看不出任何其他表征。然而，20世纪60年代开始，科学家通过观测发现的证据与恒稳态理论相悖，其中最重要的是宇宙微波背景辐射的发现。这种统一的背景辐射被认为是宇宙大爆炸的遗迹，它在恒稳态理论中很难得到令人信服的解释。此外，对星系和射电星系的探测明确无误地证明，宇宙在大尺度上是不断演化的。当证据变得确凿无疑时，霍伊尔和他的同事放弃了宇宙恒稳态理论的简单版本。不过有时候，还是有人会重新提出更复杂的版本。

除了物理和观测问题外，宇宙恒稳态理论还提出了一些奇怪的哲学难题。比如，如果我们的后代拥有无限的时间和资源，他们的技术发展就不会受到限制，他们可以自由地在宇宙中传播，从而控制越来越多的空间。因此，在遥远的未来，大部分宇宙都会实现技术化。但是根据假设，宇宙的大尺度性质应该是不会随时间而变化的，因此恒稳态理论迫使我们不得不得出这样的结论：我们今天看到的宇宙已经被技术化了。由于恒稳态宇宙中的物理条件在所有时期都是完全相同的，所以智慧生命也必须在所有时代出现。因为这种状态永恒存在，有一些人类社区可能已经存在了任意长的时间，并且将会扩展并占据任意大小的空间（包括我们的宇宙），将其技术化。即使假设智慧生命没有移民宇宙的意愿，我们也无法回避这个结论。只要有一个这样的社区在很久以前出现过，这个结论就有效。另外一个难题是：在无限的宇宙中，任何事情，哪怕只有极微小的可能性，都必定会在某个时间段发生，而且会无限次地发生。根据这个逻辑可以得出一个痛苦的结论，恒稳态理论预测，宇宙的种种过程与其居民的技术活动是同一的。事实上，我们所说的大自然就是某种超人类或超人类社会的活动。这似乎是柏拉图式的“造物主” 的一个版本，有趣的是，霍伊尔在他后来的宇宙学理论中毫不掩饰地鼓吹了这种超人类。

任何关于宇宙末日的讨论都会迫使我们面对宇宙的目标问题。我已经指出，一个走向灭亡的宇宙前景使伯特兰·罗素确信，生存最终是徒劳无益的。近年来，史蒂文·温伯格也表达了同样的观点，他在《最初三分钟》一书中提出了一个鲜明的结论：“宇宙变得越容易理解，它就越显得毫无意义。”我认为，宇宙突然死于一场大危机仍然是有可能发生的，人们最初对宇宙缓慢走向热寂的恐惧有可能被夸大了，甚至可能是错误的。我已经详细介绍了超人类的活动，它们可以在逆境中实现不可思议的物质和精神目标。我还简要地研究了思想没有界限的可能性，即使宇宙有界限。

这些备选方案是否减轻了我们的不安呢？我的一个朋友曾经说过，相比于他所听说的天堂，他对这些方案都不太感兴趣。他觉得永远生活在一种崇高的平衡状态中完全没有吸引力。与其面对永恒生命的无聊，不如快点死去，终结一切。如果永生仅限于一次又一次地永远拥有相同的思想和经验，这确实看起来毫无意义。然而，如果永生与进步相结合，那么我们可以想象，未来人类会生活在一种充满新奇感的状态中，总是在学习或做一些新的、令人兴奋的事情。问题是，这是为什么呢？当人类为了某个目的开始一个项目时，他们心里就有一个特定的目标。如果目标没有实现，项目就失败了（尽管经验未必毫无价值）；如果目标实现了，就意味着项目成功了，活动就会停止。一个从未完成的项目会有真正的目标吗？如果存在一段没有终点的旅程，那么它还有意义吗？

如果宇宙拥有目标，并且已经实现了，那么宇宙就必须终结，因为它的持续存在将毫无理由，也毫无意义。反过来说，如果宇宙永远存在，我们很难想象宇宙会有什么终极目标。宇宙的灭亡可能是宇宙成功的代价。也许我们最希望的是，在宇宙的最后三分钟结束之前，我们的后代就已经得知了宇宙的目标。

(1) 塔迪斯（Tardis）是英国科幻电视剧《神秘博士》（ Doctor Who ）中的宇宙飞船和时间机器。——编者注 c/Q5ZmTdJq8+LRvwS56IWlXMqGfUDoYV9GZ/vjZ1PB9+VMdFPRN5KIsYI/LCXxJA