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第七部分 邁向已知世界之外的第一步 第2章許多大爆炸

前些日子,你做過一個關於貓的實驗。薛定諤的貓。它背後的想法是找到一個戲法能將微觀世界的量子行為引入宏觀世界,變成可被觀察的現實。對於暴脹我們也能用同樣的原理。而且這次不需要貓。

按時間順序排列,暴脹時期發生在大爆炸之前。暴脹場將曾經非常微小的宇宙在一個短到無法想像的時間裡變到非常巨大。暴脹場和它的基本粒子(暴脹子)隨後通過E=mc2的比例衰變為純能量,釋放出非常巨大的能量,整個宇宙變得難以置信的熾熱。這就是我們所理解的大爆炸開始時的情境。暴脹場的物質變成了能量,將後來構成我們今天一切事物的各種場激發出來。

在暴脹時期,宇宙膨脹的速度如此巨大,以至於所有可能(因此也就必然)發生的量子起伏都被凍結,一個接一個的。更令人驚奇的是,這些被凍結了的起伏直到今天依然能被科學家們從他們日益精確瞭解的宇宙微波背景輻射中分辨出來。

暴脹能夠預測出遍佈宇宙的背景輻射為什麼難以置信地能以均勻這一方式呈現。但那只是我們當初引入暴脹的原因之一。它並不完全只是一個預測。

它還表明在這個均勻的輻射背景之上應該印著一些量子起伏的印記,以微小的溫度差異方式表現。這種差異被稱為「各向異性」。

當時這並不是一個已知的事實,但是隨後這種起伏被確認了。美國天體物理學家喬治·斯穆特(George F.Smoot)和約翰·馬瑟因(John C.Mather)因實證發現了宇宙微波背景輻射的極其一致性和各向異性而獲得了二六年的諾貝爾物理學獎。

這種溫度在兩個地方相差約一攝氏度的千分之一,但的確有差別。這種差別甚至被認為是後來引發了恆星與星系形成的原因。

如果沒有差別,整個宇宙將到處一片均勻,恆星將永遠無法誕生。

因為有了這些起伏,我們幼年宇宙中的一處便與另一處有了微小的差異,引力讓這些差異越變越大,這些差異被不停放大的結果就是,恆星以及構成我們宇宙的一切結構的誕生。

現在,暴脹同樣將極小與極大混合在一起,從我們宇宙演化非常早期的量子起伏,直到我們今天所見的宇宙結構的誕生,它一直就是這樣。它甚至還提示了那些神秘的暗能量可能是什麼,因為這些反引力可能來自暴脹場所遺留下來的真空能量。

暴脹能夠解釋宇宙中尚無解釋的許多現象。因此許多科學家們都很認真地考慮這個理論,它也的確值得這樣。既然我們已經說到這些,我前面也提到過這個畫面也會帶來令人困惑的結果,下面就讓我們來看看。

就我們今天的理解,暴脹場不會一直保持平靜。它不是那種「一次性」的場,不會只在我們宇宙誕生時出現一次。事實上,它應該不止一次地觸發了宇宙大爆炸,而且是許多次,無限多次。

與所有量子場一樣,暴脹場同樣會發生量子起伏,使自己能夠在局部上從真空態跳躍到其他狀態。通常情況下,在你至今已經看到過的所有場的例子裡,這個過程的結果是粒子從一個地方跳躍到另一個地方,或者無中生有地被創造出來。在暴脹場中,意味著它能自發創造一個小規模的宇宙。或者兩個。或者許多。在所有地方。我所說的所有地方真的是我們宇宙空間裡的任何地點,雖然它所涉及的時間尺度可能(也可能不是)非常巨大。這個過程被稱為永久暴脹。它永遠不會停止。早已存在的宇宙中又出現了新的宇宙氣泡,在那裡,暴脹場的真空量子躍遷到了另一個狀態,另一種真空。它們就像一滴油滴在了一個大湖的表面。它們變大,再變大,還變大……然後在這正在變大的油滴中又出現了一個新的油滴。

氣泡宇宙中的氣泡宇宙,裡面還有氣泡宇宙。

這是多重宇宙的又一個例子,但它不同於你以前曾經見過的那種多重宇宙類型。在這種圖景下,你我或許就生活在一個氣泡宇宙之中,而在我們這個氣泡宇宙中,在我們的時空裡,未來某個遙遠的瞬間,會有新的氣泡宇宙出現,就如我們自己的這個宇宙或許就是出現在另一個宇宙中的某個氣泡,那個宇宙比我們的更大,或許已經有些損壞,或者空洞化了。我們可見宇宙在未來潛在的冰冷死亡或許正是一個新的氣泡宇宙誕生與成長所需的模具……

好吧。

在本書快結束時進行的弦理論遊歷中,我們將再次看到這些有趣的泡泡宇宙。現在,這種永久暴脹或許(完全有理由)讓你覺得瘋狂(至少我有這種感覺,但我頗喜歡這種感覺),不過,與你們將要見到的弦理論相比,這些都是小兒科,到了那裡,沒有什麼能讓你感到稍微正常,真的……你甚至可以將你剛見過的這個泡泡宇宙當作你最後旅程的引子。在去那裡之前,在回到我們可見宇宙並尋找那些著名的弦到底隱藏在哪裡,它們到底是什麼,對我們的現實有什麼影響之前,讓我們看看能否以我們已經學到的知識看看暴脹之外的東西。

對於那些想知道「宇宙是如何開始的」的人,永久暴脹理論聽起來並不會讓他們滿意,因為不存在真正的開始,它只是泡泡,從一開始就這樣,始終如此。

但或許還有其他可能性。

在這裡,我無法將它們全部列出,我只提其中一個。

歷史上的最早一個。

  1. 如果你真的對數字非常感興趣,宇宙暴脹據信發生於大約0.000000000000000000000000000000000001秒(10-36秒)之內或者在空間與時間誕生後的大概0.00000000000000000000000000000001秒(10-32秒),在這段時間內,暴脹場讓整個宇宙變大了1000000000000000000000000000(1026)倍。​​​​​

  2. 第一種宇宙含有我們宇宙中的一切,加上那些我們無法觀測的部分,而第二種則是艾弗雷特以「多重世界」的方式對量子機制所作出的解釋。這裡是第三種類型:宇宙之中誕生出的新宇宙。​​​​​