天問(wèn)：為何有一個(gè)宇宙？

■ 阿曼達(dá)·格夫特

□ 嚴(yán)小平

正如道格拉斯·亞當(dāng)斯曾寫(xiě)過(guò)的那樣：“宇宙很大，的確很大。”然而，如果我們的宇宙大爆炸理論是正確的，那么宇宙曾一度非常的小，甚至并不存在。大約137億年前，時(shí)間和空間從虛無(wú)中跳出。這些是怎樣發(fā)生的？

或者，換一個(gè)角度問(wèn)：這一切究竟為什么存在？這是一個(gè)大問(wèn)題，也許是最大的問(wèn)題。認(rèn)為宇宙只是憑空出現(xiàn)的想法真是不容易，嘗試虛無(wú)的構(gòu)想也許更難。

這也是從科學(xué)的觀點(diǎn)提出的一個(gè)非常合理的問(wèn)題。畢竟，某些基礎(chǔ)物理學(xué)認(rèn)為，我們和整個(gè)宇宙是完全不可能存在的。熱力學(xué)第二定律，大多數(shù)物理學(xué)定律中的共振，比方說(shuō)無(wú)序，或者熵，總是趨于增加。熵測(cè)量你能夠重新安排一個(gè)系統(tǒng)的部件，而不改變事物總體外觀的方法的數(shù)量。例如，熱氣體中的分子可用不同的方式安排，創(chuàng)造總體上相同的溫度和壓力，使這種氣體成為一種高熵系統(tǒng)。與此相反，你根本無(wú)法重新排列一個(gè)生物體的分子，而不將其變?yōu)橐粋€(gè)非生物體。

按照同樣的邏輯，虛無(wú)是周圍最高的熵狀態(tài)，你可以將你周圍的一切攪亂，但它看上去仍是什么也沒(méi)有。

根據(jù)這個(gè)定律，很難明白“虛無(wú)”中怎樣生出“有”來(lái)，更不要說(shuō)像宇宙這么大的事物了。另一種考慮是對(duì)稱——一種似乎對(duì)這個(gè)有形宇宙有著深遠(yuǎn)影響的特性。虛無(wú)確實(shí)是非常對(duì)稱的。“很難從一件事物預(yù)料另一件事物，所以，宇宙是全對(duì)稱的。”麻省理工學(xué)院的物理學(xué)家弗蘭克·維爾澤克說(shuō)。

而正如物理學(xué)家過(guò)去幾十年來(lái)所認(rèn)識(shí)到的那樣，對(duì)稱性就是用來(lái)被打破的。量子色動(dòng)力學(xué)告訴我們，虛無(wú)是一種不穩(wěn)定狀態(tài)。“你可以在原子里面形成一種沒(méi)有夸克和反夸克的狀態(tài)，而這是完全不穩(wěn)定的。”維爾澤克說(shuō)，“它自發(fā)地開(kāi)始產(chǎn)生夸克和反夸克對(duì)。”虛無(wú)的完美對(duì)稱被打破。科羅拉多大學(xué)的物理學(xué)家維克托·斯滕格說(shuō)，這導(dǎo)致一種意想不到的結(jié)論：盡管熵如此，但“某些東西是比虛無(wú)更自然的狀態(tài)。”

“按照量子論，沒(méi)有‘虛空’的狀態(tài)。”牛津大學(xué)的弗蘭克·克洛斯贊同說(shuō)。虛空會(huì)有精確的初始能量，對(duì)于不確定的量子論領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)太精確的需求。相反，一個(gè)真空確實(shí)充滿了在現(xiàn)實(shí)中突然出現(xiàn)又突然消失的粒子激流。從這個(gè)角度講，這本雜志、你、我、月亮，以及我們宇宙中一切別的事物，都只是這個(gè)量子真空的激發(fā)。

某些類似的事物能夠解釋宇宙本身的起源嗎？還真有可能。維爾澤克說(shuō)：“虛無(wú)與充滿物質(zhì)的豐富宇宙之間并沒(méi)有阻礙。”也許，宇宙大爆炸只是虛無(wú)自然而然發(fā)生的事情。

當(dāng)然，這提出了宇宙大爆炸之前是什么情況以及大爆炸持續(xù)了多久的問(wèn)題。不幸的是，在這一點(diǎn)上，基本的概念開(kāi)始難為我們，“之前”的概念變得毫無(wú)意義。用史蒂芬·霍金的話說(shuō)，就好像問(wèn)什么在北極的北面。

雖然如此，仍有一個(gè)甚至更讓人興奮的推論：某件事物可能來(lái)自虛無(wú)——也許虛無(wú)本身不可能出現(xiàn)。

理由是，量子論的不確定性允許時(shí)間與能量之間的交換，這樣，某些延長(zhǎng)了很長(zhǎng)時(shí)間的事物就一定很少有能量。我們的宇宙持續(xù)了數(shù)十億年，其間經(jīng)歷了銀河系的形成、太陽(yáng)系的合并以及生命進(jìn)化成兩足動(dòng)物，還有生物能發(fā)出“某事怎樣來(lái)自虛無(wú)”的天問(wèn)，它的總能量一定是出奇的低。

這符合一般公認(rèn)的宇宙早期時(shí)間的觀點(diǎn)。這種觀點(diǎn)認(rèn)為，宇宙大爆炸之后，時(shí)空瞬間經(jīng)歷了一個(gè)短暫的擴(kuò)張爆發(fā)。這個(gè)劇烈的時(shí)間段被稱為膨脹，能量淹沒(méi)了宇宙。但根據(jù)愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論，時(shí)空越多，也就意味著引力越大。引力的拉力代表了負(fù)能量，它可以抵消膨脹的正能量——本質(zhì)上免費(fèi)構(gòu)造了一個(gè)宇宙。“我喜歡說(shuō)，宇宙就是終極免費(fèi)午餐。”艾倫·古斯說(shuō)。艾倫是麻省理工學(xué)院的天文學(xué)家，30年前提出了膨脹理論。

物理學(xué)家總是擔(dān)心，從虛無(wú)中創(chuàng)造某物會(huì)違背各種各樣的物理學(xué)定律，比如能量守恒定律。但如果總體上存在的是零能量，這個(gè)問(wèn)題就不是問(wèn)題了——一個(gè)憑空出現(xiàn)的宇宙，不僅貌似有理，而且很有可能。“也許一種更好的表述方式是：某物便是虛無(wú)。”古斯說(shuō)。

然而，所有這些理論，都不能使我們真正擺脫困境。我們對(duì)宇宙誕生的理解是建立在物理學(xué)定律，尤其是量子不確定性原理的正確性基礎(chǔ)上的。但這就意味著，在宇宙存在之前，物理學(xué)定律就被莫名其妙地編入了我們宇宙的構(gòu)造之中。物理學(xué)定律怎能存在于時(shí)空之外，而沒(méi)有自己的起因？或者，為何存在某種事物而不是虛無(wú)？