1. 根据中非Boshongo人的传说,世界最初只有黑暗、水和伟大的Bumba上帝。一天,Bumba胃痛发作,呕吐出太阳。太阳灼干了一些水,留下土地。他仍然胃痛不止,又吐出了月亮和星辰,然后吐出一些动物,最后是人。这个创世纪的神话,和其它许多神话一样,试图回答我们大家都想问的问题:为何我们在此?我们从何而来?
2. 例如,按照Usher主教《创世纪》的说法,世界的创生定于公元前4004年10月23日上午9时。另一方面,诸如山岳和河流的自然环境,在人的生命周期里改变甚微。所以人们通常把它们当作不变的背景。要么作为空洞的风景已经存在了无限久,要么是和人类在相同的时刻被创生出来。
3. 然而并非所有人都喜欢宇宙有个开端的思想。例如,希腊最著名的哲学家亚里士多德,相信宇宙已经存在了无限久的时间。某种永恒的东西比某种创生的东西更完美。他提出我们之所以看到发展处于这个情形,那是因为洪水或者其它自然灾害,不断重复地让文明回复到萌芽阶段。信仰永恒宇宙的动机是想避免求助于神意的干涉,以创生宇宙并启始运行。相反地,那些相信宇宙具有开端的人,将开端当作上帝存在的论据,把上帝当作宇宙的第一原因或者原动力。
4. 如果人们相信宇宙有一个开端,那么很明显的问题是,在开端之前发生了甚么?上帝在创造宇宙之前,他在做甚么?他是在为那些诘问这类问题的人准备地狱吗?德国哲学家伊曼努尔.康德十分关心宇宙有无开端的问题。他觉得,不管宇宙有无开端,都会引起逻辑矛盾或者二律背反。如果宇宙有一个开端,为何在它起始之前要等待无限久。他将此称为正题。另一方面,如果宇宙已经存在无限久,为甚么它要花费无限长的时间才达到现在这个阶段。他把此称为反题。无论正题还是反题,都是基于康德的假设,几乎所有人也是这么办的,那就是,时间是绝对的,也就是说,时间从无限的过去向无限的将来流逝。时间独立于宇宙,在这个背景中,宇宙可以存在,也可以不存在。
5. 直至今天,在许多科学家的心中,仍然保持这样的图景。然而,1915年爱因斯坦提出他的革命性的广义相对论。在该理论中,空间和时间不再是绝对的,不再是事件的固定背景。相反地,它们是动力量,宇宙中的物质和能量确定其形状。它们只有在宇宙之中才能够定义。这样谈论宇宙开端之前的时间是毫无意义的。这有点儿像去寻找比南极还南的一点没有意义一样。它是没有定义的。
6. 我们按照我们构造世界的模型来解释自己感官的输入。人们不能询问这个模型是否代表实在,只能问它能否行得通。首先,如果按照一个简单而优雅的模型可以解释大量的观测;其次,如果这个模型作出可能被观察检验,也可能被证伪的明确预言,这个模型即是一个好模型。
7. 宇宙膨胀是20世纪或者任何世纪最重要的智力发现之一。它转变了宇宙是否有一个开端的争论。如果星系现在正分开运动,那么,它们在过去一定更加靠近。如果它们过去的速度一直不变,则大约150亿年之前,所有星系应该一个落在另一个上。这个时刻是宇宙的开端吗?
8. 许多科学家仍然不喜欢宇宙具有开端。因为这似乎意味着物理学崩溃了。人们就不得不去求助于外界的作用,为方便起见,可以把它称作上帝,去确定宇宙如何起始。因此他们提出一些理论。在这些理论中,宇宙此刻正在膨胀,但是没有开端。其中之一便是邦迪、高尔德和霍伊尔于1948年提出的稳恒态理论。
9. 在稳恒态理论中,其思想是,随着星系离开,由假设中的在整个空间连续创生的物质形成新的星系。宇宙会永远存在,而且在所有时间中都显得一样。这最后的性质从实证主义的观点来看,作为一个可以用观测来检验的明确预言,具有巨大的优点。
10. 稳恒态理论与观测冲突。微弱的源比预言的更多,这表明在过去源的密度较高。这就和稳恒态理论的任何东西在时间中都是不变的基本假设相冲突。由于这个,也由于其它原因,稳恒态理论被抛弃了。
11. 还有另一种避免宇宙有一开端的企图是,建议存在一个早先的收缩相,但是由于旋转和局部的无规性,物质不会落到同一点。相反,物质的不同部分会相互错开,宇宙会重新膨胀,这时密度保持有限。
12. 为了理解宇宙的起源,我们必须把广义相对论和量子理论相结合。里查德.费恩曼对历史求和的思想似乎是实现这个目标的最佳方法。
13. 宇宙现在状态的概率可将结局为这个状态的所有历史迭加得到。但是这些历史如何起始的呢?这是一个改头换面的起源问题。是否需要一个造物主下达命令,宇宙如此这般起始呢?还是由科学定律来确定宇宙的初始条件呢?
14. 事实上,即便宇宙的历史回到无限的过去,这个问题仍然存在。但是如果宇宙只在150亿年前起始,这个问题就更加急切。询问在时间的开端会发生甚么,有点像当人们认为世界是平坦的,询问在世界的边缘会发生甚么一样。
15. 正如大家知道的,当人们意识到世界不是一块平板,而是一个弯曲的面时,在宇宙的边缘发生甚么的问题就被解决了。然而,时间似乎不同。它显得和空间相分离。像是一个铁轨模型。如果它有一个开端,就必须有人去启动火车运行。
16. 再无法反对宇宙有开端。宇宙的开端由科学定律来制约。爱因斯坦的广义相对论将时间和空间统一成时空。但是时间仍然和空间不同,它正像一个通道,要么有开端和终结,要么无限地伸展出去。然而,詹姆.哈特尔和我意识到,当广义相对论和量子论相结合时,在极端情形下,时间可以像空间中另一方向那样行为。这意味着,和我们摆脱世界边缘的方法类似,可以摆脱时间具有开端的问题。
17. 假定宇宙的开端正如地球的南极,其纬度取时间的角色。宇宙就在南极作为一个起始点。随着往北运动,代表宇宙尺度的常纬度的圆就膨胀。诘问在宇宙开端之前发生了甚么是没有意义的问题。因为在南极的南边没有任何东西。
18. 时间,用纬度来测量,在南极处有一个开端。但是南极和其它的点非常相像。至少我听别人这么讲的。我去过南极洲,没有去过南极。
19. 同样的自然定律正如在其它地方一样,在南极成立。长期以来,人们说宇宙的开端是正常定律失效之处,所以宇宙不应该有开端。而现在,宇宙的开端由科学定律来制约,所以反对宇宙有开端的论证不再成立。
20. 宇宙膨胀有如沸水泡泡。宇宙最可能的历史像是泡泡的表面。许多小泡泡出现,然后再消失。这些对应于微小的宇宙,它们膨胀,但在仍然处于微观尺度时再次坍缩。它们是另外可能的宇宙,由于不能维持足够长的时间,来不及发展星系和恒星,更不用说智慧生命了,所以我们对它们没有多大兴趣。然而,这些小泡泡中的一些会膨胀到一定的尺度,到那时可以安全地逃避坍缩。它们会继续以不断增大的速率膨胀,形成我们看到的泡泡。它们对应于开始以不断增加的速率膨胀的宇宙。这就是所谓的暴胀,正如每年的价格上涨一样。
21. 通货膨胀的世界纪录应归一战以后的德国。在18月期间价格增大了一千万倍。但是,它和早期宇宙中的暴胀相比实在微不足道。宇宙在比一秒还微小得多的时间里膨胀了十的30次方倍。和通货膨胀不同,早期宇宙的暴胀是非常好的事情。它产生了一个非常巨大的均匀的宇宙,正如我们观察到的。然而,它不是完全均匀的。在对历史求中,稍微具有无规性的历史和完全均匀和规则历史的概率几乎相同。因此,理论预言早期宇宙很可能是稍微不均匀的。这些无规性在从不同方向来的微波背景强度上引起小的变化。利用MAP(微波各向异性)卫星已经观察到微波背景,发现了和预言完全一致的变化。这样,我们知道自己正在正确的道路上前进。
22. “上帝的确在掷骰子”。早期宇宙中的无规性,意味着在有些区域的密度,比其它地方的稍高。这些额外密度的引力吸引使这个区域的膨胀减缓,而且最终能够使这些区域坍缩形成星系和恒星。请仔细看这张微波天图。它是宇宙中一切结构的蓝图。我们是极早期宇宙的量子起伏的产物。上帝的确在掷骰子。
23. 在过去的百年间,我们在宇宙学中取得了惊人的进步。广义相对论和宇宙膨胀的发现,粉碎了永远存在并将永远继续存在的宇宙的古老图像。取而代之,广义相对论预言,宇宙和时间本身都在大爆炸处起始。它还预言时间在黑洞里终结。宇宙微波背景的发现,以及黑洞的观测,