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第五部分 到達空間與時間的源頭 第4章牆外有牆

多年以來,在下意識裡,不用經過思考,你就理所當然地認為,我們的宇宙大多數地方都是空的,完全固定不變。與我們的祖先不同,你或許聽說過大爆炸理論,但或許你從來沒有真正思考過這個詞所代表的真正意義。

事實上,在很多方面,我們都像那些在大海裡游來游去的魚兒。只是我們不在由水構成的海洋裡游動,而是在我們的朋友狄拉克所發現的許多海洋裡游動,那些海洋被稱為場,它們充滿了整個宇宙。你本身就是這些場混合而十分複雜的表現。

仔細想想,你就會覺得這一切都很有道理,所有的一切用這種方式來看會變得更容易理解:時間、質量、速度、距離,都在這些場裡糾纏在一起。

場連接起了一切的一切。

這種想法讓你更加堅定。

你正準備回放我們宇宙的整個歷史,直到空間與時間的源頭,你或許會疑惑:在整個人類歷史中,可不可能所有那些巫師、聖人和那些嗑藥者從古至今哭著喊著,說過唱過、寫過畫過、跳過舞表達的「一生萬物,萬物歸一」的想法是對的?

好吧,以某種略顯牽強的方式看,他們或許有一定的道理。

但顯然他們並不知道為什麼如此。

我們的超級計算機已再次出現。

那台亮黃色的網球發射器再一次出現在你面前。它依然沒有臉,以它的粒子輸出管空洞地看著你。但現在,你已不再僅僅把它看成是一台普通的機械裝置了。

你至今所瞭解到的知識讓自己感覺強大而有自信,你準備再次拉伸你的心智,去目睹我們宇宙的整個歷史。

一種金屬音質的聲音從虛空中傳來——

「你準備好了嗎?」它問道。

你明白它要把你帶到時間和空間的源頭,但你還來不及回答,一瞬間它就把你帶到空中。你們在一幢房子的上空。那是你自己的家。

不管你剛才在什麼地方,計算機把你帶回家鄉。

現在它正帶著你朝上飛去。

你們穿過地球大氣層不同的層面,再次到達太空,到了我們居住的這個行星之上,你們在這個位置稍作停留,朝外太空望去。

你的機器人夥伴乾巴巴地說:「我將是你的導遊,我將帶著你飛過我們做過的最好的模擬。我的程序讓我遵循一切已經被瞭解的自然規則行動。就算地球上最強大的超級計算機也難以實現你將看到的景象。」

「那我們就出發吧!」你大聲喊道,感受到這次旅行帶給你的興奮之情。現在,你一心想超越你所見的範圍,穿越所有那些堆積在地球周圍互相交織的層層歷史。

你知道,如果在正常情況下,要讓你的身體(而不是意識)到達某顆恆星,你就要在旅途上花一些時間,當你到達那裡時,你的恆星所展現的將與現在的它不同。它會發生演化。就像如果你現在就想去紐約,路上要花幾個小時。你到達紐約時所看到的紐約將不同於你決定出發時那裡的景象。人、車、雲彩和雨滴都將變化,沒什麼東西會絲毫不變。

當你要去一個遙遠星系中遙遠的恆星旅行時,差異會更大。等你到達那裡時,宇宙將會膨脹。宇宙微波背景輻射,宇宙整體溫度將會變得更冷,臨界最後散射面將會移到更遠處。正常的旅行,無論速度有多快,你都無法到達過去。

那麼,計算機模擬又如何能將你送入過去——非常遙遠的過去呢?

你很快就想出了答案:你想要進入處於嬰兒發育時期的宇宙之中,你想要看到這一切如何發生,時間就必須反過來走,而這立刻就開始實現了。

沒有移動,你就開始了全新的旅程,沿著時間反向前進,回溯我們宇宙的歷史,直到大爆炸及更前,以你現在所在的地方為觀察點。

計算機機器人推進器甚至貼心地隱去自己的顏色以便讓它自己的存在不影響你的視線,你怎麼沒預計到它這麼貼心呢?

一眨眼,你已經回到了七百萬年前的過去。

臨界最後散射面,那個標誌著從地球上看到的可見宇宙邊界的表面已經略微接近了一些——而且其中充滿了略微熱一點的宇宙微波背景輻射。但與我們長達一百三十八億年的宇宙歷史相比,七百萬年實在算不上什麼,外面天空中的一切與剛才相比沒有什麼特別不同。但你下面的地球倒是不一樣了。在下面,沒有城市或小鎮,沒有閃爍著的街燈。第一個人類剛開始表現出與猿類的差別。你遠古的祖先們還都長滿了長毛,正在圍獵野獸。人類真的已經走了好長的路……

又一眨眼,你已經在六千五百萬年前了。

恐龍們剛因一連串劇烈的火山噴發和災難性的被直徑十公里的小行星撞擊地球而滅絕,只有小型哺乳類活了下來,其中的一些,經過許多成功的進化,有一天變成了你剛見到的長毛祖先,然後,又變成了我們。

又一眨眼,這次你到了四十億年前。

地球剛被一個火星大小的行星撞擊,並撞飛了一大塊物質,形成了月球。宇宙微波背景輻射明顯變熱了,而且臨界最後散射面真的比以前看起來近了。從你所在地方看到的可見宇宙,比在二一五年時看到的小了70%還多。

你又往回倒了幾十億年。

可見宇宙只有你出發時不到一半的大小了。地球尚未形成。在這裡,恆星們正在你的眼前死去,巨大的爆炸將構成恆星的物質散佈到太空各處。在未來的幾億年時間裡,這些塵埃與殘片將聚集成巨大的星雲,引力將會引導它們形成至少一顆恆星——太陽,和它的行星們。

又一眨眼,你已在地球誕生前五十億年,你自己出生的九十五億年之前。

你的可見宇宙只有二一五年的25%不到。臨界最後散射面已經離你更近了。在這道牆與你之間,星系們正在一些巨大的黑洞周圍形成,有時候,星系們以大得無法想像的規模撞在一起。

再一眨眼,你到了一百三十七億年以前。

你依然在某天地球將要出現的地方,但可見宇宙——那個包裹著你的宇宙,它的大小只有你旅程開始時的0.5%不到。你處於我們宇宙的黑暗世紀。

你在本書第一部分時到過的黑暗世紀是冷的,因為那次旅行時你是從二一五年的地球上看到的它們,是經過了一百三十七億年的宇宙膨脹之後的樣子。

然而一百三十七億年前,那裡既不冷,也不黑。你現在就在那裡。

第一顆恆星都還沒被點燃,所以你所見到的所有物質都不是來自恆星內核的核聚變。因此包圍你的全是最小的原子們:氫原子佔了絕大多數,還有一些氦原子。整個宇宙中發生的輻射——宇宙微波背景輻射——也還不是微波。你能夠用眼睛看到它。它是最初充滿我們宇宙的光,一種在所有地方閃耀著的光,一種只有在很久很久的將來,我們的宇宙經過幾十億年的膨脹之後才會變成微波的光。

再一次眨眼之後,你又往回退了一億年,到了一百三十八億年之前。臨界最後散射面——那個位於可見宇宙盡頭的表面現在離你只有一光分的距離,意味著你的可見宇宙只有一光分之深,比地球與太陽之間距離的八分之一都不到。

整個宇宙從變得透明到現在,只經過了六十秒。

真熱。

3000°C,在所有的地方。

依然在黑暗世紀中,但周圍的一切卻如此明亮,你不禁懷疑這個名字取得一點都不恰當。

你暫停在那裡。

過一會兒,計算機還會繼續回溯時間,儘管會放慢速度,但你還是會進入一個奇怪且完完全全看不見的地方。再往回走一分鐘,你將開始那聽起來就像終極旅途般刺激的體驗……

臨界最後散射面正在你的面前。

你深吸一口氣,準備穿過它,去牆的另一邊旅行,到達看不見的地方。

時間回溯……

你穿過去了。

你進入了我們宇宙那段永遠不能通過光被看見的歷史之中。

的確,你什麼都看不到。

光在這裡無法前行。就是因為在它周圍有著太多能量。

但你知道該如何行事。

你立刻進入瑜伽模式,出乎你最狂野的預料,你發現,宇宙——在那個你剛穿過的表面之外,還很大。

而且古老。

至少有三十八萬年那麼老。

你的旅程遠未結束。

你再次將注意力集中在自己周圍,在正在發生的事情上,在那標誌著可見宇宙盡頭的牆的後面。

周圍的溫度是5000°C。所有的在未來某一天會綁定在原子核外面成為氫原子或氦原子的一部分的電子們自由自在。光子撞到了它們,激發它們,還沒來得及變回光子飛出,又與另一個電子撞上。電磁場裡充滿了能量,所有屬於它的基本粒子不停地互相變換,幾乎不需要時間。

再一次眨眼之後,你來到了宇宙變得透明之前的幾萬年處。

你像是被密集的粒子濃湯所包圍,那鍋濃湯是量子場的各種激發態以及它們所對應的基本粒子、作用力攜帶者混合而成。所有一切都在互相碰撞,沒有任何東西有機會移動。到處都是強大的能量。它們出現,然後碰撞,然後消失。隨著時間進一步回溯,宇宙接著收縮,能量密度也隨之升高,一切都變得越來越激烈。

你試圖不被轉暈,依然將注意力集中在隨時間後退的旅程上。你是純意識,處於瑜伽狀態,正穿行在一個看上去非常非常逼真的模擬之中。宇宙在不停地縮小,它的構造——時空——被彎曲到驚人的地步。沒有任何你所知道或想像得到的東西可以承受這麼大的擠壓與剪切力。

有一個瞬間,你迷惑為什麼自己從沒聽說過這個狀態下引力如何作用,但你沒有時間細想。時間又退後了幾萬年,你現在被包圍在一種無法想像的煉獄之中。你的虛擬心臟越跳越劇烈,你感覺到溫度、壓力以及引力效應已經升高到了難以置信的水平。

你現在處於宇宙變得透明前的三十八萬年,通過位於地球的望遠鏡往回一百三十八億年所看到的景象,瑜伽態的你正在標誌著可見宇宙範圍的牆後三十八萬光年的地方。

從另外一個方向看,你大概在我們可稱之為空間與時間誕生後的三分鐘的時空處。

隨著時間接著往回走,甚至原子核都已崩解,讓所有作為夸克監獄的中子與質子們互相分開,自由行動。強核力自身都已被背景能量所淹沒。質子與中子,那些最牢固的構件,開始瘋狂地舞動,受到從夸克轉變來的作用力攜帶者的撞擊,在混亂中不由自主地變成了中子的質子們,從宇宙中消失。

溫度?

一千億度。

到處都是。

但你依然沒有停下。

你繼續移動,一秒一秒地回溯時間,圍繞在你身邊的光子們都變成了物質與反物質對。到處都是這樣。看上去反物質與物質一樣多。半恍惚中,你不解:後來怎麼會一種物質多過另外一種呢?這裡一定發生了什麼特別的事,導致了平衡被打破。這個謎或許在二一五年或二一六年被解開,當CERN(歐洲核子研究中心)於二一五年六月再次開動它那更新過並提高了性能的粒子計數器LHC之後。

你希望自己能在這裡多待一會兒把這些問題想清楚,不用CERN費事,但這兒由不得你作主,你現在正穿行在這個充滿著可怕能量濃湯的宇宙之中,所有的一切都在猛烈搖晃,被引力彎曲並壓碎,各種場被激發到瘋狂的水平。

在這裡,作用在每個場上的引力,不是來自恆星的重量對空間與時間的彎曲,而是將整個宇宙壓縮到一個直徑為一百光年的球狀空間中所產生的能量。今天,這樣規模的一個以地球為中心的球狀空間所含恆星不超過五千顆。但那時,它所含的能量足夠產生幾千億個星系,其中每個星系又含有幾千億顆恆星,還沒算上星塵。

雖然你很想多看一會兒,但你還是朝向時間的源頭行進。

現在你離最後目的地只有百萬分之一秒的差距。

溫度已經上升到一億億度。

這麼高的能量水平之中,就連作為夸克監獄看守的膠子們都無法禁錮它們的犯人了。中子崩解。夸克們獲得了自由,與它們反身相互作用,變成了純粹的能量。

你看著周圍,意識到物質、光與能量的差別已變得完全沒有必要。

從地球上的今天回溯至現在的時間中作為不同實體獨立存在的各種場,在地球上通過各種相互作用以描述你所能想像的所有東西的各種場,正一個一個互相融合,如我們所預期的一樣。電弱場還在。一些你以前到處可見的粒子已經消失,但全新的屬於電弱場的基本粒子在各處出現。希格斯場已經不見了。具有質量並在那麼長時間裡躲過人類探測的希格斯粒子也一同消失了。

你現在看到的是我們以前見過的W和Z玻色子,它們是電弱場的作用力攜帶者。

周圍有著那麼多能量,這些在地球上難得一見的粒子們在這裡到處都是。

宇宙的溫度現在已經高達一萬億億度,此時自然界的規則與你一生中所經歷過的那些明顯不同。

夸克與反夸克不見了。

膠子們被吞噬於背景場之中。

我們可稱之為「開端」的、空間與時間誕生這一事件之後的一百萬億億億分之一秒的時候,後來有一天成為我們整個可見宇宙的一切現在都被壓縮在一個直徑十米的球狀空間裡,而且還在收縮。

它所包含的一切都被加熱到了一千億億億度,並且溫度還在上升,構成我們所有物質的各種場已被統一成大統一場。

只有引力位於這個被統一到一起的作用力之外。

與開端如此之近,你開始認為不會再有新奇的事發生。

事實上,你只是到達了被稱為「大爆炸」的時間而已:在這個時間,大統一場所儲存的能量開始轉化成粒子。

出乎意料地,雖然實驗物理學從來沒有到達過這個水平,但計算機看上去依然不肯罷休,似乎僅僅是為了讓你知道宇宙的歷史並不始於那裡。你的確沒有料到,隨著時間倒流,整個宇宙的能量與物質突然都不見了——可能完全與你的預期相反,所有一切急劇地冷卻下來,所有可用的能量又變成了另外一個場,一個你至今尚未見過的場,充滿了它自己的基本粒子。

它被稱為「暴脹場」。

它被認為是我們宇宙最初膨脹的始作俑者。

聽起來實在瘋狂,所有東西現在突然又開始加速,整個宇宙以無法想像的速度難以置信地塌縮在自身,將你都帶入其中。

比光穿過你家廚房裡某個原子的內核所用的時間還短,整個宇宙從一個直徑十米的球縮小到只有質子幾十億分之一體積的小點中。

科學家們稱這個階段為「宇宙暴脹」。你剛剛反向經歷了它。在此之外,沒有更多的物質,也沒有任何東西。

所有的已知場都已不見。

大自然的規則與你整個一生中所經歷的那些毫無相似之處,甚至與你在到達這個點之前所經歷的旅程中所有的經歷都不同。

就是在這附近某處,那三種在未來某一天統治現在宇宙中一切已知物質與反物質——包括構成你自身的那些——的作用力或場,再次與引力合併成一個。

你還想繼續前進,回到比熱大爆炸更早的地方,直到我們宇宙誕生之時,但好像哪裡出了問題。

你一直使用到現在的空間與時間的概念不再適用了。

引力對於時空帶來的彎曲過於強烈。量子效應也過於強烈。

沒有了時間,沒有了空間,沒有時空,你已無法繼續行程。在這種情形下,旅行已經不再有意義。

你還沒有抵達開端,你甚至不知道怎樣才能抵達那裡。

多麼掃興。

你突然希望自己能夠從外面觀察這一切,因為至今為止,你一直待在宇宙裡面。但就是外面這個概念本身看起來都沒有意義。

你到達的這個地方是另一道牆,它與限制了你從地球上所能看到的宇宙的臨界最後散射面的那道牆有著不同的性質。這道牆擋住的不是光,而是現代知識。

這道牆的後面,是量子引力的世界。在那裡,自然界所有已知的場可能以一種量子的方式被統一成一個。

在那裡,我們的宇宙成為由二十一世紀科學、信念與哲學交織而成的謎團。在某種意義上看,這是我們知識的盡頭,純粹的理論研究佔據了主導。望遠鏡在臨界最後散射面之外失去了作用,但科學家們建造了粒子加速器讓自己獲得那道牆外的世界預期的溫度與壓力,他們成功了。科學家們發現了新的規則,他們也成功地沿著時間回溯爬行,雖然通過非直接的方式。當你讀到這裡時,他們甚至在建造並非用來探測光,而是探測在宇宙最本質構造——時空——中波浪前行的引力波的望遠鏡。這種望遠鏡或許能夠探測到從臨界最後散射面之外形成的信號,從那些你剛穿過的遙遠地方傳來的信息。但要在量子引力牆的外面(又被稱為「普朗克時期」的地方)旅行,又完全是另一個挑戰。甚至沒有人能夠確定該如何想像在牆另一邊的東西。那個時候我們整個宇宙如此之小,就算只在腦袋裡想想,你也需要一個能將一個巨大變成極小的理論,一個能夠把量子規則——及其量子躍遷等等——用在宇宙本身上面的理論。你需要同時考慮引力與量子兩種效應。你需要量子引力和其他更多工具。但這些我們都沒有。我們沒有可以構築其上的框架。所以你無法走得更遠。事實上,不管在時間上還是空間上,你甚至都無法推測那個普朗克牆之後是什麼,因為在那裡,這兩個概念已經失去了意義。當科學家們說你的宇宙年齡是一百三十八億年,他們指的是你所熟悉的時間與空間這兩個概念開始在你的宇宙中有意義,時空變得有意義以來,時間已經過去了一百三十八億年。那個時刻大概發生在臨界最後散射面後面三十八萬年,在宇宙微波背景輻射開始佈滿我們宇宙空間的三十八萬年前。那個時刻又是熱大爆炸發生前的大概幾萬億億億億分之一秒的時候。最後,科學家們可以正確地說從空間與時間誕生以來,這些時間過去了,但這並不意味著我們的宇宙從那裡開始,也不意味著這是唯一存在著的宇宙,也不是曾經存在過的唯一一個宇宙。

你又回到了自己的起居室,坐在已經破舊的沙發上,一種非常深刻的感覺擊中了你,讓你緊緊地抓住沙發扶手。

你已穿越過時間與空間,你看過了星系,看過了恆星,見到了場,還看到了引力如何作用,宇宙所含的內容如何決定了它在時空的形狀與命運上產生的效應。

是的。你做了所有這些。

現在,一些令人驚歎的事正開始在你身上發生,似乎你就要作出一個驚天動地的發現……

各種想法不停地在你大腦中飛旋。你覺得自己又回到了突然意識到世界能夠被認識的孩童時代,那個世界,直到某一個時間點,已經被認識,計算機已經向你展示了這一切……

你從愛因斯坦的廣義相對論中知道,如果你能夠知道宇宙中包含什麼,就能想出整個宇宙的歷史。

你現在知道宇宙由不停運動演化並互相作用的量子場構成——今天已經是三種但在很早很早以前是一種的場。

這些場是我們宇宙中所有粒子和反粒子的父母,這也是為什麼所有同類基本粒子都完全一樣,無論是在你的身體裡,還是在另一個星系中,無論是現在還是過去。

所有這些只能意味著一件事。

它只能意味著,潛在地,你已經成為了上帝。

是的。

上帝。

你知道引力。

你知道宇宙裡面有什麼。

把這兩個信息合併起來,你就知道了所有。

宇宙的歷史。

它的過去。

它的現在。

它的未來。

你就是上帝,幾乎完全確定。

你興奮得滿面紅光,立刻拿起電話撥出了你現在唯一記得的號碼。

「你是誰?」

電話另一頭的聲音聽起來充滿懷疑。那是你的阿姨。

「是我!」

「啊!你好,親愛的。你現在怎麼樣?感覺好點了嗎?」

「好點?我感覺棒極了!」你大聲叫道。

「好極了,親愛的。發生了什麼事嗎?」

「我一直在旅行,我對宇宙有了瞭解,而且……好吧,我知道這聽起來有點傻,但是我能夠創造並演化我們的宇宙,只需要自己的想像力就行。這種感覺肯定就像是自己成了上帝。」

你的阿姨有一會兒沒吱聲。

「我明白了。」她終於說道。

「你明白什麼?」你問道,不明白為什麼她沒有分享你的熱情。

「沒什麼,沒什麼。只是,呃,我以前也聽到過這種話。」

「你聽到過?」

「人們喜歡做上帝,不是嗎?你記得我的好朋友卡蒂和加比嗎?」

「我不記得,不是的,但你聽我說,我……」

「親愛的,讓我把故事講完。卡蒂、加比和我上個週末一起去了射箭場。你知道的,卡蒂和加比很喜歡射箭,她們這樣教我:只要對世界是如何運作的有一點基本瞭解,就知道如果一個人知道一支箭如何被射出以及從哪裡射出,就應該能夠預測它將落在哪裡。真有趣,不是嗎?」

「當然,阿姨,那是彈道學,牛頓的定律。」

「是嗎?我學到了。你能夠把它用在整個宇宙上?」

「什麼?」

「你有從哪裡開始,或者如何開始的信息嗎?你有什麼東西能將彈道學,或者你顯然已經發現的那個什麼自然規則應用上去嗎?」

「我……你指的是,某種初始條件之類的東西?」

「我不知道。要不要我讓卡蒂和加比給你打個電話,讓你們好好聊聊?她們對這類東西很在行。」

「不,不要!不需要那些……」

「那麼,好吧。在找到你的初始條件後你能再打電話告訴我嗎?」

「我……我會的。」

「謝謝你給我打電話,親愛的,你真好,那麼先再見了。」

說完這些,她掛掉了電話。

在你盯著電話發呆時,請讓我告訴你吧:或許你自己也已經意識到,她說得沒錯。要想瞭解宇宙,你需要兩方面的信息。第一方面是一條規則,或者一組規則。另一方面是初始條件。

如果要將你剛才想出來的理論應用到整個宇宙上,從頭算出它的命運,你就算擁有世界上一切規則都還不夠。

你還需要一個確定無疑的初始條件,一個你能將演化規則應用其上的初始狀態。可是你就是沒有這個。更糟的是,你怎麼能夠確定你所知道的關於引力和量子場的規則確實適用於我們宇宙的開端?

你長歎一聲,坐回沙發,抓起自己的咖啡杯,覺得一些重要的數據肯定被遺失在某個角落了……

  1. 如果你想知道(完全可以理解)為什麼宇宙直徑是一百光年而非幾個光分,你可以在本書第五部分找到答案。​​​​​

  2. 在本書第七部分,你會看到更多。​​​​​