几乎每一个神话都有上帝创世说,最著名的故事当然是圣经旧约中上帝用了六天时间创造了世界。在中国的神话中,创世的时间要长得很多,先是盘古的出生到长大,花了一万八千年,然后开辟了天地。印度婆罗门教是梵天创造了世界,而日本神话则用天之御中主神代替了梵天。
现代宇宙学虽然不是创世说,有一点和创世说类似,就是我们现在能够看到的宇宙起源于一个有限的时间之前,这个有限的时间大约是137亿年,比所有神话传说中的时间要长。在137亿年前,宇宙是一团灼热的气体,温度和密度都是不可想象地高(高到即使现在的恒星内部也不可能达到)。这个名为大爆炸学说有一个重要之处和炸弹爆炸不同:当炸弹爆炸时,有一个中心点,在这个中心点之外所有的炸弹碎片都向外飞,而中心点原则上是不动的。大爆炸不同,没有中心点,每一点都在爆炸,很像烤面包,面包的每一块同时在膨胀。和烤面包不同的是,大爆炸时的膨胀速度大得不可想象。
宇宙大爆炸学说在上世纪六十年代之后成为公认的科学,那时大多数人认为这就是宇宙创生的最终答案,不必再追问大爆炸之前发生的事情了。这有点像基督教中的一个说法,如果你敢问上帝在创世之前做了什么,回答是那时他在为敢问这个问题的人准备地狱。但大爆炸的确有一个令人不满意的地方,就是前面说的类似烤面包的图像。为什么在大爆炸发生时我们现在看到的这块宇宙像一块面包一样均匀?为什么大爆炸发生时几乎所有的地方的温度和密度是相同的?是谁准备了这个异常均匀的条件?当时在康奈尔大学做资深博士后的古斯(Alan Guth)在听了普林斯顿大学的一位教授的宇宙学演讲之后开始思考这些问题,并很快提出了他自己的回答。这个回答非常简单和巧妙,他说,在热大爆炸之前,宇宙经历了一次极短的但非常快速的加速膨胀,这个加速膨胀将一个很小的区域放大了许多许多倍(大约是一万亿亿亿倍),从而开始时的任何不均匀都被抹平了。当时的天文学界和宇宙学界的很多人认为古斯的理论形同神话,只有研究理论物理的人认真对待他的理论。暴涨理论提出之后没有几年,我在念研究生,很多人对一些对暴涨宇宙论感兴趣的学生说,这是一个画鬼的理论。
二十多年的时间过去了,没有人再说暴涨宇宙论是画鬼的理论,因为越来越多的观测事实支持这个理论,使得暴涨论成为目前宇宙学和天体物理领域最热门的理论之一。古斯显得他思考问题的方式与众不同,因为他敢于问创世之前到底发生了什么这样的问题,他成了一个英雄。
如果真的存在一位上帝,让他准备热大爆炸这样的条件,的确非常困难,因为均匀性的条件实在太苛刻,这就像两列火车相撞,你希望看到相撞的结果不是杂乱无章的,而是一块看起来很匀称的铁块。所以,没有人会问我们能否扮演上帝这个角色,在实验室内实现大爆炸时的物理条件。而暴涨的情况很不同,在暴涨发生的时候,宇宙不需要很均匀,初始条件没有那么苛刻。此时,我们就可以问,人类能够在实验室中实现暴涨发生时的物理条件吗?换句话说,我们能够在实验室中创生一个宇宙吗?这是一个不可思议但十分诱人的问题。还是古斯,伙同一位他的麻省理工学院的同事在二十年前问了这个问题并作了回答。
很可惜的是,他们的回答是否定的。这并不是说暴涨宇宙发生时我们需要难以想象的高温高密度,相反,那个时候温度其实是极低的。能量密度呢?能量密度并不低,但也不需要高到不可想象。困难的不是实现不了高温高密度,而是很难实现暴涨发生需要的一个关键条件:使得一块哪怕是很小的空间加速膨胀。要使得空间加速膨胀,我们需要一种类似现在观测到的暗能量一样的能量。这种能量和物质的能量不同,会产生负压强。古斯等人证明,实现这个条件的先决条件是在空间中产生一个数学上的奇点。我们知道,物理得以成为科学的限制是不能有这样的奇点,否则什么事情都会发生(在奇点处经典物理定律统统失效)。
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