時間簡史

第12部分 (第2/4頁)

動物、哺乳動物以及最後人類等生命的更高形式的發展。

宇宙從非常熱開始並隨膨脹而冷卻的景象，和我們今天所有的觀測證據相一致。儘管如此，還有許多重要問題未被回答：

（1）為何早期宇宙如此之熱？

（2）為何在大尺度上宇宙是如此一致？為何在空間的所有地方和所有方向上它顯得是一樣的？尤其是，當我們朝不同方向看時，為何微波輻射背景的溫度是如此之相同？這有點像問許多學生一個考試題。如果所有人都剛好給出相同的回答，你就會十分肯定，他們互相之間透過話。在上述的模型中，從大爆炸開始光還沒有來得及從一個很遠的區域傳到另一個區域，即使這兩個區域在宇宙的早期靠得很近。按照相對論，如果連光都不能從一個區域走到另一個區域，則沒有任何其他的資訊能做到。所以，除非因為某種不能解釋的原因，導致早期宇宙中不同的區域剛好從同樣的溫度開始，否則，沒有一種方法能使它們有互相一樣的溫度。

（3）為何宇宙以這樣接近於區分坍縮和永遠膨脹模型的臨界膨脹率的速率開始，以至於即使在100億年以後的現在，它仍然幾乎以臨界的速率膨脹？如果在大爆炸後的1秒鐘那一時刻其膨脹率甚至只要小十億億分之一，那麼在它達到今天這麼大的尺度之前宇宙就已坍縮。

（4）儘管在大尺度上宇宙是如此的一致和均勻，它卻包含有區域性的無規性，諸如恆星和星系。人們認為，這些是從早期宇宙中不同區域間的密度的很小的差別發展而來。這些密度起伏的起源是什麼？

廣義相對論本身不能解釋這些特徵或回答這些問題，因為它預言，在大爆炸奇點宇宙是從無限密度開始的。在奇點處，廣義相對論和所有其他物理定律都失效：人們不能預言從奇點會出來什麼。正如以前解釋的，這表明我們可以從這理論中除去大爆炸奇點和任何先於它的事件，因為它們對我們沒有任何觀測效應。空間一時間就會有邊界——大爆炸處的開端。

看來科學揭露了一組定律，在不確定性原理極限內，如果我們知道宇宙在任一時刻的狀態，這些定律就會告訴我們，它如何隨時間發展。這些定律也許原先是由上帝頒佈的，但是看來從那以後他就讓宇宙按照這些定律去演化，而不再對它干涉。但是，它是如何選擇宇宙的初始狀態和結構的？在時間的開端處“邊界條件”是什麼？

一種可能的回答是，上帝選擇宇宙的這種初始結構是因為某些我們無望理解的原因。這肯定是在一個全能造物主的力量之內。但是如果他使宇宙以這種不可理解的方式開始，何以他又選擇讓它按照我們可理解的定律去演化？整部科學史是對事件不是以任意方式發生，而是反映了一定的內在秩序的逐步的意識。這秩序可以是、也可以不是由神靈主宰的。只有假定這種秩序不但應用於定律，而且應用於在空間—時間邊界處所給定的宇宙初始條件才是自然的。可以有大量具有不同初始條件的宇宙模型，它們都服從定律。應該存在某種原則去抽取一個初始狀態，也就是一個模型去代表我們的宇宙。

所謂的紊亂邊界條件即是這樣的一種可能性。這裡含蓄地假定，或者宇宙是空間無限的，或者存在無限多宇宙。在紊亂邊界條件下，在剛剛大爆炸之後，尋求任何空間的區域在任意給定的結構的機率，在某種意義上，和它在任何其他的結構的機率是一樣的：宇宙初始態的選擇純粹是隨機的。這意味著，早期宇宙可能是非常紊亂和無規則的。因為與光滑和有序的宇宙相比，存在著更多得多的紊亂和無序的宇宙。（如果每一結構都是等機率的，多半宇宙是從紊亂無序態開始，就是因為這種態多得這麼多。）很難理解，從這樣紊亂的初始條件，如何導致今天我們這個在大尺度上如此光滑和規則的宇宙。人們還預料，在這樣的模型中，密度起伏導致了比由伽瑪射線背景所限定的多得多的太初黑洞的形成。

如果宇宙確實是空間無限的，或者如果存在無限多宇宙，則就會存在某些從光滑和一致的形態開始演化的大的區域。這有一點像著名的一大群猴子敲打打字機的故事——它們大部分所寫的都是廢話。但是純粹由於偶然，它們可能碰巧打出莎士比亞的一首短詩。類似地，在宇宙的情形，是否我們可能剛好生活在一個光滑和一致的區域裡呢？初看起來，這是非常不可能的，因為這樣光滑的區域比紊亂的無序的區域少得多得多。然而，假定只有在光滑的區域裡星系、恆星才能形成，才能有合適的條件，讓像我們這樣複雜的、有能力質疑為什麼宇宙是如此光滑的問題、能自然複製的組織得以存在。這