保羅·斯坦哈特在做痛苦的抉擇。一方面,幾十年來他一直致力推進宇宙膨脹理論;另一方面,他認為這一理論很可能是錯誤的。
根據膨脹理論,早期宇宙在初期階段經歷了難以想象的快速擴張,在一個無限小的時間內,它從一個原子核大小發(fā)展到目前可觀測宇宙的大小。這一理論于 1980 年被提出,它可以解釋可觀測宇宙非凡的統一性。無論從夜空的哪個方向看,你都會看到相同密度的恒星和星系,它們處在明顯的運動過程中。
然而,經過 35 年的研究,保羅·斯坦哈特和其他人開始認為這個理論是錯誤的。他坐下來為鸚鵡螺研究所的成員解釋原因。
問:什么是膨脹理論?
答:想象一下,我坐在你對面。如果我們之間的空間開始以宇宙膨脹的速度伸展,從我嘴里發(fā)出的聲波傳到你那兒就會非常慢,光波也跟不上空間延展的速度,這樣的話,你就聽不到我的聲音甚至看不到我。我們談論的膨脹就是這種擴張。它是宇宙在大約第千億分之一秒、百億分之一秒、十億分之一秒、一億分之一秒時開始的擴張,而宇宙的體積每千億分之一秒、百億分之一秒、十億分之一秒、一億分之一秒就以1倍、1萬倍、100萬倍、1億倍的速度遞增。在137億年間,一個比原子核還要小的空間,膨脹成比我們今天所能觀測到的宇宙還要大的廣袤區(qū)域。
問:為什么你現在認為這是錯誤的?
答:因為我們試圖用一種簡單確定的方式來解釋宇宙。可是,這個膨脹的宇宙看起來像是一個意外,這是生活在宇宙中的我們造成的。我們發(fā)現膨脹實際上是可能的,但如果它開始,將是永恒的。它可以在宇宙的一些地方結束,但總能于宇宙的其他地方繼續(xù)存在。無論膨脹在哪個地方繼續(xù),在體積上它都將大到足以包含我們的宇宙。問題是,根據量子物理學理論所有部分不可能是一樣的。因此,如果你一部分一部分地看,宇宙每一個可能的結果都會發(fā)生。沒有什么特別的原因,只是我們的宇宙比其他宇宙更易膨脹。所以,在某種意義上,可以說我們生活在一個偶然的宇宙中。這就是所有的
膨脹理論必須在某種程度上解釋膨脹為什么會結束的原因。困擾我的是,這總是需要將這種模式做某種程度的微調。我們所說的參數或特性必須調整到你想要的,沒有其他,但這與我們觀察到的內容不相符。所以說,我們還沒有一個精彩的理論可以自然地解釋這個過程。
問:預測偶然宇宙理論的問題在哪兒?
答:如果你讓一個沒有經過驗證的猜想或者有各種可能性的測試去證明一個概念,這意味著它甚至不是一個科學理論。膨脹最開始作為一個想法出現,似乎有一定的預測性能。但隨著永恒膨脹的發(fā)現,以及隨后的多重宇宙理論出現,它發(fā)展到了令人意外的境地。這些都不能被證偽。這是非常靈活的,理論上可以順應任何觀察。不過,這樣的想法在最近的400年內已被常規(guī)科學領域摒棄。
問:如果我們拋棄膨脹理論,關于宇宙起源還會有什么其他的解釋嗎?
答:這是可能的。我們認為的“爆炸”,其開始真的只是一個反彈,這是一個轉型,從先前的收縮階段轉到一個快速擴張的階段。這個理論有一個全新的時間領域,在反彈之前,也就是在爆炸前,你可以認為這是一個自然的平展宇宙的過程。與迅速的膨脹過程相比,壓縮會非常緩慢輕柔,但它的速率仍然不均勻。這將轉化為溫度和密度的波動,反彈后與我們在宇宙微波背景上看到的波動相一致。這呈現了一個周期性的宇宙圖景。
問:過去是否出現過反彈?
答:這是一個自然的可能性。但我要說,每一次反彈總是會有這種平滑、扁平化的過程,最終刪除信息,或傳播信息。這一切開始之前都非常細微,在宇宙中幾乎找不到直接的痕跡。你在開始這一問題時就沒有起點。它總是這樣,在永遠的過去和永遠的未來。