宇宙的起源，竟是直径不足1厘米的小球

04　一个会产生出泡泡的泡泡正在产生新泡泡

一切要从过去30年间宇宙学领域发生了什么说起：暴胀理论的诞生；这一理论在近些年的发展，即暴胀成为暴胀多重宇宙理论和弦理论的一部分；接着则是对未来的期望。

在大约一个世纪之前，爱因斯坦提出了一个叫作宇宙学原理的理论，声称宇宙是各向同性的。此后许多年，人们普遍使用了这一原理。事实上，这一原理很早之前就被牛顿论证过。在今天的天体物理学书籍中，仍以各种不同版本的宇宙学原理呈现着宇宙的样子。

曾几何时，这是可以回答宇宙各处为何都相同的唯一答案。但这个问题实际上是在问，为什么是这个宇宙？所以大家都不去考虑多重宇宙的可能，只是想解释我们身处的宇宙为什么这么均匀、为什么这么大、为什么平行线不会相交。这实际上都是同一个问题的一部分：如果宇宙像小球般大小，如果画几条垂直于小球赤道的线，它们应该在北极点和南极点相交。为何从未有人见过两条平行线相交？

问这类问题可能看上去有些傻。比如，可能有人会对宇宙出现前发生了什么感到好奇。我们当年学的广义相对论告诉我们，问这个问题是没有意义的，因为爱因斯坦方程的解在奇点无法继续，所以何必烦心呢？不过到目前为止，始终有人为此烦心。他们在努力尝试回答这些问题。但对大多数人来说，这种问题是形而上学的，不值得认真对待。

直到暴胀理论被提出，人们才开始认真考虑这些问题。阿兰·古斯思考了这些问题并提出了宇宙暴胀理论。在这一框架下，这些问题可以得到一致的解答。问题是，古斯很快就意识到，仅仅只有他自己的答案还不够完整。之后，经过一年多的研究，我提出了一个新版本的暴胀理论，它对找到这些问题的答案很有助益。最开始，这个理论听上去像是科幻小说，但在我们发现能通过它找到这些问题可能的答案之后，它就始终徘徊在我们的脑海之中。这就是我们相信宇宙暴胀理论的第一个原因。下面我将进行具体解释。

标准大爆炸理论认为，宇宙万物都是从一次巨大的爆炸开始的。“恐怖分子”开启了宇宙。如果你想计算一下这场爆炸需要多少高科技爆炸物时，结果将是10⁸⁰吨之多！不只如此，这些炸药还要被压缩成一个直径还不足1厘米的小球那么大。同时，“恐怖分子”们还需要恰好同时引爆它的各个部分，误差不能超过万分之一秒。

另一个问题是，根据标准大爆炸理论，宇宙膨胀只会随着时间变得越来越慢。但宇宙为什么开始膨胀？谁给它的初始推力？这事看上去简直不可思议，像奇迹一般。不过有时人们觉得越神奇越好：显然，上帝可以从无到有搞到10⁸⁰吨炸药，点燃它，让它变大，反正我们怎么方便怎么来。我们还有其他解释吗？

根据暴胀理论，如果宇宙开始于几乎真空的特殊状态，将会省去许多大麻烦。最简单版本是标量场（scalar field）。还记得电场和磁场吗？标量场更简单：它没有方向。如果它是均匀且不随时间变化的，那它就像真空一样不可见，但却拥有很多能量。当宇宙膨胀时，标量场几乎保持不变，而且它的能量密度也是如此。

这可是关键问题。想象宇宙是一个装有许多原子的大盒子。当宇宙膨胀两倍时，它的体积增大8倍，此时原子的密度则变为原来的1/8。然而，当宇宙中充满不变的标量场时，它的能量密度则不随宇宙的膨胀而发生改变。因此当宇宙增大两倍时，其中质能总量增加8倍。如果宇宙继续膨胀，其中的总能量、总质量会迅速变得无比巨大。因此，无中生有地拥有10⁸⁰吨爆炸物也就轻而易举了。

这就是暴胀的基本概念。乍一看，似乎是彻头彻尾的错误，因为它违反了能量守恒定律。能量不可能无中生有，自始至终总量不变。我曾经被邀请在瑞典的一次诺贝尔奖座谈会上就能量的概念进行一次公开演讲。我当时一头雾水，他们为什么邀请我？我要跟这些研究太阳能、风能、石油的人说些什么呢？最终我告诉他们：“如果你想要大量能量，你可以白手起家，然后你将得到宇宙中所有的能量。”

并不是每个人都能弄懂这一点，当宇宙膨胀时，质能总量确实会变化。总能量再加上引力能才是不变的，并且它们的总和正好为零。所以宇宙的能量守恒定律始终得到了满足，只是有些古怪：零等于零。质能总量可以任意大，以满足我们的需要。这是暴胀理论的其中一个主要观点。

只要在一个区域存在一种不稳定性，使得初始零质量分裂成一部分巨大的正质能和一部分巨大的负引力能，其能量总和仍然为零。但质能总量就可以要多少有多少。这正是暴胀理论的主要观点之一。

我们不仅已经明白如何开启这种不稳定，还知道如何将它终止。因为如果不停下来，任其进行，那样的宇宙就不是我们能生存于其中的了。阿兰·古斯的观点讨论的是如何开始暴胀，但他并不知道怎样让它妥善地停下来。我的观点则讲述了暴胀怎样开始、怎样继续，以及最终怎样以不对宇宙造成破坏的方式停下来。当明白这一切后，我们就可以无中生有，就如同宇宙学家亚历克斯·维连金（Alex Vilenkin）所说的那样，确确实实是从空无一物中诞生了我们现在所见的一切。那时，这是一项颇具革命性的进步：我们终于能理解我们宇宙的属性了。我们不再需要假定宇宙学原理来解释均匀性问题，我们掌握了真正的物理学原因。

但在提出新版本的暴胀理论后不久，我又意识到了新问题。如果宇宙起始时非常非常小但又含有众多不同属性的部分，然后宇宙的某一部分发生指数级的爆炸，那么我们将再也无法看到宇宙的其他部分，因为不同部分之间的距离在暴胀期间发生了指数级的增加。其他部分的宇宙也因为这遥远的距离再也无法看到我们。举目四望，我们再不能看到具有不同属性的宇宙其他部分，所以我们会认为：“我们的宇宙就是如此，各处都相同，不存在其他部分。”而存在于宇宙其他部分的人可能也这么想：“所有的宇宙就是我们看到的这个样子。”

比如，我开始于宇宙的红色部分，而你开始于宇宙的蓝色部分，暴胀之后，我们放眼四方，说道，“这就是整个宇宙，它就是单一颜色的”，就如同爱因斯坦和牛顿所做的那样。然后我们中的一些人就要努力解释为什么宇宙一定是红色的，而另一部分人则要解释整个宇宙为什么一定是蓝色的。但现在根据暴胀理论，宇宙被分成具有不同属性的众多部分是颇有可能的。宇宙学原理认为，整个宇宙各处都相同，我们全都生活在有着相似属性的宇宙中。与之不同，我们的看法更具“全球化”：我们生活在一个巨大的暴胀多重宇宙中。有些人生活在红色部分，有些人生活在蓝色部分，只要各部分都在随着暴胀而变得无比巨大，一切就会相安无事。

暴胀理论就这样解释了为什么我们这部分宇宙是如此均匀：我们周边的一切都由宇宙的一小部分通过指数级膨胀而形成的。但我们无法观察到比光速乘以宇宙年龄更远的地方发生了什么。暴胀理论告诉我们，我们所见的这部分宇宙比整个宇宙要小得多。其他部分的暴胀可能产生许多具有完全不同性质的区域。这正是通向暴胀多重宇宙之路上的第一条认识。第二条认识是，即使宇宙在开始时各处都是相同的（比如都是红色），暴胀期间的量子涨落仍可以将宇宙变得多姿多彩。

我在这说的不同颜色只是为了帮助我们理解暴胀期间和暴胀之后发生了什么。我来解释一下我真正要说的。想想水，它可以是液态水，也可以是固态的或者气态的，液态、固态、气态都是水的不同相态，而它们的化学分子式都是一样的：H₂ O。但鱼只能在液态水中生存。对宇宙中物理学定律的理解也是如此。为了简便，我们通常假设宇宙各部分会遵循同样的基本物理学定律。然而，宇宙的不同部分可能是截然不同的，如同冰山与它周围的水不同那般。水的不同相态可能遵循着同样的物理学定律，与之不同，宇宙的不同部分可能处于不同的真空态，在这些真空态中，同样的基本物理学定律可能会有不同的表现。比如，在某部分宇宙中，可能存在弱、强和电磁相互作用，而在其他部分里，这些相互作用可能并无不同。

如果我们始于宇宙的红色部分，它也并不会永远是红色的。暴胀可以产生并放大量子涨落，而这些量子涨落让我们从一种真空态跳到另一种上。宇宙也因此变得多姿多彩。暴胀理论一经提出，这种基础机制就已明了。但它最有意思的结果是在弦理论中表露出来的。

许久之前，弦理论学家就意识到，这一理论适用于多种不同的真空态。如果我们研究的是一个给定版本的弦理论，就无法预言我们世界的属性，而这要取决于对真空态的选取。很多人认为这种可能结果的多样性是弦理论的一大弊端。但在暴胀多重宇宙理论中，这不再是一个问题。在我1986年写成的一篇文章中，我称其为弦理论的一大成就。拥有不同低能物理学定律的多种类型的宇宙，在其之下得以存在。

这简化了我们宇宙中的物理学定律为何与我们存在的必需条件如此相配的问题。我们找到了人择原理的证明，以之取代了宇宙学原理认为宇宙各部分都一样的说法。宇宙中巨大的不同部分彼此之间可能差异极大，而我们只能生活在适合我们生存的部分。30年前，这种类型的观点还极不流行，但20年后，当我们对弦理论真空的属性有更多了解后，局面发生了戏剧性的变化。上面概述的图景成了伦纳德·萨斯坎德所称的弦理论景观（string-theory landscape）的一部分。

从暴胀理论的提出到弦理论景观经历了很长一段路。尤其是刚开始时，这个方向的工作格外困难，因为没有人感兴趣。没有人相信，为了解释宇宙中观测到的均匀性而创造出的暴胀理论，有朝一日会在更大尺度上预测宇宙是完全不均匀的。这有些过头了。即使是暴胀理论的最简单版本，也似乎有些太过革命性，它让从空无中创造一切成为可能。这看起来好像科幻小说，太激进、太异乎寻常。

例如，在1981年建立的新暴胀理论的第一个模型中，我发现宇宙在暴胀时期会膨胀10⁸⁰⁰倍。这太离奇了，我们从未在物理中见过这样的数量级。我是在列别捷夫物理研究所（Lebedev Physical Institute）提出新暴胀理论的，当我在那里做关于它的第一次报告时，我不得不一直道歉，因为10⁸⁰⁰这个数字实在太夸张了。“也许以后，”我说，“我们能得出更现实的结果，这数字会小一些的，全都会小一些的。”但等我研究出更好的暴胀理论，也就是混沌暴胀理论后，这个数字变成了10^{1000000000000}。然后我又发现，这一理论中的暴胀将会永远持续下去。

暴胀理论解释了很多没有它我们就无法理解的事情，还预言了一些已经得到实验认证的事情。比如，首先，如果这个理论是正确的，那么暴胀期间产生的量子涨落就解释了与银河系相同类型的星系的形成原因。

其次，还有从太空四处发往地球的宇宙微波背景辐射（CMB）。它的性质很有意思。它在50多年前被发现，当时的温度测量结果是2.7开尔文，这是一个非常非常低的温度。它以均匀的方式从宇宙的四面八方而来。之后更细致的研究发现，它的温度很奇怪，在人的右半边是2.7+10^-3开尔文，在左半边则是2.7-10^-3开尔文。不久后就有了解释。我们相对于宇宙在运动，因此有红移的存在。正由于红移的存在，在我们运动方向上大的那部分天空，似乎比另一部分更暖和一些。

接着人们以大约10^-5开尔文的精度再次测量了宇宙微波背景辐射的温度。这一工作是由COBE卫星完成的，而WMAP（威尔金森微波各向异性探测器）卫星以及其他许多实验也在做着相同的工作。结果发现，天空中有许多小点点，有些热点儿，有些冷点儿。研究人员将这些小点进行分类并研究了其分布，结果发现，它们的分布规律与最简版暴胀理论的预言完全吻合。这是一项意料之外的验证。从理论上来说，我们知道应该是这样的；但难以置信的是，研究人员们竟能够得到如此令人震惊的精确结果。简直不可思议！

诺贝尔奖只颁发给确定无疑的事实发现。虽然研究人员在宇宙微波背景辐射中发现了涨落，但对涨落是否可能由其他机制引起尚存疑虑。目前为止，在我看来，还没有其他完善的理论能解释这些观测结果。谁说得准呢？也许10年后，就会有人提出像暴胀理论一样优秀的理论。然而，在过去的30年里，已经有不少人投身于此，依然没有提出任何能与暴胀理论相媲美的观点。

现在我将从自己的角度讲一下暴胀理论的提出过程。从俄罗斯（苏联）的角度和美国的角度看这些事，差别会很大。因为在暴胀理论提出时，苏联与美国关系可不算密切，一封信从苏联到美国要大概一个半月到两个月的时间。虽然20世纪30年代就有从苏联到美国的飞行记录了，且只用了一天时间，而50年后，一封信从苏联到美国却需要40～60天。瞧，我们就是这样进步的！

我曾在莫斯科州立大学学习，毕业后，在列别捷夫物理研究学所做博士后。在那里我与博学多才的大卫·柯赞尼斯（David Kirzhnits）共事。他在凝聚态物理、天体物理学、量子场论、非局部理论以及其他各种领域，都有所建树。他实在是一个了不起的人。我发展了他建立的宇宙相变理论（cosmological phase transitions）。也因为此，众多暴胀模型有了一个基本共识，那就是，在宇宙早期，物理学定律可能是完全不同的，也许弱、强、电磁相互作用之间并无不同之处。

曾几何时，我们还以为这可能是个离奇的想法。我们知道它是正确的，只是我们担心无法验证这一点，就好像柏拉图式的观点一样永远得不到什么结果。其实是我们过于悲观了。我们的研究结果之一是，在早期宇宙中会产生叫作原生磁单极子（primordial monopoles）的奇怪事物。我们预言，如果我们的理论是正确的，20世纪70年代公认的弱、强、电磁相互作用的统一理论也是正确的，那么在整个世界都从初始高温状态冷却下来的宇宙极早期，宇宙相变过程中就会创生出一些像分立的南北磁极那样奇怪的东西。

如果你把一块磁铁切成两半，每一半都会有一个南极、一个北极，你是无法将南北极分开的。但根据统一理论，宇宙中还会有叫作磁单极子的东西，它们要么是南极、要么是北极，而且每个磁单极子都会比质子重1000万亿倍。经过计算，现在的磁单极子数量应该大约与质子相同，这也会使得宇宙比现在重1000万亿倍。这样的宇宙将会是封闭的，而且早已在它演化开始的第一秒就坍缩了。既然我们还在这，那就说明这一理论有些地方错了。这就是原生磁单极子难题。这是我们研究宇宙相变理论的一大困难。

许多人在努力解决这个问题，然而还没有人成功。不知为何，大家就是无法得出一个一致的解。在这些研究进行的同时，我们听说阿列克谢·斯塔罗宾斯基（Alexei Starobinsky）在1979年和1980年提出了一种新的宇宙学理论。这种理论更加离奇，它声称宇宙呈指数级膨胀是由量子引力中的量子修正（quantum corrections）效应引起的。这种情形很有趣，非常像暴胀理论。但没有人管它叫暴胀理论，因为它是在阿兰·古斯提出他的旧暴胀理论之前一年出现的。它被称为“斯塔罗宾斯基模型”，这一模型曾是俄罗斯所有宇宙学相关会议和辩论中的首要主题。但这一理论并没有传到美国，原因之一是斯塔罗宾斯基提出这个模型是为了解决奇点问题。未能成功后，他没有尝试用它来解决那些后来由暴胀理论解决了的其他问题。实际上，斯塔罗宾斯基假设宇宙从开始就是均匀的，并没有尝试解释它为什么是均匀的。然而，当我们回顾暴胀模型的历史，就会发现，除了暴胀的开始阶段，这一模型具备了暴胀模型的所有特性。尽管斯塔罗宾斯基模型的提出动机模糊不清，但它确实能用，或者说差一点点就能用了。

在那之后，阿兰·古斯论证了他的暴胀模型。但我并不知情。在20世纪80年代的某一年，我参加了一次研讨会。那次是在莫斯科核研究所举办的，苏联著名科学家瓦莱里·鲁巴科夫（Valery Rubakov）现在依然在那里生活和工作。在那次会议上，鲁巴科夫讨论了用所谓的科尔曼-温伯格模型（Coleman-Weinberg model）中因宇宙相变引起的宇宙呈指数级膨胀，来解决平坦性和均匀性问题的可能性。他们在对古斯的论文毫不知情的情况下，讨论了这些问题。然后他们提交了论文打算发表，然而却未被接受，因为在那时古斯的论文已经发表了。

我因此学到了如何解决假真空中指数级膨胀期间各种不同的宇宙学问题，但却不是从古斯的论文中学到的。这件事其实比古斯的论文发表时间要早不少，只是因为邮寄导致了延迟。不仅如此，早在1978年，我就在与根纳季·切别斯夫（Gennady Chibisov）的合作中明白了假真空中指数级膨胀的可能性，只是我们发现那个模型并不成功，就没有继续研究；直到鲁巴科夫和他的合作者指出这一点，我们才意识到它可能有助于解决许多宇宙学难题。

当古斯的预印本传到苏联，苏联著名科学家列夫·奥肯（Lev Okun）打电话给我说：“我听说了阿兰·古斯的论文，他尝试用宇宙的指数级膨胀来解决平坦性问题。你听说过吗？”我告诉他：“没有，我从来没听说过，但我可以告诉你它的原理和不足。”之后的半个小时，我向他解释了古斯的理论，并向他说明了为什么古斯的理论行不通。不久之后，我收到了古斯的论文。我们在这之前就有与古斯相一致的结果，我们讨论了宇宙相变、宇宙的膨胀、气泡，就是没讨论用它来解决宇宙学问题的可能性。

如果我想写一篇相关的论文，在奥肯给我电话后我立刻就可以写出来。但我并未这样做，想都没想，因为那是不诚实的。但当然，我知道基本的想法是怎样的，也知道它为什么不对。我没有采取任何行动。实际上，我挺沮丧的。因为这个想法是那么显而易见的精彩，而我从鲁巴科夫那学来的更是棒极了。这个想法没能成功实在是令人扼腕。我们遇到的问题极为困难。

一年之后，阿兰·古斯与埃里克·温伯格（Erick Weinbery）一起写了一篇长达70页的论文来证明古斯的暴胀模型不可能再改进。幸运的是，再次感谢美国到苏联的那慢吞吞的邮政系统，我在已经改进了它之后收到了这篇论文。当他们致力于其他论文时，我在努力寻求解决办法。我在1981年的夏天找到了办法。为了检验这个结果，我打电话给最初引我介入这些想法的鲁巴科夫求证。事实上，我的解是如此明显，以至于当你看到它时，会觉得它这么简单，之前怎么就没想到呢？

我是在晚上给鲁巴科夫打的电话。因为当时我的妻子和孩子在睡觉，我拿着电话到了盥洗室，坐在地板上打给他确认。他跟我说：“没有，我从未听说过。”所以那时我激动地叫醒了妻子，跟她说：“你知道吗？我想我终于知道宇宙是怎么诞生的了。”我马上写了一篇论文，那是在1981年的夏天，但一直等了3个月论文才得到发表的许可。

那时候的苏联，如果要在国外发表论文，首先要在你的研究所内做一大堆官僚工作。把论文用俄语打出来，申请一连串的签字，然后发给苏联科学院，他们再把论文发给其他部门审核是否适合发表、是否含有不宜发表的机密。然后发还给你，你再用英文打出来等待预印，然后再打一遍字，那时可没有复印一说。直到这时，你才可以将论文送去发表。这整个流程通常要花掉两个月，有时要三个月。我直到10月才拿到许可。但10月在莫斯科有场关于量子宇宙学的会议，业内顶尖人士会来。史蒂芬·霍金也来了，还有许多优秀的科学家到来，我在这次会议上做了一次报告。大家对我的结果非常感兴趣，甚至可以说颇为激动，他们立刻决定帮我将这篇论文的预印本从苏联偷运出去，不管有没有许可，都要帮我发表。这就叫朋友，好朋友就会这样帮你。但之后的情况却有些让人意想不到的复杂。

天啊，有意思的来了！就在我做完报告之后的当天上午，我参加了一场在莫斯科大学斯滕伯格天文学研究所（Sternberg Institute of Astronomy）举办的演讲，演讲者是霍金。我是偶然去参加的，因为我听人说霍金在那作报告，后来他们就请我做翻译。我有些惊讶，但还是答应了。一般来说，霍金会预先准备好报告，然后由他的学生代为传话，他则在一边时不时地补充一些东西，再由他的学生作出相应的修改，这样霍金就可以纠正并指导他的学生。但这一次他们是全无准备的。这次报告是关于暴胀理论的，讨论了改进阿兰·古斯暴胀理论的不可能性。

因为霍金的学生没有准备好，而且也只是刚刚完成了自己的论文，所以结果就是，霍金说一句，他的学生再说一句，然后再等着霍金回答，然后由我来翻译。而礼堂中苏联最好的科学家们都在等着，忍不住问：“这到底怎么回事？这是要做什么？”所以我决定，既然我都明白他要说的，那就由我来解释吧。结果就是霍金说一句，他的学生说一句，然后我说上个5分钟来解释他们要说的东西。

差不多有半个小时，我们就以这种方式讨论并向大家解释了为什么阿兰·古斯的暴胀模型不可能改进，具体的困难又在何处。然后霍金说了句话，他的学生接着说道：“安德烈·林德提出了一种克服这一困难的办法。”我非常意外，然后高兴地将之翻译成俄文。然后霍金说道：“但他的建议错了。”然后我翻译了……大约有半个小时，我都在翻译霍金的话，仔细地解释了为什么我做错了。这一切就发生在莫斯科的顶级物理学家面前，而我的物理学前程就指望他们对我的看法。我这辈子还从未那么窘迫过。

等报告结束后，我说道：“虽然我翻译，但我并不赞同。”我解释了原因。然后我问霍金：“你愿意听我更详细地介绍我的观点吗？”他说：“当然。”接着他坐着轮椅出去了，我们找了个房间进行讨论。在之后的大约两三个小时，斯滕伯格天文学研究所里的人都慌了，因为这位著名的英国科学家不见了，谁都不知道他去哪了。

在那段时间，我就在黑板边上向霍金解释到底是怎么回事。时不时地，霍金会说句话，然后他的学生翻译：“但你之前可没说这一点。”之后我继续，然后霍金再说一句，他的学生再次说出同样的话：“你之前可没说这一点。”等我们在那谈完，他们又让我上车回宾馆继续讨论，一直到最后，他向我展示他家人的照片，与我结为挚友。后来他邀请我参加了一场在剑桥举办的专门讨论暴胀理论的会议。这就是最初的情况，颇具戏剧性吧。

由于霍金对我的结论提出了一些异议，于是我在论文的末尾针对他的异议进行了回应。我并未把论文交给朋友偷运出苏联，而是在10月份发给了出版社，并最终在《物理快报》（Physics Letters）上得以发表。但由于延迟，发表时已经是1982年而非1981年了。我也发了不少预印本去美国，保罗·斯坦哈特和安迪·阿尔布雷克特（Andy Albrecht）都有收到，他们也在研究相似的理论。在我发给他们我的论文3个月后，他们将自己有着类似观点的论文提交发表，并引用了我的论文。

政府竟然允许我去剑桥，这简直是奇迹。我以前去过意大利，但不久之后，由于某种我不知道的原因，他们不愿再让我离开苏联。但那一次却成行了，而且那简直是我这辈子参加过的最棒的会议。那是暴胀宇宙学领域的一次尖端会议，简直无与伦比！整整三周，我们都在热烈地讨论和工作着。

那次会议是在1982年。整场会议都在讨论新暴胀理论，我是这样称呼我研究出的新理论的。但这一理论就像古斯提出的旧理论一样，早早夭折了。因为这场研讨会，新暴胀理论在1982年它刚形成时就基本失败了。这个理论对密度扰动的预测过于巨大。这一模型需要的改动包括，宇宙中不存在热力学平恒和宇宙相变。所以不管怎么看，都不可能是我和古斯提出的情景。有趣的是，现在大多数天文学书籍仍将暴胀描述为宇宙相变时期的指数级膨胀。这一理论是如此流行，以至于没人注意到早在1982年它就已经终结了。但在一年后，即1983年，我提出了一种实际上简单得多的不同景象，我称之为混沌暴胀。它并不要求宇宙要从高温开始。

在混沌暴胀情景中，不需要假定宇宙初始是高温状态，就可以得到一个暴胀区域。我放弃了构成古斯的旧暴胀理论和我的新暴胀理论基础的诸多概念，比如宇宙相变、亚稳态（metastability）和假真空。经过这些修改后，暴胀区域变得更加简洁、更加一般，并可以在更广泛的理论领域内存在。我在1986年发现，混沌暴胀理论中，由于量子涨落的影响，暴胀将会在宇宙的某些部分永远进行下去。亚历克斯·维连金在新暴胀情景中也发现了相似的效应。这说明我发现的这种效应是非常普遍的。我称之为永恒暴胀。

维连金研究的是一种新版本的暴胀理论，它可以开始于势能的顶点，但能量场并不确定沿哪个方向降低，它在定点的不确定状态可能持续很久，在这期间，宇宙的膨胀会创造出巨大的空间。在混沌暴胀中，势能并不需要特别的平坦形式，只需是最简单的抛物线形式。就在这样的模型中，如果能量场足够高，就会有量子涨落。而在这个标量场想要降低时，量子涨落有时会将它变得更高。这种可能性很低，但一旦发生，就会有指数式体积的新空间诞生在宇宙中。宇宙的一个微小部分不断扩散又扩散，就好像一个连锁反应。这被称为分支扩散过程（branching diffussion process）。

这就是永恒混沌暴胀的基本概念。在我1986年发表的有关永恒混沌暴胀理论的论文中提到，如果将永恒暴胀应用到新理论中，宇宙将会被分成众多的对应不同弦真空、具有不同性质的指数级庞大的部分。这是其一大优点。因为上述正是后来被称为弦理论景观的情景。

我必须说，暴胀理论最重要的预言之一，就是导致了星系最终诞生的量子涨落理论。想一下，如果暴胀不产生不均匀性，那当它爆发后，宇宙将变得恰好是均匀的，那就没得玩了：没有星系、没有生命。我们无法在一个刚好均匀的空空宇宙中生存。

幸运的是，还有办法。早在我介绍新暴胀理论之前，我就对列别捷夫物理研究所的根纳季·切别斯夫和斯拉瓦·穆克哈诺夫（Slava Mukhanov）的有趣工作有所了解。穆克哈诺夫较为年轻，但他却是这个组合的意见领袖。我们前面已经说过，斯塔罗宾斯基模型是暴胀理论的版本之一。通过对这一模型的学习，他们发现，在此模型中的暴胀中，量子涨落逐渐增强并可能最终导致星系的诞生。在我们看来，这难以理解，只能说：“噢，得了吧，哥们儿。你肯定错了。这不可能，宇宙可是典型的大家伙，而你却从空无着手，竟然从量子涨落入手。”

他们解释的东西是我们之后工作的基础：当宇宙变得足够大时，量子涨落不可或缺，正是它们引发了星系的形成。他们在1981年发表的论文是这一课题上的第一篇。在此之后，1982年，一组人重新提出了类似的观点，这些人都曾参加了那次剑桥的研讨会，其中包括霍金、斯塔罗宾斯基、古斯、巴丁（Bardeen）、斯坦哈特和特纳（Turner）。他们的观点在新暴胀理论的应用上得以发展，但都是以切别斯夫和穆克哈诺夫的研究为基础的。之后，穆克哈诺夫进行了更加深入的研究，并发展出了一套量子涨落一般理论。在我看来，这是暴胀理论中最重要的部分之一。它不仅对星系形成理论至关重要，永恒混沌暴胀理论也因其而存在。

暴胀宇宙学近期最有趣的一些进展与弦理论有关。我对这一理论的了解主要基于我与我妻子雷娜塔·卡罗希（Renata Kallosh）的共同工作。她也是斯坦福大学的一名教授，主要研究超引力和弦理论。我将对这些理论作简要介绍。

爱因斯坦晚年梦想着，能有一种统一空间对称性和基本粒子对称性的终极理论。但没能成功。我听说他晚年不断在黑板上写着新理论的各种方程，尽管最终没能成功完成，他仍然很开心。然后，人们得出了一个不可行定理（no-go theorem），这事就是无法完成。爱因斯坦的大一统理论梦想是不可能实现的。之后又有人发现不可行定理有漏洞。如果理论内具有超对称性，涉及其他玻色子（标量场、光子）和费米子（夸克、轻子），不可行定理就不复存在。

这要从超对称性讲起，然后再进阶到一个更高级的理论：超引力。在这一理论内，引力理论和基本粒子理论可以得到统一！这一理论在20世纪70年代中期至80年代兴起，它解决了量子引力的一些难题。量子引力理论中存在的一些无限表达式在超引力理论中消失了。大家都为此惊喜万分，直到后来发现这些无限表达式仍可能在超引力理论的三级近似或者八级近似中出现。还是有些地方不对劲。尽管最近的一些结果也表明当时的人们可能太悲观了，部分版本的超引力理论还是不错的。

但在那时，他们的想法是：“好吧，这个理论没成功，还有存在一些问题，我们能改进它吗？”接下来就诞生了超弦理论。科学的发展不像“哦，得了吧，我们可以向右走，可以向左走，可以向任何方向走，让我们直走吧”这样简单。我们本想实现所有力的统一，但不可行定理告诉我们，除非使用超对称性，否则是行不通的。接下来它就变成了超引力。如果要描述超对称性理论中的弯曲空间，就必须采用超引力理论。结果，超引力理论也不能奏效，必须让它更一般化。接着，弦理论就被发展出来了。

这就好像山间的峡谷。没有什么向左走向右走，峡谷已经指出了最好也可能是唯一的道路。这就是人们如何发展到弦理论阶段的。之后大家变得非常乐观。这是1985年。他们觉得可以很快完成所有的工作。我不得不说那时并不是所有人都这般乐观，尤其是约翰·施瓦茨（John Schwarz），他是弦理论的创造者之一。施瓦茨说：“也许要过20多年，弦理论才能成为一个关乎一切的唯象理论。”他给出了警示。但激情之火一旦燃起，就难以被熄灭，这是一件喜忧参半的事。喜的是，许多有才能、有天赋的年轻人投身到这一领域；忧的是，传统超引力理论在一定程度上被遗忘了。在欧洲，对传统超引力的研究依然存在，数量还不少，而在美国则没那么多了。

弦理论的想法以我们的宇宙有不止四个维度为基础。这个想法也是某些版本的超引力理论和很久之前的卡鲁扎-克莱因（Kaluza-Klein）理论的一部分。一般来说，弦理论假设空间是十维的，其中六维处于压缩状态。除此之外，有三个巨大的空间维度和一个时间维度，另外的6个维度应该非常小。超弦理论研究人员常用卡拉比-丘流形（Calabi-Yau manifold）来描述6个额外维度的压缩状态。这一空间有着非常复杂的拓扑结构。

问题是，我们怎么证明这是真的呢？很长时间以来，没人能构造出一套理论使得卡-丘空间足够小。为什么它必须很小？因为我们太过庞大无法进入这6个维度。我们可以前后左右自由来去，但却无法在这6个方向上运动。至少，从没有人说他们尝试去过那。

6个维度啊！我们要解释它们为什么这么小。不过，根据弦理论的性质，如果不加特别处理，这6个维度实际上是需要解压的，它们想要被散开、变大。弦理论中，作为不同真空的起源，有多种压缩空间的方法。但问题是让这些额外维度保持这种压缩的状态。

大家对此的态度是：“好的，我们会想办法解决的，会解决的。”但这个诺言持续了差不多20年。没人认真思考这个问题，因为弦理论中还有大量的其他问题，大家就想，“让我们向前看”。但我们需要研究这些弦真空。“真空”意味着从我们四维空间的角度看去空无一物，但它的性质取决于被压缩的卡-丘空间，也就是那六维空间的性质。真空没有粒子。如果我们向其中加入粒子，我们得到的将是我们的宇宙。这种没有粒子与星系的真空，到底有什么性质呢？如我所说，为了自洽地研究它，我们必须使其他6个维度的空间保持稳定。这一理论中还有其他方面需要稳定。大家不知道如何做到这一点，曾几何时这种需要也不那么急切。但到了20世纪90年代末，宇宙学家发现了宇宙的指数级加速膨胀。这种现象是由我们称为暗物质或宇宙学常数的东西导致的。这一发现对弦理论的发展产生了巨大冲击。

有传言，在印度的一次会议中，弦理论方面的泰斗爱德华·威滕（Edward Witten）说，他不知道如何以弦理论来解释宇宙的急速膨胀。当连威滕都不懂的时候，大家才有点慌了神，开始认真考虑这个问题。那时他们才开始认真研究弦理论中真空的属性问题。他们想要解释宇宙这种明显开始于50亿年前并进展缓慢的指数级膨胀。人们开始试着解释这个问题，但都没有成功。于是他们更加投入地研究这个问题：是什么定义了真空态，又是什么使它稳定？

2003年，我和妻子卡罗希以及沙米特·凯奇鲁（Shamit Kachru）、桑迪皮·特里维迪（Sandip Trivedi），在斯坦福大学组成的工作组就这一问题给出了可能的解答。早先有一些已经很接近的工作，现在也有了很多新的方法，但在那时，我们的解答就像是一个关键节点，从那时起人们才确信这个问题是可以解决的，弦理论中的真空是可以稳定住的。

当我们找到了一种方法后，就立刻意识到其实可以有许多方法来做到这一点。有人估计，能让弦理论的真空稳定下来的方法数量达到了令人震惊的10⁵⁰种。这一数量是由迈克尔·道格拉斯（Michael Douglas）和他的合作者一起给出的。这一事实对宇宙学产生了深远影响。如果将弦理论与永恒暴胀理论结合起来看就会发现，宇宙的一部分可能处于一种真空态，另一部分则可能处在另一种真空态，并且由于量子效应，真空态之间的跃变也是可能的。伦纳德·萨斯坎德给这种景象起了个引人注目的名字——弦理论景观。

当我们说是真空态时，“真空”说的只是我们这三维空间加上时间维度。但剩下6个维度的情况就不一定了，它们可能以各种各样的方式挤在一起。六维空间中除了大量不同的拓扑结构，还有许多不同的场存于其中，也就是所谓的“流”（fluxes）。

在那里还存在着其他东西，它们决定着我们空间的性质。它们存在于狭小的压缩六维空间，在我们的空间看不到它们。但它们却能决定我们真空的性质，也就是真空能密度（vacuum energy density）。真空能密度的水平取决于压缩空间中的情况。基本粒子的性质同样取决于此。在基本相同的弦理论下，不同的压缩方式会产生具有完全不同性质的三维时空。这就是弦理论景观所描述的景象。同样的弦理论却可以有不同的理解。这恰恰是我在1986年的论文中提到永恒混沌暴胀时所说的：我们面前有众多可能性，这一点很棒。

但1986年时我们对稳定的弦理论真空一无所知。我们只是期望能有许多真空态。2003年，我们知道了怎样去寻找这些真空态，并且发现这种真空态真的有很多很多。这就是我们目前的所知。

我再简单介绍一下我现在的研究工作。10⁵⁰⁰是一个巨大的数字，它告诉了我们可以选择的真空数量。可能性多不胜数。这就有了一个很多人会问的问题：“你怎么知道的？”我们怎么知道宇宙的这些其他部分真的存在于我们的宇宙？

情况是这样的：宇宙巨大无比，被分成不同部分。弦理论真空告诉我们，在同一个宇宙中，远离我们的地方可能存在着一片不同的真空。因为遥远时空的分隔，在不同部分的人不知彼此的存在。要了解宇宙的全景就必须理解这一点，有的选择是非常重要的。但既然看不见，又怎么知道它们确实存在？又何必在乎它们存不存在？

通常我是这么回答的：如果不这样看，我们就无法解释发生在我们身边的种种巧合。比如，为什么真空能这样极端得低？因为存在着许多不同的真空，在那些能量极高的真空中，星系无法形成。而在那些能量密度为负值的地方，宇宙会快速坍缩。我们宇宙的真空能密度刚刚好，因此人类才得以存在，这就是人择原理。但如果没有众多的可能性来选择，就不能使用人择原理。这就是为什么多重宇宙理论令人满意，也是我为之寻找实验证据的原因。

1982年，我在暴胀多重宇宙的内容中介绍了人择原理。新暴胀理论是1981年提出的，而在1982年我写了两篇论文强调人择原理在暴胀宇宙学中的重要性。我的说法是，宇宙可能由许多庞大的部分组成。我没有用“多重宇宙”这个词，只是说宇宙可能由许许多多具有不同性质的迷你宇宙组成。从那时起的很多年里，我一直在研究这种可能性。

有一件事很重要，当研究暴胀理论时，我们要研究一些看上去形而上学的问题，比如平行线为什么不相交，宇宙为什么这么大。如果我们当时认为，“天啊，这是些形而上学的大问题，我们不应该涉足”，我们就永远不可能找到答案。现在我们又在思考关于人择原理和类似事物的形而上学式问题，许许多多的人对我们说：“别做这个，这样不好，应该避开这种问题。”

我们不应该避开任何事情。我们应该尽可能地用最简单的方法来解释它们。如果你找到了宇宙学真空能常量如此低的原因，却因为意识形态的问题而不接受，那你可就大错特错了。你的意识形态决定了哪种物理是对的、哪种是错的，而我们不应该这样。一旦有了多种可能性，人择原理就有了科学前提，而不是哲学式的泛泛而谈。现在我们已经有了多重宇宙的自洽图景，所以我们可以说：“这才是物理学。”

审视我们自己这部分宇宙会发现，星系和星系团簇拥着我们。我们宇宙的形成是与众不同的吗？在某个遥远的地方是否可能生活着我的翻版呢？他离我有多远？为什么是我的精准复制？因为量子涨落一次次不断地创造不同的宇宙。亚历克斯·维连金称之为“诸世同一”。他就这一理论专门写了一本书。问题是，到底可以创造出多少不同类型的宇宙？“不同类型的宇宙”指的不仅仅是真空态的不同，质量分布也会有差别。我们这部分宇宙的质量分布，也即星系的分布，是由暴胀期间的量子涨落决定的。

举例来说，暴胀结束时，标量场缓慢降低，但量子涨落会使它局部地增高一点点。因此这些地方的能量就会增加，变得越来越多，就在这些部分，我们生存于其中的星系诞生了。如果这种跃变停止，就不会有星系出现。这个过程在暴胀期间于不同尺度上反复发生，到底有多少不同的跃变发生过？

这些跃变造就了后来各种不同的宇宙，星系与空无点缀其中。到底有多少种可能性？有一个组合答案：若n是宇宙增大一倍的次数，那暴胀后宇宙的体积就增大了2³ⁿ倍。由于跃变而发生的结构变化的总次数与此成正比。基于此，就可得出这个大概的数量，它要比10⁵⁰⁰还要大上许多。

当然，在永恒暴胀理论中，暴胀将永远持续下去，所以这个数字可以是无限大的。不过在永恒暴胀中，跃变是可以重复的。标量场可能跳到它之前的状态，再跳到之前的之前的状态，直到创造出相同的质量结构。

想象一下，以前我们认为我们的宇宙是一个球形的泡泡。在新的图景中，我们的宇宙像是一个正在产生新的泡泡的泡泡，而这个它正在产生的新泡泡也正在产生新的泡泡。这是一个巨大的不规则体。古希腊人认为宇宙是理想球形的，这是因为那是他们能想象出的最好的景象了。20世纪的观点是，宇宙是优美的分形。我们已经对这些分形有所了解了。那到底有多少种分形及其元素是不可替代的？数量十分巨大。在最简单的模型中，这个数可达10的10次幂的10次幂的7次幂。尽管没人能看到整个宇宙，但实际数字可能比这个数字还要大上许多。

在发表他的暴胀理论后不久，阿兰·古斯曾有一段著名的言论，他声称，宇宙就是一顿终极免费午餐。确实如此，在暴胀理论中，宇宙是无中生有的。一年之后，在剑桥的第一次暴胀理论会议上，我扩充了古斯的宣言：宇宙不仅仅是一顿免费午餐，还是一场各种美食应有尽有的永恒盛宴。但那时我还没想到，所有可能宇宙的菜单庞大得令人难以想象。