那时,世界确实是被创造出来的,不过,不是在时间里,而是与时间同时出现。因为时间里所创造的一切是在一段时间之后和之前创造的,也就是在过去之后、未来之前。但那时还没有什么过去,因为不存在什么创造物,其运动可以用来计算持续的时间。所以,世界只能是与时间同时被创造出来的。
——圣奥古斯丁
“大爆炸”理论已经岌岌可危地存在了30多年,许多测量都有可能驳倒它,只要得到的结果不同。以下是其中5种可能的测量结果:
● 天文学家可能已经发现了一个天体,其氦丰度为零,或者远低于氢丰度的23%。这将是一个致命的事实,因为恒星内部的氢聚变可以轻易地使氦丰度升至银河系形成之前的水平,但无法将所有的氦重新还原为氢。
● 由宇宙背景探索者卫星精确地测量出的宇宙微波背景辐射的能谱可能与预期中的“黑体”辐射能谱或热辐射能谱不同。
● 物理学家可能已经发现了中微子与“大爆炸”理论不相符的一些现象。在“火球”中,中微子比原子多得多(大约多10亿倍),这与光子的情况一样。所以,一个中微子的质量即使仅为原子的百万分之一,它们总体上也会为目前的宇宙贡献超多的质量,甚至比隐藏在暗物质中的质量还要多。正如第6章所讨论的,中微子的实际质量(如果不是零)似乎太低了,不足以对“大爆炸”理论造成威胁。不过,将来的研究结果可能会证明它们具有更大的质量。
● 氘丰度可能与从“大爆炸”中留存下来的预期数量不符。
● 天空中宇宙微波背景辐射的温度的波动可能意味着, Q 的值与从当前宇宙结构中推断出的值不相符,而不是如第8章所讨论的那样,等于10 -5 。
然而,“大爆炸”理论已经通过了这些检验。这表明,我们得认真对待那个将宇宙反推到开始膨胀后一秒钟时(也就是氦开始形成时)的推理基础。不过,就像根据岩石和化石可以推断出地球的早期历史一样,这些推论同样是间接性的,并且没那么定量化。
也许,我们还可以向更早的时期追溯,不仅是追溯到一秒钟的时候,而是不到一秒钟的时候,以更深入地探测宇宙,甚至解释关键的宇宙数字。
我们可以很自信地退回离“大爆炸”更近一些的时段,但不能太近。我们不太了解宇宙在最初1/1 000秒时的物理过程,因为此时所有物体的密度都比中子星的高。在微观尺度上,科学家可以通过高能粒子的碰撞实验来模拟高温和高密度下的情况。不过,这项技术究竟能让我们回推多远,是有限度的。即使正在日内瓦欧洲核子研究中心建造的巨型高能粒子对撞机(Large Hadron Collider)也无法获得“大爆炸”后10 -14 秒时所有粒子具有的能量。
在宇宙诞生10 -35 秒时,甚至在更短的时间内,宇宙的许多重要特征可能已经定型了。在这种情况下,宇宙年龄时钟上的每10 -1 秒(小数点后每增加一个零)都同样充满变化,也都同样重要。相比于从氦开始形成的第三分钟(大约相当于“大爆炸”后的200秒)到当前时刻(3x10 17 秒,即100亿年)的变化,从10 -14 秒回推到10 -36 秒所经历的变化更大,因为它跨越了更多个10的指数级。由此看来,宇宙在极早期阶段很活跃,处于不断的变化之中(图9-1)。
图9-1 宇宙膨胀过程中的一些关键阶段的时间图表
一开始,宇宙的奥秘和微观世界的奥秘是相互重叠的。为了探索这些奥秘,我们需要将引力(在大尺度上起主导作用的力)与控制单个粒子的其他力联系起来。然而,这项工作仍未完成。当前,亚原子世界中的各种力和粒子已被归为同一类型。
早在19世纪,迈克尔·法拉第(Michael Faraday)就认识到了电和磁之间存在的紧密关系:运动的磁铁可以产生电,而运动的电荷会产生磁场。该原理是电动机和发电机出现的基础。1864年,詹姆斯·克拉克·麦克斯韦(James Clark Maxwell)将法拉第的发现编成一组著名的方程式,用以表示变化的电场是如何产生磁场及其相反的过程的。在真空中,这些方程式在存在电磁振荡的地方有解。这就是光的本质:它是一种电磁能的波,就像无线电波、X射线和其他被称为电磁波的东西一样。
这样就只剩下两种不同的力:电磁力(电力和磁力被视为一种力)和引力。法拉第自己也渴望将这两种力统一起来,尽管他意识到还为时过早。100年之后,爱因斯坦晚年一直在寻找这两种力之间的深层联系,但仍然毫无结果。我们现在知道,这种研究注定会失败,因为他当时还不知道那些控制原子核的短程力,即将质子和中子束缚在原子核内的强相互作用力或核力(它决定了 ε 的大小),以及对放射性衰变和中微子至关重要的弱相互作用力。在最杰出的传记作者兼物理学家亚伯拉罕·派斯(Abraham Pais)看来,爱因斯坦生前最后30年“还不如去钓鱼”。这种观点多少有些苛刻。
宇宙学界现在面临的挑战是统一这4种力:控制微观世界的3种力——电磁力、强相互作用力、弱相互作用力,以及在大尺度上占支配地位的引力。在当代,迈向这种统一的第一步与下面这些人物有关联:美国物理学家谢尔顿·格拉肖(Sheldon Glashow)和史蒂文·温伯格(Steven Weinberg),荷兰物理学家杰拉德·特霍夫特(Gerard t'Hooft)和巴基斯坦物理学家阿卜杜斯·萨拉姆(Abdus Salam)。他们的研究结果表明,由麦克斯韦统一的电磁力与一种非常不同的力存在联系,那就是对中微子和放射性衰变很重要的弱相互作用力。这些力在宇宙早期是相同的,只有当宇宙冷却到约10 15 摄氏度的临界温度以下时(在宇宙诞生10 -12 秒的时候),它们才彼此独立,并区别开来。最大的加速器可以模拟这样的温度,当欧洲核子研究中心在实验中发现了萨拉姆和温伯格预测的新粒子时,二人的理论得到了支持。
20世纪50年代和60年代,人们发现了许多新粒子(作为我们所熟悉的电子、中子和质子的补充),以至于陷入了这样一种危险境地:粒子物理学变得像集邮一样。不过,不同类型的粒子被区分开了;亚原子粒子可以被归类为不同的“族”,就像元素周期表上的原子可以被归类为“周期”和“族”一样。1964年,两位美国理论物理学家默里·盖尔曼(Murray Gell-Mann)和乔治·茨威格(George Zweig)提出了“夸克模型”(quark model)。夸克的电荷是电子电荷的1/3或2/3。杰罗姆·弗里德曼(Jerome Friedman)、亨利·肯德尔(Henry Kendall)和理查德·泰勒(Richard Taylor)等人的实验支持了这一模型,他们使用新型的斯坦福直线加速器(Stanford Linear Accelerator)将电子撞向质子。结果发现,在撞击后,电子按照一定的方式破裂了,似乎每个质子由三个“点电荷”组成,其带电量分别为电子总电荷的2/3、2/3和1/3。然而,“夸克模型”有一个违反直觉的方面,即一个孤立的夸克永远不能被移动,尽管在质子内部,夸克表现得像是自由的(所有探测微小带电粒子的尝试都失败了)。到了20世纪70年代后期,“粒子大观园”中的大多数成员已经用9种类型的夸克得到了解释。
20世纪70年代出现的所谓“标准模型”(standard model)给微观世界带来了明显的秩序。电磁力与弱相互作用力已经被统一,而强相互作用力或核力可以用夸克来解释,而夸克是由另一种叫作“胶子”的粒子结合在一起的。不过,没有人认为这就是最终的结论,因为基本粒子的数量仍然多到令人困惑,方程式中涉及的数字必须由实验来确定,不能仅通过理论来推导,尤其重要的一点是,“胶子”的解释并没有确定强相互作用力的强度,这一点对数字 ε =0.007至关重要。
在统一电磁力和弱相互作用力之后,下一个目标是引入强相互作用力,形成所谓的“大统一理论”,从而将支配微观物理世界的所有力包括在内。不过,这种理论还没有大到足以包括引力,因为这意味着更大的挑战。这里存在一个障碍:力的统一被认为只有在10 28 摄氏度的温度下才会发生,这比目前的实验所能达到的最高温度还要高出上万亿倍,而若想获得所需的能量,就需要一个比太阳系大得多的加速器。因此,我们很难在地球上验证这些理论。
与此同时,这些理论在我们这个低能量的世界里造成的影响微乎其微。例如,作为所有恒星和行星主要成分的质子会非常缓慢地衰变,这种影响在遥远的未来可能很重要,但当前无足轻重。然而,在最初的10 -35 秒里,所有物质的温度都高于10 28 摄氏度。也许对于力的统一来说,极早期宇宙是唯一能达到所需温度的地方。然而,这个“实验”早在100多亿年前就停止了。那么,它是否留下了化石,就如同宇宙中的大多数氦都是从最初的几分钟遗留下来的呢?答案似乎确实如此。事实上,宇宙对物质而非反物质的偏爱(在第6章中讨论过)可能就是在这个极早期阶段出现的。更为重要的是,宇宙的巨大规模及其正在膨胀的事实,可能是由在那些短暂的初始时刻里所发生的事情决定的。
关于宇宙的两个基本问题是:为什么它在膨胀?为什么它这么大?通过探测出宇宙在膨胀过程中发生了的事情,我们可以回推到宇宙最初的几秒钟,并用氦元素和氘元素的丰度来证实这一点。实际上,“大爆炸”理论是对“大爆炸”之后发生的事情的描述;而且是相当成功的描述,但它并未说明最初是什么导致了膨胀。另外一个谜题是:为什么宇宙既具有整体的一致性,使宇宙学研究容易进行,同时又允许星系、星系团和超星系团形成?或者,我们还可以更进一步提出:是什么决定了物理定律本身?
一个基本的谜团是,为什么在100亿年后,宇宙还在膨胀,而其 Ω 的值与均衡值1仍然相差不大(我们在第6章中进行了讨论)。宇宙既没有在很久以前坍缩,也没有膨胀得过快,使它的动能以10的许多次方倍的力量压倒引力的作用。这要求在早期宇宙中, Ω 的值被调制得惊人地接近均衡值1。是什么让万物开始以这种特殊的方式膨胀呢?为什么当我们从相反的方向观察偏远地区时,它们看起来如此相似呢?或者,为什么宇宙微波背景辐射的温度在太空各处几乎是一样的呢?
如果当前宇宙中的所有部分在极早期就是同步和协调的,然后加速分离(这就是“暴胀”理论的关键假设),那么这些谜团就会被解开。1981年,当时年轻的美国物理学家艾伦·古斯(Alan Guth)提出了“暴胀”理论。就像在科学领域经常发生的那样,这个理论还有几个先驱,特别是苏联的亚历克斯·斯塔罗宾斯基(Alex Starobinski)和安德烈·林德(Andrei Linde)以及日本的佐藤胜本的理论。古斯的论点非常清楚,使大多数人相信这确实是一个至关重要的洞见。古斯在其著作《暴胀宇宙》( The Inflationary Universe )中讲述了这个想法浮现在自己脑海中时的“尤里卡 时刻”,以及活跃的理论物理学家是如何辩论和进一步发展这个想法的。当时作为一名正在一个过度拥挤的职业领域里寻求合适职位的年轻研究者,针对美国学术界的现状,古斯还坦率地从社会学的角度提出了自己的见解。
根据暴胀宇宙理论,宇宙之所以如此之大,引力和膨胀如此接近平衡的原因在于,在当时的可见宇宙还处于微观尺度的早期,发生了一些不寻常的事件。在当时拥有极高密度的环境中,“宇宙斥力”发挥着主导作用, λ 的值似乎非常巨大,压倒了普通的引力。膨胀由此挂上了“超速档”,导致加速失控,因此,胚胎宇宙开始暴胀变大,并变得均匀,从而在引力和动能之间建立了一种“精密调谐”的平衡。
所有这一切被假定发生在“大爆炸”后10 -35 秒之内!当时普遍存在的条件远远超出了我们可用实验来测试的范围,因此所有细节都是推测的。尽管如此,我们仍然可以作出与其他物理理论一致的推测,以及与对后期宇宙的了解一致的推测。
暴胀理论背后的想法极具吸引力,因为它似乎表明了整个宇宙是如何从一颗微小的“种子”演化而来的。它之所以被认为是真实的,是因为暴胀是以指数级的速度进行的,它会翻倍,翻倍,再翻倍。数学公式通常不会产生巨大的数字,除非它们很长且很复杂。一个“适中”的数字生成一个巨大的数字(比如10 78 ,即当前可见宇宙中原子的总数)的唯一自然方式是,使变化以“指数级”进行,它表示大小翻倍的次数。一个球体的半径每增加一倍,其体积就增加8倍(在普通的欧几里得空间中),而若想达到10 78 这样的数字,只需要100次这样的翻倍。
这正是宇宙“暴胀”阶段发生的事情。当宇宙暴胀到足以容纳我们现在所看到的一切之后,导致暴胀的强烈排斥作用就消失了,转而开始了更加悠闲的膨胀。这一转变将原来“真空”中潜藏的巨大能量转化为普通能量,产生了原始火球的热量,并引发了我们更熟悉的膨胀过程,从而形成了现在的宇宙。
自从30多年前首次提出暴胀的概念以来,人们就一直对它进行着激烈的争论。根据对远远超出我们可直接研究范围的高压强、高密度等条件下物理现象的不同假设,暴胀经历了许多变体。但是,除非出现更好的理论,否则这个理论的总体构想肯定会保持其吸引力。目前,暴胀理论提供了唯一可信的解释:解释了为什么宇宙如此之大,如此均匀;还解释了为什么宇宙会以如此快的速度膨胀,以至于膨胀到100亿光年的尺度。
如果起皱的表面以巨大的倍数拉伸,曲率则会减小,直到察觉不到平滑的任何偏离时为止。我们用“平滑”来类比宇宙中(负)引力能和(正)膨胀能之间的精确平衡,这是对暴胀宇宙的最可靠的一般性预测。这个预测究竟是对的吗?最简单的平滑宇宙是 Ω 的值恰好等于均衡值1。第5章中提出的证据表明,原子和暗物质仅占构成临界密度物质的30%,这看上去让人有些沮丧。因此,理论家便热切地抓住了膨胀正在加速的主张,因为这样一来,与数字 λ 相关的能量就必须被加进来。当前的宇宙似乎确实是“平滑的”,尽管我们当中更为谨慎的人可能会认为,最终结论尚未得出,几年后才能出现定论。构成临界密度的“混合”物质中有4%是原子,约25%是暗物质,其余是“真空”本身。
“平滑”的这种证据是比较令人鼓舞的,因为它至少激励我们去寻求进一步的验证,尤其是那些可能揭示暴胀过程中的细节的“征候”。大多数关于极早期宇宙的详细想法持续的时间都很短暂。对于宇宙最初10 -35 秒内发生的情况,我们非常不确定,就像伽莫夫和其他先驱第一次探索宇宙元素的起源时,对“大爆炸”后1秒时的物理过程不确定一样。在一些重要方面,他们最初的想法是错误的,但在一二十年后得到了纠正,并奠定了坚实的基础。也许,我们可以寄希望于未来10年中超高能物理学与宇宙学的协同发展。
在氦元素最初形成的几分钟内,涉及了核聚变反应和原子碰撞,其过程可以通过实验重现。一方面,相比之下,在暴胀阶段,决定宇宙基本数字(如 Q )的过程太过极端,无法在地球上模拟,甚至在加速器中也无法模拟,这使挑战变得更加严峻。另一方面,这一事实为研究极早期宇宙提供了额外的动力,也可能为新的“大统一理论”提供了最有力的检验,因为极早期宇宙是唯一一个能量足够高的地方,可以使这些理论的独特效应显现出来。当天文学家试图理解宇宙现象时,他们通常会借助物理学家在实验室里获得的发现,而现在,他们可以通过发现一些新的物理过程来回报物理学家。事实上,这种例子已经出现,例如,中子星拓展了我们对高密度物质和强引力的认识。不过,最极端的现象是“大爆炸”本身。20世纪50年代,宇宙学还处于物理学的主流之外,只有像伽莫夫这样的“怪人”才会关注。而现在,宇宙学问题引起了许多主流理论物理学家的兴趣。这无疑给了我们乐观的理由。
当宇宙的尺寸小于一个高尔夫球时,就会产生微观的“振动”,从而使它们膨胀得如此之大,以至于在整个宇宙中伸展开来,形成涟漪,最终会演变成星系和星系团。理论物理学家仍然没有证明暴胀模型能否“自然地”解释 Q 等于10 -5 的原因,这个数值描述了这些涟漪的幅度特征。这说明,暴胀模型能否解释 Q 的值,取决于一些仍处于“实战检测”阶段的物理过程。不过,我们可以从中了解到一些细节,并排除一些选项,因为不同类型的暴胀理论会作出不同的预测。利用微波各向异性探测器和普朗克探测器的测量,以及对星系聚集方式的探测,我们将会获得有关暴胀阶段的线索,并揭示有关大统一理论中的物理过程的一些知识,这些知识无法直接从“普通”能级的实验中推断得出。
依据最终发展为星系和星系团的波动,人们认为暴胀会产生“引力波”,即空间结构本身的振动,并以光速交错传播于宇宙中。这种波碰到的物体会受到引力的作用,首先将其拉向一个方向,然后又拉向另一个方向。因此,它们会发生轻微的“摆动”。这种效应微乎其微,为引力波的探测带来了巨大的技术挑战。欧洲航天局的LISA项目(Last Interferomenric Space Array,即激光干涉空间阵列)计划在太阳周围的轨道上部署一组彼此相隔数百万千米的飞行器,它们之间的距离将由激光束监控,精确度达到百万分之一米。
LISA的灵敏度可能也不足以察觉出这些原始时代的振动。不过,其他信号应该更容易被探测到,这对其设计者来说是一种安慰。例如,当两个黑洞相撞并合并时,就会产生强烈的引力波。我们希望此类事件不时发生。大多数星系的中心都有一个黑洞,其质量相当于数百万颗恒星的质量。经常有成对的星系发生碰撞和合并(我们看到许多这样的事件正在发生),每当此时,两个星系中心的黑洞就会一起螺旋上升并结合在一起。
因此,我们期望很快对暴胀时期进行经验性的探测。即使我们不知道适当的物理学,也可以计算出特定理论假设的定量结果( Q 的值和引力波等),然后将这些结果与观测结果进行比较,这样至少可以缩小可能性的范围。
宇宙极早期的任何“化石”都至关重要,因为它们是弥补宇宙和微观世界之间的纽带。部分理论物理学家提出了一种有趣的可能性,磁单极子可能是从早期宇宙中遗留下来的,古斯的理论明显地表达了这个观点。法拉第和麦克斯韦证明了电和磁之间的密切关系。但是,正如他们清楚地认识到的那样,这两种力之间有一个关键区别:正电荷和负电荷可以单独存在,但磁的“北极”和“南极”似乎是不可分开的。磁体是偶极子(有两个磁极),而不是单极子(只有一个磁极)。如果我们切开一个偶极子,就永远不会得到两个单极子,而只是更小的两个偶极子。尽管进行了许多巧妙的搜索,但从来没有人捕获到过磁单极子。
现代理论认为,磁单极子可能存在,但其质量可能非常大(比质子重1 000万亿倍)。由于它们拥有巨大的质量,就需要大量的能量来制造它们——这种能量在早期宇宙中普遍存在,但在之后就不存在了。在现在的宇宙中,磁单极子非常少,因为磁场遍布星际空间,如果存在大量磁单极子,磁场就会“减少”。古斯对磁单极子的消失感到困惑,因为它们似乎不可避免地产生于宇宙早期。实际上,他的最佳猜测是,它们的总质量将比实际存在的暗物质的总质量大数百万倍。暴胀的一个重要结果(如果它发生在磁单极子形成之后)是,它将会稀释磁单极子,这便解释了它们当前缺失的原因。
磁单极子是空间中的一种“结”,用该领域的专业术语来说,它们是“拓扑缺陷”(topological defect)。实际上,更有趣的是线状缺陷,而非点状缺陷,也就是结成细管的空间区域,其厚度小于一个原子。它们要么像松紧带一样形成闭合的环,以接近光速的速度原地旋转,要么直接穿过宇宙。一些宇宙学家推测,这些空间上的缺陷可能是宇宙结构的种子,至少,它们促成了数字 Q 的产生。这一想法在20世纪90年代早期引起了人们的兴趣,但后来被证明与之后绘制出来的星系聚集的细节不相符。但这些环可能仍然存在,而且它们的性质非常特殊,比如,虽然它们比原子还小,但质量却比原子的大,1 000米长的质量相当于地球的质量。因此,天文学家应该尽一切努力发现它们。
微型黑洞是另一种源自“大爆炸”之后的可能遗留物。一个原子大小的黑洞的质量相当于一座山的质量。正如我们在第3章介绍的那样,这是数字 N 取较大值的一个直接结果:在原子尺度上,引力非常弱,无法战胜其他力,除非将 N 个原子的质量压缩到一个原子的体积中去。可以想象,极早期宇宙产生了促使它们出现的必要压力。尽管目前还没有什么办法产生这么大的内压力,但将来的某些高科技文明也许可以做到这一点。如果再结合下面这个推论,前景将特别迷人:一个黑洞内部可能会萌发出一个新的宇宙,然后暴胀成一个与我们的时空毫无关联的新时空(可能是无限的)。
一个横跨100亿光年的宇宙(甚至可能比我们的视野还远)居然是从一个无限小的点中产生的,这似乎有违直觉。这一切之所以能够发生是因为,无论发生了多少次膨胀,宇宙的净能量始终为零。根据爱因斯坦著名的质能方程,一切物质都具有 mc 2 的能量。但由于引力,所有物质也都有负能量。我们需要能量来摆脱地球的引力——必须燃烧足够的火箭燃料,以达到11.2千米每秒的速度。因此,与太空中的宇航员相比,地球的人都存在能量不足的问题。然而,宇宙中所有物质加在一起所造成的能量“赤字”(专业名称为“引力势能”)在数值上可能等于负的 mc 2 。换句话说,宇宙本身就是一个“引力陷阱”,它是如此之深,以至于其中的所有物质都具有一个负的引力势能,正好抵消了它的静止质能。所以,宇宙暴胀的能量成本实际上为零。
宇宙学家有时声称,宇宙可以“生于无”。但他们应该注意自己的言辞,尤其是在同哲学家讲话时。自从爱因斯坦开始,我们已经认识到,即使空的空间也具有某种结构,可以被扭曲和变形,哪怕将空间缩小成一个“点”,它也蕴含着粒子和力,这仍然是一个比哲学家眼中的“无”丰富得多的结构。也许有一天,理论物理学家能够写出支配物理实体的基本方程。然而,物理学永远无法解释是什么“将火注入方程”,并在真实的宇宙中让它们变成实体。最根本的问题是:为什么存在有而非无呢?这仍然属于哲学家的思考范畴。即使是他们,也会像路德维希·维特根斯坦(Ludwig Wittgenstein)那样明智地回答:“对于不能说的,我们必须保持沉默。”
第7章中所描绘的长期预测实际上是基于一个无法验证的假设,即我们视界之外的宇宙区域与我们所看到的区域是相似的。如果你身在海洋中心,就不能指望陆地正好处于自己的视界以内,但你知道海洋并非没有尽头,终会有一块大陆出现在其边界。同样,我们可能会错误地认为,宇宙是无限地均匀延伸的,是无边无际的。实际上,我们可能生活在一个低密度的气泡中,它大到远远超出了我们的视野,但被一个更大的区域包围,不过该区域最终会在我们头顶上空坍缩。如果真是这样,当我们遥远的后代发现高密度物质出现在他们的视线中时,就会修正永久膨胀的“预测”。一方面,在刚刚超出我们视界的地方是不大可能发生剧烈变化的;另一方面,我们也没有外推到无穷远的可靠保证。
暴胀理论最重要的意义是,它极大地扩展了我们对宇宙的了解。若想解释我们所看到的宇宙,必须有足够的暴胀,才能解释清楚出现在望远镜观测范围内的10 78 个原子。但这只是一个最小量。一旦暴胀开始,可能要花很长时间才能停止(理论物理学家将其称为暴胀的“优雅退出”问题)。事实上,暴胀理论的大多数版本都表明,“翻倍”的次数应该远远超过我们解释可见宇宙时所需的次数。在第1章,我们设想了一系列关于宇宙的景象,每一个景象的观测点都比前一个远10倍。从日常的人类尺度开始,第25个镜头将我们带到了当前视野的极限。从本质上来说,这个极限是由光在第一个星系形成后的约100亿年的时间里能够传播多远决定的。然而,暴胀理论者设想的宇宙要大得多,达到任何“边缘”都需要数百万个镜头,而且每次观测距离都要增加10倍。如此浩瀚的空间(至少对我来说)是我们无法把握的。相比于从视界到宇宙边界这种飞跃,从微观尺度向视界尺度的跳跃简直不值一提。虽然时空不是无限的,但它远远超出了我们的视界。光从“边缘”到达我们之前的时间就是以年为单位的数字,其之后有不少于100个零,甚至有数百万个零。
然而,这还不是全部。即使这个巨大的宇宙的范围需要一个百万级别的数字来表达,但它可能也不是宇宙的全部,而仅仅是一次暴胀的结果,或者只是一个暴胀插曲,但这个插曲(“大爆炸”中的一个插曲)本身可能只是无穷尽的“合奏曲”中的一个片段。事实上,这是“永恒暴胀”理论的自然结果,俄罗斯宇宙学家安德烈·林德尤其支持该理论。根据这种情况,我们需要对极端密度下的物理过程作出特定的假设,即宇宙可能有一个无限的过去。那些暴胀永不结束的区域总是增大得更快,足以为其他“大爆炸”提供种子。这些推测还有不同的版本,比如,其中一段暴胀可能会在黑洞内被触发,创造出与我们的时空分离的新领域。
在此,请让我对“宇宙”一词作一个语义说明。“宇宙”的正确定义是“万物皆有”。我在本章论证的是,传统上被称为“宇宙”的实体,也就是天文学家所研究的东西,或者“大爆炸”的后果,可能只是整体中的一个部分,即整个合奏曲中的一个部分,每个部分都有可能源自各自的“大爆炸”。学究们可能更愿意将这个整体重新定义为“宇宙”,但我认为,保留“宇宙”的传统定义有助于减少混淆。因此,我们需要一个新词来代表整个“宇宙”,那就是“多元宇宙”。我将在第11章回到“多元宇宙”这个概念上来。