時間簡史

第13部分 (第1/4頁)

竺娓�30個0）倍。

固斯提出，宇宙是以一個非常熱而且相當紊亂的狀態從大爆炸開始的。這些高溫表明宇宙中的粒子運動得非常快並具有高能量。正如早先我們討論的，人們預料在這麼高的溫度下，強和弱核力及電磁力都被統一成一個單獨的力。當宇宙膨脹時它會變冷，粒子能量下降。最後出現了所謂的相變，並且力之間的對稱性被破壞了：強力變得和弱力以及電磁力不同。相變的一個普通的例子是，當水降溫時會凍結成冰。液態水是對稱的，它在任何一點和任何方向上都是相同的。然而，當冰晶體形成時，它們有確定的位置，並在某一方向上整齊排列，這就破壞了水的對稱。

處理水的時候，只要你足夠小心，就能使之“過冷”，也就是可以將溫度降低到冰點（0℃）以下而不結冰。固斯認為，宇宙的行為也很相似：宇宙溫度可以低到臨界值以下，而沒有使不同的力之間的對稱受到破壞。如果發生這種情形，宇宙就處於一個不穩定狀態，其能量比對稱破缺時更大。這特殊的額外能量呈現出反引力的效應：其作用如同一個宇宙常數。宇宙常數是當愛因斯坦在試圖建立一個穩定的宇宙模型時，引進廣義相對論之中去的。由於宇宙已經像大爆炸模型那樣膨脹，所以這宇宙常數的排斥效應使得宇宙以不斷增加的速度膨脹，即使在一些物質粒子比平均數多的區域，這一有效宇宙常數的排斥作用超過了物質的引力吸引作用。這樣，這些區域也以加速暴漲的形式而膨脹。當它們膨脹時，物質粒子越分越開，留下了一個幾乎不包含任何粒子，並仍然處於過冷狀態的膨脹的宇宙。宇宙中的任何不規則性都被這膨脹抹平，正如當你吹脹氣球時，它上面的皺紋就被抹平了。所以，宇宙現在光滑一致的狀態，可以是從許多不同的非一致的初始狀態演化而來。

在這樣一個其膨脹由宇宙常數加速、而不由物質的引力吸引使之減慢的宇宙中，早期宇宙中的光線就有足夠的時間從一個地方傳到另一個地方。這就解答了早先提出的，為何在早期宇宙中的不同區域具有同樣性質的問題。不但如此，宇宙的膨脹率也自動變得非常接近於由宇宙的能量密度決定的臨界值。這樣，不必去假設宇宙初始膨脹率曾被非常仔細地選擇過，就能解釋為何現在的膨脹率仍然是如此地接近於臨界值。

暴漲的思想還能解釋為何宇宙存在這麼多物質。在我們能觀察到的宇宙裡大體有1億億億億億億億億億億（1後面跟80個0）個粒子。它們從何而來？答案是，在量子理論中，粒子可以從粒子／反粒子對的形式由能量中創生出來。但這只不過引起了能量從何而來的問題。答案是，宇宙的總能量剛好是零。宇宙的物質是由正能量構成的；然而，所有物質都由引力互相吸引。兩塊互相靠近的物質比兩塊分得很開的物質具有更少的能量，因為你必須消耗能量去克服把它們拉在一起的引力而將其分開。這樣，在一定意義上，引力場具有負能量。在空間上大體一致的宇宙的情形中，人們可以證明，這個負的引力能剛好抵消了物質所代表的正能量，所以宇宙的總能量為零。

零的兩倍仍為零。這樣宇宙可以同時將其正的物質能和負的引力能加倍，而不破壞其能量的守恆。在宇宙的正常膨脹時，這並沒有發生。這時當宇宙變大時，物質能量密度下降。然而，這種情形確實發生於暴漲時期。因為宇宙膨脹時，過冷態的能量密度保持不變：當宇宙體積加倍時，正物質能和負引力能都加倍，總能量保持為零。在暴漲相，宇宙的尺度增大了一個非常大的倍數。這樣，可用以製造粒子的總能量變得非常大。正如固斯所說的：“都說沒有免費午餐這件事，但是宇宙是最徹底的免費午餐。”

今天宇宙不是以暴漲的方式膨脹。這樣，必須有一種機制，它可以消去這一非常大的有效宇宙常數，從而使膨脹率從加速的狀態，改變為正如同今天這樣由引力減慢下的樣子。人們可以預料，在宇宙暴漲時不同力之間的對稱最終會被破壞，正如過冷的水最終會凝固一樣。這樣，未破缺的對稱態的額外能量就會釋放，並將宇宙重新加熱到剛好低於使不同力對稱的臨界溫度。以後，宇宙就以標準的大爆炸模式繼續膨脹並變冷。但是，現在找到了何以宇宙剛好以臨界速率膨脹，並在不同的區域具有相同溫度的解釋。

在固斯的原先設想中，有點像在非常冷的水中出現冰晶體，相變是突然發生的。其想法是，正如同沸騰的水圍繞著蒸汽泡，新的對稱破缺相的“泡泡”在原有的對稱相中形成。泡泡膨脹並互相碰撞，直到整個宇宙變成新相。麻煩在於，正如同我和其他幾個人所指出的，宇宙膨脹得