王爽

一部聲勢(shì)浩大的學(xué)術(shù)界戰(zhàn)爭(zhēng)大片

2017年5月，33名全球頂尖物理學(xué)家發(fā)表了聯(lián)合署名的公開信。這封公開信的作者陣容豪華至極，不是諾貝爾獎(jiǎng)得主，就是各國(guó)科學(xué)院的大牌院士。其中名氣最大的包括：斯蒂芬·霍金，《時(shí)間簡(jiǎn)史》作者；斯蒂文·溫伯格，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主；弗朗克·韋爾切克，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主；喬治·斯穆特，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主；愛德華·威頓，普林斯頓高等研究院教授；胡安·馬爾達(dá)西那，普林斯頓高等研究院教授；馬丁·里斯，英國(guó)皇家學(xué)會(huì)前會(huì)長(zhǎng)。不過我要告訴你一件特別好玩的事：上面這些物理學(xué)界大腕中沒有一人因研究宇宙起源而出名。沒錯(cuò)，他們?nèi)际潜焕瓉沓溟T面的吃瓜群眾。

這封聯(lián)名信的作者中，真正研究宇宙起源的大佬有三人，分別是：艾倫·古斯，麻省理工學(xué)院教授，暴脹概念的提出者；安德烈·林德，斯坦福大學(xué)教授，慢滾暴脹概念的提出者；阿列克謝·斯塔羅賓斯基，朗道理論物理研究所教授，第一個(gè)暴脹模型的提出者。這三大巨頭花了這么大力氣，找了這么多大牌科學(xué)家站臺(tái)，真正的目的只有一個(gè)，那就是為暴脹學(xué)派清理門戶。

你可能會(huì)覺得有些好笑了：不就是一次學(xué)術(shù)爭(zhēng)論嘛，犯得著這么大動(dòng)干戈嗎？但事實(shí)上，這群學(xué)術(shù)界名流的反應(yīng)再正常不過了。因?yàn)樗麄兊膶?duì)手已經(jīng)向整個(gè)暴脹學(xué)派全面宣戰(zhàn)了。2017年2月，《科學(xué)美國(guó)人》刊登的文章《宇宙大爆炸不曾發(fā)生》反駁了目前的主流學(xué)術(shù)觀點(diǎn)——宇宙在極早期經(jīng)歷了一段被稱為暴脹的極速膨脹時(shí)期。該文作者倡導(dǎo)了另一個(gè)觀點(diǎn)：我們的宇宙并非創(chuàng)生于暴脹學(xué)說中的大爆炸奇點(diǎn)，而是從一場(chǎng)“火劫”中開啟的。根據(jù)這一觀點(diǎn)，宇宙在大爆炸之

前經(jīng)歷了一段收縮過程，在收縮到一定程度時(shí)發(fā)生反彈，從而形成我們今天看到的宇宙。該文作者還認(rèn)為“暴脹宇宙學(xué)不能用科學(xué)方法來評(píng)估”，并聲稱一些接受暴脹學(xué)說的科學(xué)家提議“拋棄科學(xué)的標(biāo)志性特點(diǎn)——可檢驗(yàn)性”，而這個(gè)主張將“促使某些非實(shí)（經(jīng)）驗(yàn)主義科學(xué)的理論抬頭”?？梢哉f，這篇文章不僅要擋住暴脹學(xué)派這三位大佬通往諾貝爾獎(jiǎng)的道路，甚至要砸爛整個(gè)暴脹學(xué)派所有人的飯碗！

顯而易見，能挑起這場(chǎng)大戰(zhàn)的人，自然也不是等閑之輩。此人就是保羅·斯泰恩哈特，普林斯頓大學(xué)教授，以前也是暴脹學(xué)派的領(lǐng)袖之一，現(xiàn)在則是暴脹學(xué)派的頭號(hào)叛徒。

過去近40年，古斯、林德、斯塔羅賓斯基和斯泰恩哈特這四位大佬，在宇宙起源的山頭上展開了一場(chǎng)諾貝爾獎(jiǎng)級(jí)別的血戰(zhàn)，時(shí)至今日依然勝負(fù)不明。

接下來，我將作為你的導(dǎo)游，與你開始一場(chǎng)肯定能讓你腦洞大開的宇宙起源之旅。我將為你講解這部學(xué)術(shù)界戰(zhàn)爭(zhēng)大片的臺(tái)前幕后，也會(huì)順便給你八卦一下這四人之間的恩怨情仇。

暴脹：宇宙創(chuàng)生之初的超級(jí)通貨膨脹

暴脹的英文名是Inflation，本意就是我們?cè)谌粘Ｉ钪凶钍煜げ贿^的通貨膨脹。通貨膨脹說的是，在一段時(shí)期內(nèi)，社會(huì)上流通的貨幣總量發(fā)生了明顯的增長(zhǎng)；而暴脹說的是，在創(chuàng)生之后遠(yuǎn)遠(yuǎn)不到1秒的時(shí)間里，宇宙的總體積發(fā)生了指數(shù)式的膨脹。

什么是指數(shù)式的膨脹呢？我來舉個(gè)例子。傳說印度有一位國(guó)王，特別喜歡他的一個(gè)大臣發(fā)明的國(guó)際象棋，打算好好獎(jiǎng)勵(lì)這個(gè)大臣一番。大臣就跪在國(guó)王面前說：“陛下，我就想要一些麥子。請(qǐng)您在國(guó)際象棋棋盤的第一個(gè)格子里擺一粒麥子，在第二個(gè)格子里擺兩粒，在第三個(gè)格子里擺四粒……依此類推，每一個(gè)格子里的麥子數(shù)目都是前一個(gè)格子的2倍。您只要用麥子擺滿所有64個(gè)格子，再把它們都賞賜給我就好了?！?/p>

印度國(guó)王一開始還挺高興，心想要麥子還不簡(jiǎn)單，我的糧倉(cāng)里多得是。但他很快就高興不起來了，因?yàn)樗@愕地發(fā)現(xiàn)，就算把全印度所有糧倉(cāng)里的麥子都拿來，也無法填滿這個(gè)大臣的棋盤。

這個(gè)大臣的胃口有多大呢？他總共想要1844億億粒麥子，這些麥子的總質(zhì)量能達(dá)到368萬億噸，相當(dāng)于目前全球小麥總產(chǎn)量的52萬多倍。換句話說，即使這個(gè)印度國(guó)王能控制今天地球上所有的小麥產(chǎn)地，他也要花超過52萬年，才能把他欠這個(gè)大臣的債全部還清。當(dāng)然，更好的選擇是根本不還債，直接砍掉那個(gè)貪心大臣的腦袋。

有了這個(gè)例子做鋪墊，現(xiàn)在就能講講暴脹時(shí)期宇宙總體積的指數(shù)式膨脹了。為了獲取368萬億噸麥子的獎(jiǎng)勵(lì)，貪心大臣用了一個(gè)64格的棋盤。而要想膨脹出一個(gè)與目前天文觀測(cè)吻合的宇宙，暴脹理論需要用一個(gè)多少格的棋盤呢？答案是至少200格。換句話說，暴脹理論認(rèn)為在創(chuàng)生后遠(yuǎn)遠(yuǎn)不到1秒的時(shí)間里，宇宙的總體積一下就膨脹了16000億億億億億億億倍。這恐怕是一個(gè)你在現(xiàn)實(shí)生活中永遠(yuǎn)也不會(huì)聽到的數(shù)字，16000后有7個(gè)億！這是什么概念呢？大概相當(dāng)于一座兩層高的小樓，一眨眼間就變得和整個(gè)銀河系一樣大！在經(jīng)過了這么瘋狂的膨脹之后，宇宙將會(huì)達(dá)到宏觀的尺度，大概和一個(gè)棒球一樣大。在此之后，大爆炸才正式啟動(dòng)，從而讓宇宙逐漸變成我們今天看到的樣子。

說到今天看到的宇宙，不妨再多說幾句。你要是看過一些關(guān)于宇宙學(xué)的科普書，應(yīng)該會(huì)注意到這樣一個(gè)奇怪的說法：“我們的宇宙沒有任何中心?！焙芏嗳硕疾焕斫膺@是怎么一回事，“一個(gè)三維的宇宙，怎么可能會(huì)沒有中心”？好，讓我來解釋一下。想象一個(gè)正在膨脹的三維氣球，它有一個(gè)同樣處于膨脹狀態(tài)的球面，這個(gè)球面就是二維的。假設(shè)有一些智能生物就居住在這個(gè)二維球面上，那他們會(huì)怎么認(rèn)識(shí)自己的世界？如果這些二維生物的科技水平足夠發(fā)達(dá)，他們就能觀測(cè)到自己的宇宙正在膨脹，而且沒有中心。當(dāng)然，對(duì)我們這些生活在三維世界的智能生物而言，這是件一目了然的事。不過，一回到真實(shí)的三維世界，宇宙沒有中心就變得沒那么直觀了，但它的本質(zhì)其實(shí)一點(diǎn)都沒變。你可以想象一個(gè)正在膨脹的四維氣球，它有一個(gè)同樣處于膨脹狀態(tài)的三維球面，而我們的宇宙就附著在這個(gè)三維球面上。很明顯，這樣的宇宙自然不會(huì)有任何中心。

我來做個(gè)總結(jié)。暴脹就是在宇宙創(chuàng)生之初發(fā)生的一場(chǎng)超級(jí)“通貨膨脹”，它讓宇宙在誕生后遠(yuǎn)遠(yuǎn)不到1秒的時(shí)間里發(fā)生了極為劇烈的指數(shù)式膨脹，其劇烈程度大概相當(dāng)于讓一座兩層高的小樓在轉(zhuǎn)瞬之間就變得和整個(gè)銀河系一樣大！而暴脹結(jié)束以后，宇宙將會(huì)變得和一個(gè)棒球一樣大；在此之后，大爆炸才正式啟動(dòng)，從而讓宇宙逐漸演變成我們今天看到的樣子。今天，暴脹理論已經(jīng)超越了大爆炸理論，成為解釋宇宙如何起源的最主流的學(xué)說。

不過你可能會(huì)有點(diǎn)摸不著頭腦：“大爆炸就已經(jīng)夠虛無縹緲了，干嗎還要在它之前加上一段莫名其妙的暴脹呢？”這得從20世紀(jì)70年代末的一段往事說起。

1977年，美國(guó)康奈爾大學(xué)物理系來了一位混得不太好的粒子物理學(xué)家。他沒出過什么有名的成果，再加上運(yùn)氣很背、趕上了美國(guó)戰(zhàn)后的嬰兒潮，所以一直沒能在一所研究型大學(xué)里找到助理教授的職位。無奈之下，他只好跑到康奈爾大學(xué)做他的第三期博士后。這個(gè)不得志的博士后就是暴脹學(xué)派的創(chuàng)始人艾倫·古斯。

在康奈爾大學(xué)，古斯遇到了一個(gè)同病相憐的第三期博士后。他是一個(gè)華人，名叫戴自海。

戴自海以前也研究粒子物理，后來轉(zhuǎn)行做了宇宙學(xué)。他游說古斯，說粒子物理中最重要的題目已經(jīng)被別人做得差不多了，不如和他一起做宇宙學(xué)。結(jié)果古斯完全沒搭理他。戴自海也不氣餒，還是隔三岔五就來游說古斯，這一游說就是2年。

直到1979年，事情才有了轉(zhuǎn)機(jī)。那年年初，著名粒子物理學(xué)家斯蒂文·溫伯格到訪康奈爾大學(xué)，并做了兩場(chǎng)關(guān)于如何將粒子物理理論應(yīng)用于宇宙學(xué)的演講。溫伯格是諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主，同時(shí)也是美國(guó)粒子物理學(xué)界的領(lǐng)袖。古斯一看連大名鼎鼎的溫伯格都這么關(guān)心宇宙學(xué)，再加上戴自海隔三岔五的游說，這才決定放棄粒子物理，與戴自海一起轉(zhuǎn)戰(zhàn)宇宙學(xué)。

古斯和戴自海一開始研究的是一個(gè)與宇宙起源八竿子也打不著的課題，叫磁單極子問題。聽起來很復(fù)雜，是吧？其實(shí)特別簡(jiǎn)單。你平時(shí)肯定見過磁鐵，對(duì)吧？所有的磁鐵都有一個(gè)共同的特征——一定同時(shí)具有南北兩極。即使把一塊磁鐵從中間一切兩半，新得到的兩塊磁鐵也會(huì)自動(dòng)地重新產(chǎn)生南極和北極。那可不可能存在一種只有南極或者只有北極的磁鐵呢？理論上是可能的。像這種只有南極或北極的磁鐵，就是磁單極子。

按照當(dāng)時(shí)粒子物理最流行的大統(tǒng)一理論，磁單極子在宇宙中應(yīng)該是無處不在的，那為什么在真實(shí)世界中卻連一個(gè)也找不到呢？這就是物理學(xué)界赫赫有名的磁單極子問題，同時(shí)也是古斯和戴自海決心挑戰(zhàn)的課題。他們的研究表明，解決問題的關(guān)鍵是一個(gè)被稱為“假真空”的概念。這個(gè)概念說簡(jiǎn)單也簡(jiǎn)單，說復(fù)雜也復(fù)雜，聽我給你慢慢講。

我先從你更熟悉的真空談起。很多人認(rèn)為，真空就是一片什么東西都沒有的空間區(qū)域。這種看法是錯(cuò)的，真空其實(shí)是有能量的。這有點(diǎn)不好理解，不過它的確是一個(gè)事實(shí)，而且是一個(gè)已經(jīng)被科學(xué)實(shí)驗(yàn)反復(fù)驗(yàn)證過的事實(shí)。它的深層原因涉及量子場(chǎng)論，比較復(fù)雜，我就不在這里講了。你只要知道真空有能量這個(gè)事實(shí)就足夠了。

一旦知道真空也有能量，假真空就不難理解了。想象一座綿延起伏的大山，高的地方是山峰，矮的地方是山谷。現(xiàn)在問題來了：如果在這座山上放一個(gè)小球，它在哪里可以靜止不動(dòng)呢？答案顯而易見，當(dāng)然是在山谷?，F(xiàn)在把山的海拔高低當(dāng)作空間本身的能量大小。那么，凡是能讓小球靜止不動(dòng)的山谷，全都處于真空的狀態(tài)。換句話說，真空就是一個(gè)能讓置身其中的物體穩(wěn)定存在的時(shí)空區(qū)域。很容易想象，即使是真空也會(huì)有差異，就像是不同的山谷也會(huì)有海拔高低之分。在所有的真空中，有一個(gè)能量最小的真空對(duì)應(yīng)于海拔最低的那個(gè)山谷，被稱為“真真空”；其他

能量較大的真空對(duì)應(yīng)于海拔較高的那些山谷，則被稱為“假真空”。換言之，假真空就是能量較高的真空。

戴自海率先意識(shí)到了一個(gè)最關(guān)鍵的問題：如果宇宙在誕生之初就處于一個(gè)假真空的環(huán)境里，它將如何演化？但就在取得重大突破的前夕，戴自海卻跑回中國(guó)參加了一個(gè)為期一個(gè)半月的學(xué)術(shù)會(huì)議——這是中國(guó)科學(xué)史上時(shí)機(jī)最差的學(xué)術(shù)會(huì)議，沒有之一。

要知道，那是一個(gè)沒有電子郵件的年代。戴自海一回中國(guó)，與古斯的聯(lián)系便完全中斷；等他重新回到康奈爾大學(xué)的時(shí)候，古斯已經(jīng)離開康奈爾大學(xué)去了斯坦福大學(xué)，兩人的合作也就此終止。

而正是在分開后的這段時(shí)期，古斯做出了宇宙學(xué)歷史上最重大的突破之一。他發(fā)現(xiàn)，如果宇宙誕生在一個(gè)高能量的假真空環(huán)境里，它就會(huì)被假真空的能量推動(dòng)，從而向外膨脹。這有點(diǎn)像是烤箱里的面團(tuán)，會(huì)由于受到烤箱的熱量而膨脹成面包。更關(guān)鍵的是，古斯發(fā)現(xiàn)在這種情況下，宇宙的膨脹一定是指數(shù)式的膨脹。沒錯(cuò)，這正是前面說過的暴脹。

有了暴脹，磁單極子問題就變得很簡(jiǎn)單了。我打個(gè)比方。將一把花瓣撒到一盆水中，你肯定能很輕易地從這盆水中把這些花瓣都找出來，對(duì)吧？好，我現(xiàn)在把這盆水變得和太平洋一樣大，你還能在太平洋里把這些花瓣都找出來嗎？顯然就做不到了吧！找不到磁單極子也是同樣的道理。

1981年，艾倫·古斯發(fā)表了一篇?jiǎng)潟r(shí)代的論文。這篇論文正式提出了暴脹的概念，從而讓古斯在學(xué)術(shù)界一夜爆得大名。但耐人尋味的是，在這篇論文中古斯對(duì)他最早研究的磁單極子問題只是簡(jiǎn)短地一帶而過。古斯對(duì)此的解釋是，磁單極子僅僅是大統(tǒng)一理論的一個(gè)預(yù)言；大統(tǒng)一理論本身就不見得對(duì)，磁單極子問題自然就不值得認(rèn)真討論了。這個(gè)解釋本身當(dāng)然無可厚非。但由于沒怎么討論磁單極子，戴自海就沒能成為這篇論文的作者。

如果戴自海當(dāng)初沒有回中國(guó)開會(huì)，或者當(dāng)年能像現(xiàn)在這樣方便地通過電子郵件或微信來交流，或許歷史就會(huì)是另一個(gè)寫法了。

一夜成名的古斯很快就結(jié)束了顛沛流離的博士后生涯，成了麻省理工學(xué)院的一名教授。在麻省理工學(xué)院，他很快又因生活邋遢而再度出名。有一年，《波士頓環(huán)球報(bào)》組織評(píng)選最臟亂差的名人辦公室，結(jié)果古斯的辦公室以壓倒性的優(yōu)勢(shì)獲勝。此外，古斯還喜歡在聽學(xué)術(shù)報(bào)告的時(shí)候睡覺。他往往會(huì)在報(bào)告結(jié)束眾人鼓掌的時(shí)候醒來，然后時(shí)不時(shí)地向演講者問幾個(gè)問題。

現(xiàn)在你知道，最早引入暴脹的動(dòng)機(jī)，其實(shí)就是為了解決磁單極子問題。可能你會(huì)奇怪了，這聽起來也沒多復(fù)雜啊，僅僅解決這么一個(gè)問題，就能讓古斯名動(dòng)天下？當(dāng)然不是。除了磁單極子問題以外，暴脹還能解決另外兩個(gè)更棘手的宇宙學(xué)難題。

一把能同時(shí)砸扁三枚釘子的錘子

前面說過，暴脹除了能輕松解決磁單極子問題以外，還能同時(shí)解決另外兩個(gè)更加棘手的宇宙學(xué)難題。這兩個(gè)宇宙學(xué)難題就是所謂的平坦性問題和視界問題。聽起來有點(diǎn)不知所云？沒關(guān)系。下面，我就講講它們到底是什么。

平坦性問題是問：宇宙為什么會(huì)如此平坦，以至于我們完全察覺不到空間本身的彎曲？這個(gè)問題比較抽象，我來詳細(xì)地解釋一下。我們?nèi)粘Ｉ钪袑?duì)平坦和彎曲的概念其實(shí)都局限在二維。比如說，桌子表面是平坦的，皮球表面是彎曲的，而兩者都是二維的。由于我們是從三維世界看二維，所以可以很直觀地判斷這些二維物體到底是平坦還是彎曲。假設(shè)現(xiàn)在有一只就生活在二維空間的小螞蟻，它該如何判斷自己所處的二維空間到底是平坦還是彎曲呢？有一個(gè)簡(jiǎn)單的辦法，它可以在自己的空間內(nèi)畫一個(gè)三角形，然后測(cè)量此三角形的三個(gè)內(nèi)角之和。如果內(nèi)角之和等于180°，它的空間就是平坦的；如果內(nèi)角之和大于180°，它的空間就被彎成了一個(gè)球的形狀；而如果內(nèi)角之和小于180°，它的空間就被彎成了一個(gè)馬鞍的形狀。

好了，現(xiàn)在回到我們生活的三維空間。現(xiàn)在的問題是，我們的三維空間到底是平坦的還是彎曲的？由于不能從四維世界看三維，這個(gè)問題對(duì)我們這些三維生物來說就不是那么直觀了。但它的本質(zhì)完全沒變，依然可以用畫三角形的辦法來判斷。其實(shí)啊，還真有人這么干過，那就是被稱為“數(shù)學(xué)王子”的著名數(shù)學(xué)家高斯。高斯是世界上最早懷疑我們生活的三維空間可能并不平坦的人之一，為此他還專門跑到德國(guó)的深山里畫過三角形。不過這事高斯是偷偷摸摸干的，因?yàn)樗聞e人發(fā)現(xiàn)以后，會(huì)嘲笑他是神經(jīng)病。

言歸正傳?，F(xiàn)在你已經(jīng)知道，從理論上講，宇宙既可以是平坦的，也可以是彎曲的。由于平坦的狀態(tài)只有一種，而彎曲的狀態(tài)有無數(shù)種，從概率的角度來說應(yīng)該是處于彎曲狀態(tài)的可能性要大得多。但實(shí)際的天文觀測(cè)表明，我們的宇宙是平坦的。這就很奇怪了。為什么宇宙會(huì)恰恰處于那種可能性最小的平坦?fàn)顟B(tài)呢？這就是所謂的平坦性問題。

現(xiàn)在讓我們來看看第二個(gè)問題，也就是所謂的視界問題。視界問題是問，為什么宇宙會(huì)這么均勻，以至于到處看起來都一樣？這聽起來也很玄奧，讓人摸不著頭腦，對(duì)吧？我給你打個(gè)比方。有一群考生在同一間教室里參加了一場(chǎng)時(shí)間為兩小時(shí)的考試。后來老師在批卷子的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)所有人的答卷竟然完全相同，甚至連錯(cuò)誤都一模一樣。這該怎么解釋呢？很明顯，唯一的可能就是這些考生互相對(duì)了答案；或者說，他們彼此之間交流了信息。

好，現(xiàn)在有兩群考生，其中一群人待在地球，而另一群人待在離地球4.3光年之遙的比鄰星，他們?cè)谕粫r(shí)間參加了一場(chǎng)時(shí)間為兩小時(shí)的考試。你猜結(jié)果如何？所有人的答卷竟然還是一模一樣！這就很詭異了。答卷一模一樣說明他們之間肯定交流了信息。但這兩群考生相距4.3光年之遙，即使用速度最快的光也要花整整4.3年才能把答案給傳過去。那他們是用什么辦法，在短短兩小時(shí)內(nèi)就完成了信息的交流？

這個(gè)問題可以推廣到整個(gè)宇宙。目前的天文觀測(cè)表明，在足夠大的尺度上，宇宙中的物質(zhì)分布地特別均勻，以至于到處看起來都一模一樣，這說明過去一定發(fā)生過信息的交流。但整個(gè)宇宙又這么大，即使是速度最快的光也不可能跑得完，那它們?nèi)绾瓮瓿闪诵畔⒌慕涣鳎繐Q句話說，宇宙如何完成超光速的信息交流？這就是所謂的視界問題。

你看，無論是平坦性問題還是視界問題，都很讓人費(fèi)解吧？不過有了暴脹理論，這兩大難題全都迎刃而解。先說平坦性問題吧。為什么宇宙會(huì)如此平坦？因?yàn)闊o論它在創(chuàng)生之初是什么形狀，暴脹都能把它給弄平。舉例來說，如果我給你一顆小玻璃球，你可以很快判斷出它并不平坦。好，現(xiàn)在我把這顆玻璃球變得和地球一樣大，你還能很快判斷出它并不平坦嗎？事實(shí)上，我們每天生活在地球上，根本察覺不到地球其實(shí)是球形的。這意味著，半徑越大的圓球，它的彎曲程度就越小。暴脹迅速放大了整個(gè)宇宙的尺寸，從而把宇宙創(chuàng)生之初的空間彎曲給抹平了。

視界問題也變得很簡(jiǎn)單了。我們已經(jīng)說過，暴脹的效果是把一座兩層高的小樓，在轉(zhuǎn)瞬之間就變得和整個(gè)銀河系一樣大。所以前面提到的那兩群考生其實(shí)原本就待在同一間教室。后來暴脹使空間本身發(fā)生了極速的膨脹，從而讓這兩群考生一下就相距了4.3光年。但其實(shí)在一開始，他們就已經(jīng)完成了信息的交流。

暴脹理論取得了巨大的成功。但很快有人發(fā)現(xiàn)，古斯的暴脹理論其實(shí)存在著一個(gè)致命的缺陷。不過在講古斯理論的缺陷以前，我要先講一個(gè)特別有趣的故事，它牽涉到科學(xué)界最大的“網(wǎng)紅”霍金。

前段時(shí)間，霍金在中文網(wǎng)絡(luò)世界里又刷了一回屏。有新聞報(bào)道稱，霍金發(fā)出最新警告，說人類不能隨便去月球背面，因?yàn)槟抢镆呀?jīng)被外星人給占了。就在廣大網(wǎng)友紛紛嘲笑霍金老糊涂之際，這個(gè)消息被證明是條假新聞，霍金也實(shí)實(shí)在在地當(dāng)了一回背鍋俠。不過你也不用為霍金鳴不平，這已經(jīng)不是他第一次背鍋了。最嚴(yán)重的那次，他甚至還差點(diǎn)被人告上法院。下面我就給你講講這是怎么回事。

1981年，霍金跑到莫斯科參加一個(gè)關(guān)于宇宙起源的國(guó)際會(huì)議。毫無疑問，古斯的暴脹理論成了這次會(huì)議最大的熱點(diǎn)。與會(huì)期間，霍金遇到了一個(gè)對(duì)此有獨(dú)到見解的蘇聯(lián)物理學(xué)家，他就是暴脹學(xué)派的二號(hào)人物安德烈·林德。

林德當(dāng)時(shí)是列別捷夫物理研究所的一名職位不高的研究人員。不久前，他敏銳地發(fā)現(xiàn)古斯理論中存在著一個(gè)致命的缺陷。不僅如此，他還想出了一個(gè)非常巧妙的解決辦法，也就是所謂的慢滾暴脹。為了保持連貫，我們還是接著講故事，以后再來解釋什么是慢滾暴脹。

對(duì)正常人而言，要是能做出這么重大的成果，肯定會(huì)守口如瓶，然后以最快的速度把它寫成論文發(fā)表。但林德這個(gè)人比較愛慕虛榮，完全抗拒不了在大名鼎鼎的霍金面前吹噓自己的誘惑。所以，他就把自己的研究成果向霍金和盤托出，也確實(shí)讓霍金對(duì)他刮目相看。

離開蘇聯(lián)以后，霍金又跑到美國(guó)去訪問，其中一站是賓夕法尼亞大學(xué)。按照霍金的說法，他在賓夕法尼亞大學(xué)做了一場(chǎng)演講，其中提到了林德慢滾暴脹的思想。當(dāng)時(shí)在場(chǎng)的聽眾中有一位賓夕法尼亞大學(xué)的助理教授，他就是我們故事的另一個(gè)主角保羅·斯泰恩哈特。

此后不久，保羅·斯泰恩哈特和他的學(xué)生安德里亞斯·亞布勒希特一起發(fā)表了一篇論文；他們提出了一種與林德不同的物理機(jī)制，也能實(shí)現(xiàn)慢滾暴脹。由于這篇論文和林德論文的正式發(fā)表時(shí)間僅相差兩個(gè)月，人們普遍把這三人視為慢滾暴脹的共同提出者。

盡管沒對(duì)暴脹理論做出什么實(shí)質(zhì)性的貢獻(xiàn)，特別愛刷存在感的霍金還是把他的這兩次訪問經(jīng)歷寫進(jìn)了他的超級(jí)暢銷書《時(shí)間簡(jiǎn)史》。讓霍金萬萬沒想到的是，這竟然給他招來了大麻煩。

林德是一個(gè)有名的狠角色。斯泰恩哈特和亞布勒希特的論文讓他勃然大怒。他憤怒地指責(zé)那兩個(gè)人剽竊了自己“慢滾暴脹”的思想，從而盜取了本該只屬于他一個(gè)人的榮光。霍金在《時(shí)間簡(jiǎn)史》里說他曾在賓夕法尼亞大學(xué)講過林德的思想，這正好為林德攻擊那兩人提供了口實(shí)。

不過，斯泰恩哈特也絕不是軟柿子。他公開了霍金當(dāng)年在賓夕法尼亞大學(xué)演講的錄像，以此證明霍金沒在賓夕法尼亞大學(xué)講過林德的思想。不止如此，他還直接威脅霍金，要么把這些不實(shí)言論從《時(shí)間簡(jiǎn)史》里刪除，要么就等著上法院。霍金聲稱自己曾與斯泰恩哈特私下會(huì)面并且交流了林德的思想，但苦于拿不出證據(jù)，最后還是不得不服軟，把自己去賓夕法尼亞大學(xué)訪問的經(jīng)歷從第二版的《時(shí)間簡(jiǎn)史》里刪掉了。

你可能會(huì)好奇了：讓他們爭(zhēng)得面紅耳赤的“慢滾暴脹”到底是什么東西？下面，我就給你講講古斯理論有什么缺陷，以及為何林德等人提出的慢滾暴脹能解決它。

慢滾暴脹：從山頂平臺(tái)上慢慢滾下來的皮球

前面講過，在創(chuàng)生之初，宇宙會(huì)處于一個(gè)高能量的假真空環(huán)境，所以會(huì)被假真空的能量推動(dòng)而做指數(shù)式膨脹，也就是暴脹。但宇宙要從暴脹狀態(tài)順利地演化到我們今天看到的樣子，卻不是一件容易的事，它必須要同時(shí)滿足兩個(gè)條件。

第一個(gè)條件是，它要能及時(shí)地從假真空的環(huán)境逃到真真空的環(huán)境，從而讓暴脹結(jié)束。我來做個(gè)類比。你可以把假真空當(dāng)成是給宇宙吃的興奮劑。一個(gè)運(yùn)動(dòng)員要是偶爾吃一點(diǎn)興奮劑，能夠大幅度地提高運(yùn)動(dòng)成績(jī)；但他要是每天都把興奮劑當(dāng)飯吃，肯定就活不久了。類似地，宇宙要是在假真空環(huán)境下待一段時(shí)間，就能靠暴脹過程解決一系列的宇宙學(xué)難題；但要是在假真空環(huán)境下待得太久，肯定會(huì)被暴脹扯得七零八落。

第二個(gè)條件是，它要能在逃離假真空環(huán)境的過程中獲得能量，從而為宇宙大爆炸點(diǎn)火。這是因?yàn)楸┟洷旧碇皇且粋€(gè)起點(diǎn)，之后還必須發(fā)生一次大爆炸，才能讓宇宙逐漸變成今天的樣子。很明顯，要想引發(fā)大爆炸就需要大量的能量。換句話說，要是不能在逃離假真空的過程中獲得能量，宇宙大爆炸就不會(huì)有發(fā)生的可能。

知道了這兩個(gè)條件，現(xiàn)在可以談?wù)劰潘估碚摰娜毕萘?。按照古斯的理論，假真空是一個(gè)比真真空海拔更高的山谷?，F(xiàn)在把剛剛創(chuàng)生的宇宙當(dāng)成是一個(gè)皮球，它就誕生在這樣一個(gè)假真空的山谷中。由于山谷的周圍都是比它更高的山坡，皮球很難從這個(gè)山谷中跑出去。那怎么辦呢？古斯發(fā)現(xiàn)，它可以通過“量子遂穿”的方式逃離。不少書上都把量子隧穿解釋成由于量子力學(xué)效應(yīng)而

開啟的一條穿山隧道。這聽起來還是很抽象。那好，我再做一個(gè)類比。你應(yīng)該看過著名魔幻小說《哈利·波特》，對(duì)吧？在那個(gè)引人入勝的魔法世界里，有很多神奇的咒語(yǔ)，其中一個(gè)叫“幻影移形”。只要一揮魔杖并念出這個(gè)咒語(yǔ)，你就能立刻從原先待的地方消失，然后憑空出現(xiàn)在另一個(gè)地方。量子遂穿也能達(dá)到類似的效果。這樣，原本誕生在假真空山谷中的皮球，在發(fā)生了量子遂穿以后，就能直接幻影移形到真真空山谷了。

但問題在于，宇宙要是通過量子隧穿的方式逃離假真空，就無法獲得任何能量了。還是讓我做一個(gè)類比。在現(xiàn)實(shí)中，一個(gè)皮球要是從山頂上滾下來，速度就會(huì)越來越快，并在到達(dá)山腳時(shí)達(dá)到最大的速度。用中學(xué)物理的話來說，這是由于皮球在山頂?shù)闹亓?shì)能轉(zhuǎn)化為了它在山腳下的動(dòng)能?；蛘吒?jiǎn)單地說，皮球在正常滾下山的過程中獲得了能量。但如果皮球用幻影移形的咒語(yǔ)下山，情況就大為不同了。很明顯，這樣一來皮球的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)就不會(huì)發(fā)生改變，下山前靜止，下山后還是靜止。換句話說，皮球用量子遂穿的方式下山，就無法再獲得能量。

前面說過，這個(gè)皮球就是剛剛誕生的宇宙。所以你很容易想到，宇宙要是通過量子遂穿的方式從假真空狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎嬲婵諣顟B(tài)，同樣無法獲得任何能量，從而沒法為大爆炸點(diǎn)火。換句話說，按古斯的理論，宇宙大爆炸根本就不可能發(fā)生。這就是古斯理論的致命缺陷。盡管古斯本人也意識(shí)到了這個(gè)問題，并且想了些辦法進(jìn)行補(bǔ)救，但全都以失敗告終。

就在這時(shí)，林德等人站了出來，提出了一個(gè)特別簡(jiǎn)單的辦法來解決大爆炸點(diǎn)不著火的問題：既然宇宙從假真空的山上量子遂穿下來無法獲得能量，那讓它正常滾下來不就好了嘛！

聽起來有點(diǎn)云里霧里，對(duì)吧？讓我來詳細(xì)地解釋一下。前面說過，真空是一個(gè)能讓置身其中的物體穩(wěn)定存在的時(shí)空區(qū)域，而假真空則是能量較高的真空。在古斯的理論中，假真空是一個(gè)比真真空海拔更高的山谷；由于山谷周圍都是比它更高的山坡，落在山谷里的皮球必須靠量子遂穿才能逃出去，所以就無法獲得能量。而在林德等人的新理論中，假真空是一個(gè)位于山頂?shù)钠脚_(tái)。很明顯，皮球在山頂平臺(tái)上也能保持靜止，所以這個(gè)平臺(tái)同樣符合真空的定義。由于平臺(tái)邊緣是比它更低的山坡，皮球就可以從假真空平臺(tái)上正常地滾下來，而不需要再依靠什么量子遂穿。換句話說，如果宇宙在誕生之初就位于一個(gè)高能量的假真空平臺(tái)上，那它就能從平臺(tái)邊緣正常地滾落到真真空的山谷，從而自然而然地獲得為大爆炸點(diǎn)火的能量。讓宇宙從假真空平臺(tái)上慢慢滾下來的暴脹，就是所謂的慢滾暴脹。

暴脹與大爆炸的關(guān)系很容易讓人混淆，所以我再解釋得細(xì)一點(diǎn)。

在宇宙創(chuàng)生之初，涉及兩種不同性質(zhì)的能量：①宇宙若待在假真空環(huán)境中，假真空本身會(huì)提供能量；這種假真空自身的能量就像是烤箱里的熱量，能推動(dòng)整個(gè)宇宙暴脹；②宇宙最后會(huì)離開假真空，進(jìn)入真真空，而兩者之間存在一個(gè)能量差。如果宇宙從假真空平臺(tái)上正常地滾下來，這個(gè)能量差就會(huì)轉(zhuǎn)化為宇宙皮球的“動(dòng)能”，從而為大爆炸點(diǎn)火。

再做一個(gè)類比吧。想象一座山頂呈平臺(tái)狀的活火山。山頂有巖漿滾滾而出，巖漿的能量就相當(dāng)于假真空自身的能量。而山頂與山底之間存在一定的高度差，這個(gè)高度差就相當(dāng)于假真空與真真空之間的能量差。

所以說，宇宙待在假真空山頂時(shí)，才會(huì)發(fā)生暴脹；宇宙從假真空山頂上滾下來的過程，叫再加熱；而宇宙掉進(jìn)真真空山谷之后，才會(huì)發(fā)生大爆炸。

也就是說，宇宙要想從暴脹階段演化到我們今天看到的樣子，必須同時(shí)滿足兩個(gè)條件：第一，能及時(shí)從假真空環(huán)境逃到真真空環(huán)境，從而讓暴脹順利結(jié)束；第二，能在逃離過程中獲得能量，從而為宇宙大爆炸點(diǎn)火。在古斯的舊理論中，宇宙誕生在一個(gè)四周都比它高的假真空山谷，因而不得不靠幻影移形般的量子遂穿來逃離；但這樣一來宇宙就無法獲得任何能量，從而無法為大爆炸點(diǎn)火。這就是古斯理論的致命缺陷。而在林德等人的新理論中，宇宙誕生在一個(gè)山頂上的假真空平臺(tái)，因而可以從平臺(tái)邊緣正常地滾落到真真空的山谷，從而獲得為大爆炸點(diǎn)火的能量。讓

宇宙從假真空平臺(tái)上慢慢滾下來的暴脹，就是慢滾暴脹。慢滾暴脹的提出補(bǔ)齊了暴脹理論的最后一塊短板，從而讓暴脹理論成為宇宙起源山脈上新的珠穆朗瑪峰。

但詭異的是，早在古斯提出暴脹概念之前兩年，就已經(jīng)有人提出了世界上第一個(gè)暴脹模型。換句話說，世界上第一個(gè)進(jìn)入暴脹寶藏堆的并不是古斯，而是另有其人。

傳說有一座極端錯(cuò)綜復(fù)雜的地下迷宮，只要能走通它就可以找到堆滿金銀的地下寶藏。一個(gè)叫艾倫·古斯的探險(xiǎn)家，在經(jīng)歷了千辛萬苦后終于走通了迷宮，并且發(fā)現(xiàn)了藏在地下洞穴中的巨大寶藏。聽到風(fēng)聲的各路探險(xiǎn)家紛紛趕來，涌進(jìn)了這個(gè)有寶藏的洞穴。當(dāng)眾人的火把照亮整個(gè)洞穴時(shí)，卻驚愕地發(fā)現(xiàn)有人比古斯更早就來過這里。那個(gè)人并沒有穿越地下迷宮，而是從地面上的

一個(gè)山洞里意外掉進(jìn)來的；更詭異的是，由于沒帶火把一團(tuán)漆黑，他根本不知道自己發(fā)現(xiàn)了一個(gè)巨大的寶藏，只是摸黑拿了點(diǎn)紀(jì)念品就走了。此人就是后來成為暴脹學(xué)派三號(hào)人物的阿列克謝·斯塔羅賓斯基。

之所以說斯塔羅賓斯基沒有穿越地下迷宮，是因?yàn)樗婚_始根本就沒有研究宇宙學(xué)，他真正研究的是引力理論。

科學(xué)家是一個(gè)比較特殊的職業(yè)，他的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手并非僅限于和他處于同一時(shí)代的人。如果把科研比作登山，要想真正名動(dòng)天下，你就必須比所有的前輩都爬得更高。從這個(gè)意義上講，引力理論無疑是整個(gè)學(xué)術(shù)界中最難出人頭地的行當(dāng)。因?yàn)橐朐谶@一行千古留名，你就必須翻越兩座高聳入云的大山，其中一座叫牛頓，另一座叫愛因斯坦。

當(dāng)然，絕大多數(shù)物理學(xué)家并沒有超越牛頓和愛因斯坦的雄心。比起公然挑戰(zhàn)愛因斯坦的廣義相對(duì)論（也就是愛因斯坦的引力理論），大多數(shù)人都選擇為它做一些查漏補(bǔ)缺的工作。這種工作有點(diǎn)像是為Windows系統(tǒng)打補(bǔ)丁的程序員。最大的區(qū)別在于，程序員為Windows系統(tǒng)打的補(bǔ)丁基本上都是有用的，而物理學(xué)家為廣義相對(duì)論打的補(bǔ)丁差不多全是沒用的。

斯塔羅賓斯基就是這么一個(gè)給廣義相對(duì)論打補(bǔ)丁的程序員，同時(shí)也是一個(gè)非常罕見的、打了有用補(bǔ)丁的技術(shù)大拿。1979年，他對(duì)廣義相對(duì)論做了一點(diǎn)小小的修改，然后弄出了一個(gè)自己的引力模型。

不妨多說一句。你可能分不清科學(xué)理論與科學(xué)模型之間的差異。打個(gè)比方，理論就像是一種特定的商品（如智能手機(jī)），而模型就像是這種商品之下的某個(gè)具體的品牌（如蘋果手機(jī)）。所以暴脹認(rèn)為宇宙創(chuàng)生之初發(fā)生了指數(shù)式膨脹，這是一個(gè)理論。而關(guān)于指數(shù)式膨脹的具體細(xì)節(jié)，有成百上千種不同的觀點(diǎn)，它們?nèi)际潜┟浤Ｐ汀?/p>

當(dāng)斯塔羅賓斯基用自己的引力模型去研究早期宇宙的時(shí)候，驚愕地發(fā)現(xiàn)在這個(gè)模型的框架下，整個(gè)宇宙都會(huì)發(fā)生指數(shù)式的急劇膨脹。當(dāng)然，這其實(shí)就是暴脹。也就是說，早在古斯提出暴脹概念的兩年前，斯塔羅賓斯基就已經(jīng)提出了世界上第一個(gè)暴脹模型。

但問題是，斯塔羅賓斯基當(dāng)時(shí)根本沒意識(shí)到宇宙的指數(shù)式膨脹特別有用，能解決一系列宇宙學(xué)難題；相反他覺得這充分說明自己的引力模型存在很大的缺陷，因而不值得再去深入探討。寫完第一篇論文以后，斯塔羅賓斯基就轉(zhuǎn)向了其他課題的研究，而把自己提出的模型扔進(jìn)了故紙堆。

直到古斯提出暴脹的概念以后，斯塔羅賓斯基的暴脹模型才得以重見天日。人們把它撿回來重新研究。你猜結(jié)果如何？越研究，越能發(fā)現(xiàn)這個(gè)模型的神奇。它天生就是慢滾暴脹模型，根本不存在為宇宙大爆炸點(diǎn)火的問題。更夸張的是，在目前數(shù)以百計(jì)的慢滾暴脹模型中，斯塔羅賓斯基的暴脹模型竟然是與天文觀測(cè)吻合得最好的。換句話說，這個(gè)最早提出的暴脹模型其實(shí)就是目前最好的暴脹模型。我前面說過，在暴脹結(jié)束以后，宇宙會(huì)變得和一個(gè)棒球一樣大。這是怎么知道的呢？其實(shí)就是用斯塔羅賓斯基的暴脹模型算出來的。

我曾親耳聽過一次斯塔羅賓斯基做的學(xué)術(shù)報(bào)告，印象特別深。那是2015年5月，斯塔羅賓斯基到北京參加一次國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議。說實(shí)話，那次報(bào)告堪比車禍現(xiàn)場(chǎng)，斯塔羅賓斯基全程都在自言自語(yǔ)，語(yǔ)速極快，又顛三倒四，根本聽不清他在嘟囔些什么。我開始還以為他身體不適，后來才知道這就是他做報(bào)告的正常水準(zhǔn)，因?yàn)樗焐陀袊?yán)重的口吃。不過從某種意義上講，口吃對(duì)斯塔羅賓斯基來說也不全是壞事——至少他不用和前面提到的那幾個(gè)狠角色爭(zhēng)吵不休了。

誤打誤撞提出了最佳暴脹模型的斯塔羅賓斯基現(xiàn)在已經(jīng)成為暴脹學(xué)派的三號(hào)人物。但他之所以能得到這樣的地位，是因?yàn)樵瓉淼娜?hào)人物反了水，此人就是我們已經(jīng)很熟悉的斯泰恩哈特。斯泰恩哈特為什么要背叛暴脹學(xué)派呢？下面，我就給你講一講其中的緣由。

永恒暴脹：能結(jié)出無數(shù)宇宙的“蘋果樹”

早在1982年，學(xué)術(shù)界就已經(jīng)把斯泰恩哈特視為了慢滾暴脹的共同提出者之一。由于對(duì)暴脹理論的卓越貢獻(xiàn)，2002年斯泰恩哈特與古斯、林德一道，獲得了在理論物理學(xué)界赫赫有名的狄拉克獎(jiǎng)。但特別諷刺的是，當(dāng)評(píng)獎(jiǎng)委員會(huì)把狄拉克獎(jiǎng)授予斯泰恩哈特的時(shí)候，根本不知道此人早在一年多前就已經(jīng)背叛了暴脹學(xué)派。更夸張的是，背叛的種子其實(shí)早在近20年前就已經(jīng)種下了。

1983年，斯泰恩哈特率先指出了一種相當(dāng)令人匪夷所思的理論可能性，叫作永恒暴脹。它說的是，暴脹一旦開始，就永遠(yuǎn)都不會(huì)結(jié)束。隨后，一個(gè)叫亞歷山大·維蘭金的物理學(xué)家證明，大多數(shù)的暴脹模型都會(huì)導(dǎo)致永恒暴脹。目前，學(xué)術(shù)界對(duì)永恒暴脹是否無可避免還存在很大的爭(zhēng)議，但有不少科學(xué)家相信，幾乎所有現(xiàn)實(shí)一點(diǎn)的暴脹模型都會(huì)導(dǎo)致永恒暴脹。潘多拉魔盒就這么被打開了。

你可能還是不清楚什么是永恒暴脹。為了給你一個(gè)直觀的印象，我還是來打一個(gè)比方。前面說過，要想制造一次暴脹，關(guān)鍵是要有一個(gè)假真空，也就是一個(gè)能量比較高的真空?，F(xiàn)在把假真空想象成一棵巨大無比的蘋果樹。蘋果樹的養(yǎng)分能使枝頭結(jié)出蘋果，就像假真空的能量能在某個(gè)空間區(qū)域制造一個(gè)暴脹的宇宙。當(dāng)蘋果長(zhǎng)到足夠大的時(shí)候，它就會(huì)掉到地上，然后蘋果樹又可以結(jié)出新的蘋果。類似地，當(dāng)宇宙膨脹到足夠大的時(shí)候，它就會(huì)掉到真真空的山谷，然后假真空又可以制造新的暴脹宇宙。也就是說，永恒暴脹理論認(rèn)為，假真空是一棵能不斷結(jié)出宇宙的蘋果樹，而我們的宇宙只是它結(jié)出的眾多“蘋果”中的一個(gè)。

要想理解永恒暴脹理論對(duì)人類宇宙觀的沖擊，不妨來做一個(gè)類比。400多年前，望遠(yuǎn)鏡的發(fā)明讓科學(xué)界意識(shí)到我們的太陽(yáng)并不是唯一的恒星。100多年前，標(biāo)準(zhǔn)燭光（一種能當(dāng)成超大號(hào)蠟燭來測(cè)量遙遠(yuǎn)天體距離的星星）的發(fā)現(xiàn)讓科學(xué)界意識(shí)到我們的銀河系并不是唯一的星系。而在1983年，斯泰恩哈特提出的永恒暴脹理論則讓科學(xué)界意識(shí)到就連我們的宇宙也不見得是唯一的宇宙。道理很簡(jiǎn)單。永恒暴脹意味著，只要發(fā)生過一次暴脹，就一定會(huì)發(fā)生很多很多次暴脹；每次暴脹都能創(chuàng)造出一個(gè)宇宙，所以就會(huì)產(chǎn)生出很多很多個(gè)截然不同的宇宙。這就是所謂的多元宇宙。

你可能會(huì)好奇了：如果永恒暴脹能產(chǎn)生很多很多個(gè)宇宙，那到底是多少個(gè)呢？答案是一個(gè)巨大到完全沒法用日常生活經(jīng)驗(yàn)來描述、只有用科學(xué)計(jì)數(shù)法才能表示的數(shù)字。我舉幾個(gè)例子。從古至今，地球上大概生活過1000億個(gè)人類，這就是10的11次方；銀河系的直徑是10萬光年，大概相當(dāng)于10萬億億米，這就是10的21次方；在暴脹期間，宇宙的總體積大概膨脹了1萬億億億億億億億倍，這就是10的60次方。有這幾個(gè)例子做對(duì)比，你就很容易理解下面我要說的是一個(gè)多么恐怖的數(shù)字了。按照宇宙學(xué)家最新的估算，永恒暴脹所能產(chǎn)生的宇宙的個(gè)數(shù)大概是10的500次方！

時(shí)至今日，絕大多數(shù)宇宙學(xué)家都已經(jīng)接受了多元宇宙的概念。特別有趣的是，這個(gè)詭異的概念居然在民眾間也頗受歡迎。比如說，美國(guó)著名的漫畫公司漫威，就把它旗下諸多超級(jí)英雄所處的世界稱為漫威多元宇宙。不過，漫威多元宇宙與真正的多元宇宙之間有一個(gè)最本質(zhì)的區(qū)別：漫威的諸多宇宙能彼此相連，從而讓那些漫畫人物可以在不同宇宙之間自由穿梭；而永恒暴脹產(chǎn)生的諸多宇宙相距甚遠(yuǎn)，不同宇宙之間完全沒有交流的可能。

當(dāng)然，并不是所有的宇宙學(xué)家都能夠接受多元宇宙的理念，甚至有人覺得它是一派胡言。最諷刺的是，世界上最最痛恨多元宇宙的科學(xué)家，恰恰就是最早提出永恒暴脹概念的保羅·斯泰恩哈特。不僅如此，他還“恨烏及屋”，最終走上了反對(duì)暴脹學(xué)派的道路。

你可能會(huì)問：“為什么斯泰恩哈特會(huì)如此痛恨多元宇宙？”

2017年2月，宇宙學(xué)界多年來的平靜被一道驚雷打破。斯泰恩哈特與普林斯頓大學(xué)博士后安娜·伊嘉斯及哈佛大學(xué)天文系主任艾維·勞伯一道，在著名科普雜志《科學(xué)美國(guó)人》上發(fā)表了一篇攻擊暴脹學(xué)說的重磅文章。這塊大石頭砸下去，頓時(shí)在整個(gè)宇宙學(xué)界掀起了驚天巨浪。我們一開頭就說過，33名全球聞名的物理學(xué)家隨即聯(lián)手反擊，發(fā)表了一封聯(lián)名公開信來痛斥斯泰恩哈特等人完全是在一派胡言。你可能會(huì)覺得這群科學(xué)家的反應(yīng)太夸張了：不就是一次普通的學(xué)術(shù)爭(zhēng)論嘛，犯得著這么大動(dòng)干戈嗎？但事實(shí)上，他們的反應(yīng)已經(jīng)再正常不過了。作為暴脹學(xué)派過去的三號(hào)人物以及現(xiàn)在的頭號(hào)叛徒，斯泰恩哈特其實(shí)是在向整個(gè)暴脹學(xué)派全面宣戰(zhàn)。他不僅要擋住暴脹學(xué)派的那三位大佬通往諾貝爾獎(jiǎng)的道路，甚至要端掉整個(gè)暴脹學(xué)派所有人的飯碗！

在這篇全面宣戰(zhàn)的檄文中，斯泰恩哈特直接攻擊暴脹是一個(gè)不可證偽的理論。有點(diǎn)不明白？沒關(guān)系，我舉個(gè)例子來解釋一下。你要是看過《哈利·波特》就會(huì)知道，里面有一個(gè)讓幾乎所有人都怕得要死的大魔頭，叫伏地魔。為什么人們都這么怕他呢？因?yàn)樗麕缀跏遣凰乐?。他曾?jīng)通過謀殺的方式把自己的靈魂分裂了7次，然后封印在7種不同的事物中。換句話說，伏地魔有7個(gè)不同的分身，只要這7個(gè)分身不全部死掉，他就永遠(yuǎn)不會(huì)被殺死。類似地，暴脹理論通過永恒暴脹的方式創(chuàng)造了多達(dá)10的500次方個(gè)宇宙，而且個(gè)個(gè)都不相同。你可以把這些宇宙理解成暴脹理論的分身，除非它們?nèi)急惶煳挠^測(cè)排除，否則暴脹理論就不會(huì)被殺死。伏地魔只有7個(gè)分身，想殺死他都難如登天；而暴脹理論有10的500次方個(gè)分身，你覺得它還能死得了嗎？像這種不可能被實(shí)驗(yàn)或觀測(cè)殺死的理論，就是所謂的不可證偽的理論。

可能你會(huì)覺得有點(diǎn)糊涂：斯泰恩哈特不是要全盤否定暴脹理論嗎？干嗎還要宣稱它不可證偽？奧秘就在這里。在科學(xué)上，一個(gè)理論要是被證明根本不可證偽，那它會(huì)比被證明是錯(cuò)誤的死得更難看。著名科學(xué)哲學(xué)家卡爾·波普曾說過一句名言：科學(xué)的本質(zhì)就是可證偽。反過來說，一個(gè)理論要是沒辦法通過實(shí)驗(yàn)或觀測(cè)的方式證偽，那它就屬于神學(xué)或玄學(xué)的范疇，根本沒資格被當(dāng)成科學(xué)。幾百年來，這一直都是科學(xué)界最核心的信仰。說到這兒，你應(yīng)該能感受到斯泰恩哈特的攻擊到底有多兇狠了吧。他根本不打算與暴脹學(xué)派的人爭(zhēng)一城一池的得失，而是要把人家的大本營(yíng)連根拔起！

斯泰恩哈特這種斬草除根的作風(fēng)犯了宇宙學(xué)界的眾怒，所以才有那么一大群學(xué)術(shù)界名流站出來，對(duì)他進(jìn)行批判和聲討。很明顯，這場(chǎng)關(guān)于宇宙起源的大論戰(zhàn)現(xiàn)在還只是剛剛開始，最終的勝敗目前根本無法斷言。

講完了這部學(xué)術(shù)界戰(zhàn)爭(zhēng)大片的臺(tái)前幕后，現(xiàn)在讓我對(duì)斯泰恩哈特和暴脹學(xué)派的恩怨做一個(gè)總結(jié)。20世紀(jì)80年代初，一群探險(xiǎn)者在穿越了廣袤的沙漠之后，發(fā)現(xiàn)了一片名叫暴脹的美麗綠洲。他們決定在此建造自己的家園。不久之后，這群探險(xiǎn)者的三號(hào)首領(lǐng)斯泰恩哈特在綠洲中心發(fā)現(xiàn)了一座名為永恒暴脹的神廟，里面有一些刻在石壁上的古老文字，向人們揭示出這世上還存在著10的500次方個(gè)類似的綠洲。其他的探險(xiǎn)者都對(duì)此深信不疑，還把這座神廟當(dāng)作綠洲的地標(biāo)性建筑。但斯泰恩哈特很懷疑，認(rèn)為要是存在10的500次方個(gè)別的綠洲，會(huì)讓綠洲的存在本身變得不可證偽。由于與其他探險(xiǎn)者首領(lǐng)的意見不合，斯泰恩哈特在2001年選擇了離開。后來，越來越多的人都前來定居，這片名叫暴脹的綠洲也逐漸發(fā)展成了一個(gè)頗具規(guī)模的城鎮(zhèn)。就在一切都欣欣向榮，甚至有望獲得諾貝爾財(cái)團(tuán)大筆投資的時(shí)候，斯泰恩哈特于2017年2月卷土重來，并且公然向綠洲的全體居民宣戰(zhàn)，嘲笑他們花了那么多年建造的美麗綠洲，只不過是一片鏡花水月的海市蜃樓。綠洲的統(tǒng)治者怒了，一場(chǎng)聲勢(shì)浩大的論戰(zhàn)隨即全面爆發(fā)。至于最終的結(jié)果如何，那就只有天知道了。

但要想在沙漠里立足，光炮轟別人的綠洲是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還得建立自己的根據(jù)地。2001年，斯泰恩哈特與另外三位宇宙學(xué)家合作，提出了一個(gè)關(guān)于宇宙起源的新理論——火劫。

火劫：一部時(shí)間循環(huán)的宇宙電影

為了更好地解釋火劫理論，讓我先來講一個(gè)古希臘的神話故事。傳說古希臘有一個(gè)國(guó)王，叫西西弗斯。他做過很多觸怒眾神的事，包括直接綁架死神，讓人間很久都沒人死亡。為了懲罰西西弗斯，希臘諸神把他流放到地獄的邊緣。在那里，西西弗斯必須把一塊沉重的球形巨石推上一座高山。每當(dāng)他費(fèi)盡九牛二虎之力，好不容易把這塊球形巨石推到山頂?shù)臅r(shí)候，這塊巨石就會(huì)沿原路一直滾回山底。這樣，西西弗斯又不得不下山，然后重新把巨石往山上推……就這樣循環(huán)往

復(fù)、永無休止。

這個(gè)神話故事里蘊(yùn)含著一個(gè)很奇妙的概念，叫時(shí)間循環(huán)。它說的是，世界上存在一些周而復(fù)始、不斷循環(huán)的周期性變化。時(shí)間循環(huán)其實(shí)是一個(gè)相當(dāng)普遍的現(xiàn)象。舉例來說，每天都會(huì)發(fā)生白天黑夜的交替，而每年都會(huì)發(fā)生春夏秋冬的交替。起源于印度的兩大宗教，印度教和佛教，都有所謂“輪回”的觀念。此外，美國(guó)大投資家威廉·江恩認(rèn)為，股票市場(chǎng)也存在繁榮和蕭條的不斷交替?，F(xiàn)在有一個(gè)比較燒腦的問題：既然時(shí)間循環(huán)是一個(gè)很普遍的現(xiàn)象，那能不能拿它來描述整個(gè)宇宙呢？

斯泰恩哈特的回答是，能。正是基于這個(gè)想法，他提出了前面說過的火劫理論。你可以把火劫理論理解成一部時(shí)間循環(huán)的宇宙電影。在這部電影中，宇宙處于膨脹和收縮交替的永恒循環(huán)中。在膨脹階段，宇宙會(huì)發(fā)生一場(chǎng)大爆炸，然后借助大爆炸的力量向外膨脹；此后由于萬有引力的作用，又會(huì)逐漸失去膨脹的動(dòng)力。而在膨脹階段，宇宙會(huì)在達(dá)到最大體積之后反過來進(jìn)行收縮，最終所有的物質(zhì)都被壓縮進(jìn)一個(gè)極小的區(qū)域，而這些物質(zhì)的劇烈碰撞又會(huì)點(diǎn)燃新的大爆炸。如此循環(huán)往復(fù)、永無休止。

斯泰恩哈特之所以把這個(gè)理論命名為火劫，與古希臘四大哲學(xué)學(xué)派之一的斯多葛學(xué)派有關(guān)。斯多葛在希臘文中的意思是門廊。由于這個(gè)哲學(xué)學(xué)派特別喜歡在雅典廣場(chǎng)的門廊下聚眾講學(xué)，所以就被稱為斯多葛學(xué)派。斯多葛學(xué)派認(rèn)為，世界的本源是火，世間的萬事萬物都在火中孕育而生。有趣的是，在斯泰恩哈特的理論中，恰好有一個(gè)重要的概念與之對(duì)應(yīng)，那就是大爆炸。大爆炸既是毀滅舊宇宙的可怕浩劫，又是創(chuàng)造新宇宙的根本動(dòng)力；此外，在發(fā)生大爆炸的時(shí)候，宇宙還特別特別熾熱。因此，這個(gè)理論被稱為火劫理論。

火劫理論與暴脹理論有兩個(gè)本質(zhì)的區(qū)別：第一，火劫理論認(rèn)為，宇宙在大爆炸之前經(jīng)歷的并不是指數(shù)式膨脹，而是一段相對(duì)緩慢的收縮；第二，在火劫理論中，多元宇宙將不復(fù)存在，取而代之的是一個(gè)單獨(dú)的、永遠(yuǎn)也不會(huì)徹底消亡的宇宙。

當(dāng)然，火劫理論自誕生之日起，就沒少挨暴脹學(xué)派的罵。其中罵得最兇的，就是斯泰恩哈特的死敵安德烈·林德。

你應(yīng)該還記得，早在35年前，當(dāng)斯泰恩哈特還是暴脹學(xué)派三號(hào)人物的時(shí)候，林德就曾指責(zé)他剽竊了自己“慢滾暴脹”的思想；兩人為此打得不可開交，還把打醬油的霍金給拖下了水。斯泰恩哈特成了暴脹學(xué)派的叛徒以后，林德更是變本加厲，對(duì)老對(duì)手進(jìn)行了全方位的攻擊。

早在2002年5月，林德就寫了篇文章，嘲笑斯泰恩哈特于2001年提出的那個(gè)火劫模型根本解決不了我們前面講過的平坦性問題和視界問題。林德宣稱，要想真正解決這些難題，唯一的辦法是對(duì)火劫理論進(jìn)行修改，在大爆炸之前加上一小段加速膨脹。但這樣一來，火劫理論就會(huì)被納入暴脹的理論體系。換句話說，火劫理論就不再是一個(gè)獨(dú)立的宇宙起源理論，而只是暴脹理論框架下的一個(gè)既復(fù)雜又麻煩的模型罷了。因此林德斷言，火劫理論根本就沒有做暴脹理論競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的資格。

不只是寫文章，林德還會(huì)去直接砸場(chǎng)子。有一次學(xué)術(shù)會(huì)議，林德和斯泰恩哈特都應(yīng)邀出席。當(dāng)斯泰恩哈特上臺(tái)宣傳他的火劫理論時(shí)，林德竟然從觀眾席中直接站了起來，當(dāng)場(chǎng)打斷老對(duì)手的演講并對(duì)他的理論一通猛批。斯泰恩哈特也是個(gè)暴脾氣，立刻對(duì)林德反唇相譏。兩個(gè)超大牌的科學(xué)家，就這么在眾目睽睽之下吵成了一團(tuán)。

說到這兒，讓我再補(bǔ)充一件關(guān)于林德的趣事。別看林德在其他理論學(xué)家面前總是一副盛氣凌人的樣子，他在觀測(cè)數(shù)據(jù)面前也會(huì)服軟。我有一個(gè)師兄，目前是中科院理論物理研究所的研究員。他曾用天文觀測(cè)數(shù)據(jù)比較過一些有名的暴脹模型，發(fā)現(xiàn)林德的模型最爛，而斯塔羅賓斯基的模型最好。文章發(fā)表沒多久，他就收到了林德的E-mail。林德在E-mail中尷尬地辯解道：“現(xiàn)在就說我不如斯塔羅賓斯基還有待商榷。雖然我的一個(gè)模型不行了，但我還提出過很多別的模型嘛?！?/p>

言歸正傳。一般人當(dāng)然不會(huì)像林德這么富有攻擊性。但絕大多數(shù)宇宙學(xué)家對(duì)火劫理論的態(tài)度，其實(shí)和林德并沒有本質(zhì)上的區(qū)別。不妨做個(gè)類比。暴脹學(xué)派在宇宙起源領(lǐng)域的地位，大概和谷歌公司在網(wǎng)絡(luò)搜索領(lǐng)域的地位差不多。谷歌公司對(duì)其他的網(wǎng)絡(luò)搜索公司，顯然有不小的優(yōu)越感。那么暴脹學(xué)派看不起火劫理論，也就不難理解了。

其實(shí)，除了暴脹和火劫，還有兩種描述宇宙起源的理論，它們都是由加拿大麥吉爾大學(xué)的羅伯特·布蘭登伯格提出的，分別叫弦氣理論和反彈理論。不過時(shí)間有限，我就不帶你逛這兩個(gè)景點(diǎn)了。

好了，我已經(jīng)為你講完了四位宇宙學(xué)大佬之間的恩怨情仇，下面讓我對(duì)這次的宇宙起源之旅做一個(gè)最后的總結(jié)。

在回顧這次的旅程之前，我想先來談一談自己對(duì)科普的一點(diǎn)感悟。

把科學(xué)想象成一座高聳入云的大山。怎么才能讓普通人也可以登上這座大山，從而欣賞到山上美麗的風(fēng)景？總共有兩種辦法。

第一種是建立一所登山學(xué)校，對(duì)他們進(jìn)行專業(yè)的登山訓(xùn)練。首先，通過嚴(yán)酷的選拔，篩選出一批有潛力的運(yùn)動(dòng)員；接著，對(duì)他們進(jìn)行嚴(yán)格的體能訓(xùn)練，幫他們打好必要的基礎(chǔ)；最后，再教給他們專業(yè)的登山技能，讓他們自己去爬山。這種辦法叫科學(xué)教育。

第二種是成立一個(gè)纜車公司，在山腳下修一個(gè)纜車，讓它一直通到山上。這樣，無論是身強(qiáng)力壯還是老弱病殘，無論是聰明絕頂還是資質(zhì)平平，都可以到山上去轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，看看風(fēng)景，拍拍照片，再發(fā)發(fā)朋友圈。這種辦法叫科學(xué)普及。

原則上，對(duì)一個(gè)好的科普作者而言，不管多復(fù)雜、多艱深的科學(xué)理論，都可以讓一個(gè)沒有任何基礎(chǔ)、只懂加減乘除的人明白個(gè)大概。道理其實(shí)很簡(jiǎn)單。就以物理學(xué)為例吧。不管多復(fù)雜艱深的物理學(xué)理論，最終一定能描述成一個(gè)可視化的物理圖像（事實(shí)上，一個(gè)理論要是只有公式?jīng)]有圖像，它在學(xué)術(shù)界也吃不開）。只要能深刻理解這個(gè)物理圖像，就一定能在日常生活中找到一個(gè)與之相似的圖像，進(jìn)而借助這兩個(gè)圖像之間的相似性，在日常生活與學(xué)術(shù)前沿之間架起一座溝通的橋梁。這其實(shí)就是我前面說過的那個(gè)能讓所有人都上山的纜車。

但實(shí)際上，很少有人會(huì)去科普最前沿、最復(fù)雜的科學(xué)知識(shí)。換句話說，幾乎所有的纜車公司都會(huì)把纜車修到半山腰。這么做主要有兩個(gè)好處：第一，財(cái)務(wù)負(fù)擔(dān)小，不用為修一個(gè)纜車而花費(fèi)太多的資源； 第二，幾乎所有名氣較大的成熟景點(diǎn)（例如相對(duì)論和量子力學(xué)）都集中在半山腰，這樣就容易招攬顧客。但這造成了一個(gè)問題：游客只能在半山腰上打轉(zhuǎn)，而沒有機(jī)會(huì)去欣賞山頂云蒸霧繞的美景。

還有一種需要死磕的策略，那就是把纜車直接修到學(xué)術(shù)最前沿的山頂。這么做非常辛苦：首先，修建纜車的難度會(huì)急劇增大，要付出的努力和心血也將成倍增加；其次，因?yàn)闆]有多少前人的經(jīng)驗(yàn)可供借鑒，所以必須自己摸索出一條全新的路。但這么做有一個(gè)最大的好處：能讓游客看到山頂之上世間罕見的美麗風(fēng)景。

在這篇科普文章中，我采用了第二種死磕的策略，把纜車修到了宇宙起源的山頂。你應(yīng)該已經(jīng)注意到，與相對(duì)論和量子力學(xué)之類的著名半山腰景點(diǎn)相比，宇宙起源的山頂上充滿了太多的不確定性。有些理論，今天看起來還是堅(jiān)不可摧，可能明天來一場(chǎng)風(fēng)暴就刮倒了。但這種動(dòng)蕩不安、還經(jīng)常籠罩在云霧中的狀態(tài)，其實(shí)才是科學(xué)世界的真實(shí)面目。

在這次的宇宙起源之旅中，除了聊了不少暴脹學(xué)派大佬的八卦，我還用最生活化的比喻為你介紹了20個(gè)關(guān)于宇宙起源的重要概念?，F(xiàn)在讓我?guī)阍僦販匾槐椤Ｋ鼈兪牵?/p>

1.暴脹：宇宙創(chuàng)生之初的超級(jí)通貨膨脹。

2.暴脹的影響：讓兩層高的小樓瞬間變得和整個(gè)銀河系一樣大。

3.磁單極子：只有南極或北極的磁鐵。

4.真空：能讓置身其中的物體穩(wěn)定存在的時(shí)空區(qū)域。

5.假真空：能量較高的真空。

6.假真空的能量：推動(dòng)宇宙暴脹的烤箱里的熱量。

7.磁單極子問題：宇宙中為什么找不到磁單極子？

8.平坦性問題：宇宙為什么處于可能性最小的平坦?fàn)顟B(tài)？

9.視界問題：宇宙如何完成超光速的信息交流？

10.宇宙要逃離假真空的原因：不能常吃興奮劑。

11.宇宙在逃離過程中獲得的能量：為大爆炸點(diǎn)火的原動(dòng)力。

12.古斯理論中的假真空：海拔較高的假真空山谷。

13.量子隧穿：類似于使用幻影移形咒語(yǔ)的移動(dòng)方式。

14.林德理論中的假真空：山頂之上的假真空平臺(tái)。

15.慢滾暴脹：讓宇宙從假真空平臺(tái)上慢慢滾下來的暴脹。

16.永恒暴脹：能結(jié)出無數(shù)宇宙的蘋果樹。

17.多元宇宙：永恒暴脹結(jié)出的10的500次方個(gè)蘋果。

18.暴脹理論的不可證偽性：擁有10的500次方個(gè)分身的伏地魔。

19.時(shí)間循環(huán)：一些周而復(fù)始不斷循環(huán)的周期性變化。

20.火劫：一部時(shí)間循環(huán)的宇宙電影。

明白了這些概念，相信你就會(huì)對(duì)“我們從哪里來”這樣的終極問題，有一個(gè)遠(yuǎn)超常人的理解。

這次旅行可能會(huì)給你一個(gè)這樣的印象：宇宙學(xué)就是一群理論學(xué)家的游戲。他們就像是神秘莫測(cè)的埃及祭司，說著誰也聽不懂的奇怪語(yǔ)言，整天只知道高談闊論，完全不關(guān)心現(xiàn)實(shí)世界。但事實(shí)上，過去30年間，宇宙學(xué)最重要的進(jìn)展并非來自理論，而是來自觀測(cè)。天文觀測(cè)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，讓人類可以用前所未有的精度來檢驗(yàn)我們前面提到過的那些看似玄乎其玄的宇宙起源理論。至于檢測(cè)精度嘛，不說別的，肯定比天氣預(yù)報(bào)要靠譜得多。

很高興能和你一起完成這次宇宙起源之旅。希望它能給你帶來一次充滿了歡樂和驚奇的美妙體驗(yàn)。期待下次能在新的科學(xué)最前沿的山頂上與你重逢。