? Mental Floss
利維坦按:
“沒有任何問題可以像無窮那樣深深的觸動(dòng)人的情感,很少有別的觀念能像無窮那樣激勵(lì)理智產(chǎn)生富有成果的思想,然而也沒有任何其他的概念能像無窮那樣需要加以闡明。”德國數(shù)學(xué)家大衛(wèi)·希爾伯特的這句話激動(dòng)人心,但也讓人困惑。千百年來,有無數(shù)圍繞著無窮大的構(gòu)想,但我們的整體認(rèn)知,實(shí)際上是把宇宙作為在時(shí)間上有起點(diǎn),在空間上有限度的想像模型來對(duì)待的。宇宙是否類似地球,是有限無界的呢?
根據(jù)愛因斯坦的超圓體理論,他認(rèn)為宇宙是有限無界的,其直徑約150億光年,但沒有邊界。換言之,如果你朝著一個(gè)方向走,最終會(huì)回到原點(diǎn)。而宇宙是一個(gè)被四維空間堆疊成的超圓體,等于一個(gè)具有有限空間體積的自身閉合連續(xù)區(qū)。還有更神奇的理論,比如美國數(shù)學(xué)家杰弗里·威克斯(Jeffrey Weeks)認(rèn)為,宇宙實(shí)際上是有限的,且大約只有70億光年的寬度,形狀如五邊形組成的十二面體,類似足球。之所以給我們無邊無際的錯(cuò)覺,乃是因?yàn)檫@個(gè)有限空間通過“返轉(zhuǎn)效應(yīng)”無限重復(fù)映現(xiàn)自身罷了。
在博爾赫斯(Jorge Luis Borges)的《沙之書》(The Book of Sand)中,一個(gè)神秘的傳教者敲開了故事主人公的門,想要賣給他一本圣書。這本書是他在印度一個(gè)小村莊中無意發(fā)現(xiàn)的,顯然已經(jīng)經(jīng)手過多個(gè)主人。
傳教者說,送給他這本書的文盲農(nóng)民把它稱為《沙之書》,“因?yàn)檫@本書和沙子一樣,無始無終?!贝蜷_這本書,主人公發(fā)現(xiàn)書頁皺巴巴的,排版也很糟糕,每頁的右上角都有一個(gè)無序的阿拉伯?dāng)?shù)字。
傳教者建議主角試著找到第一頁。但這是不可能的。無論他離第一頁有多近,在封面和他的手之間總還有好幾頁?!八鼈兙秃孟袷菑臅忻俺鰜淼囊粯印!比缓髠鹘陶咭笾鹘钦业綍慕Y(jié)尾。他再一次失敗了。主角說:“這不可能?!?“不可能,但確實(shí)如此,”傳教者回答道。這本書的頁數(shù)是無限的。沒有首頁,也沒有末頁。傳教者停頓了一下,開始思考。“如果空間是無限的,我們就在任何地方,處于空間的任何一點(diǎn)。如果時(shí)間是無限的,我們就處于時(shí)間的任何一點(diǎn)?!?/strong>
千百年來,對(duì)無限的思考一直讓人類著迷和困惑。對(duì)于數(shù)學(xué)家來說,無窮大是一個(gè)智力游戲。在這里,無窮多個(gè)分?jǐn)?shù)加起來可以等于1。對(duì)天文學(xué)家來說,問題是宇宙是否有邊界,外太空是否會(huì)一直擴(kuò)展下去。如果果真如此,正如大多數(shù)宇宙學(xué)家現(xiàn)在所相信的那樣,會(huì)出現(xiàn)無數(shù)不確定的后果。比如,在宇宙的某個(gè)地方,我們每個(gè)人都應(yīng)該有無數(shù)個(gè)副本。因?yàn)榧词故歉怕蕵O低的情況(比如創(chuàng)造一個(gè)特定個(gè)體的精確原子排列),在做了無限次試驗(yàn)后,也會(huì)重復(fù)無限次?!蕹艘匀魏螖?shù)(0除外)等于∞。
要測(cè)量無限是不可能的,至少根據(jù)通常的大小概念是這樣。如果你把無窮大切成兩半,每一半仍然是無窮大。在一個(gè)被稱為“希爾伯特大酒店”(Hilbert’s grand hotel)的設(shè)想中,如果一個(gè)疲憊的旅行者到達(dá)一個(gè)滿房但無限大的酒店,他完全不需要擔(dān)心沒有房間住。你只需把1號(hào)房間的客人搬到2號(hào)房間,2號(hào)房間的客人搬到3號(hào)房間,以此類推,無窮無盡。在這個(gè)過程中,你已經(jīng)安排好了之前所有的客人,并為新來的客人騰出了1號(hào)房間。無限酒店總是有房間的。
我們可以用無限做各種思維游戲,但我們無法讓它可視化。相比之下,我們可以想象飛馬的樣子。我們見過馬,也見過鳥,所以我們可以在腦子里給馬植入翅膀,然后把它送上天空。對(duì)于無限,就不是這樣了。它的“非可視化性”是其神秘性的一部分。
最早記錄關(guān)于無限的概念似乎出現(xiàn)在公元前600年左右,當(dāng)時(shí)希臘哲學(xué)家阿納克西曼德(Anaximander)引入了“apiron”這個(gè)詞,意思是“不受限制”或“無限”(音譯為“阿派朗”)。對(duì)阿那克西曼德來說,盡管無限本身并不是一種物質(zhì),但地球、天空和所有物質(zhì)都是由它引起的。
大約在同一時(shí)期,中國人引入了“無極”一詞,意為“無邊無際”,還有“無窮”,意為“無窮無盡”。他們認(rèn)為無限非常接近于虛無。在中國人的思想中,存在與非存在,就像陰與陽一樣,是相互協(xié)調(diào)的,所以才有了無限與虛無的親緣關(guān)系。幾個(gè)世紀(jì)以后,亞里士多德認(rèn)為,無限實(shí)際上并不存在,但他承認(rèn)“潛在的無限”(potential infinity.)是存在的。整數(shù)就是一個(gè)例子。任何一個(gè)整數(shù)加上1就能得到一個(gè)更大的數(shù)字。只要你有耐心,這個(gè)過程就能繼續(xù)下去,但你永遠(yuǎn)無法達(dá)到無窮。
事實(shí)上,無限有許多有趣的特性,其中之一就是你無法從某一點(diǎn)到達(dá)另一點(diǎn)。無限不是有限的簡(jiǎn)單相加。雖然它的部分可能看起來是有限的,例如一個(gè)天文數(shù)字或一個(gè)很大的空間,但它和有限性質(zhì)完全不同。無限是一個(gè)獨(dú)立的存在。我們所看到和經(jīng)歷的每件事都有其局限性、邊界性和有形性。對(duì)于無限,就不是這樣了。
出于類似的原因,圣奧古斯丁(St. Augustine)、斯賓諾莎(Baruch Spinoza)和其他神學(xué)家都將無限與上帝聯(lián)系在了一起:上帝有無限力量、無限知識(shí)、且無限存在。托馬斯·阿奎那(Thomas Aquinas)說過:“上帝無處不在,存在于萬物之中,因?yàn)樗菬o邊無際的。”
在非物質(zhì)世界的宗教領(lǐng)域之外,物理學(xué)家也相信物質(zhì)世界中也可能存在無窮無盡的事物。但這種信念永遠(yuǎn)無法得到證實(shí)。你不能從某一點(diǎn)到達(dá)另一點(diǎn)。大多數(shù)人第一次感受到無限,是在孩提時(shí)第一次仰望夜空?;蚴窃诤_呉谎弁坏疥懙?,只能看到海岸線一點(diǎn)一點(diǎn)融入地平線時(shí)。但這些只是管中窺豹,就像數(shù)到幾千,但離亞里士多德的“潛在的無限”還相差很遠(yuǎn)。我們已經(jīng)不知所措,但我們離無限還差很遠(yuǎn)。
無限這個(gè)概念,在今天仍然充滿爭(zhēng)議和矛盾,各種與之相關(guān)的國際會(huì)議紛紛召開,并引發(fā)了激烈的學(xué)術(shù)爭(zhēng)論。物理力的力量能否無限大?空間能被無限分割,直至無限???另一方面,物質(zhì)空間是否可以無限延伸,在一個(gè)星系外還有另一個(gè)星系?整數(shù)的無窮大與所有數(shù)的無窮大之間是否存在無窮多的數(shù)字?
2013年5月,一個(gè)由科學(xué)家和數(shù)學(xué)家組成的小組聚集在紐約市,討論圍繞“無限”的深?yuàn)W難題。加州大學(xué)伯克利分校(University of California at Berkeley)的數(shù)學(xué)家威廉·休·伍?。╓illiam Hugh Woodin)這樣說:“這就有點(diǎn)像,在數(shù)學(xué)的小島上,我們已經(jīng)安寨扎營,然而周圍是一片未開拓的荒野。那里即是無限。”
在這個(gè)星球上,最有可能提出空間無限大的最廣泛概念的人是斯坦福大學(xué)教授、理論物理學(xué)家安德烈·林德(Andrei Linde)。林德只用鉛筆和紙工作?,F(xiàn)年72歲的他在莫斯科出生長(zhǎng)大,在列別捷夫物理研究所(Lebedev Physical Institute)獲得了物理學(xué)博士學(xué)位。他的父母都是物理學(xué)家。他的妻子是物理學(xué)家雷納塔·卡洛什(Renata Kallosh),她也是斯坦福大學(xué)的教授。1990年,林德和卡洛什移居美國,并就職于他們目前的崗位。
20世紀(jì)80年代,林德提出了一個(gè)關(guān)于宇宙起源的基本理論。
他的理論被稱為“永恒混沌暴漲理論”(eternal chaotic inflation),修正了麻省理工學(xué)院(MIT)物理學(xué)家艾倫·古思(Alan Guth)1981年提出的理論,而該理論本身又是對(duì)1927年大爆炸模型的修正。林德的理論認(rèn)為,在宇宙初期,我們的宇宙經(jīng)歷了一段快速膨脹的時(shí)期,比標(biāo)準(zhǔn)的大爆炸模型要快得多。在極短的幾分之一秒內(nèi),一個(gè)比原子還小的空間區(qū)域“膨脹”到足以包含我們今天看到的所有物質(zhì)和能量。
古思在他的論文中闡述了大量的暴漲理論。林德的理論則更進(jìn)一步。他提出,我們所在的宇宙必然是無限多宇宙中的一個(gè)。宇宙處在無盡創(chuàng)造中,每個(gè)宇宙都在隨機(jī)不斷地產(chǎn)生新的宇宙,如此繼續(xù)下去,直至永恒。其中一些宇宙,或許還有我們所在的宇宙,應(yīng)該是無限的。就我們這個(gè)宇宙而言,快速膨脹的時(shí)期應(yīng)該在宇宙誕生0.0000000000000000000000001秒的時(shí)候就結(jié)束了。
人們很容易把這種理論當(dāng)作科幻小說。但是,科學(xué)家們的奇思妙想往往能夠成真。200年前,誰會(huì)想到我們能夠破譯創(chuàng)造生物體的微觀化學(xué)密碼,并像洗牌一樣改變這種密碼?或者制造出可以在太空中傳遞圖片和聲音的小盒子?林德的理論有嚴(yán)肅的方程式支持。并且我稱之為 '古思-林德暴漲理論'(Guth-Linde inflation theory)中的一些重要預(yù)測(cè)已經(jīng)被實(shí)驗(yàn)證實(shí)。在科學(xué)界,林德被廣泛認(rèn)為是第一梯隊(duì)的物理學(xué)家。除諾貝爾獎(jiǎng)外,他已經(jīng)獲得了物理學(xué)界的大部分重要獎(jiǎng)項(xiàng)。
林德并不低估自己工作的重要性。1987年,我第一次見到他的時(shí)候,也就是他發(fā)表暴漲理論中最重要內(nèi)容的幾年后,他這樣向我介紹他的發(fā)現(xiàn):
最近,我到林德位于加州斯坦福的家中拜訪了他,想了解一下他理論的最新情況,以及它對(duì)于我們世界觀的影響。林德和他的妻子住在一個(gè)綠樹成蔭的社區(qū),這里有蜿蜒的街道、熱帶花園和建在山上的房子。他穿著隨意,黑色羊毛衫,黑色T恤,黑色褲子,黑色涼鞋和黑色襪子,這一切與他雪白的頭發(fā)形成了鮮明的對(duì)比。他的英語很好,但仍帶有濃重的俄羅斯口音。我們坐在他的餐桌旁開始了對(duì)話。
首先,我問林德是否相信空間上的無限真的存在。(理論物理學(xué)家和數(shù)學(xué)家建立了假想的17維宇宙和其他類似的超現(xiàn)實(shí)世界,因而飽受詬病。)林德回答道:“你認(rèn)為恐龍真的存在嗎?”他停頓了一下,繼續(xù)說道:“世界上一切事物的運(yùn)作表明,空間的無限性是存在的?!绷值略诖朕o上很謹(jǐn)慎。他區(qū)分了我們不可知的現(xiàn)實(shí),以及我們對(duì)現(xiàn)實(shí)的模型與推斷。他對(duì)哲學(xué)一直有著濃厚的興趣。他記得曾和高中同學(xué)辯論過科學(xué)與藝術(shù)對(duì)立的問題。
我問他如何看待無限,是否試圖將其可視化。他說:“無論你走多遠(yuǎn),你都可以走得更遠(yuǎn)。”然后他用花園做了一個(gè)比喻:“但是這個(gè)花園沒有圍欄?!?/strong>
阿那克西曼德的無限概念是抽象的,不能合理地與物理空間聯(lián)系起來。事實(shí)上,早期的希臘哲學(xué)家認(rèn)為宇宙大小是有限的,有一個(gè)外部邊界,盡管他們并沒有提出宇宙確切有多大。
第一個(gè)以具體術(shù)語假定無限空間宇宙的人,似乎是16世紀(jì)英國數(shù)學(xué)家和天文學(xué)家托馬斯·迪格斯(Thomas Digges)。1576年,迪格斯出版了他已故父親所著的天文年鑒《永恒的預(yù)言》(A Prognostication Everlasting)的修訂版。在一個(gè)附錄中,迪吉斯打破了恒星的固有格局,將眾多恒星劃分到無盡的空間中去。在他所畫的天體圖的中心是太陽,發(fā)出耀眼的光芒,周圍是一圈一圈行星的“軌道”。在這一區(qū)域之外,恒星延伸到頁面的邊緣,它們分布在四面八方,宇宙看起來無邊無際。
在一件事情上,迪格斯同意哥白尼和亞里士多德,即宇宙總體上處于靜止?fàn)顟B(tài),就像一座宏偉而不朽的大教堂。從無限的過去到無限的未來,它已經(jīng)永遠(yuǎn)存在,并將永遠(yuǎn)存在。自他之后,這個(gè)概念又默默地持續(xù)了300年。甚至到了1917年,阿爾伯特·愛因斯坦根據(jù)他的新引力理論提出宇宙學(xué)模型時(shí),也提出了一個(gè)靜態(tài)和永恒的宇宙。
然后大爆炸理論出現(xiàn)了。1927年,一位比利時(shí)牧師和物理學(xué)家喬治·勒梅特(Georges Lema?tre)提出,先前觀察到的星系外向運(yùn)動(dòng)意味著宇宙正在膨脹。事實(shí)上,宇宙并不是靜止的。愛因斯坦稱這個(gè)想法是“令人厭惡的”。然而,兩年后,勒梅特的理論被美國天文學(xué)家埃德溫·哈勃(Edwin Hubble)證實(shí),他發(fā)現(xiàn)其他星系飛離我們的速度與它們的距離成正比,就好像所有的星系都是畫在膨脹氣球上的點(diǎn)。從任何一個(gè)點(diǎn)來看,似乎所有其他的點(diǎn)都在遠(yuǎn)離它。沒有一個(gè)點(diǎn)是中心。
如果你把氣球里的空氣放出來,回溯時(shí)間,所有的點(diǎn)都會(huì)越來越靠近,直到到達(dá)過去的某個(gè)時(shí)刻,所有的點(diǎn)彼此重疊。而著個(gè)時(shí)刻就是宇宙的“開始”,也就是所謂的大爆炸,t=0(t=0即大爆炸發(fā)生之前,時(shí)間誕生之前?!g者注)。通過測(cè)量今天宇宙膨脹的速度,我們可以估計(jì)出宇宙“開始”的時(shí)間大約在140億年前。從那一刻起,宇宙一直在膨脹、變薄和冷卻。需要注意的是,氣球的比喻只是一個(gè)比喻。尤其是,與氣球不同,宇宙是可以無限膨脹的。天文學(xué)家說宇宙在膨脹的意思是,任何兩個(gè)星系之間的距離都在隨著時(shí)間的推移而增加。
大爆炸模型不僅僅是一個(gè)想法。它是一套詳細(xì)的方程式,描述了自t=0以來宇宙是如何演化的,詳細(xì)說明了定量細(xì)節(jié),比如宇宙在每個(gè)時(shí)間點(diǎn)上的平均密度和溫度等。這個(gè)模型得到了一些證據(jù)的支持。例如,通過膨脹速率計(jì)算出的宇宙年齡與通過恒星天體物理學(xué)計(jì)算出來的最古老恒星的年齡大致相同。再比如,大爆炸模型預(yù)測(cè),在宇宙誕生約30萬年時(shí),應(yīng)該會(huì)有大量的無線電波從外部空間的各個(gè)方向涌來。這種預(yù)言中的射電波洪流,被稱為“宇宙背景輻射”(cosmic background radiation),于1965年被發(fā)現(xiàn)。還有其他一些被證實(shí)的預(yù)測(cè),比如觀察到的最輕的化學(xué)元素的比例。大爆炸理論并沒有說宇宙氣球開始膨脹之前,空間和時(shí)間是否存在。這個(gè)深?yuàn)W的問題留給了林德和其他人。
林德在上世紀(jì)60年代末(如果不是更早的話)就聽說過大爆炸模型,當(dāng)時(shí)他還是莫斯科一所物理大學(xué)的學(xué)生。然而,他學(xué)的不是宇宙學(xué),而是粒子物理學(xué),艾倫·古思也是這樣。粒子物理學(xué)家研究最小尺寸的自然,而宇宙學(xué)家研究最大尺寸的自然。物理學(xué)的兩個(gè)分支似乎沒有什么關(guān)系。
但在20世紀(jì)70年代初,林德開始對(duì)某些發(fā)生在極端高溫下的現(xiàn)象感興趣,這種高溫遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了實(shí)驗(yàn)室所能創(chuàng)造的溫度,只可能存在于宇宙初期的極熱環(huán)境中。林德在描述他當(dāng)時(shí)的一個(gè)理論(即后來的暴漲理論)時(shí)表示:“乍一看,這個(gè)理論似乎太過奇異。我們?cè)?972年發(fā)現(xiàn)了它,但之后兩年時(shí)間里沒人相信我們。人們聽到之后只會(huì)大笑?!钡?974年,一些美國物理學(xué)家證實(shí)了這些主要結(jié)論。
這種對(duì)林德早期工作的回應(yīng)——先是質(zhì)疑,再是接受——似乎已經(jīng)成為他職業(yè)生涯的一種模式。在我們的談話中,我們談到了科學(xué)理論,尤其是特立獨(dú)行的理論,在科學(xué)界面臨的境地。林德描述了他所謂的一種強(qiáng)烈的“社會(huì)學(xué)”效應(yīng):科學(xué)家的偏見和偏好,他們的機(jī)構(gòu)地位,以及科學(xué)事業(yè)固有的謹(jǐn)慎。林德本人不是一個(gè)謹(jǐn)慎的人。他的同事形容他隨口就能說出很多想法,有些是對(duì)的,有些是錯(cuò)的。他還是一個(gè)極端自信的人,在他受歡迎的講座中,或是聊到他受喜愛的文章時(shí),他顯得表演欲豐富。
到20世紀(jì)70年代初,盡管大爆炸模型取得了成功,但一些物理學(xué)家依然有疑慮。例如,他們一個(gè)長(zhǎng)久的擔(dān)憂是,無論我們從哪個(gè)方向觀察,宇宙無線電波的溫度都是高度均勻的。
這可能有兩種解釋:要么是宇宙開始時(shí)就處于極度均勻的狀態(tài),所有部分都處于相同的溫度,要么是任何最初的不均勻性都被及時(shí)抹平了,就像浴缸里的冷熱水會(huì)通過熱交換達(dá)到相同的溫度一樣。
然而,熱交換需要時(shí)間。根據(jù)宇宙大爆炸模型,在宇宙誕生之后的30萬年里,也就是宇宙無線電波產(chǎn)生的時(shí)候,我們今天看到的宇宙的不同部分不會(huì)有足夠的時(shí)間來交換熱量。因此,第二種解釋是行不通的。另一方面,物理學(xué)家認(rèn)為第一種解釋不可取,因?yàn)樗褑栴}簡(jiǎn)單化了。“因?yàn)樗緛硎裁礃?,現(xiàn)在就是什么樣?!币话銇碚f,物理學(xué)家厭惡這種論點(diǎn)。
古思-林德暴漲理論解決了宇宙無線電波的難題,以及大爆炸模型的其他問題。在宇宙以驚人的速度膨脹時(shí),一塊非常微小的空間,微小到它的所有部分都可以同質(zhì)化,會(huì)迅速膨脹到可以囊括今天整個(gè)可觀測(cè)的宇宙。所以,無論初始條件如何,膨脹都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)溫度均勻的宇宙。
最重要的是,暴漲理論解釋了膨脹的原因,并包含了有關(guān)各種能量和力的方程式。該理論的關(guān)鍵,以及宇宙早期極快膨脹的原因,是一種被稱為“標(biāo)量場(chǎng)”(scalar field)的能量。大多數(shù)能量場(chǎng),比如引力,是看不見的,但它們可以產(chǎn)生力。一些標(biāo)量場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生斥力:它們把物體分開,而不是把物體拉到一起。
古思-林德理論最初由莫斯科的阿列克謝·斯塔羅賓斯基(Alexei Starobinsky)提出的,從1979年到1986年,該理論不斷發(fā)展完善,最終形成了古思-林德理論。在這幾年間,不斷有問題出現(xiàn)并得到解決,物理學(xué)家也提出了各種版本的理論。
林德的一個(gè)觀點(diǎn)是,在早期宇宙中,由于量子效應(yīng),標(biāo)量場(chǎng)能量應(yīng)該不斷地以不同的量級(jí)產(chǎn)生。量子物理學(xué)的一個(gè)奇怪之處在于,能量和物質(zhì)可以在短時(shí)間內(nèi)突然憑空出現(xiàn)。如果你能用足夠倍數(shù)的顯微鏡觀察空間,你會(huì)發(fā)現(xiàn)它在不斷地波動(dòng),幽靈般的粒子和能量在其中翻滾,一會(huì)兒出現(xiàn),一會(huì)兒又消失。量子現(xiàn)象通常只在原子這個(gè)微小的世界里才會(huì)顯現(xiàn),但在t=0附近,整個(gè)可觀測(cè)的宇宙比原子還小。如果在早期宇宙的某一時(shí)刻,有足夠的標(biāo)量場(chǎng)能物質(zhì)化,它的斥力引力效應(yīng)會(huì)使空間迅速膨脹,從而產(chǎn)生整個(gè)宇宙。由于這樣的量子波動(dòng)會(huì)在任意的地點(diǎn)和時(shí)間發(fā)生(也就是林德的永恒混沌暴漲理論中的“混沌”),新的宇宙會(huì)不斷形成。
事實(shí)上,林德的理論要求我們重新定義宇宙。
一些物理學(xué)家現(xiàn)在把“宇宙”這個(gè)詞理解為一個(gè)空間區(qū)域,它將被隔離到無限的未來,在過去,這塊空間可能與宇宙的其他部分有聯(lián)系,但之后會(huì)分離,再也不會(huì)有聯(lián)系。根據(jù)愛因斯坦的理論,引力以令人費(fèi)解的方式改變了空間的幾何形狀,因此可以想象存在多個(gè)宇宙,每個(gè)宇宙的范圍都是無限的。
物理學(xué)家預(yù)測(cè),由量子漲落所創(chuàng)造的新宇宙具有多種的特性:有些可能是無限的,另一些可能是有限的;有些可能有合適的條件來孕育出恒星、行星和生命;另一些可能是沒有生命的、未成形的亞原子粒子和能量的沙漠;還有些甚至可能與我們的宇宙有不同的維度。如此來看,一個(gè)又一個(gè)宇宙不斷地產(chǎn)生新的宇宙,每個(gè)宇宙都有自己的大爆炸。我們所說的t=0并不是全宇宙空間和時(shí)間的開始,而只是我們這個(gè)特定的宇宙的開始。
在林德的一些論文中,他將他永恒的混沌膨脹模型描述為一個(gè)由枝杈叢生的球莖組成的茂密樹籬,每個(gè)球莖都是一個(gè)獨(dú)立的宇宙,通過枝蔓與它的祖祖輩輩相連。整個(gè)樹籬可以稱為“宇宙”。有時(shí),這也被稱為“多元宇宙”。
林德的照片讓人震驚,你會(huì)發(fā)現(xiàn),每個(gè)球莖都代表著一個(gè)完整的宇宙,有些宇宙也包含著恒星、行星、城市、辦公樓、樹木、螞蟻或類似螞蟻的生物、日落。這深不可測(cè),然而人類的頭腦早已看透了這層想象力的厚籬。傳教者在《沙之書》中說:“不可能,但確實(shí)如此?!?/p>
有人將林德的“宇宙地圖”(map of the universes)與巴比倫的“世界地圖”(Map of the World)相比較,巴比倫的“世界地圖”是已知最古老的人類繪制的地圖之一,發(fā)現(xiàn)于今伊拉克的一塊泥板上,現(xiàn)藏于大英博物館。在這張已知世界的古地圖上(約公元前600年),巴比倫城坐落在幼發(fā)拉底河上。圖中標(biāo)注并用阿卡德語命名的城市包括烏拉爾圖、蘇薩、亞述和哈班等;還有一座山;以及籠罩著居住城市的環(huán)形海洋(標(biāo)注為“苦河”)。最后,從環(huán)形海洋中放射出的尖角代表了一些未命名的未知外圍區(qū)域。
能否將這些未命名的尖角與林德地圖中未命名的球莖相比較??jī)烧叨歼h(yuǎn)遠(yuǎn)超出了物理探索的范疇。兩者都需要想象力的飛躍。然而,林德的“球莖”卻是某些數(shù)學(xué)方程式的邏輯結(jié)果。正如林德也會(huì)承認(rèn)的那樣,這些方程式也是人類想象力的作品,是對(duì)現(xiàn)實(shí)的模擬,而不是現(xiàn)實(shí)本身。
林德的想法既具有遠(yuǎn)見卓識(shí),又立足于邏輯思維。盡管像所有理論物理學(xué)家那樣,林德精通數(shù)學(xué),但他告訴我,他自己更多的是直覺而不是技術(shù),他是史蒂夫·喬布斯,而不是史蒂夫·沃茲尼亞克(Steve Wozniak,美國電腦工程師,曾與史蒂夫·喬布斯合伙創(chuàng)立蘋果電腦?!g者注)。
巴比倫的世界地圖是一幅靜止的圖畫。相比之下,林德的宇宙地圖則體現(xiàn)了進(jìn)化、變化和運(yùn)動(dòng)。不同的宇宙在時(shí)間中相互產(chǎn)生。
看著林德的地圖,我并沒有感覺到無限。相反,我覺得自己很渺小,很微不足道。就像那個(gè)傳教者所說的一樣,如果空間是無限的,那么我們?cè)诳臻g上、在時(shí)間上就毫不重要。如果我們?cè)诳臻g上毫不重要,在時(shí)間上毫不重要,如果我們短暫的生命是在一個(gè)小星球上度過的,而這個(gè)小星球本身就可能是無限大的宇宙中幾十億個(gè)星球之一,我們的整個(gè)宇宙只是林德的宇宙厚籬中的一個(gè)球莖,那么我們所做的任何事情怎么可能有意義?
另一方面,作為這個(gè)深不可測(cè)的存在鏈,這個(gè)無限的存在中的一部分,哪怕是很小的一部分,也可能存在一些偉大的東西。我們會(huì)逝去,我們的太陽會(huì)燃燒殆盡,我們的宇宙可能會(huì)在千億年后變成一片黑暗和沒有生命的虛空。但是,根據(jù)林德的說法,其他宇宙正在不斷地誕生,有些肯定是有生命的,它們會(huì)誕生出一些無法命名的珍貴的東西。
我們不太可能知道林德的無限宇宙是否存在。但科學(xué)家們正在積極檢驗(yàn)古思-林德暴漲理論的其余部分。林德向我解釋說,其中一個(gè)最重要的測(cè)試是探索一種叫做“B模式極化”(B-mode polarization)的東西。B模式極化是暴漲理論預(yù)測(cè)的宇宙無線電波振動(dòng)中的一種輕微扭曲模式。
目前,智利北部阿塔卡馬沙漠的POLARBEAR實(shí)驗(yàn)和南極的BICEP實(shí)驗(yàn)等都在進(jìn)行B模式極化的精確測(cè)量。這些實(shí)驗(yàn)都是國際合作的,美國、英國、威爾士、法國、日本和加拿大的十幾個(gè)機(jī)構(gòu)都參與其中。全世界成千上萬的理論和實(shí)驗(yàn)科學(xué)家,都在積極努力地檢驗(yàn)暴漲理論并探究其后果。今天,幾乎所有的宇宙學(xué)家都接受這一理論作為描述宇宙最初時(shí)刻的最佳假設(shè)。該理論必會(huì)被認(rèn)為是人類思想的勝利。
然而,林德似乎并不是一個(gè)安于現(xiàn)狀的人。他仍然在不斷探索。當(dāng)他談到暴漲理論時(shí),他似乎仍然在駁斥反對(duì)者和對(duì)立的理論家,為自己的觀點(diǎn)辯護(hù),仍然在與古思等人爭(zhēng)奪發(fā)現(xiàn)的優(yōu)先權(quán),仍然充滿了為自己辯護(hù)的強(qiáng)烈愿望。在我與他的交談中,在他的評(píng)論文章和自傳中,他把自己描述成一個(gè)英雄,建立起了新的宇宙觀,與懷疑者斗爭(zhēng),糾正別人的錯(cuò)誤和誤解,卻又常常誤解自己。
他喜歡講的一個(gè)故事是,1981年10月,斯蒂芬·霍金在莫斯科斯特恩伯格天文研究所做演講,林德被要求為俄羅斯觀眾翻譯。當(dāng)時(shí),包括霍金在內(nèi)的許多物理學(xué)家都在試圖解決古思最原始的暴漲理論中的一個(gè)嚴(yán)重問題(過度的不均勻性)。林德在那時(shí)候已經(jīng)提出了自己的暴漲理論,修正了古思的理論,但尚未發(fā)表。在演講過程中,霍金會(huì)咕噥幾個(gè)看似不連貫的詞,一個(gè)熟悉他演講的研究生會(huì)翻譯成可以理解的英語,然后林德再翻譯成俄語。在這個(gè)痛苦而緩慢的過程中,霍金宣稱林德有一個(gè)好想法,但它是錯(cuò)誤的。接下來的半個(gè)小時(shí)里,他不停地解釋為什么這是錯(cuò)的。與此同時(shí),林德必須要把他的話翻譯給觀眾。
講座結(jié)束時(shí),林德對(duì)觀眾說:“我已經(jīng)翻譯了霍金先生的話,但我不同意他的觀點(diǎn)?!?/strong>然后,他和霍金一起來到大樓的另一個(gè)房間,關(guān)上門,向霍金解釋他的新理論的更多細(xì)節(jié)。據(jù)林德說,霍金最終不得不承認(rèn)他是對(duì)的。林德回憶說,霍金“在那里坐了大約一個(gè)半小時(shí),反復(fù)地絮叨:'但你以前沒有說過這些。你先前并沒有告訴我。’”
也許林德的自大和逞強(qiáng),正是他變幻莫測(cè)的宇宙理論中必不可少的要素。到目前為止,其他擁有同等智識(shí)但更謹(jǐn)慎的科學(xué)家還沒有這樣的膽略來提出他們的世界理論。方程就是方程,但它們必須通過人類的頭腦想象和解釋。這樣一個(gè)頭腦是獨(dú)一無二的,本身就是一個(gè)復(fù)雜的宇宙,充滿無窮無盡、變化多端的奇思妙想和可能性。再說,任何探索我們宇宙起源的科學(xué)家(世界上有數(shù)百位科學(xué)家為此孜孜不倦地工作),都必須具有一定的冒進(jìn)精神。
林德告訴我:“一開始,我像個(gè)小孩子一樣,不斷地去發(fā)現(xiàn)?!?/p>
林德走到他的電腦前,迫不及待地給我看他的Flickr網(wǎng)站,他在那里發(fā)布了數(shù)百張照片。他的一張名為“阿爾卡扎之夢(mèng)”的照片描繪了西班牙塞維利亞克魯塞羅露臺(tái)(Patio del Crucero in Seville, Spain)的一個(gè)地下水池。照片中,一連串的石拱在詭異的橙色光芒中閃耀,俯伏在細(xì)長(zhǎng)的水池上,一個(gè)接一個(gè)地消失在遠(yuǎn)處。另一幅名為“隱藏你的臉”的圖片,是一朵蘭花內(nèi)部的近距離特寫。花的外緣是一圈半透明的藍(lán)色光暈?;ǖ闹醒胧且粚?duì)對(duì)稱的黃色花心,上面布滿斑斑紅點(diǎn),白紅相間的花蕊從中舒展,再往外是淡綠色和黃色的花瓣??偠灾@看起來像一顆復(fù)雜的寶石,是無限中的一朵小水花。
文/Alan Lightman
譯/Sue
校對(duì)/Rachel
原文/www.theatlantic.com/science/archive/2021/02/to-infinity-and-beyond/617965/
本文基于創(chuàng)作共享協(xié)議(BY-NC),由Sue在利維坦發(fā)布
文章僅為作者觀點(diǎn),未必代表利維坦立場(chǎng)
聯(lián)系客服