第20章 宇宙的起源和命运(3)

为了计算找到具有必然性子的，比方在每一点和每一方向上看起来都一样的及时空的概率，人们把和统统具有这性子的汗青相干联的波叠加起来便可。

我从莫斯科返回的第二天，即去费城接管富兰克林研讨所的奖章。我的秘书朱迪・费拉发挥其不俗的魅力压服了英国航空公司给她本身和我免费供应协和式飞机的告白观光坐席。但是，在去机场的路上被大雨担搁，我没赶上航班。固然如此，我终究还是到了费城并获得奖章。以后，我应邀在费城的爵索尔大学作了关于暴胀宇宙的演讲。我所作的报告，正和在莫斯科的一样，是关于暴胀宇宙的题目。

人们必须操纵虚时候，以制止在停止费恩曼对汗青乞降的技术上的困难。也就是说，为了计算的目标，人们必须用虚数而不是用实数来测量时候。这对时空有一风趣的效应：时候和空间的辨别完整消逝。事件具有虚值时候坐标的时空称为欧几里得型的，它是采取建立了二维面多少的希腊人欧几里得的名字定名的。我们现在称之为欧几里得时空的东西，除了是四维而不是二维以外，其他的和它都非常类似。在欧几里得时空中，时候方向和在空间中的方向没有分歧之处。另一方面，在凡是用实的时候坐标来标记事件的实的时空里，人们很轻易辨别这两种方向――位于光锥中的任何点是时候方向，位于光锥以外的为空间方向。不管如何，就平常的量子力学而言，我们操纵虚的时候和欧几里得时空，能够以为仅仅是一个计算有关及时空的答案的数学手腕（或技能）。

以是，如果情愿的话，我们能够操纵弱人存道理解释宇宙为何现在如此这般。但是，毫不是任何一种初始布局都会产生像我们察看到的宇宙。这一点很轻易做到。考虑现在宇宙处于一个非常分歧的态，比方一个非常成团的非常没法则的态。人们能够操纵科学定律，在时候大将其演变归去，以肯定宇宙在更早时候的布局。遵循典范广义相对论的奇点定理，仍然存在一个大爆炸奇点。如果你在时候进步方向上遵循科学定律演变如许的宇宙，你就会获得你从其开端的阿谁成团的没法则的态。如许，必然存在不会产生像我们明天察看到的宇宙的初始布局。以是，就连暴胀模型也没有奉告我们，为何初始布局不是那种态，从它演变成和我们观察到的非常分歧的宇宙。我们是否应当再从人存道理获得解释呢？莫非统统这统统仅仅是因为好运气？看来，这只是有望的饰词，是对我们了解宇宙底子次序的统统但愿的否定。

我们信赖，作为任何终究实际的一部分而不成或缺的第二个特性是爱因斯坦的思惟，即引力场由曲折的时空来代表：粒子在曲折空间中试图沿着最靠近于直线的某种途径走。但是因为时空不是平坦的，它们的途径看起来仿佛被引力场折弯了。当我们操纵费恩曼的汗青乞降体例去措置爱因斯坦的引力观点时，和粒子的汗青附近似的东西则是代表全部宇宙汗青的完整的曲折时空。为了制止实际停止汗青乞降的技术困难，这些曲折的时空必须采取欧几里得型的。也就是，时候是虚的并和空间的方向不成辨别。

我们仍然没有一套完整而调和的实际将量子力学和引力连络在一起。但是，我们相称清楚如许一套同一实际所应当具有的某些特性。此中一个就是它必须和费恩曼提出的遵循对汗青乞降的量子力学表述相归并。在这类体例里，一个粒子不像在典范实际中那样，不但只要一个伶仃的汗青。相反，它被以为通过期空里的任何能够的途径，这些汗青中的每一个都有一对相干的数，一个代表波的幅度，另一个代表它在循环中的位置（相位）。粒子通过某一特定点的概率是将通过此点的统统能够汗青的波叠加求得。但是，当人们实际去停止这些乞降时，就遭碰到了严峻的技术题目。躲避这个题目的独一的奇特体例是：你必须不是对产生在你我经历的“实的”时候内的，而是对产生在所谓“虚的”时候内的粒子汗青的波停止乞降。

人们能够用上面的体例来图解实数和虚数：实数能够用一根从左至右的线来代表，中间是零点，像-1，-2等负数在左边，而像1，2等正数在右边。而虚数由册页上一根高低的线来代表，i，2i等在中点以上，而-i，-2i等在中点以下。如许，在某种意义上，虚数和凡是的实数夹一向角。

在广义相对论的典范实际中，能够有很多分歧的曲折时空，每一个对应于宇宙分歧的初始态。如果我们晓得我们宇宙的初始态，我们就会晓得它的全部汗青。近似地，在量子引力论中，宇宙能够存在很多分歧的量子态。一样地，如果我们晓得在汗青乞降中的欧几里得曲折时空在起初时候的行动，我们就会晓得宇宙的量子态。

虚时候能够听起来像是科学胡想，但究竟上，它是定义得很好的数学观点。如果你取任何平常的（或“实的”）数和它本身相乘，成果是一个正数（比方2乘2是4，但-2乘-2也是这么多。）但是，存在一种特别的数（叫虚数），当它们自乘时获得负数（叫做i的数自乘时得-1，2i自乘得-4，等等）。

为了预言宇宙应当如何肇端，人们需求在时候开端处建立的定律。罗杰・彭罗斯和我证明的奇点定理指出，如果广义相对论的典范实际是精确的，则时候的开端是具有无穷密度和无穷时空曲率的一点，在如许的点上统统已知的科学定律都崩溃。人们能够假想存在在奇点处建立的新定律，但是在如此不守端方之处，乃至连表述如许的定律都是非常困难的，并且从察看中我们没有获得关于这些定律应是甚么模样的任何唆使。但是，奇点定理真正揭露的是，引力场变得如此之强，使量子引力效应变得非常首要：典范实际已经不能很好地描述宇宙。如许，人们必须用量子引力论去会商宇宙的极初期阶段。正如我们将会看到的，在量子力学中，凡是的科学定律有能够在任那边所都有效，包含时候开端这一点在内：不必针对奇点提出新的定律，因为在量子实际中不必存在任何奇点。

几个月以后，宾州大学的保罗・斯特恩哈特和安德鲁斯・阿伯勒希特独立地提出和林德非常类似的思惟。现在他们和林德分享以迟缓对称破缺的思惟为根本的所谓“新暴胀模型”的名誉。（旧的暴胀模型是指固斯关于构成泡泡后快速对称破缺的原始假想。）新暴胀模型是一个好的尝试，它能解释宇宙为何是这类模样。但是我和其他几小我指出，起码在它本来的情势，它预言的微波背景辐射的温度窜改要比察看到的大很多。厥后的事情还对极初期宇宙中是否存在过这类需求的相变提出思疑。我小我的定见是，现在新暴胀模型作为一个科学实际气数已尽。固然另有很多人仿佛不承认它的灭亡，还持续写文章，仿佛那实际另有生命力。1983年，林德提出了一个更好的所谓浑沌暴胀模型。这里没有相变和过冷，而代之以存在一个自旋为0的场，因为它的量子涨落，在初期宇宙的某些地区有大的场值。在那些地区中，场的能量起到宇宙常数的感化，它具有架空的引力效应，而使这些地区以暴胀的情势收缩。跟着它们收缩，它们中的场的能量渐渐地减小，直到暴胀窜改到如同热大爆炸模型中的收缩时为止。这些地区之一就成为可察看的宇宙让我们看到。这个模型具有起初暴胀模型的统统长处，但是它并不取决于令人生疑的相变，别的，它还能给出微波背景辐射温度起伏的公道幅度，这与观察相合适。

暴胀模型的这个研讨指出：宇宙现在的状况能够从相称大量的分歧初始布局引发。这很首要，因为它表白不必非常细心地拔取我们居住的那部分宇宙地区的初始状况。