科學(xué)家們是如何探索宇宙的

宇宙膨脹的發(fā)現(xiàn)是20世紀(jì)的偉大的智力革命之。它完全出乎意外，而且徹底改變了有關(guān)宇宙起源的討論。如果星系正在相互運(yùn)動離開，則它們在過去必然更力剛妾近。我仃3從現(xiàn)在的膨脹率，可以估計它們在100億-150億年前必須非常接近。愛因斯坦的廣義相對論意朱著，宇宙和時間本身有過在一個可怕的爆炸中的開端。這就解釋了夜空為何黑暗：恒星發(fā)光的時間不可能比100億-150億年，也就是從大爆炸迄今的時間更久。我們對如下觀念熟視無睹，即事件總是由更早的事件引起，后者依序又是由比它還要早的事件引起。存一個向過去延展的因果，陛之鏈。但是假定這條鏈有一個開端。假定存在第一個事件，那么它的肇因又是什么呢？許多科學(xué)家不愿意面對這個問題。他們企圖逃避它，要么像俄國人那樣宣布宇宙沒有開端，要么堅持說宇宙的升端小屬于科學(xué)王國的范疇，而是屬于形而上學(xué)或宗教。依我看來，這不是任何真正的科學(xué)家應(yīng)該采取的立場。如果科學(xué)定律在宇宙的開端處暫時失效。它們不也可以在其他時間失效嗎？如果定律只能有時成立則不能稱之為定律。我們必須試圖在科學(xué)的基礎(chǔ)上理解宇宙的開端。它也許是超過我們能力之外的任務(wù)．但是我們至少應(yīng)該進(jìn)行嘗試。

彭羅斯和我證明的定理指出，宇宙必須有過一個開端，這些定理并沒有對開端的性質(zhì)給出很多信息。它們指出，宇宙從一個大爆炸的一點起始。在大爆炸處整個宇宙和其中的一切都被擠壓到這個無限密度的單一的點中。愛因斯坦的廣義相對論在這一點失效，所以不能被用來預(yù)言宇宙是如何起始的。人們面臨的局面似乎是，宇宙起源的問題屬于科學(xué)范疇之外?？茖W(xué)家不應(yīng)滿足于這個結(jié)論。正如在第一章和第二章中指出的，廣義相對論在大爆炸鄰近失效的原因是，它沒有和不確定性原理相合并。愛因斯坦基于上帝不擲骰子的論斷反對量子理論中的這個隨機(jī)元素。然而所有證據(jù)表明，上帝是一名地道的賭徒。人們可以將宇宙認(rèn)為是一個龐大的賭場，在每一個場合下骰子都在滾動或者輪子都在旋轉(zhuǎn)。因為在你每回投擲骰子或者轉(zhuǎn)動輪子之際都有輸錢的風(fēng)險，你也計會認(rèn)為開賭場是一種非常冒險的營生。但在非常多次的賭博之后，雖然不能預(yù)言任何特定賭博的結(jié)果，卻能預(yù)言得失的平均結(jié)果。賭場的經(jīng)營者保證概率平均的結(jié)果對他們有利。這就是為什么賭場的經(jīng)營者如此富裕。你贏他們的僅有機(jī)會是把你所有的錢押下去擲幾回骰子或者轉(zhuǎn)幾回賭輪。

宇宙的情景也是一樣。當(dāng)宇宙尺度很大，正如它今天這樣盯，骰子被投擲的次數(shù)極為巨大，其平均結(jié)果就會得出某種可預(yù)見的東西。這就是為何對于大系統(tǒng)經(jīng)典定律有效的原因。但是，當(dāng)宇宙尺度非常微小時，正如它在鄰近大爆炸的時刻，投擲骰子的次數(shù)很少，而不確定性原理則非常重要。因為宇宙不停地滾動骰子，看看下一步還會發(fā)生什么，它就不像人們以為的那樣僅僅存在一個歷史。相反地，宇宙應(yīng)該擁有所有可能的歷史，每種歷史各有其概率。宇宙必須有這樣的一種歷史，伯利茲囊括了奧林匹克運(yùn)動會的所有金牌，雖然也許其概率很小。

宇宙具有多重歷史的思想聽起來像是科學(xué)幻想，但是它現(xiàn)在被當(dāng)作科學(xué)事實而廣被接受。正是理查德·費(fèi)恩曼提出了這個思想，他不僅是一位偉大的物理學(xué)家，也是一位有趣的人物。我們現(xiàn)在從事的是把愛因斯坦的廣義相對論和費(fèi)恩曼的多重歷史的思想合并成一個完備的統(tǒng)一理論，該理論將描述在宇宙中發(fā)生的一切事物。如果我們知道宇宙的歷史是如何開始的話，這個統(tǒng)一理論就使我們能夠計算宇宙將如何發(fā)展。但是統(tǒng)一理論自身并不告訴我們宇宙如何開始，或者說初始條件是什么。為此，我們需要所謂的“邊界條件”，也就是告訴我們在宇宙的前沿，或者在空間和時間的邊緣上發(fā)生什么的規(guī)則。