人人都能懂的宇宙起源

撰文 | 王爽 （中山大學物理與天文學院研究員）

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一部聲勢浩大的學術界戰爭大片

很多人都知道，我們的宇宙起源於一場大爆炸，這就是著名的宇宙大爆炸理論。這個理論影響深遠，以致於一部非常有名的美劇直接用它作了自己的名字。

但我可以負責任地告訴你，這種看法是錯的。大爆炸並不是宇宙的真正起源。或者說得更準確一點，大爆炸並不是宇宙誕生后發生的第一件事。當前的科學研究已經毋庸置疑地表明，在宇宙大爆炸之前一定還有別的事情發生。那到底是什麼事呢？讓我們從一則今年5月的新聞說起。

這封公開信的作者陣容豪華至極，不是諾貝爾獎得主，就是各國科學院的大牌院士。其中名氣最大的包括：斯蒂芬·霍金（Stephen Hawking），《時間簡史》作者；斯蒂文·溫伯格（Steven Weinberg），諾貝爾物理學獎得主；弗朗克·韋爾切克（Frank Wilczek），諾貝爾物理學獎得主；喬治·斯穆特（George Smoot），諾貝爾物理學獎得主；愛德華·威頓（Edward Witten），普林斯頓高等研究院教授；胡安•馬爾達西那（Juan Maldacena），普林斯頓高等研究院教授；馬丁·里斯（Martin Rees），英國皇家學會前會長。不過我要告訴你一件特別好玩的事，上面這些物理學界大腕中沒有一人因研究宇宙起源而出名。沒錯，他們全都是被拉來充門面的吃瓜群眾。

這封聯名信的作者中，真正研究宇宙起源的大佬有3人，分別是：艾倫·古斯（Alan Guth），麻省理工學院教授，暴脹概念的提出者；安德烈·林德（Andrei Linde），斯坦福大學教授，慢滾暴脹概念的提出者；阿列克謝·斯塔羅賓斯基（Alexei Starobinsky），朗道理論物理研究所教授，第一個暴脹模型的提出者。這3大巨頭花了這麼大力氣，找了這麼多大牌科學家站台，真正的目的只有一個，那就是為暴脹學派清理門戶。

你可能會覺得有些好笑了：不就是一次學術爭論嘛，犯得著這麼大動干戈嗎？但事實上，這群學術界名流的反應已經再正常不過了。因為他們的對手已經在那篇2月的文章里向整個暴脹學派全面宣戰了。他不僅要擋住暴脹學派的這三位大佬通往諾貝爾獎的道路，甚至還要砸爛整個暴脹學派所有人的飯碗！

顯而易見，能挑起這場大戰的人，自然也不是等閑之輩。此人就是保羅·斯泰恩哈特（Paul Steinhardt），普林斯頓大學教授，以前也是暴脹學派的領袖之一，現在則是暴脹學派的頭號叛徒。

過去近四十年，古斯、林德、斯塔羅賓斯基和斯泰恩哈特這4位大佬，在宇宙起源的山頭上展開了一場諾獎級別的血戰，時至今日依然勝負不明。

接下來，我將作為你的導遊，與你開始一場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術界戰爭大片的台前幕後，也會順便給你八卦一下這4人之間的恩怨情仇。下一講，我就來聊一聊什麼是暴脹。

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暴脹：宇宙創生之初的超級通貨膨脹

暴脹的英文名是Inflation，它的本意就是我們在日常生活中最熟悉不過的通貨膨脹。通貨膨脹說的是，在一段時期內，社會上流通的貨幣總量發生了明顯的增長。而暴脹說的是，在創生之後遠遠不到1秒鐘的時間裡，宇宙的總體積發生了指數式的膨脹。

什麼是指數式的膨脹呢？我來舉個例子。傳說印度有一位國王，特別喜歡他的一個大臣發明的國際象棋，打算要好好地獎勵這個大臣一番。大臣就跪在國王面前說：「陛下，我就想要一些麥子。請您在國際象棋棋盤的第一個格子里擺一粒麥子，在第二個格子里擺兩粒，在第三個格子里擺四粒，依此類推，每一個格子里的麥子數目都是前一個格子的兩倍。您只要用麥子擺滿所有的64個格子，再把它們都賞賜給我就好了。」

印度國王一開始還挺高興，心想要麥子還不簡單，我的糧倉里多得是。但他很快就高興不起來了，因為他驚愕地發現就算把全印度所有糧倉里的麥子都拿來，也無法填滿這個大臣的棋盤。

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

有了這個例子做鋪墊，現在就能講講暴脹時期宇宙總體積的指數式膨脹了。為了獲取368萬億噸麥子的獎勵，貪心大臣用了一個64格的棋盤。而要想膨脹出一個與目前天文觀測吻合的宇宙，暴脹理論需要用一個多少格的棋盤呢？答案是至少200格。換句話說，暴脹理論認為在創生后遠遠不到1秒鐘的時間裡，宇宙的總體積一下就膨脹了16000億億億億億億億倍。這恐怕是一個你在現實生活中永遠也不會聽到的數字，16000后連續有7個億！這是什麼概念呢？大概相當於一座兩層高的小樓，一眨眼間就變得和整個銀河系一樣大！在經過了這麼瘋狂的膨脹之後，宇宙將會達到宏觀的尺度，大概和一個棒球一樣大。在此之後，大爆炸才正式啟動，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。你要是看過一些關於宇宙學的科普書，應該會注意到這樣一個奇怪的說法：「我們的宇宙沒有任何中心」。很多人都不理解這是怎麼一回事：「一個三維的宇宙，怎麼可能會沒有中心？」好，讓我來解釋一下。想象一個正在膨脹的三維氣球，它有一個同樣處於膨脹狀態球面，這個球面就是二維的。假設有一些智能生物就居住在這個二維球面上，那他們會怎麼認識自己的世界？如果這些二維生物的科技水平足夠發達，他們就能觀測到，自己的宇宙正在膨脹，而且沒有中心。當然，對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。不過對我們而言，一回到真實的三維世界，宇宙沒有中心就變得沒那麼直觀了，但它的本質其實一點都沒變。你可以想象一個正在膨脹的四維氣球，它有一個同樣處於膨脹狀態的三維球面，而我們的宇宙就附著在這個三維球面上。很明顯，這樣的宇宙自然就不會有任何中心了。

我來做個總結。暴脹就是在宇宙創生之初發生的一場超級「通貨膨脹」，它讓宇宙在誕生后遠遠不到1秒的時間裡發生了極為劇烈的指數式膨脹，其劇烈程度大概相當於讓一座兩層高的小樓在轉瞬之間就變得和整個銀河系一樣大！而暴脹結束以後，宇宙將會變得和一個棒球一樣大；在此之後，大爆炸才正式啟動，從而讓宇宙逐漸演變成我們今天看到的樣子。今天，暴脹理論已經超越了大爆炸理論，成了解釋宇宙如何起源的最主流的學說。

不過你可能會有點摸不著頭腦：「大爆炸就已經夠虛無縹緲了，幹嘛還要在它之前加上一段莫名其妙的暴脹呢？」這得從上世紀70年代末的一段往事說起。下一講，我就來回顧一下這段已經快被遺忘的往事。

3

一次開會引發的慘案

1977年，美國康奈爾大學物理系來了一個混得不太好的粒子物理學家。他沒做過什麼有名的成果，再加上運氣很背趕上了美國戰後的嬰兒潮，所以一直沒能在一所研究型大學找到助理教授的職位。無奈之下，他只好跑到康奈爾大學做他的第三期博士后。這個不得志的博士后就是暴脹學派的創始人艾倫·古斯。

在康奈爾，古斯遇到了一個同病相憐的第三期博士后，他是一個華人，名叫戴自海（Henry Tye）。

戴自海以前也研究粒子物理，後來轉行做了宇宙學。他遊說古斯，說粒子物理中最重要的題目已經被別人做得差不多了，不如和他一起做宇宙學。結果古斯完全沒搭理他。戴自海也不氣餒，還是隔三岔五就來遊說古斯，這一遊說就是兩年。

直到1979年，事情才有了轉機。那年年初，著名粒子物理學家斯蒂文·溫伯格到訪康奈爾，並做了兩場關於如何將粒子物理理論應用於宇宙學的演講。溫伯格是諾貝爾物理學獎得主，同時也是美國粒子物理學界的領袖。古斯一看連大名鼎鼎的溫伯格都這麼關心宇宙學，再加上戴自海隔三岔五的遊說，這才決定要放棄粒子物理，與戴自海一起轉戰宇宙學。

古斯和戴自海一開始研究的是一個與宇宙起源八竿子也打不著的課題，叫磁單極子問題。聽起來很複雜是吧？其實特別簡單。你平時肯定見過磁鐵，對吧？所有的磁鐵都有一個共同的特徵，它一定同時具有南北兩極。即使把一塊磁鐵從中間一切兩半，新得到的兩塊磁鐵也會自動地重新產生南極和北極。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。

按照粒子物理當時最流行的大統一理論，磁單極子在宇宙中應該是無處不在的，那為什麼在真實世界中卻連一個也找不到呢？這就是在物理學界赫赫有名的磁單極子問題，同時也是古斯和戴自海決心挑戰的課題。他們的研究表明，解決問題的關鍵是一個被稱為「假真空」的概念。這個概念說簡單也簡單，說複雜也複雜，聽我給你慢慢講。

我先從你更熟悉一些的真空談起。很多人認為，真空就是一片什麼東西都沒有的空間區域。這種看法是錯的。真空其實是有能量的。這有點不好理解，不過它的確是一個事實，而且是一個已經被科學實驗反覆驗證過的事實。它的深層原因涉及到量子場論，比較複雜，我就不在這裡講了。你只要知道真空有能量這個事實就足夠了。

一旦知道真空也有能量，假真空就不難理解了。想象一座延綿起伏的大山，高的地方是山峰，矮的地方是山谷。現在問題來了，如果在這座山上放一個小球，它在哪裡可以靜止不動呢？答案顯而易見，當然是在山谷。現在把山的海拔高低當成是空間本身的能量大小。那麼凡是能讓小球靜止不動的山谷，全都處於真空的狀態。換句話說，真空就是一個能讓置身其中的物體穩定存在的時空區域。很容易想象，即使是真空也會有差異，就像是不同的山谷也會有海拔高低之分。在所有的真空中，有一個能量最小的真空，對應於海拔最低的那個山谷，被稱為「真真空」。而其他能量較大的真空，對應於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。

戴自海率先意識到了一個最關鍵的問題：如果宇宙在誕生之初就處於一個假真空的環境里，它將會如何演化？但就在取得重大突破的前夕，戴自海卻跑回參加了一個為期一個半月的學術會議；這是科學史上時機最差的學術會議，沒有之一。

要知道，那是一個沒有電子郵件的年代。戴自海一回，他與古斯的聯繫便完全中斷；等他重新回到康奈爾的時候，古斯已經離開康奈爾去了斯坦福，兩人的合作也就此終止。

而正是在分開后的這段時期，古斯做出了宇宙學歷史上最重大的突破之一。他發現如果宇宙誕生在一個高能量的假真空環境里，它就會被假真空的能量推動而向外膨脹。這有點像是烤箱里的麵糰，會由於受到烤箱的熱量而膨脹成麵包。更關鍵的是，古斯發現這種情況下，宇宙的膨脹一定是指數式的膨脹。沒錯，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單了。我打個比方。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，對吧？好，我現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·古斯發表了一篇劃時代的論文。這篇論文正式提出了暴脹的概念，從而讓古斯在學術界一夜爆得大名。但耐人尋味的是，在這篇論文中古斯對他最早研究的磁單極子問題只是簡短地一帶而過。古斯對此的解釋是，磁單極子僅僅是大統一理論的一個預言；大統一理論本身就不見得對，磁單極子問題自然就不值得認真討論了。這個解釋本身當然無可厚非。但由於沒怎麼討論磁單極子，戴自海就沒能成為這篇論文的作者。

如果戴自海當初沒有回開會，或者當年能像現在這樣方便地通過電郵或微信來交流，或許歷史就會是另一個寫法了。

一夜成名的古斯很快就結束了顛沛流離的博士後生涯，成了麻省理工學院的一名正教授。在麻省理工學院，他很快又因生活邋遢而再度出名。有一年，《波士頓環球報》組織評選最髒亂差的名人辦公室，結果古斯的辦公室以壓倒性的優勢獲勝。此外，古斯還喜歡在聽學術報告的時候睡覺。他往往會在報告結束眾人鼓掌的時候醒來，然後時不時地向演講者問幾個問題。

讓我對這段往事做一個總結。上世紀70年代末，兩個康奈爾大學的博士后，艾倫·古斯和戴自海，一起合作研究磁單極子問題；它問的是，宇宙中為什麼找不到只有南極或北極的磁鐵？戴自海率先意識到假真空，也就是能量較高的真空，可能是解決問題的關鍵所在。但就在取得重大突破的前夕，戴自海卻跑回參加了一個學術會議，從此和古斯斷了聯繫。1981年，古斯發表了一篇劃時代的論文，指出假真空的能量就像是烤麵包的烤箱里的熱量，能推動誕生在其中的宇宙發生指數式膨脹，也就是暴脹。但這篇正式提出暴脹概念的論文里，卻沒有戴自海的名字。由於一次不合時宜的會議，人就這樣遺憾地與宇宙起源的最高峰失之交臂。

現在你知道，最早引入暴脹的動機，其實就是為了解決磁單極子問題。可能你會奇怪了，這聽起來也沒多複雜啊，僅僅解決這麼一個問題，就能讓古斯名動天下？當然不是。除了磁單極子問題以外，暴脹還能解決另外兩個更棘手的宇宙學難題。下一講，我就來說說它們到底是什麼東西。

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一把能同時砸扁三枚釘子的鎚子

前面說過，暴脹除了能輕鬆解決磁單極子問題以外，還能同時解決另外兩個更加棘手的宇宙學難題。這兩個宇宙學難題就是所謂的平坦性問題和視界問題。聽起來有點不知所云？沒關係。下面，我就和你講講它們到底是什麼。

平坦性問題是問，為什麼宇宙會如此平坦，以致於我們完全察覺不到空間本身的彎曲？這個問題比較抽象，我來詳細地解釋一下。我們日常生活中對平坦和彎曲的概念其實都局限在二維。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。由於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。假設現在有一隻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？有一個簡單的辦法，它可以在自己的空間內畫一個三角形，然後測量此三角形的三個內角之和。如果內角之和等於180°，它的空間就是平坦的；如果內角之和大於180°，它的空間就被彎成了一個球的形狀；而如果內角之和小於180°，它的空間就被彎成了一個馬鞍的形狀。

好了，現在回到我們生活的三維空間。現在的問題是，我們的三維空間本身到底是平坦的還是彎曲的？由於不能從四維世界看三維，這個問題對我們這些三維生物來說就不是那麼直觀了。但它的本質完全沒變，依然可以用畫三角形的辦法來判斷。其實啊，還真有人這麼干過，那就是被稱為「數學王子」的著名數學家高斯。高斯是世界上最早懷疑我們生活的三維空間可能並不平坦的人之一，為此他還專門跑到德國的深山裡畫過三角形。不過這事高斯是偷偷摸摸乾的，因為他怕別人發現以後，會嘲笑他是神經病。

言歸正傳。現在你已經知道，從理論上講，宇宙既可以是平坦的，也可以是彎曲的。由於平坦的狀態只有一種，而彎曲的狀態有無數種，從概率的角度來說應該是處於彎曲狀態的可能性要大得多。但實際的天文觀測表明，我們的宇宙是平坦的。這就很奇怪了。為什麼宇宙會恰恰處於那種可能性最小的平坦狀態呢？這就是所謂的平坦性問題。

現在讓我們來看看第二個問題，也就是所謂的視界問題。視界問題是問，為什麼宇宙會這麼均勻，以致於到處看起來都一樣？這聽起來也很玄奧，讓人摸不著頭腦，對吧？我給你打個比方。有一群考生在同一間教室里參加了一場時間為兩小時的考試。後來老師在批卷子的時候，發現所有人的答卷竟然完全相同，甚至連錯誤都一模一樣。這該怎麼解釋呢？很明顯，唯一的可能就是這些考生互相對了答案；或者說，他們彼此之間交流了信息。

好，現在有兩群考生，其中一群人呆在地球，而另一群人呆在離地球4.3光年之遙的比鄰星，他們也在同一時間參加了一場時間為兩小時的考試。你猜結果如何？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。那他們是用什麼辦法，在短短兩個小時的時間內就完成了信息的交流？

這個問題可以推廣到整個宇宙。目前的天文觀測表明，在足夠大的尺度上，宇宙中物質分佈地特別均勻，以致於到處看起來都一模一樣，這說明過去一定發生過信息的交流。但整個宇宙又這麼大，即使是速度最快的光也不可能跑得完，那它們如何完成了信息的交流？換句話說，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。為什麼宇宙會如此平坦？因為無論它在創生之初是什麼形狀，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並不平坦。好，現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並不平坦嗎？事實上，我們每天生活在地球上，根本察覺不到大地其實是球形的。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宇宙的尺寸，從而把宇宙創生之初的空間彎曲給抹平了。

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

我來做個總結。上世紀70年代末，為了對付一枚叫磁單極子問題的釘子，兩個康奈爾大學的博士后艾倫·古斯和戴自海用假真空做原材料，合力打造了一把名為暴脹的鎚子。但在打造鎚子的關鍵時刻，戴自海卻陰差陽錯地跑回開了一個半月的會，從而與古斯分道揚鑣。到了1981年，古斯用這把威力無窮的鎚子砸扁了另外兩枚分別叫平坦性問題和視界問題的釘子，因而在學術界一夜爆得大名。至於古斯最初的創業夥伴戴自海，則遺憾地失去了在宇宙起源的最高峰上登頂的機會。

暴脹理論取得了巨大的成功。但很快就有人發現，古斯的暴脹理論其實存在著一個致命的缺陷。不過在講古斯理論的缺陷以前，我要先講一個特別有趣的故事，它牽涉到科學屆最大的網紅霍金。

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網紅霍金的背鍋往事

前段時間，霍金在中文網路世界里又刷了一回屏。有新聞報道稱，霍金髮出最新警告，說人類不能隨便去月球背面，因為那裡已經被外星人給佔了。就在廣大網友紛紛嘲笑霍金老糊塗之際，這個消息被證明是條假新聞，霍金也實實在在地當了一回背鍋俠。不過你也不用為霍金鳴不平，這已經不是他第一次背鍋了。最嚴重的那次，他甚至還差點被人告上法院。下面我就給你講講這是怎麼回事。

1981年，霍金跑到莫斯科參加一個關於宇宙起源的國際會議。毫無疑問，古斯的暴脹理論成了這次會議最大的熱點。與會期間霍金遇到了一個對此有獨到見解的蘇聯物理學家，他就是暴脹學派的二號人物安德烈·林德。

林德當時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，他敏銳地發現古斯理論中存在著一個致命的缺陷。不僅如此，他還想出了一個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，以後再來解釋什麼是慢滾暴脹。

對正常人而言，要是能做出這麼重大的成果，肯定會守口如瓶，然後以最快的速度把它寫成論文發表。但林德這個人比較愛慕虛榮，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，也確實讓霍金對他刮目相看。

離開蘇聯以後，霍金又跑到美國去訪問，其中一站是賓夕法尼亞大學。按照霍金的說法，他在賓夕法尼亞大學做了一場演講，其中提到了林德慢滾暴脹的思想。當時在場的聽眾中有一位賓夕法尼亞大學的助理教授，他就是我們故事的另一個主角保羅·斯泰恩哈特。

此後不久，保羅·斯泰恩哈特和他的學生安德里亞斯·亞布勒希特（Andreas Albrecht）一起發表了一篇論文；他們提出了一種與林德不同的物理機制，也能實現慢滾暴脹。由於這篇論文和林德論文的正式發表時間僅相差兩個月，人們普遍把這三人視為慢滾暴脹的共同提出者。

儘管沒對暴脹理論做出什麼實質性的貢獻，特別愛刷存在感的霍金還是把他的這兩次訪問經歷寫進了他的超級暢銷書《時間簡史》。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。他憤怒地指責那兩個人剽竊了自己「慢滾暴脹」的思想，從而盜取了本該只屬於他一個人的榮光。霍金在《時間簡史》里說他曾在賓夕法尼亞大學講過林德的思想，這正好為林德攻擊那兩人提供了口實。

不過斯泰恩哈特也絕不是軟柿子。他公開了霍金當年在賓夕法尼亞大學演講的錄像，以此證明霍金沒在賓大講過林德的思想。不止如此，他還直接威脅霍金，要麼把他的不實言論從《時間簡史》里刪除，要麼就等著上法院。霍金聲稱自己曾與斯泰恩哈特私下會面並且交流了林德的思想，但苦於拿不出證據，最後還是不得不服軟，把自己去賓夕法尼亞大學訪問的經歷從第二版的《時間簡史》里刪掉了。

我來做個總結。上世紀80年代，暴脹學派的兩大領袖，林德和斯泰恩哈特，爆發了一場白熱化的衝突。林德指責斯泰恩哈特剽竊了自己慢滾暴脹的思想。由於霍金在第一版的《時間簡史》中，紀錄了自己從林德那裡聽過「慢滾暴脹」以及隨後在賓夕法尼亞大學演講時提過它的經歷，這就為林德的攻擊提供了口實。斯泰恩哈特的回擊異常強悍。他公開了霍金的演講錄像，並威脅霍金，要麼把他的不實言論從《時間簡史》里刪除，要麼就等著上法院。霍金最後服軟了，把自己去賓大訪問的經歷從第二版的《時間簡史》里刪掉了。林德與斯泰恩哈特之間的戰爭，就這麼把打醬油的霍金給拖下了水。

你可能會好奇了：「讓他們爭得面紅耳赤的「慢滾暴脹」到底是什麼東西？」下一講，我就給你講講古斯理論有什麼缺陷，以及為何林德等人提出的慢滾暴脹能解決它。

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慢滾暴脹：從山頂平台上慢慢滾下來的皮球

前面講過，在創生之初，宇宙會處於一個高能量的假真空環境，所以會被假真空的能量推動而做指數式膨脹，也就是暴脹。但宇宙要從暴脹狀態順利地演化到我們今天看到的樣子，卻不是一件容易的事，它必須要同時滿足兩個條件。

第一個條件是，它要能及時地從假真空的環境逃到真真空的環境，從而讓暴脹結束。我來做個類比。你可以把假真空當成是給宇宙吃的興奮劑。一個運動員要是偶爾吃一點興奮劑，能夠大幅度地提高運動成績；但他要是每天都把興奮劑當飯吃，肯定就活不久了。類似地，宇宙要是在假真空環境下呆一段時間，就能靠暴脹過程解決一系列的宇宙學難題；但要是在假真空環境下呆得太久，肯定會被暴脹扯得七零八落。

第二個條件是，它要能在逃離假真空環境的過程中獲得能量，從而為宇宙大爆炸點火。這是因為暴脹本身只是一個起點，之後還必須發生一次大爆炸，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，宇宙大爆炸就不會有發生的可能。

知道了這兩個條件，現在可以談談古斯理論的缺陷了。按照古斯的理論，假真空是一個比真真空海拔更高的山谷。現在把剛剛創生的宇宙當成是一個皮球，它就誕生在這樣一個假真空的山谷中。由於山谷的周圍都是比它更高的山坡，皮球很難從這個山谷中跑出去。那怎麼辦呢？古斯發現，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於量子力學效應而開啟的一條穿山隧道。這聽起來還是很抽象。那好，我再做一個類比。你應該看過著名魔幻小說《哈利·波特》，對吧？在那個引人入勝的魔法世界里，有很多神奇的咒語，其中一個叫「幻影移形」。只要一揮魔杖並念出這個咒語，你就能立刻從原先呆的地方消失，然後憑空出現在另一個地方。量子遂穿也能達到類似的效果。這樣，原本誕生在假真空山谷中的皮球，在發生了量子遂穿以後，就能直接幻影移形到真真空山谷了。

但問題在於，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。還是讓我做一個類比。在現實中，一個皮球要是從山頂上滾下來，速度就會越來越快，並在山腳下達到最大的速度。用中學物理的話來說，這是由於皮球在山頂的重力勢能轉化為了它在山腳下的動能。或者更簡單地說，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下山，情況就大為不同了。很明顯，這樣一來皮球的運動狀態就不會發生改變，下山前靜止，下山後也還是靜止。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轉變為真真空狀態，同樣也無法獲得任何能量，從而沒法為大爆炸點火。換句話說，按古斯的理論，宇宙大爆炸根本就不可能發生。這就是古斯理論的致命缺陷。儘管古斯本人也意識到了這個問題，並且想了些辦法來進行補救，但卻全都以失敗告終。

就在這時，林德等人站了出來，提出了一個特別簡單的辦法來解決大爆炸點不著火的問題：既然宇宙從假真空的山上量子遂穿下來是無法獲得能量的，那讓它正常滾下來不就好了嗎？

聽起來有點雲里霧裡，對吧？讓我來詳細地解釋一下。前面說過，真空是一個能讓置身其中的物體穩定存在的時空區域，而假真空則是能量較高的真空。在古斯的理論中，假真空是一個比真真空海拔更高的山谷；由於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」才能逃得出去，所以就無法獲得能量。而在林德等人的新理論中，假真空是一個位於山頂上的平台；很明顯，皮球在山頂平台上也能保持靜止，所以這個平台同樣符合真空的定義。由於平台邊緣是比它更低的山坡，皮球就可以從假真空平台上正常地滾下來，而不需要在依靠什麼量子遂穿。換句話說，如果宇宙在誕生之初就位於一個高能量的假真空平台上，那它就能從平台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火的能量。讓宇宙從假真空平台上慢慢滾下來的暴脹，就是所謂的慢滾暴脹。

暴脹與大爆炸的關係很容易讓人混淆，所以我再解釋得細一點。

在宇宙創生之初，涉及到兩種不同性質的能量：（1）宇宙若呆在假真空環境中，假真空本身會提供能量。這種假真空自身的能量，就像是烤箱里的熱量，能推動整個宇宙暴脹。（2）宇宙最後會離開假真空，進入真真空，而兩者之間存在著一個能量差。如果宇宙從假真空平台上正常地滾下來，這個能量差就會轉化為宇宙皮球的「動能」，從而為大爆炸點火。

再做一個類比吧。想象一座山頂呈平台狀的活火山。山頂有岩漿滾滾而出，岩漿的能量就相當於假真空自身的能量。而山頂與山底之間存在著一定的高度差，這個高度差就相當於假真空與真真空之間的能量差。

所以說，宇宙呆在假真空山頂時，才會發生暴脹；宇宙從假真空山頂上滾下來的過程，叫再加熱；而宇宙掉進真真空山谷之後，才會發生大爆炸。

我來做個總結。宇宙要想從暴脹階段演化到我們今天看到的樣子，必須同時滿足兩個條件：第一，能及時從假真空環境逃到真真空環境，從而讓暴脹順利結束；第二，能在逃離過程中獲得能量，從而為宇宙大爆炸點火。在古斯的舊理論中，宇宙誕生在一個四周都比它自身高的假真空山谷，因而不得不靠幻影移形般的「量子遂穿」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，宇宙誕生在一個山頂上的假真空平台，因而可以從平台邊緣正常地滾落到真真空的山谷，從而獲得為大爆炸點火的能量。讓宇宙從假真空平台上慢慢滾下來的暴脹，就是慢滾暴脹。慢滾暴脹的提出補齊了暴脹理論的最後一塊短板，從而讓暴脹理論成了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前兩年，就已經有人提出了世界上的第一個暴脹模型。換句話說，世界上第一個進入暴脹寶藏堆的其實並不是古斯，而是另有其人。這個人到底是誰呢？下一講，我就給你講講他的故事。

7

掉進寶藏堆里卻渾然不知的人

有一座極端錯綜複雜的地下迷宮，傳說只要能走通它就可以找到堆滿金銀的地下寶藏。一個叫艾倫·古斯的探險家，在經歷了千辛萬苦后終於走通了迷宮，並且發現了藏在地下洞穴中的巨大寶藏。聽到風聲的各路探險家紛紛趕來，湧進了這個有寶藏的洞穴。當眾人的火把照亮整個藏寶洞穴全貌的時候，卻驚愕地發現有人比古斯更早就來過這裡。那個人並沒有穿越地下迷宮，而是從地面上的一個山洞裡意外地掉了進來；更詭異的是，由於沒帶火把一團漆黑，他根本不知道自己發現了一個巨大的寶藏，只是摸黑拿了點紀念品就走了。此人就是後來成為暴脹學派三號人物的阿列克謝·斯塔羅賓斯基。

之所以說斯塔羅賓斯基沒有穿越地下迷宮，是因為他一開始根本就沒有研究宇宙學，他真正研究的其實是引力理論。

科學家是一個比較特殊的職業，他的競爭對手並非僅限於和他處於同一時代的人。如果把科研比作登山，要想真正名動天下，你就必須比所有的前輩都爬得更高。從這個意義上講，引力理論無疑是整個學術界中最難出人頭地的行當。因為要想在這一行千古留名，你就必須翻越兩座高聳入雲的大山，其中一座叫牛頓，另一座叫愛因斯坦。

當然，絕大多數的物理學家並沒有超越牛頓和愛因斯坦的雄心。比起公然挑戰愛因斯坦的廣義相對論（也就是愛因斯坦的引力理論），大多數人都選擇為它做一些查漏補缺的工作。這種工作有點像是為Windows系統打補丁的程序員。最大的區別在於，程序員為Windows系統打的補丁基本上都是有用的，而物理學家為廣義相對論打的補丁差不多全是沒用的。

斯塔羅賓斯基就是這麼一個給廣義相對論打補丁的程序員，同時也是一個非常罕見的打了有用補丁的技術大拿。1979年，他對廣義相對論做了一點小小的修改，然後弄出了一個自己的引力模型。

不妨多說一句。你可能分不清科學理論與科學模型之間的差異。打個比方，理論就像是一種特定的商品（如智能手機），而模型就像是這種商品之下的某個具體的品牌（如蘋果手機）。所以暴脹認為宇宙創生之初發生了指數式膨脹，這是一個理論。而關於指數式膨脹的具體細節，有成百上千種不同的觀點，它們全都是暴脹模型。

當斯塔羅賓斯基用自己的引力模型去研究早期宇宙的時候，驚愕地發現在這個模型的框架下，整個宇宙都會發生指數式的急劇膨脹。當然，這其實就是暴脹。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提出了世界上第一個暴脹模型。

但問題是，斯塔羅賓斯基當時根本沒意識到宇宙的指數式膨脹特別有用，能解決一系列的宇宙學難題；正好相反，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。寫完第一篇論文以後，斯塔羅賓斯基就轉向了其他課題的研究，而把自己提出的模型扔進了故紙堆。

直到古斯提出暴脹的概念以後，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。你猜結果如何？越研究，越能發現這個模型的神奇。它天生就是慢滾暴脹模型，根本不存在為宇宙大爆炸點火的問題。更誇張的是，在目前數以百計的慢滾暴脹模型中，斯塔羅賓斯基的暴脹模型竟然是與天文觀測吻合得最好的。換句話說，這個最早提出的暴脹模型其實就是目前最好的暴脹模型。我前面說過，在暴脹結束以後，宇宙會變得和一個棒球一樣大。這是怎麼知道的呢？其實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所作的學術報告，印象特別深。那是2015年的5月，斯塔羅賓斯基跑到北京參加一次國際學術會議。說實話，那次報告堪比車禍現場，斯塔羅賓斯基全程都在自言自語，語速極快，又顛三倒四，根本聽不清他在嘟囔些什麼。我開始還以為他身體不適，後來才知道這就是他作報告的正常水準，因為他天生就有嚴重的口吃。不過從某種意義上講，口吃對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狠角色爭吵不休了。

我來總結一下斯塔羅賓斯基與暴脹學派的淵源。1979年，斯塔羅賓斯基在探索引力理論的山洞時，意外地掉進了一個巨大的地下洞穴。由於沒帶火把一團漆黑，他根本不知道自己其實發現了一個巨大的寶藏，只是摸黑拿了點紀念品就走了。兩年後，古斯走通了地下迷宮，並且發現了這個名為暴脹的巨大寶藏。聽到風聲的各路探險家紛紛趕來，不斷匯聚的火把也逐漸照亮了整個洞穴。直到這時人們才驚愕地發現，斯塔羅賓斯基其實早在兩年前就已經來過了，而且他摸黑拿走的，竟然是整個寶藏堆里最值錢的皇冠！

誤打誤撞提出了最佳暴脹模型的斯塔羅賓斯基現在已經成了暴脹學派的三號人物。但他之所以能得到這樣的地位，是因為原來的三號人物反了水，此人就是我們已經很熟悉的斯泰恩哈特。斯泰恩哈特為什麼要背叛暴脹學派呢？下一講，我就給你講講其中的緣由。

8

永恆暴脹：能結出無數宇宙的蘋果樹

早在1982年，學術界就已經把斯泰恩哈特視為了慢滾暴脹的共同提出者之一。由於對暴脹理論的卓越貢獻，2002年斯泰恩哈特與古斯、林德一道，獲得了在理論物理學界赫赫有名的狄拉克獎。但特別諷刺的是，當評獎委員會把狄拉克獎授予斯泰恩哈特的時候，他們根本不知道此人早在一年多前就已經背叛了暴脹學派。更誇張的是，背叛的種子其實早在近20年前就已經種下了。

1983年，斯泰恩哈特率先指出了一種相當匪夷所思的理論可能性，叫做永恆暴脹。它說的是，暴脹一旦開始，就永遠都不會結束。隨後一個叫亞歷山大·維蘭金（Alexander Vilenkin）的物理學家證明，大多數的暴脹模型都會導致永恆暴脹。目前，學術界對永恆暴脹是否無可避免還存在很大的爭議。不過有不少科學家相信，幾乎所有現實一點的暴脹模型都會導致永恆暴脹。潘多拉魔盒就這麼被打開了。

你可能還是不清楚什麼是永恆暴脹。為了給你一個直觀的印象，我還是來打一個比方。前面說過，要想製造一次暴脹，關鍵是要有一個假真空，也就是一個能量比較高的真空。現在把假真空想象成一棵巨大無比的蘋果樹。蘋果樹的養分能在枝頭結成蘋果，就像假真空的能量能在某個空間區域製造一個暴脹的宇宙。當蘋果長到足夠大的時候，它就會掉到地上，然後蘋果樹又可以結出新的蘋果。類似地，當宇宙膨脹到足夠大的時候，它就會掉到真真空的山谷，然後假真空又可以製造新的暴脹宇宙。也就是說，永恆暴脹理論認為，假真空是一棵能不斷結出宇宙的蘋果樹，而我們的宇宙只是它結出的眾多蘋果中的一個。

要想理解永恆暴脹理論對人類宇宙觀的衝擊，不妨來做一個類比。400多年前，望遠鏡的發明讓科學界意識到我們的太陽並不是唯一的恆星。100多年前，標準燭光（也就是一種能當成超大號蠟燭來測量遙遠天體距離的星星）的發現讓科學界意識到我們的銀河系並不是唯一的星系。而在1983年，斯泰恩哈特提出的永恆暴脹理論則讓科學界意識到就連我們的宇宙也不見得是唯一的宇宙。道理很簡單。永恆暴脹意味著，只要發生過一次暴脹，就一定會再發生很多很多次暴脹；每次暴脹都能創造出一個宇宙，所以就會產生出很多很多個截然不同的宇宙。這就是所謂的多元宇宙。

你可能會好奇了：「永恆暴脹能產生很多很多個宇宙，那到底是多少個呢？」答案是一個巨大到完全沒法用日常生活經驗來描述、只有用科學計數法才能表示的數字。所謂的科學計數法，就是看一個數字等於幾個10相乘，然後就管它叫10的幾次方。我舉幾個例子。從古至今，地球上大概生活過1000億個人類，這就是10的11次方；銀河系的直徑有10萬光年，大概相當於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。有這幾個例子做對比，你就很容易理解下面我要說的是一個多麼恐怖的數字了。按照宇宙學家最新的估算，永恆暴脹所能產生的宇宙的個數大概是10的500次方！

時至今日，絕大多數的宇宙學家都已經接受了多元宇宙的概念。特別有趣的是，這個詭異的概念居然在公眾間也頗受歡迎。比如說，美國著名的漫畫公司漫威，就把它旗下諸多超級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最本質的區別：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；而永恆暴脹產生的諸多宇宙卻相距甚遠，不同宇宙之間完全沒有任何交流的可能。

當然，並不是所有的宇宙學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家，恰恰就是最早提出永恆暴脹概念的保羅·斯泰恩哈特本人。不僅如此，他還「恨烏及屋」，最終走上了反對暴脹學派的道路。

我來做個總結。1983年，斯泰恩哈特最早指出了一種匪夷所思的理論可能性，叫永恆暴脹。永恆暴脹是暴脹理論的一個不可避免的後果。它說的是，假真空是一棵能不斷結出宇宙的蘋果樹，而我們的宇宙只是它結出的眾多蘋果中的一個。按照宇宙學家最新的估算，永恆暴脹能產生的10的500次方個宇宙，這就是所謂的多元宇宙。目前大多數的宇宙學家都已經接受了多元宇宙的概念，但斯泰恩哈特本人卻對它恨之入骨，並因此而最終走上了反對暴脹學派的道路。

你可能會問了：「為什麼斯泰恩哈特會如此痛恨多元宇宙？」下一講，我就給你講講這背後的道理，以及斯泰恩哈特向暴脹學派全面宣戰的故事。

9

學術界戰爭大片的台前幕後

今年2月，宇宙學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博士后安娜·伊嘉斯（Anna Ijjas）及哈佛大學天文系主任艾維·勞伯 (Avi Loeb)一道，在著名科普雜誌《科學美國人》上發表了一篇攻擊暴脹學說的重磅文章。這塊大石頭砸下去，頓時在整個宇宙學界掀起了驚天巨浪。我們一開頭就說過，33名全球聞名的物理學家隨即聯手反擊，發表了一封聯名公開信來痛斥斯泰恩哈特等人完全是在一派胡言。你可能會覺得這群科學家的反應太誇張了：不就是一次普通的學術爭論嘛，犯得著這麼大動干戈嗎？但事實上，他們的反應已經再正常不過了。作為暴脹學派過去的三號人物以及現在的頭號叛徒，斯泰恩哈特其實在向整個暴脹學派全面宣戰。他不僅要擋住暴脹學派的那三位大佬通往諾貝爾獎的道路，甚至還要端掉整個暴脹學派所有人的飯碗！

在這篇全面宣戰的檄文中，斯泰恩哈特直接攻擊暴脹是一個不可證偽的理論。有點不明白？沒關係，我舉個例子來解釋一下。你要是看過《哈利·波特》就會知道，裡面有一個讓幾乎所有人都怕得要死的大魔頭，叫伏地魔。為什麼人們都這麼怕他呢？因為他幾乎是不死之身。他曾經通過謀殺的方式把自己的靈魂分裂了7次，然後封印在7種不同的事物中。換句話說，伏地魔有7個不同的分身，只要這7個分身不全部死掉，他就永遠不會被殺死。類似地，暴脹理論通過永恆暴脹的方式創造了多達10的500次方個宇宙，而且個個都不相同。你可以把這些宇宙也理解成暴脹理論的分身，除非它們全都被天文觀測排除，否則暴脹理論就不會被殺死。伏地魔只有7個分身，想殺死他都難如登天；而暴脹理論有10的500次方個分身，你覺得它還能死得了嗎？像這種不可能被實驗或觀測殺死的理論，就是所謂的不可證偽的理論。

可能你會覺得有點糊塗：斯泰恩哈特不是要全盤否定暴脹理論嗎？幹嘛還要宣稱它不可證偽？奧秘就在這裡。在科學上，一個理論要是被證明根本不可證偽，那它會比被證明錯誤死得還難看。著名科學哲學家卡爾·波普（Karl Popper）曾說過一句名言：科學的本質就是可證偽。反過來說，一個理論要是沒辦法通過實驗或觀測的方式證偽，那它就屬於神學或玄學的範疇，根本沒資格被當成是科學。幾百年來，這一直都是科學界最核心的信仰。說到這，你應該就能感受到斯泰恩哈特的攻擊到底有多兇狠了。他根本不打算與暴脹學派的人爭一城一池的得失，而要把人家的大本營全都連根拔起！

斯泰恩哈特這種斬草除根的作風犯了宇宙學界的眾怒。所以才有那麼一大群的學術界名流站出來，憤怒地對他進行批判和聲討。很明顯，這場關於宇宙起源的大論戰現在還只是剛剛開始；最終的勝敗，目前根本無法斷言。

講完了這部學術界戰爭大片的台前幕後，現在讓我對斯泰恩哈特和暴脹學派的恩怨做一個總結。上世紀八十年代初，一群探險者在穿越了廣袤的沙漠之後，發現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。不久之後，這群探險者的三號首領斯泰恩哈特在綠洲中心發現了一座名為永恆暴脹的神廟，裡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次方個類似的綠洲。其他的探險者都對此深信不疑，還把這座神廟當成是綠洲的地標性建築。但斯泰恩哈特本人卻很懷疑，認為要是存在10的500次方個別的綠洲，會讓綠洲的存在本身變得不可證偽。由於與其他探險者首領的意見不合，斯泰恩哈特在2001年選擇了離開。後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展成了一個頗具規模的城鎮。就在一切都欣欣向榮、甚至有望獲得諾貝爾財團大筆投資的時候，斯泰恩哈特於今年2月捲土重來，並且公然向綠洲的全體居民宣戰，嘲笑他們花了那麼多年建造的美麗綠洲，只不過是一片鏡花水月的海市蜃樓。綠洲的統治者們怒了，一場聲勢浩大的論戰隨即全面爆發。至於最終的結果如何，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遠不夠的，還得建立自己的根據地。2001年，斯泰恩哈特與另外三位宇宙學家合作，提出了一個關於宇宙起源的新理論，叫做火劫。下一講，我就來聊聊火劫到底是什麼東西。

10

火劫：一部時間循環的宇宙電影

為了更好地解釋火劫理論，讓我先來講一個古希臘的神話故事。傳說古希臘有一個國王，叫西西弗斯。他做過很多觸怒眾神的事，包括直接綁架了死神，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。在那裡，西西弗斯必須把一塊沉重的球形巨石推上一座高山。每當他費勁九牛二虎之力，好不容易把這塊球形巨石推到山頂的時候，這塊巨石就會沿原路一直滾回到山底。這樣，西西弗斯又不得不下山，然後重新把巨石往山上推。就這樣循環往複、永無休止。

這個神話故事裡蘊含著一個很奇妙的概念，叫時間循環。它說的是，世界上存在一些周而復始不斷循環的周期性變化。時間循環其實是一個相當普遍的現象。舉例來說，每天都會發生白天黑夜的交替，而每年都會發生春夏秋冬的交替。起源於印度的兩大宗教，印度教和佛教，都有所謂的「輪迴」觀念。此外，美國大投資家威廉·江恩認為，股票市場也存在著繁榮和蕭條的不斷交替。現在有一個比較燒腦的問題。既然時間循環是一個很普遍的現象，那能不能拿它來描述整個宇宙呢？

斯泰恩哈特的回答是，能。正是基於這個想法，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間循環的宇宙電影。在這部電影中，宇宙處於膨脹和收縮交替的永恆循環中。在膨脹階段，宇宙會發生一場大爆炸，然後藉助大爆炸的力量向外膨脹；此後由於受到萬有引力的影響，又會逐漸失去膨脹的動力。而在收縮階段，宇宙會在達到最大體積之後，反過來進行收縮；最終所有的物質都被壓縮進一個極小的區域，而這些物質的劇烈碰撞又會點燃新的大爆炸。如此循環往複、永無休止。

斯泰恩哈特之所以把這個理論命名為火劫，與古希臘四大哲學學派之一的斯多葛學派有關。斯多葛在希臘文中的意思是門廊。由於這個哲學學派特別喜歡在雅典廣場的門廊下聚眾講學，所以就被稱為斯多葛學派。斯多葛學派認為，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，恰好有一個重要的概念與之對應，那就是大爆炸。大爆炸既是毀滅舊宇宙的可怕浩劫，又是創造新宇宙的根本動力；此外，在發生大爆炸的時候，宇宙還特別特別的熾熱。因此這個理論被稱為火劫理論。

火劫理論與暴脹理論有兩個本質的區別：第一，火劫理論認為，宇宙在大爆炸之前經歷的並不是指數式膨脹，而是一段相對緩慢的收縮。第二，在火劫理論中，多元宇宙將不復存在，取而代之的是一個單獨的、永遠也不會徹底消亡的宇宙。

當然，火劫理論自從誕生之日起，就沒少挨暴脹學派的罵。其中罵得最凶的就是斯泰恩哈特的死敵安德烈·林德。

你應該還記得，早在35年前，當斯泰恩哈特還是暴脹學派三號人物的時候，林德就曾指責他剽竊了自己「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派的叛徒以後，林德就更是變本加厲，對老對手進行了全方位的攻擊。

早在2002年5月，林德就寫了篇文章，嘲笑斯泰恩哈特於2001年提出的那個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，唯一的辦法是對火劫理論進行修改，在大爆炸之前加上一小段加速膨脹。但這樣一來，火劫就會被納入暴脹的理論體系。換句話說，火劫就不再是一個獨立的宇宙起源理論，而只是暴脹理論框架下的一個又複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爭對手的資格。

不止是寫文章，林德還會去直接砸場子。有一次學術會議，林德和斯泰恩哈特都應邀出席。當斯泰恩哈特上台宣傳他的火劫理論的時候，林德竟然從觀眾席中直接站了起來，當場打斷老對手的演講並對他的理論一通猛批。斯泰恩哈特也是個暴脾氣，立刻對林德反唇相譏。兩個超大牌的科學家，就這麼在眾目睽睽之下吵成了一團。

說到這，讓我再補充一件關於林德的趣事。別看林德在其他理論家面前總是一副盛氣凌人的樣子，他在觀測數據面前也會服軟。我有一個師兄，目前是中科院理論物理研究所的研究員。他曾用天文觀測數據比較過一些有名的暴脹模型，然後發現林德的模型最爛，而斯塔羅賓斯基的模型最好。文章發表沒多久，他就收到了林德的Email。林德在Email中尷尬地辯解到：「現在就說我不如斯塔羅賓斯基還有待商榷。雖然我有一個模型不行了，但我還提出過很多別的模型嘛。」

言歸正傳。一般人當然不會像林德這麼富有攻擊性。但絕大多數的宇宙學家對火劫理論的態度，其實和林德並沒有本質上的區別。不妨做個類比。暴脹學派在宇宙起源領域的地位，大概和谷歌公司在網路搜索領域的地位差不多。谷歌公司對其他的網路搜索公司，顯然有不小的優越感。那麼暴脹學派看不起火劫理論，也就不難理解了。

我來做個總結。2001年，斯泰恩哈特與另外三位宇宙學家合作，提出了解釋宇宙起源的火劫理論。火劫是一部時間循環的宇宙電影。在這部電影中，宇宙處於膨脹和收縮交替的永恆循環中。在火劫理論中，宇宙在大爆炸之前經歷的是一段相對緩慢的收縮；此外，多元宇宙也將不復存在，取而代之的是一個永遠不會徹底消亡的宇宙。自從誕生之日起，火劫就沒少挨暴脹學派的罵。目前看來，它確實不具備挑戰暴脹霸主地位的實力。

其實除了暴脹和火劫，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的羅伯特·布蘭登伯格（Robert Brandenberger）提出的，分別叫弦氣理論和反彈理論。不過時間有限，我就不帶你逛這兩個景點了。

好了，我已經為你講完了4位宇宙學大佬之間的恩怨情仇。下一講，讓我對這次的宇宙起源之旅做一個最後的總結。

11

總結：人人都能懂的宇宙起源

在回顧這次的旅程之前，我想先來談一談自己對科普的一點感悟。

把科學想象成一座高聳入雲的大山。怎麼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景？總共有兩種辦法。

第一種是建立一所登山學校，對他們進行專業的登山訓練。首先，通過嚴酷的選拔，篩選出一批有潛力的運動員；接著，對他們進行嚴格的體能訓練，幫他們打好必要的基礎；最後，再教給他們專業的登山技能，讓他們自己去爬山。這種辦法叫科學教育。

第二種是成立一個纜車公司，在山腳下修一個纜車，讓它一直通到山上。這樣無論是誰，無論是身強力壯還是老弱病殘，無論是聰明絕頂還是資質平平，都可以到山上去轉一轉，看看風景，拍拍照片，再發發朋友圈。這種辦法叫科學普及。

原則上，對一個好的科普作者而言，不管多複雜多艱深的科學理論，都可以讓一個沒有任何基礎、只懂加減乘除的人明白個大概。道理其實很簡單。就以物理學為例吧。不管多複雜艱深的物理學理論，最終一定能描述成一個可視化的物理圖像（事實上，一個理論要是只有公式沒有圖像，它在學術界本身也吃不開）。只要能深刻理解這個物理圖像，就一定能在日常生活中找到一個與之相似的圖像；進而藉助這兩個圖像之間的相似性，在日常生活與學術前沿之間架起一座溝通的橋樑。這其實就是我前面說過的那個能讓所有人都上山的纜車。

但實際上，很少有人會去科普最前沿最複雜的科學知識。換句話說，幾乎所有的纜車公司都會把纜車修到半山腰。這麼做主要有兩個好處：第一，財務負擔小，不用為修一個纜車而花費太多的資源；第二，幾乎所有名氣較大的成熟景點（例如相對論和量子力學）都集中在半山腰，這樣就容易招攬顧客。但這卻造成了一個問題：遊客就只能在半山腰上打轉，而沒有機會去欣賞山頂雲蒸霧繞的美景。

還有一種需要死磕的策略，那就是把纜車直接修到學術最前沿的山頂。這麼做非常辛苦：首先，修建纜車的難度會急劇增大，要付出的努力和心血也將成倍增加；其次，因為沒有多少前人的經驗可供借鑒，所以就必須自己摸索出一條全新的路。但這麼做有一個最大的好處：能讓遊客看到山頂之上世間罕見的美麗風景。

在這篇科普文章中，我採用了第二種死磕的策略，把纜車修到了宇宙起源的山頂。你應該已經注意到，與相對論和量子力學之類的著名半山腰景點相比，宇宙起源的山頂上充滿了太多的不確定性。有些理論，今天看起來還是堅不可摧，可能明天來一場風暴就颳倒了。但這種動蕩不安、還經常籠罩在雲霧中的狀態，其實才是真實科學世界的本來面目。

在這次的宇宙起源之旅中，除了聊了不少暴脹學派大佬的八卦，我還用最生活化的比喻為你介紹了20個關於宇宙起源的重要概念。現在讓我帶你再重溫一遍。它們是：

1.暴脹：宇宙創生之初的超級通貨膨脹。

2.暴脹的影響：讓兩層高的小樓瞬間變得和整個銀河系一樣大。

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定存在的時空區域。

5.假真空：能量較高的真空。

6.假真空的能量：推動宇宙暴脹的烤箱里的熱量。

7.磁單極子問題：宇宙中為什麼找不到磁單極子？

8.平坦性問題：宇宙為什麼處於可能性最小的平坦狀態？

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：不能常吃的興奮劑。

11.宇宙在逃離過程中獲得的能量：為大爆炸點火的源動力。

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：類似於使用幻影移形咒語的移動方式。

14.林德理論中的假真空：山頂之上的假真空平台。

15.慢滾暴脹：讓宇宙從假真空平台上慢慢滾下來的暴脹。

16.永恆暴脹：能結出無數宇宙的蘋果樹。

17.多元宇宙：永恆暴脹結出的10的500次方個蘋果。

18.暴脹理論的不可證偽性：擁有10的500次方個分身的伏地魔。

19.時間循環：一些周而復始不斷循環的周期性變化。

20.火劫：一部時間循環的宇宙電影。

明白了這些概念，相信你就會對「我們從哪裡來」這樣的終極問題，有一個遠超常人的理解。

這次旅行可能會給你一個這樣的印象：宇宙學就是一群理論家的遊戲。他們就像是神秘莫測的埃及祭祀，說著一口誰也聽不懂的奇怪語言，整天只知道高談闊論，完全不關心現實世界。但事實上，過去30年間，宇宙學最重要的進展並非來自於理論，而是來自於觀測。天文觀測技術的突飛猛進，讓人類可以用前所未有的精度來檢驗我們前面提到過的那些看似玄乎其玄的宇宙起源理論。至於檢測精度嘛，不說別的，肯定比天氣預報要靠譜得多。

可能你會問了：「你不是在開玩笑吧？有什麼觀測能用來研究整個宇宙啊？」下一次的山頂之旅，我就來和你一探其中的奧秘。

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。期待下次能在新的科學最前沿的山頂上與你重逢。