大爆炸竟然不是宇宙的真正起源？

作者：王爽 中山大學物理與天文學院研究員，科普作家　　編輯：婉珺　　很多人都知道，我們的宇宙起源於一場大爆炸，這就是著名的宇宙大爆炸理論。這個理論影響深遠，以致於一部非常有名的美劇直接用它作了自己的名字。　　但我可以負責任地告訴你，這種看法是錯的。大爆炸並不是宇宙的真正起源。或者說得更準確一點，大爆炸並不是宇宙誕生後發生的第一件事。當前的科學研究已經毋庸置疑地表明，在宇宙大爆炸之前一定還有別的事情發生。那到底是什麼事呢？讓我們從一則今年5月的新聞說起。　　今年5月，33名世界頂級的物理學家發表了一封聯名公開信，痛批今年2月刊登在《科學美國人》上的一篇攻擊暴脹理論的文章。所謂的暴脹，是目前最主流的解釋宇宙如何起源的理論，也是我要為你講述的重點。不過為了連貫起見，我還是繼續講這條新聞，以後再來解釋到底什麼是暴脹。　　這封公開信的作者陣容豪華至極，不是諾貝爾獎得主，就是各國科學院的大牌院士。其中名氣最大的包括：斯蒂芬·霍金（Stephen Hawking），《時間簡史》作者；斯蒂文·溫伯格（Steven Weinberg），諾貝爾物理學獎得主；弗朗克·韋爾切克（Frank Wilczek），諾貝爾物理學獎得主；喬治·斯穆特（George Smoot），諾貝爾物理學獎得主；愛德華·威頓（Edward Witten），普林斯頓高等研究院教授；胡安·馬爾達西那（Juan Maldacena），普林斯頓高等研究院教授；馬丁·里斯（Martin Rees），英國皇家學會前會長。不過我要告訴你一件特別好玩的事，上面這些物理學界大腕中沒有一人因研究宇宙起源而出名。沒錯，他們全都是被拉來充門面的「吃瓜群眾」。　　這封聯名信的作者中，真正研究宇宙起源的大佬有3人，分別是：艾倫·古斯（Alan Guth），麻省理工學院教授，暴脹概念的提出者；安德烈·林德（Andrei Linde），斯坦福大學教授，慢滾暴脹概念的提出者；阿列克謝·斯塔羅賓斯基（Alexei Starobinsky），朗道理論物理研究所教授，第一個暴脹模型的提出者。這3大巨頭花了這麼大力氣，找了這麼多大牌科學家站台，真正的目的只有一個，那就是為暴脹學派清理門戶。　　你可能會覺得有些好笑了：不就是一次學術爭論嘛，犯得著這麼大動干戈嗎？但事實上，這群學術界名流的反應已經再正常不過了。因為他們的對手已經在2月份的那篇文章里向整個暴脹學派全面宣戰了-他不僅要擋住暴脹學派的這三位大佬通往諾貝爾獎的道路，甚至還要砸爛整個暴脹學派所有人的飯碗！　　能挑起這場大戰的人，自然也不是等閑之輩。此人就是保羅·斯泰恩哈特（Paul Steinhardt），普林斯頓大學教授，以前也是暴脹學派的領袖之一，現在則變成了暴脹學派的頭號叛徒。　　過去近四十年，古斯、林德、斯塔羅賓斯基和斯泰恩哈特這4位大佬，在宇宙起源的山頭上展開了一場諾獎級別的血戰，時至今日依然勝負不明。　　接下來，我將作為你的導遊，與你開始一場肯定能讓你腦洞大開的宇宙起源之旅。我將為你講解這部學術界戰爭大片的台前幕後，也會順便給你八卦一下這4人之間的恩怨情仇。　　旅行的第一站，我們來聊一聊，讓那群學術界大佬爭得面紅耳赤的暴脹到底是什麼。　　暴脹的英文名是Inflation，它的本意就是我們在日常生活中最熟悉不過的通貨膨脹。通貨膨脹說的是，在一段時期內，社會上流通的貨幣總量發生了明顯的增長。而暴脹說的是，在創生之後遠遠不到1秒鐘的時間裡，宇宙的總體積發生了指數式的膨脹。

　　什麼是指數式的膨脹呢？傳說印度有一位國王，特別喜歡他的一個大臣發明的國際象棋，打算要好好地獎勵這個大臣一番。大臣就跪在國王面前說：「陛下，我就想要一些麥子。請您在國際象棋棋盤的第一個格子里擺一粒麥子，在第二個格子里擺兩粒，在第三個格子里擺四粒，依此類推，每一個格子里的麥子數目都是前一個格子的兩倍。您只要用麥子擺滿所有的64個格子，再把它們都賞賜給我就好了。」　　印度國王一開始還挺高興，心想要麥子還不簡單，我的糧倉里多得是。但他很快就高興不起來了，因為他驚愕地發現就算把全印度所有糧倉里的麥子都拿來，也無法填滿這個大臣的棋盤。　　這個大臣的胃口有多大呢？他總共想要1844億億粒麥子，這些麥子的總質量能達到368萬億噸，相當於目前全球小麥總產量的52萬多倍。換句話說，即使這個印度國王能控制今天地球上所有的小麥產地，他也要花超過52萬年，才能把他欠這個大臣的債全部還清。當然，更好的選擇是根本不還債，直接砍掉那個貪心大臣的腦袋。　　有了這個例子做鋪墊，現在就能講講暴脹時期宇宙總體積的指數式膨脹了。　　為了獲取368萬億噸麥子的獎勵，貪心大臣用了一個64格的棋盤。而要想膨脹出一個與目前天文觀測吻合的宇宙，暴脹理論需要用一個多少格的棋盤呢？答案是至少200格。換句話說，暴脹理論認為，在創生後遠遠不足1秒鐘的時間裡，宇宙的總體積一下就膨脹了16000億億億億億億億倍。這恐怕是一個你在現實生活中永遠也不會聽到的數字，16000後連續有7個億！這是什麼概念呢？大概相當於一座兩層高的小樓，一眨眼間就變得和整個銀河系一樣大！在經過了這麼瘋狂的膨脹之後，宇宙將會達到宏觀的尺度，變得和一個棒球一樣大。在此之後，大爆炸才正式啟動，從而讓宇宙逐漸變成我們今天看到的樣子。　　是不是覺得有點摸不著頭腦：「大爆炸就已經夠虛無縹緲了，幹嘛還要在它之前加上一段莫名其妙的暴脹呢？」　　這得從上世紀70年代末的一段往事說起。下一次，我們就來回顧一下這段已經快被遺忘的往事。
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