时间有没有起点?
大霹雳,真的是时间的开端吗?
撰文╱维纳齐亚诺(Gabriele Veneziano)
翻译/林世昀
大霹雳,真的是时间的开端吗?还是说,大霹雳之前,宇宙就已经存在了呢?仅仅在10年前,问这类问题,还几乎是一种亵渎。大部份宇宙学家坚称,这种问题根本毫无意义;去思索大霹雳之前的时间,就和问「比北极更北的地方在哪里?」是一样的意思。不过,理论物理的发展,特别是弦论的兴起,已经改变了他们的观点。前霹雳宇宙(pre-bang universe)已然成为宇宙学的最新趋势。
这股探讨大霹雳之前的新思潮,其实只是几千年来左右摇晃的理性钟摆,最近一次的摆荡而已。几乎在每个文化中,太初这个议题,都会以各种面貌让哲学家与神学家忙个没完。它所关怀的问题令人应接不暇,其中最有名的一个,就展现在高更1897年的名画中:「我们从何处来?我们是什么?我们往何处去?」这个作品描绘生老病死的循环:每个人的起源、身份与宿命;而这份对个人的关怀,直接连系着宇宙的命运。我们能够追溯自身的血统,穿越世世代代,回到我们的动物祖先,溯及生命的早期形式以及初始生命,再回溯到原生宇宙中合成的元素,再到更早之前就飘浮在空间中的缥缈能量。我们的系谱树是否可以往回无穷延伸?还是它的根会终止在某处?宇宙是不是和我们一样,并非永恒的?
古希腊人曾就时间的起源有过激烈的争论。亚里斯多德主张无不能生有,而站在时间「没有开端」的阵营。如果宇宙不曾无中生有,那么它过去必然是一直存在。基于这些道理,时间必定是朝向过去和未来两头无限延伸。基督教神学家则倾向于相反的观点。奥古斯丁坚决主张,神存在于空间与时间之外,并且祂创造了时空和整个世界。当我们问道:「神在创造这个世界之前在做什么?」奥古斯丁回答说:「时间本身就是神创造的一部份,所以根本就没有之前可言!」
爱因斯坦的广义相对论,把现代的宇宙学家带往几乎一模一样的结论。这个理论认为,时间与空间是柔软可塑的实体。在大尺度上,空间本质上是动态的,会随时间而膨胀或收缩;它承载物质的方式,就像海浪承载浮木一样。天文学家在1920年代,确定了我们的宇宙目前在膨胀:遥远的星系彼正此互相远离。由此推论,时间是无法往回无穷延伸的,而这正是物理学家霍金(Stephen Hawking)与彭若斯(Roger Penrose)在1960年代所证明的。因为当你把宇宙历史往回倒带,所有星系终会挤到一个无限小的点,称做奇异点(singularity),这就和它们掉进黑洞的意思差不多。每个星系或其前身,被压挤到大小为零的程度,而如密度、温度与时空曲率等等的物理量,则变成了无限大。奇异点就是万物的起点,超过那个界限,我们的宇宙系谱就无法再往前延伸了。
宇宙各处竟是同个样子?
无可避免的奇异点,对宇宙学家造成了严重的问题。特别是当我们把宇宙在大尺度下所展现出高度的均匀性与各向同性,拿来和奇异点摆在一起,就更令人不安。由于宇宙在大尺度上到处都相同,因此在相距甚远的区域间,必定以某种方式传递讯息,好协调彼此的性质。可是这和旧的宇宙学典范相抵触。
为了明确起见,不妨试想从宇宙微波背景辐射释放后,这137亿年来所发生的事情:星系之间的距离成长了1000倍(由于宇宙膨胀的关系),而可观测宇宙的半径,却成长了10万倍之多(因为光速比宇宙膨胀速度更快)。我们今天看到的宇宙,有许多部份是我们在137亿年前所看不到的。的确,在宇宙历史上,现在那些来自最遥远星系的光,还是第一次光临本银河。
尽管如此,本银河和那些遥远星系的性质,基本上居然是相同的。这就像是你出席一场聚会,只为了在10个你最好的朋友中,找出和你穿得一模一样的人。如果只有两个人有相同的穿着,那么用巧合就可以解释得过去。可是如果衣着相同的人数多达10人,这表示参加聚会的人,八成事先就约好了。而在宇宙学中,这个数字不是10个,是几万个─这是全天域微波背景中的区块数目,它们彼此无关,但统计上却完全等同。当然总有一种可能是,所有那些空间的区域在诞生时,便被赋予完全相同的性质;也就是说,均匀性只不过是个巧合罢了。不过物理学家已经想出两种更自然的方式来摆脱僵局:让早期宇宙比标准宇宙学中的宇宙小得多,要不然便老得多。任一条件(或是两者一起)都能让居间的联系成为可能。
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http://sa.ylib.com/read/reads...No=463&CL=19