宇宙之初：大膨胀④大膨胀真的发生过吗？

有些事情对于外行也许还是新鲜事，但对于我们的大多数读者早已不是什么新闻。譬如说，我们的宇宙诞生于138亿年前的一场爆炸，在爆炸之后又在极短的时间内经历了一次暴胀。但有关暴胀的证据，以目前的科学水平根本无法找到。

暴胀至今还只是个传说

对于宇宙大爆炸，现在差不多已成定案，因为积累的证据够多的了。但至于暴胀，目前基本上还只是一个理论假设。你要是问宇宙学家为什么会有如此一个暴胀，他们只会支支吾吾告诉你，要是没暴胀，事情就有些难办了，比如说，解释不了宇宙物质如今为何分布得这么均匀等问题。但事情难办不能算证明，要证明宇宙发生过暴胀，也得拿证据说话。

这话说来容易，只要稍微了解，就知道事情有多么困难。根据暴胀假说，宇宙在年龄只有约10-36秒时，开始指数式膨胀。在远远不足1秒的时间里，从不到一个原子大小，膨胀到了一个柚子那么大。暴胀在宇宙年龄为10-33秒时戛然而止，转而进入更平和的膨胀模式，令星系、恒星和行星得以在往后形成。至于推动宇宙暴胀的幕后力量，又是至今仍让物理学家抓瞎的什么“真空能”。

你瞧，困难真是不小：首先，暴胀发生的时间极早；其次，持续时间极短；最后，我们对暴胀的机制几乎一无所知。

但老话说得好：“若要人不知，除非己莫为”。只要事情发生过，就免不了留下痕迹。那么，假如暴胀发生过，到我们今天还会留下什么痕迹呢？这一想，又让人皱起眉头来。

宇宙诞生那一刻不可见

我们现在几乎人人都是大爆炸学说的信徒，但“宇宙源于一场爆炸”这一结论只是外推的结果，爆炸发生那一刻，谁也不在场，即使宇宙学家能收集到的最早证据——微波背景辐射，其出现也已在大爆炸之后大约38万年了。这就好比说，你爷爷最早见到你时，你已经裹在襁褓里被抱出产房了。至于你哇哇坠地那一刻，他可没见着。

我们为何不能见着比年龄38万年更早的宇宙呢？

这是因为，更早的宇宙一片漆黑，一缕光都透不出来，所以就根本没法观察。此话怎讲？我们不妨先来看看背景辐射是怎么形成的吧。

背景辐射形成的过程大致是这样的：宇宙在爆炸中诞生之后，在最初的3分钟里，合成了氢氦等元素。但那时温度有几万K，比现在太阳表面的温度（约6000K）还高。这么高的温度要伴随着强烈的发光过程。由于温度很高，发出的光子能量也高，而高能的光子又很容易被原子吸收，所以寿命短，跑不远。既然没有光能透出来，当时的宇宙可谓一片漆黑。

随着宇宙膨胀，温度越来越低，高能光子的比例渐渐减少，而低能光子却增多起来。在大爆炸之后大约38万年，宇宙的温度降低到了约3000K。此时高能光子已寥寥无几。低能光子因不会被原子吸收，就可以畅行无阻了。这才有了宇宙的“第一缕光”。这些低能光子充斥整个宇宙，就是所谓的“宇宙背景辐射”。

暴胀可能留下的痕迹

既然我们的目光无法追溯到婴儿宇宙诞生的那一瞬，而暴胀偏又发生那个时候，所以看来事情真有些难办。

过去10年来，宇宙学家开始意识到，暴胀的突然停止必定会产生时空涟漪，也就是引力波。与辐射不同，这些原初的引力波可以穿行于高温的早期宇宙中。我们知道，根据爱因斯坦的广义相对论，引力是时空的弯曲，所以引力波也是时空本身的一种波动。只要找到这原初的引力波，也就证明了暴胀确实发生过。

即使暴胀戛然而止的那一刻产生的引力波非常强，但从暴胀停止至今，宇宙已经膨胀了那么长时间，这个引力波早已经稀释得非常微弱了。所以现有的引力波探测装置，是无法检测到它的。

10年前，由“威尔金森各向异性探测器”描绘的第一张宇宙微波背景辐射图显示，早期宇宙物质在空间分布上有微小的涨落。这些涨落是孕育我们今天看到的恒星、星系和星系团等宇宙大尺度结构的种子。

如果你在这张图上任意划出一块天区，涨落看来几乎都一样，这一特点使得天文学家相信：所有物质曾一度紧密接触，充分均匀地混合，然后被突如其来的力量迅速分开——这一点正是暴胀理论所预言的。

但这张图上还显示，在整片天区的一侧比之另一侧，涨落看来似乎更为明显。这种不对称性在2013年由普朗克卫星所描绘的高分辨率背景辐射图上也得到证实。那么，这种微小的不对称性又是由什么原因造成的呢？

这让英国爱丁堡大学的宇宙学家安哲鲁·林德勒产生一个有关宇宙泡泡形成的理论。这个理论认为：我们的宇宙来自一个更大宇宙的量子涨落；我们的宇宙就像一个气泡从沸腾的水里（相当于那个更大的宇宙）冒出来，此即暴胀。由于这是一个时空的相变过程，在时空中会引起一个比较大的扰动；而现在背景辐射图上的微小不对称性可能正是这个扰动留下的痕迹。

小宇宙产生自大宇宙

这个解释又牵扯出“我们的宇宙不过是一个更大宇宙中的小泡泡”的思想。这个思想近年来被很多宇宙学家提及。他们说，在另一些宇宙泡泡里，可能基本物理规律都跟我们的宇宙大不相同。

量子物理学家的观点更玄。他们说，我们每做一次测量，都将迫使宇宙发生一次分裂。譬如说那只著名的薛定谔猫，当我们打开箱门看它（在量子物理学上，相当于测量）时，它要么活，要么死，必处于两种状态之一。如果我们看到它活着，那么在“看”的一瞬间，宇宙分裂了，在我们这个宇宙里，猫还活着，可是在另一个宇宙里，猫却死了。这就是著名的“平行宇宙理论”。

让我们再来思考一个问题：如果我们这个宇宙真是一个更大宇宙中的泡泡，那么我们可以逃离这个泡泡吗？或者，泡泡之外的物质能进入我们这个宇宙吗？

宇宙家说：我们恐怕逃离不了这个泡泡，因为泡泡的壁正以超光速在膨胀，我们甚至永远也观察不到我们这个宇宙的边缘；而且，如果有什么东西从大宇宙进入我们的小宇宙，那也发生在宇宙大爆炸发生的时刻。但这些“外来”物质如今早已跟我们宇宙自身的物质混合在一起，难分彼此。

总之，尽管为了解释许多有关我们宇宙的事情，非得假定有过这么一个“暴胀”不可，但证明暴胀本身的证据还是付之阙如，暴胀学说在很长时间内还依然只是一个假说