宇宙或許並非源自大爆炸，而只是一窪冰化成的水

R. Classen

宇宙微波背景輻射中的變化顯示了早期宇宙的密度差（波動）。NASA

在我們的宇宙中，有兩個謎十分令人不解。一個與其最終命運有關，另一個與其起源有關，它們困擾了宇宙學家至少幾十年。這是兩個互不相干的問題，但是誰又能保證呢？

第一個問題和「暗能量」有關。暗能量導致了現代宇宙的加速膨脹，且將決定其最終命運。暗能量效應反應在愛因斯坦的引力方程中，就是所謂的宇宙常量。宇宙常量有一個極其微小但卻是確鑿無疑的值。該如何解釋這個看上去微不足道的數值，成了當今理論物理學家面臨的最大挑戰之一。

第二個問題也與一個數值有關。當今宇宙中的大尺度結構，如星系和星系群的形成，與之有關。早期宇宙內部的各個地方是幾乎無差別的，是極為光滑統一的。但在光滑之中，也存在一些微小的密度差異。這些微小的不完美，最終導致今天的宇宙內，出現了形形色色的天體結構。這些密度差異究竟有多大？具有什麼樣的形態？為什麼會存在這樣的差異？差異的程度和形態是由什麼決定的？都是宇宙學中的不解之謎。

宇宙常量的數值和宇宙初始階段的密度差異程度，看起來是毫不相干的。它們一個與宇宙的最早期有關，另一個其實出現得很晚（宇宙常量），時間上相隔近140億年。標準的宇宙學理論並沒有在基本原理層面上，為這兩個數值提供合理解釋。傳統的宇宙模型，通常會對宇宙常量的數值視而不見。而針對宇宙初始階段的密度差異，大部分流行的理論都是從暴漲模型延伸出來的。暴漲說其實問題不少。它們能夠為提供任何我們想要的虛擬答案，但在預測能力方面相當薄弱。

宇宙大爆炸是標準宇宙學最負盛名的特色，卻也是最令人不爽的特色。宇宙大爆炸讓基於愛因斯坦方程的經典宇宙模型一個個崩潰。因為它引入了一個非常不可思議的概念，也就是那個密度無窮大、溫度無限高的奇點。

但是奇點真的存在嗎？20世紀60年代以後，有一些物理學家開始想要尋求一個替代方案，想要通過將引力論和量子論結合起來，建立所謂的量子引力論，剔除大爆炸說，來描述我們的宇宙。John Wheeler和Bryce deWitt是首批這樣的科學家。量子宇宙學繼而興起。人們試圖通過量子宇宙學，用量子的語言解釋簡潔的經典宇宙現象。但是直到今天，也沒有出現一個完備的量子引力論。宇宙擁有今天的形態之前是什麼樣子？人們依然一無所知。

近年，又有科學家試圖將資訊理論引入到對宇宙的認識中來。印度校際天文和天體物理中心特聘教授Thanu Padmanabhan等人認為，就像冰融為水，是從固態轉變成液態，雖然轉換過程本身十分複雜，但冰和水的原子數量並沒有發生變化。原子數量的不變，表明這個體系的自由度是不變的。而宇宙從之前的相態轉化為包含時空的現今相態，在這個過程中，可能也存在這樣一個能夠反映不變的自由度的數值。由此，我們或許就能繞過量子引力論，把兩個不同相態的宇宙聯繫起來。

能夠反應宇宙自由度的，並非是一個無窮大的數值。宇宙在演化的較後期加速膨脹，也證明了這一點。宇宙常量其來有自。而利用已有的一些量子引力模型，我們還可以對這個數值加以推算，並把宇宙常量與宇宙相態轉化時的能量級聯繫起來。而相態轉化的能量級，又與早期宇宙密度差異（波動）有關。

所有這些想法都來自量子引力論的框架，它們的獨特之處在於它們其實無須量子引力論細節的介入，便為我們提供了與量子引力本質和時空結構有關的兩大啟示。第一個啟示是，時空可以被看作是由存在於微觀尺度上的自由度組成的。第二個啟示是，宇宙的起源可能只是一種相態的轉化。我們今天的宇宙可能是從一種未知的相態轉化而來的。

Padmanabhan認為，我們需要重新審視引力的本質。熱力學現象本質上就是一種（原子）自由度的消散過程。時空也是有溫度的。這個觀點首現於Jacob Bekenstein和Stephen Hawking的黑洞著述。而上世紀70年代中期，一些科學家發現，溫度也是時空的一般特性。

因此時空也和物質原子一樣，擁有內在的自由度。近年來，越來越多的理論研究成果支持這一結論。而時空的內在自由度，或是了解時空微觀結構的關鍵。從中，我們可引申出三個方面。

首先，時空區域的演化，可以被解釋為是時空內部的自由度發生了變化。其次，引力在能量的零級狀態下不會發生變化。最後，我們不應將宇宙的演化，視為愛因斯坦方程的一種解決方案。愛因斯坦的方程，實際上只是一系列描述時空量子自由度的方程中的一部分。

Padmanabhan的觀點，為我們提供了一個全新的視角。我們的宇宙或許就像一大塊內部包含一定熱量的冰。熱量使冰從內部開始融化，使之變成一攤水，一攤膨脹的水，它試圖使自身達到熱力學平衡。但在更大尺度上，在相態的邊界處，並沒有達到平衡。水就像是我們的可觀測宇宙（或更大一點），在此之外，就是那種轉化之前的宇宙相態，它們就好比是從外部包裹著水的冰。

Padmanabhan的理論框架是簡潔而優雅的。因為它只用了一個參數，即早期宇宙相態轉化過程中的能量級。Padmanabhan理論中的唯一假設是宇宙的信息量（他認為等於4π，單位球體的表面積）。

所以我們的宇宙可能並不是通過大爆炸誕生的，也許它只是從一種相態轉化成了另一種，就像冰變成了水。而我們只不過是水中的魚。

這種說法好象在哪裡聽到過呢。

愛因斯坦曾認為把宇宙常量加入方程是犯了個錯。但今天幾乎所有物理學家都相信它的存在。Sanford Roth

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