能量為零。當宇宙的尺度加倍,物質和引力能都加倍——這樣,零的兩倍仍為零。如果銀行業這麼簡單該多好!

如果宇宙在虛時間中的曆史是完美的圓球麵,那麼在實時間中的相應的曆史就會是繼續以暴脹方式永遠膨脹的宇宙。當宇宙在暴脹時,物質不會落到一起形成星係和恒星,而且生命,更不用說像我們這樣的智慧生命能夠發展。這樣,盡管多重曆史思想允許在噓時間中完美圓球麵的宇宙曆史,它們不是對特別有趣。然而,在噓時間中球麵南極處忽略平坦些的曆史和我們更加相關。

在這種情形下,在實時間中的相應的曆史首先以加速暴脹的方式膨脹。但是這種膨脹接著開始緩慢下來,而且星係能夠形成。為了讓智慧生命得以發展,南極處變平的程度必須是及其微小的。這將意味著宇宙將首先膨脹一個巨大的倍數。兩次世界大戰之間德國的通貨膨脹創造了記錄,價格上升了幾十億倍,但是在宇宙中發生的暴脹至少有一億億億倍。

由於不確定性原理,包含智慧生命的宇宙不僅隻有一個曆史。相反地,在虛時間中的曆史將為一整族稍微變形的球麵。每一個對應在實時間中宇宙長時期但非無限久膨脹的曆史。然後我們可以問這些允許的曆史中的哪一個是最可能的。終於發現最可能的曆史不是完全光滑的,而是具有微小的起伏的。在最可能曆史中的漣漪實在是非常微小的。它和光滑的偏離隻有十萬分之一的數量級。盡管它們及其微小,我們已經設法觀察到它們。這正是從太空不同方向到達我們這兒的微波的細小變化。宇宙背景探險者在1989年發射並且畫出了天空的微波圖。

不同顏色表示不同溫度。但是從紅到藍的整體範圍僅僅大約為一度的萬分之一。然而,這種早期宇宙中不同區域之間的變化已足以在更密集的區域產生額外的引力吸引,去阻止它們永久膨脹下去,而使它們在自身的引力下重新坍縮,從而形成星係和恒星。這樣,至少在原則上,COBE圖是宇宙的所有結構的藍圖。

和智慧生命的出現相容的宇宙最可能曆史在未來將如何行為呢?依宇宙中的物質的量而定,似乎存在不同的可能性。如果物質密度超過某一臨界值。則星係之間的引力吸引就會使它們之間的分離減緩下來,而且最終阻止它們相互飛離。然後它們將開始相互下落,並在一次大擠壓中都碰撞到一起。大擠壓是在實時間中宇宙曆史的終結。

如果宇宙密度低於臨界值,則引力太弱,不足以阻止星係永遠相互飛離。所有恒星都燃燒殆盡,而宇宙將變得越來越空虛,越來越冷。這樣,事情又要完結,但是以一種不那麼戲劇性的方式。不管是哪種方式,宇宙將要繼續在生存好幾億年。

宇宙中除了物質,還可以包含所謂“真空能量”的東西。這種能量甚至存在於表現空虛的空間之中。按照愛因斯坦著名的方程,這種真空能量具有質量。這意味著它對宇宙膨脹具有 引力效應。但是,非常引人注意的是,真空能量的效應和物質效應相反。物質使膨脹率緩慢下來,並最終能使之停止而且反轉。另一方麵,真空能量使膨脹加速,正如暴脹那樣。事實上,真空能量恰恰如在第一章中提到的宇宙常數那樣行為。那是愛因斯坦在1917年意識到,他的原先的方程不能允許一個代表靜態宇宙的解時,加到方程上去的。在哈勃發現了宇宙膨脹之後,將這一項家到方程上的動機即不複存在,而愛因斯坦將宇宙常數當作一項錯誤的拒絕。

然而,著也許是根本就不是錯誤。正如在第二章中描述的,我們現在意識到,量子論意味著時空中充滿了量子漲落。在一中超對稱的理論中,這些基態起伏的無限 大的正的和負的能量被完全對消,甚至連小的有限的真空能量都不遺留下來。僅有的令人驚訝的是,真空能量這麼接近於零,這一點在不久前還沒有這麼顯明。這也許是人擇原理的另一個例子。具有更大的真空能量的曆史不會形成星係,也就不包含能夠詢問這個問題的生物:“威嚇真空能量這麼低?”

我們從各種觀測可以試圖確定宇宙中物質和真空的能量。我們可以用一張圖來表明此結果,水平方向代表物質的密度而垂直方向表示能量。點線顯示智慧生命能夠發展的區或邊緣。

在這張圖上分別標出對應於超星係,物質成團和微波背景的觀測區域。幸運的是,這三個區域有一個共同的交集。如果物質密度和真空能量處於這個交集,它意味著宇宙膨脹在長期變緩慢之後已開始重新加速。看來暴脹可能是自然的一個定律。

我們在這一章中已經看到,如何按照浩渺宇宙在虛時間中的曆史來解釋它的行為。這個虛時間中的曆史是細小的略微平坦的球麵。它酷似哈姆雷特的果殼,然而這個果殼把在實時間中發生的一切都作為密碼儲存在它上麵。這樣哈姆雷特是完全正確的。我們也許是被束縛在果殼之中,而仍然自以為無限空間之王。

第四章 預言未來

霍金

黑洞中的信息喪失如何降低我們預言未來的能力。

人類總是想控製未來,或者至少要預言將來發生什麼。這就是為何占星術如此流行的原因。占星術宣稱地球上的事件和行星劃過天穹的運動相關聯。如果占星家們膽敢冒險並作出可被檢驗的確定的預言的話,這便是或者將會是科學上可以檢驗的假使。然而,他們識相的很,所做的預報都是這麼模糊,使得對任何結果都能左右逢源。諸如“個人關係可能緊張”或者“你將有一個高報酬的機會”等等斷言永遠不會被證偽。