苗千

世界上各種文明和宗教所相信的世界創(chuàng)生的故事或許不下幾千種，但從20世紀(jì)起，人類科學(xué)界關(guān)于宇宙的誕生過程已經(jīng)有了一個(gè)比較詳細(xì)的描述，從此各種創(chuàng)生故事也就開始逐漸地?zé)熛粕⒘恕?/p>

與或神秘或浪漫的創(chuàng)生故事不同，物理學(xué)家們相信我們所處的宇宙起源于大約140億年之前的一次爆炸，這次爆炸所產(chǎn)生的回響至今仍然留在宇宙中，這就是充斥著宇宙的微波背景輻射。

通過這一次“大爆炸”，宇宙從一個(gè)極為微小的形態(tài)變成了現(xiàn)在人們所認(rèn)識到的近乎無邊無際的時(shí)空。從極微小到極宏大，這是人類對自然界認(rèn)識的兩個(gè)極端，那么宇宙究竟是如何跨越了這兩個(gè)極端成長起來的？關(guān)于這個(gè)問題，盡管過去幾十年里在宇宙學(xué)界都有一個(gè)被廣泛接受的假說，但是關(guān)于它所引起的爭論還遠(yuǎn)未結(jié)束。

“宇宙暴漲假說”的產(chǎn)生

1979年12月7日的一個(gè)早晨，在斯坦福直線加速器中心（SLAC）工作的32歲的研究員阿蘭·古斯（Alan Guth）忽然萌生了一個(gè)奇妙的想法，他急忙趕到辦公室里進(jìn)行計(jì)算，而后又和身邊的同事朋友進(jìn)行討論。于是一個(gè)即將影響宇宙學(xué)界幾十年的假說就此誕生?！坝钪姹q”理論逐漸被宇宙學(xué)家們所廣泛接受，而阿蘭·古斯也作為這個(gè)假說的提出者和代表性人物被世界所熟知。

根據(jù)宇宙暴漲假說，在誕生之后極短的時(shí)間里，宇宙具有特殊性質(zhì)的一部分在一瞬間以遠(yuǎn)超光速的速度迅速暴漲、拉伸，成長為一個(gè)目前人類所能夠觀測到的宇宙，雖然在之后100多億年的時(shí)間里宇宙仍然在保持膨脹，但是速度已經(jīng)減慢。可以說，是宇宙在一瞬間的暴漲使宇宙跨越了微觀和宏觀的界限（根據(jù)相對論，物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的速度不能超越光速，但時(shí)空本身不受此限制）。

宇宙暴漲理論能夠在科學(xué)界得到如此高的認(rèn)同，自然是因?yàn)樗c目前人類所觀測到的現(xiàn)象相吻合，并且具有極強(qiáng)的解釋能力。例如，它可以解釋為什么宇宙中的空間這么平坦，從各個(gè)方向上看過去又都大致相同，宇宙微波背景輻射分布得為何這么均勻……從極小的尺度一下子拉伸到極大的尺度，在極小尺度上的差異自然也幾乎消失了，就如同一個(gè)人走在人行道上，并不會感覺到地球是圓的。

宇宙暴漲理論能夠解決很多宇宙學(xué)的難題，但是目前它仍然是一個(gè)假說。迄今為止，宇宙學(xué)家們?nèi)匀粵]有找到可以證實(shí)暴漲理論成立的確切實(shí)驗(yàn)證據(jù)。例如根據(jù)暴漲理論的預(yù)測，在暴漲的過程中會產(chǎn)生出某種“原初引力波”，在2014年，一組在南極地區(qū)進(jìn)行宇宙學(xué)探測的美國科學(xué)家發(fā)表論文，認(rèn)為他們探測到了符合暴漲假說預(yù)測的“原初引力波”。這個(gè)發(fā)現(xiàn)一旦可以得到確認(rèn)，自然會是證明暴漲理論正確性的最有力的證據(jù)，但可惜的是，幾個(gè)月之后更加準(zhǔn)確的來自普朗克衛(wèi)星的探測結(jié)果顯示，美國科學(xué)家們在南極的探測結(jié)果很可能受到了星際塵埃的影響，并不足為信。暴漲理論錯(cuò)過了自誕生以來，幾十年里最好的驗(yàn)證機(jī)會。

如果始終找不到實(shí)驗(yàn)證據(jù)，一個(gè)假說是否還應(yīng)該在科學(xué)界占有重要的地位？2017年2月，《科學(xué)美國人》（Scientific American）雜志發(fā)表了3位來自普林斯頓大學(xué)和哈佛大學(xué)的物理學(xué)家安娜·伊雅斯（Anna Ijjas）、保羅·斯泰恩哈特（Paul Steinhardt）和亞伯拉罕·勒布（Abraham Loeb）的文章《宇宙暴漲理論面臨挑戰(zhàn)》（Cosmic Inflation Theory Faces Challenges）。在文章中，3位物理學(xué)家質(zhì)疑，宇宙暴漲理論有可能是錯(cuò)誤的，在宇宙誕生的初期狀態(tài)下，發(fā)生暴漲的可能性極低。更關(guān)鍵在于，這樣一個(gè)開放式的理論，幾乎可以符合一切的觀測結(jié)果，從而使其無法被證明，這使它失去了成為一個(gè)真正的科學(xué)理論最重要的條件，或許宇宙學(xué)家們需要尋找一個(gè)更為可靠的宇宙學(xué)理論了。

3位物理學(xué)家事先可能沒有想到的是，這樣一篇并非發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊上的文章在宇宙學(xué)界瞬間掀起了軒然大波，支持宇宙暴漲理論的一派科學(xué)家迅速做出了激烈的回應(yīng)。2017年5月9日，《科學(xué)美國人》雜志刊登了一篇反擊性的文章《一個(gè)宇宙學(xué)爭論》（A Cosmic Controversy）。與其他文章最大的不同之處在于，這篇文章不僅有4位大有名氣的作者——現(xiàn)任教于美國麻省理工學(xué)院的阿蘭·古斯、斯坦福大學(xué)教授安德烈·林德（Andrei Linde）、麻省理工學(xué)院的戴維·凱撒（David Kaiser）、加州伯克利大學(xué)的野村泰紀(jì)（Yasunori Nomura）——除此之外還有29位科學(xué)家簽名表示支持。這些簽名的科學(xué)家?guī)缀跞鞘澜缥锢韺W(xué)界的頂尖人物，甚至包括4位諾貝爾獎(jiǎng)得主和1位菲爾茨獎(jiǎng)得主，另外著名理論物理學(xué)家史蒂芬·霍金教授也在其中。

33位世界著名的科學(xué)家共同發(fā)表聲明指出你的錯(cuò)誤，在大多數(shù)人的生命里可遇不到這樣的事。而當(dāng)它真的發(fā)生，原本質(zhì)疑暴漲理論的3位物理學(xué)家并沒有誠惶誠恐，他們不僅在《科學(xué)美國人》雜志上迅速做出了回應(yīng)，還在普林斯頓大學(xué)的網(wǎng)站上設(shè)立了一個(gè)頁面進(jìn)一步表達(dá)自己的觀點(diǎn)，并且開始做“事實(shí)核查”，一項(xiàng)一項(xiàng)地與對方展開討論。

這3位科學(xué)家表示，對于對方30多位卓越科學(xué)家的回應(yīng)有些失望。他們認(rèn)為在科學(xué)界里，對于暴漲理論的質(zhì)疑曾經(jīng)是可能的（現(xiàn)在則會受到攻擊）。有些人聲稱暴漲理論已經(jīng)被證實(shí)，是基于已經(jīng)過時(shí)的、有基礎(chǔ)性錯(cuò)誤的理論。他們相信在一個(gè)健康的學(xué)術(shù)社區(qū)中，指出其中的問題，并產(chǎn)生分歧是完全合理的。這3位科學(xué)家認(rèn)為，暴漲理論建立于一系列的誤解之上。實(shí)際上根據(jù)目前的研究，要發(fā)生宇宙暴漲，對于初始條件的要求相當(dāng)苛刻，另一方面，暴漲一旦發(fā)生，又會導(dǎo)致永遠(yuǎn)的暴漲——這又會產(chǎn)生其他的問題。

有沒有反對的聲音？

在科學(xué)界，面對一個(gè)科學(xué)問題，這種聯(lián)名簽署的公開信確實(shí)罕見，而如此之多的著名科學(xué)家同時(shí)出現(xiàn)更是前所未有，以至于讓這場學(xué)術(shù)辯論演變得近似為一個(gè)政治事件。旁觀了整個(gè)事件的哥倫比亞大學(xué)理論物理學(xué)家皮特·沃伊特（Peter Woit）更是將這封公開信稱為一個(gè)“運(yùn)動(dòng)”。阿蘭·古斯等幾位作者為了使自己的回應(yīng)看上去更加有力，才需要在科學(xué)界中找到眾多有名望的科學(xué)家共同簽名，凱撒說，（讓這場爭論）看上去像是三個(gè)人不同意三個(gè)人的看法又有什么意義呢？學(xué)術(shù)辯論演變得如此聲勢浩大，以至于讓沃伊特更感興趣的是，是否有人拒絕在其中簽名。

實(shí)際反應(yīng)比看上去的更激烈。麻省理工學(xué)院的物理學(xué)家與科學(xué)史專家戴維·凱撒表示，這3位物理學(xué)家對于宇宙暴漲理論的質(zhì)疑實(shí)際上在幾年前就已經(jīng)被解決掉了，他甚至懷疑《科學(xué)美國人》雜志社編輯的判斷能力不足，才使這樣一篇水準(zhǔn)不足的文章被刊登出來。阿蘭·古斯也表示，這3位物理學(xué)家認(rèn)為暴漲理論無法被驗(yàn)證的聲明是完全錯(cuò)誤的，對此毫無事實(shí)根據(jù)。而實(shí)際上，《科學(xué)美國人》雜志可能正是發(fā)表此類文章的好地方，這是在6年里這個(gè)科普雜志第三次對于暴漲理論提出質(zhì)疑。雜志編輯克拉拉·莫斯科維茨（Clara Moskowitz）表示，很明顯大多數(shù)科學(xué)家都傾向于支持暴漲理論，但是對此持相反態(tài)度的人同樣應(yīng)該有發(fā)言的機(jī)會。

科學(xué)問題畢竟還需要運(yùn)用科學(xué)方法，依靠科學(xué)證據(jù)來解決，但是目前的問題在于，爭辯的雙方對于同一份觀測數(shù)據(jù)卻有著完全不同的理解。例如對于普朗克衛(wèi)星的觀測數(shù)據(jù)，一方認(rèn)為其完全符合一類標(biāo)準(zhǔn)暴漲模型的預(yù)測，而另一方則認(rèn)為這份數(shù)據(jù)已經(jīng)否定了很大一部分暴漲模型。古斯認(rèn)為，早在普朗克衛(wèi)星的觀測數(shù)據(jù)公布之前，暴漲理論就預(yù)測了宇宙微波背景輻射溫度的微小差異在宇宙中的分布狀況，而隨后普朗克衛(wèi)星的觀測數(shù)據(jù)顯示正是如此，這正是證明了暴漲理論的預(yù)測能力。與之相對的3位科學(xué)家則認(rèn)為，根據(jù)其他的宇宙模型也可以得出相同的結(jié)論，這無法證明暴漲理論，而且有一類暴漲模型并沒有預(yù)測到這種現(xiàn)象，理應(yīng)被視為失敗。

不僅如此，處于對立雙方的科學(xué)家們對于暴漲理論的適用范圍也存在極大的分歧。一個(gè)理論在何種程度上可以被驗(yàn)證，又在何種程度上將被否定？如果一個(gè)理論可以適用于一切的觀測結(jié)果（從而無法被否定），那么它是否還可能成為一個(gè)科學(xué)理論？就連對于這樣一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)定，雙方科學(xué)家也存在著極大不同。有人找到一份2014年的記錄，亞伯拉罕·勒布曾經(jīng)問過阿蘭·古斯，是否可能有任何的實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚍穸ūq理論？古斯回答說，暴漲理論是一個(gè)過于有彈性的想法，因而無法被證偽。

雙方爭論的另外一個(gè)焦點(diǎn)在于多重宇宙。在很多暴漲理論模型中，暴漲一旦發(fā)生，就永遠(yuǎn)都不會停止。也就是說，根據(jù)理論預(yù)測，雖然在人類所能夠觀測到的宇宙范圍內(nèi)暴漲已經(jīng)停止，但是在人類視線所不及的某些區(qū)域一定還在一刻不停地發(fā)生著暴漲，一個(gè)又一個(gè)的“新宇宙”正在不斷地被創(chuàng)造出來。一個(gè)宇宙，也即意味著永無止境的無窮多個(gè)宇宙。而在每一個(gè)宇宙又都有其自身的物理規(guī)則，這個(gè)過程將永不停息。對此持懷疑態(tài)度的3位科學(xué)家認(rèn)為，這樣的理論預(yù)測將導(dǎo)致理論本身永遠(yuǎn)沒有辦法被驗(yàn)證，因?yàn)檫@個(gè)理論預(yù)測了不只是一樣?xùn)|西，而是所有的東西。在這個(gè)系統(tǒng)中一切可能的物理學(xué)系統(tǒng)都有可能實(shí)現(xiàn)，他們把這樣的理論預(yù)測成為“多重混亂”。

由這樣不同尋常的爭論衍生出一個(gè)問題：是否存在“純粹的”科學(xué)問題，對于宇宙暴漲理論的討論，如果涉及哲學(xué)層面，它是否還可能成為一個(gè)科學(xué)問題？對于驗(yàn)證科學(xué)理論的“科學(xué)方法”，是否又存在一個(gè)明確的定義？當(dāng)涉及科學(xué)界長久以來未有定論、難以成立又難以被否定的學(xué)說時(shí)，一切似乎都成為疑問。

關(guān)于在宇宙大爆炸之后的一秒鐘之內(nèi)到底都發(fā)生了什么，目前世界上最杰出的一群物理學(xué)家們分成了兩派，相互用異常嚴(yán)厲的語言聲稱對方所做的并非科學(xué)，這種指責(zé)實(shí)為少見。這種公之于眾的爭吵也難免對科學(xué)界造成撕裂和進(jìn)一步的傷害。而問題則一直存在：宇宙大爆炸之后到底發(fā)生了什么，使得我們?nèi)缃袼幼〉挠钪婵臻g如此平直，又如此的廣闊。目前宇宙學(xué)家們所達(dá)成的共識是大爆炸本身并不足以造成這樣的結(jié)果，大爆炸自身的能量無法產(chǎn)生出如此廣闊的宇宙，另外其產(chǎn)生出的時(shí)空也會彎曲。大多數(shù)物理學(xué)家接受暴漲理論最重要的理由，大約是因?yàn)槠渥陨淼暮啙嵭浴Ｕ鐒P撒所說，暴漲理論是對于物理學(xué)中兩個(gè)最重要的原理：廣義相對論中的等效原理和量子力學(xué)的不確定性原理的保守型性的，極簡主義的結(jié)合。對于追求簡潔的物理學(xué)家們來說，它確實(shí)具有極大的吸引力。

加州理工學(xué)院的著名宇宙學(xué)家肖恩·卡羅爾（Sean Carroll）在他的私人博客上對這個(gè)爭論做出了進(jìn)一步回應(yīng)（他也在支持宇宙暴漲理論的公開信上簽了名）。他寫道，宇宙暴漲理論不僅是一個(gè)聰明的想法，而且它可以解釋目前我們所觀測到的宇宙何以如此。即便如此，卡羅爾仍然隱隱表達(dá)了這個(gè)理論所引發(fā)的無可避免的宇宙陷入永無停歇的暴漲的擔(dān)憂，這樣的解釋將使我們的宇宙中一切看起來難以解釋的現(xiàn)象和常數(shù)變得容易理解卻又無法驗(yàn)證。另一方面，卡羅爾又表示他的注意力更多集中在宇宙暴漲何以發(fā)生的初始條件上。

2014年3月14日，美國馬薩諸塞州劍橋市麻省理工學(xué)院的阿蘭·古斯教授在天文望遠(yuǎn)鏡旁

卡羅爾表示，宇宙暴漲理論毫無疑問屬于科學(xué)理論，它由科學(xué)家們所提出和研究，用以做出科學(xué)預(yù)測，并且對于我們理解宇宙的早期形態(tài)也有潛在的影響。多重宇宙理論“有可能”可以被驗(yàn)證，但即使無法驗(yàn)證，仍然不影響宇宙暴漲理論的科學(xué)性——這正是他決定在這封公開信上簽名的原因。

這場物理學(xué)界罕見的大爭論還將持續(xù)多長時(shí)間，最終又將以什么樣的方式結(jié)束尚未可知。從另一個(gè)角度來看，宇宙暴漲理論，乃至這樣的一場大爭論會對科學(xué)本身產(chǎn)生什么樣的影響，是否會改變?nèi)藗儗τ诳茖W(xué)以及科學(xué)方法的認(rèn)知將是一個(gè)更為重要的問題。無論如何看待，宇宙暴漲理論、多重宇宙理論的出現(xiàn)都可以算是人類科學(xué)發(fā)展到一定階段的必然產(chǎn)物?？茖W(xué)如何發(fā)展，人類的智慧該如何應(yīng)對才能走出這個(gè)謎團(tuán)，將是人類在未來面對的最重要的難題之一。

（本文寫作參考了《科學(xué)美國人》雜志的相關(guān)報(bào)道）