第13章 选择宇宙 (2)

　　因为在这个例子中撞球台被弯曲到外面的我们能看见的三维中，所以很容易看出它是如何被翘曲的。由于我们不能离开我们自己的时空去观看它的翘曲，较难想象我们宇宙中的时空翘曲。然而，即便我们不能离开并从更大空间的透视来看它，仍然能够检测到曲率。从空间本身之中即能检测到它。想象一只小蚂蚁被限制在台面。即便蚂蚁不能离开台面，它仔细地把距离记述下来，就能检测到翘曲。例如，在平坦的空间中的圆周距离总是比穿越其直径距离的三倍多一些(其真正的倍数为π)。然而，如果蚂蚁取捷径越过环绕画在上图的台面中的井的圆，它将发现其距离比预想的大一些，大于围绕它的距离的三分之一。事实上，如果这口井足够深，蚂蚁会发现周长比穿越它的距离还短。对于我们宇宙中的翘曲也同样成立——它以一种可从宇宙内测量的方式，拉伸或压缩空间点之间的距离，改变其几何或者形状。时间的翘曲以类似的方式拉伸或压缩时间间隔。

　　在我们掌握好这些观念后回到宇宙启始的问题。在牵涉到低速和弱引力的情形下，正如我们这里讨论的，我们可以分别谈论空间和时间。然而，一般而言时间和空间能变成互相纠缠，因此它们的伸缩也牵涉到一定程度的混合。这个混合在早期宇宙中是重要的，并是理解时间开端的关键。

　　时间开端的问题有点类似世界边缘的问题。在人们认为世界是平坦时，也许会想知道海水是否会从边缘倾泻。这已经被实验检测过：人们可以围绕着世界旅行，而并未掉下来。当人们意识到世界不是一块平板，而是一个弯曲的面时，在世界边缘会发生何事的问题就已被解决了。然而，时间似乎像一个模型铁轨。如果它具有开端，那就应该存在某者(即上帝)使火车行驶。尽管爱因斯坦的广义相对论把时间和空间统一成时空，并涉及到空间和时间的某种混合，时间仍然有异于空间，而且要么具有开端和终结，要么无限地流逝。然而，一旦我们将量子论效应加到相对论之上，在极端的情形下发生的弯曲可到达如此巨大的程度，以至于时间就像空间的另一维那么行为。

　　在早期宇宙——当宇宙小到足够让广义相对论和量子论一起制约之时——有效地存在四维空间而不存在时间。这意味着，当我们提及宇宙的“启始”，我们正位于微妙的问题之边缘，即当我们向极早期宇宙回溯时，我们所知的时间并不存在！我们必须接受，我们通常的空间和时间观念不适用于极早期宇宙。这超出我们的经验，却未超出我们的想象或数学。如果在早期宇宙中所有四维都如空间那样行为，对于时间的启始会发生什么？

　　意识到时间可象空间的另一方向那么行为意味着，以一种类似我们可以摆脱世界边缘的方式，人们可以摆脱时间有个启始的问题。假设宇宙的启始象地球的南极，纬度取时间的角色。随着人们往北运动，代表宇宙尺度的等纬圈将膨胀。宇宙在南极作为一点启始，但是南极和任何其它点都非常象。询问在宇宙启始之前发生什么成为无意义的问题，因为在南极之南不存在任何东西。在这个图像中，时空没有边界——同样的自然定律在南极正如在他处一样成立。类似地，当人们将广义相对论和量子论相结合时，关于在宇宙开端之前发生什么的问题就变得无意义了。历史必须是无边界的闭合面的思想被称为无边界条件。

　　多少世纪来，包括亚里士多德在内的许多人相信，宇宙必须一直存在以避免它如何开始的问题。其他人相信宇宙有一开端，并以此作为上帝存在的一个论证。意识到时间象空间那么行为呈现了一个新的选择。它不仅排除了对宇宙具有开端的长期的异议，而且意味着宇宙的启始由科学定律来制约，而不必由某位神来启动。

　　如果宇宙的起源是一个量子事件，那么费恩曼的历史求和就应该准确地描述它。然而，将量子论应用到整个宇宙——这里观察者是被观察的系统的部分——是难处理的。在第四章我们看到射到一个具有两道缝隙的屏幕的物质粒子如何象水波那样显示干涉条纹。费因曼指出这是由于粒子不具有唯一的历史引起的。也就是说，当它从始点A运动到某个终点B时，它不采取一个确定的路径，而是同时采取连接这两点的所有可能的路径。从这个观点看，例如，因为粒子可同时穿过两缝而和它本身干涉，所以干涉没有什么惊讶之处。将之应用于粒子运动，费恩曼的方法告诉我们，为了计算任何特别终点的概率，我们必须考虑粒子从它起点到那个终点的可能遵循的所有可能历史。人们也能用费恩曼方法来计算观测宇宙的量子概率。如果它们被应用于宇宙整体，不存在点A，这样我们就将所有满足无边界条件和结束于我们今天观测的宇宙的所有历史迭加起来。

　　在这个观点中，宇宙自发出现，以所有可能的方式开始。其中的大多数对应于其它宇宙。那些宇宙中的一些类似于我们的，而大多数非常不同。它们不仅是细节不同，诸如猫王是否英年早逝或者芜菁是否为一种餐后的甜点，正相反它们甚至在自然的表观定律上不同。事实上，存在许多拥有许多不同族物理定律的宇宙。许多人将这个观念故弄玄虚，有时称作多宇宙概念，但这些只是费恩曼历史求和的不同表达。

　　为了摹想这个，让我们改动一下爱丁顿气球比喻，而把膨胀的宇宙认为是泡的表面。那么，我们的宇宙自发量子创生的图像，有点象在沸水中蒸气泡的形成。许多微小气泡出现，然后再次消失。这些代表膨胀但在其仍然处于微观尺度时塌缩的微宇宙。这些代表可能的另外的宇宙，但由于它们未能维持足够久使得星系和恒星，更不用说智慧生命得以发展，所以不太有趣。然而这些小泡泡中的一些会长的足够大，使得它们避免塌缩。它们将以不断增加的速度继续膨胀，而形成我们能看到的蒸气泡。这些对应于开始以不断增加的速度膨胀的宇宙——换言之，即是处于暴胀状态的宇宙。

　　正如我们说过的，由暴胀引起的膨胀不会是完全均匀的。在历史求和中，只存在一个完全均匀和规则的历史，而它具有最大的概率，但是其它许多稍微不规则的历史将具有几乎同样大的概率。这便是为何暴胀预言，早期宇宙可能稍许不均匀，这对应于在CMBR中被观测到的温度小变化。早期宇宙中的无规性是我们的福气。为什么？如果你不想从牛奶中分离出乳酪，均匀性则是好的，但一个均匀宇宙令人厌烦。因为在早期宇宙中，如果某些区域具有比它处稍高的密度，那和它周围相比，额外密度的引力吸引会减缓那个区域的膨胀，所以无规性很重要。随着引力缓慢地将物质拉近，它最终能使它塌缩形成星系和恒星，后者能导致行星，而且至少在一种场合导致人。这样仔细地看天空微波图。它是宇宙中一切结构的蓝图。我们是极早期宇宙的量子涨落的产物。如果一个人是宗教人士，他可以说上帝的确掷骰子。