宇宙暴胀的系综及其有趣特点

在上帝的心中，宇宙仅仅是一个一闪而过的念头——一个令人相当不安的念头，特别像你刚为购买住房付出定金时闪过的念头。

——伍迪·艾伦^[12]

宇宙学家们曾考虑一些方法用来产生其他世界的某些系综。一般来说，它们产生于我们在前面介绍的建立其他世界的保守方法。我们考察我们所知的宇宙的小量变化，定律保持不变，但改动它的常数数值或它的维度。我们已经看到暴胀宇宙处在它混沌的和永恒的状态中的情形。我们单个宇宙的各个不同的大区域，它们在尺寸上可能是无限的，能够发现它们本身具有不同的平均密度、不同的膨胀速率，或者甚至不同的空间大维度数和不同的大自然的诸力，作为这些启动暴胀的过程内在的随机性结果。暴胀可能开始于和终止于不同的年代和不同的位置。结果是会有某个宇宙包含不同区域，在那里，有些条件是非常不同的，而且对生命来说是本质的某些规定的常数数值可取不同的数值（见图13.1a、b）。

这些区域极有可能是非常之大，比我们的可视宇宙大得多，暴胀非常容易将小的区域扩张成为大的区域，所以我们的区域的边界极可能是远远大于我们所能看到的这个宇宙的边界。然而，总有一天我们的子孙后代可能看到其中一个区域的证据，在那里从天文学视界过来的不同事物，湮灭着遥远的物质，破坏着宇宙的膨胀，而且吞噬着恒星和星系。

图13.1　（a）其中不同的区域经历了不同量的暴胀、浮现出不同状态的某一宇宙。（b）在宇宙中物质的最低能量状态在暴胀终止时可能不是唯一的状态。宇宙在不同的位置中可能终止于不同的极小状态。结果大自然的诸力的数目和强度在不同位置上将是不同的，这取决于物质在哪一个地点达到其极小。

如果细细思考暴胀的永恒版本，那么各种可能性的系综会扩充更多，我们应看到我们本身作为某个永无止境过程中的局部涨落，这过程考察宇宙状态、常数和维度的一切排列，这些对这过程都是敞开的，只有在某些情形中生命是可能的。

这些暴胀的系综有一个有趣的特点，就是它们不要求我们相信在某个多元宇宙中其他世界的含糊不明的状态。它们不是平行的世界或想像的世界，而且甚至不可能仅仅是假设的世界。把它看作一个“世界”只是由于它是我们的这一个又是唯一的宇宙的一个非常大的区域。而且如果我们的宇宙在广度上是无限的，那么暴胀能产生的替代物的数目可能同样是无限的。如果它为变化耗尽所有可供它资用的逻辑上的可能性，那么任何可能存在的可能性必存在于某处，不是正好一次，而是无限地频繁。有关这个观念我可以肯定地说的一件事是，如果它是真的，它就不可能是原始的。^[13](www.xing528.com)

还有其他更加世俗的方法在我们的单一的宇宙范围内产生大量的各种不同的可能性。大自然创造复杂性靠在大自然的定律产生的结果中打破这些定律的对称性。因此，在这时刻，你位于宇宙中某一特别的位置，即使对引力和电磁学定律而言，你是一个复杂的结果，但这些定律在宇宙中任何位置都没有优越性。当宇宙膨胀并冷却时，在它的整个最早期阶段存在着许多对称性被打破的场合。在某些地方，它以一种方式打破，在其他地点以另外方式打破。这些随机的结果对未来生命演化会有深远的影响。至关重要的对称性破缺的一个典型例子是引起早期宇宙中物质和反物质之间的平衡。结果，为防止以后一切事物被湮灭成为辐射所需要的物质和辐射之间的不平衡会随地点而变化。如果不平衡在暴胀出现之前发生，那么一个物质占优势的区域就会暴胀并变成一个能包容我们的可视宇宙的巨大区域。如果发生在暴胀之后，那么我们的宇宙的可视部分可能包含一些具有不同的物质和反物质平衡的区域。再者，我们有一个法宝可在单一宇宙范围内创造一些大的区域，在那里，某些对于生命的存在是关键的特点能显著随地点而变化。

宇宙的量子描述教导我们，凡是我们看到和体验到的实体事物，如粒子或物质聚集体都有类波的性质。这种性质表达出我们观测它们具有某个特性的概率。千方百计想解决对整个宇宙的量子描述问题的物理学家们所做的有意义的发现之一，是宇宙的起始条件似乎在由波动性质过渡到实体性质方面起关键的作用。

我们习惯于这样的思想，即物质粒子波动的不确定性是发生在非常微小的领域的东西。当事物变大时，这种量子波性的表征变小并可忽略。当我们搞原子物理学研究时我们也许不得不对它感到厌烦，而当我们驾驶一辆汽车时我们不需要这么做。可是，看来我们的经验的这种实体性——即事物存在确定的非量子行为——不能保证整个宇宙变大和变老。为使这种情况发生，一些特殊的起始条件似乎是必要的。在许多世界里，我们熟悉的特性，如位置、能量、动量和时间，将不会以很确定的方式显露。我们猜测，我们称之为生命的这种类型的复杂有机体也不会是这样。

现代人寻求的包罗一切的理论同样也为其他世界提供了机会。人们往往想像终极的包罗一切的理论会阐明所有的大自然的常数，但是现在看来这样的可能性很小。似乎只有一部分大自然的常数由理论上的不可动摇的内在逻辑绝对地固定下来，而其他常数会自由地取不同的数值，由某个偶然的对称性破缺的过程来选定。如同我们在第8章看到的那样，面临这样的开放性，我们不得不转到人类选择来解释为什么我们看到的数值落在狭窄的支持生命的范围内，这就是我们所做的。

迄今为止我们已满足于通过对我们的世界的部分进行修修补补和利用它的自然倾向使事物的结果因地点不同而各不相同来建立其他世界的系综。现在是需要作出更多推测并考虑大自然的常数可能作出变化的某些途径和充实一切可能性的集合的时候了，即通过走出物理学主流理论的约束进入更多推测的可能性的领域。