如何在实验室里创造婴宇宙？

节录自《电影中不可能的物理学》

原著：加莱道雄（Michio Kaku）
翻译：许晋福
审订：陈政维（国立台湾大学物理系教授）
出版：世茂出版集团


“大爆炸”一开始是如何发生的？产生这种“大爆炸”的种种条件是什么？换句话说，我们必须要知道这样一个问题：要如何在实验室内创造出婴宇宙（Baby Universe）？暴涨理论（Inflationary Theory）的创始者之一、史丹福大学的宇宙学家安德烈·林德（Andrei Linde）表示，如果我们能办到这件事，“那 ‘上帝’ 二字或许该重新定义 —— 上帝不只是宇宙的创造者，而是比宇宙的创造者更伟大的存在。”

                               
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这样的想法并不是现在才有的。多年前但物理学家在计算引发“大爆炸”需要多少能量时，“许多人马上开始好奇，要是我们将许多能量集中在实验室的某个地方，比方说集中大量火力射向某处，有办法引发一个小型的“大爆炸”吗？” 林德说。

一旦集中足够的能量在某个点上，最终结果只有一种 —— 时空会塌陷成一个黑洞。一九八一年，林德和麻省理工学院的阿兰·谷斯（Alan Guth）共同提出了暴涨理论，立刻激起宇宙学家的高度兴趣。根据这套理论，“大爆炸”一开始就以极快的速度扩张，而且扩张速度远超出我们原先的想象。（这套理论同时解决了宇宙学上许多顽固难解的问题，例如，宇宙的一致性为何这么高？望着夜空，我们看到的是一个一致性相当高的宇宙，尽管星系与星系之间相隔遥远，但彼此间的差异并不大。暴涨理论为这个谜提供了一个合理的解释 —— 我们现在看到的宇宙，是从一个小小的时空泡泡膨胀而来的，由于这个泡泡原本就具有相当高的一致性，从它发展出来的宇宙自然也相当一致。）至于暴涨是怎么发生的？谷斯的假设是，在最初的虚空中存在着许多微小的时空泡泡，而其中一个泡泡不断膨胀，最后成了我们今天的这个宇宙。

                               
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于是乎，暴涨理论一举解决了许多宇宙学上的难题。再者，它和WMAP及“宇宙背景探测卫星（Cosmic Background Explorer；COBE）传送回来的资料，全都是吻合的。毫无疑问，它是目前最被看好的宇宙学理论模型。

                               
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尽管如此，这套理论也衍生出一连串难解的问题，包括：这个泡泡一开始为什么会暴涨？之后，这个扩张的过程又为什么会结束，而造就出现今的宇宙？既然宇宙曾经暴涨过，那未来会不会再读发生？说来讽刺，这套理论虽然是目前宇宙学上最热门的，但关于宇宙暴涨的启动机制和结束的原因，我们却几乎一无所知。

                               
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为解决这些恼人的问题，谷斯和爱德华·法里（Edward Fahri）在一九八七年提出了一个假设性的问题 —— 更先进的文明会如何令自己的宇宙暴涨？这两位学者相信，要是能解答这个问题，他们应该就能厘清另一个更深奥的问题 —— 宇宙一开始为何会发生暴涨？

两位学者发现，要是在一个点上集中足够的能量，就会自然形成微小的时空泡泡。问题在于，泡泡的体积要是太小，很快就会消失在原本的时空泡沫当中。唯有够大的泡泡才有可能暴涨成为一整个宇宙。

                               
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这样的一个新宇宙，从外面看来似乎不足为奇，其威力甚至比不上五十万吨的炸药。你看到时只会觉得，一个小泡泡从宇宙当中消失了，只留下一场小型的核爆。可是，在泡泡内部，一个全新的宇宙或许会开始往外扩张。大家都看过肥皂泡泡，有时泡泡会分裂或生成一个更小的泡泡，因此创造出一个新的肥皂泡泡。这个小泡泡可能会迅速扩张，膨胀为一个全新的泡泡。同理，在宇宙内部，时空泡泡也可能迅速膨胀，而创造出一个全新的宇宙。

                               
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我们能不能籍由能量令一个大泡泡膨胀成一个宇宙呢？关于这一点，物理学家自一九八七年起就提出了不少理论，而其中最广受肯定的是一种跟“暴涨子”（Inflaton）有关的理论；所谓暴涨子，是指不稳定的时空，它可以令这些泡泡形成与膨胀。

                               
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最新的一项争议发生在二零零六年；当时，日本的物理学家开始认真思考一项新的构想 —— 用磁单极点燃婴宇宙（参考地址http://arxiv.org/abs/gr-qc/0602084）。尽管没有人看过磁单极（即只有北极或南极的磁铁），但一般相信，宇宙形成之初存在着许多这样的磁单极。由于它质量极大，因此极难在实验室里制造出来，但也正因为它质量非常大，倘若能将更多的能量注入其中，或许能令婴宇宙扩张成一个真正的宇宙。

                               
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为什么物理学家会想创造宇宙呢？林德对此的答复是，“如此一来，我们每个人都可以变成上帝。”（注）其实，还有一个更实际的理由 —— 今天的这个宇宙终究有毁灭的一日，到时候我们能逃到哪里去？



(注：1989 年，林德在《物理通讯》杂志上发表了一篇大胆的论文，题为“暴胀后的生命”，文中所谈的正是这个问题。“这些结果意味着暴胀宇宙中的生命永远不会消失。”他写道，“遗憾的是，这个结论不是自然而然地意味着人们可以非常乐观地对待人类的未来。”林德注意到，任何一个特定的区域，或宇宙泡，都会慢慢地变得不适宜人类居住。因此引出的结论是：“为了生存下去，我们在那个时候可以找到的唯一可能的策略是，应该从老区域搬到新区域去。”)

                               
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现在的包容性高了，这种设想还会被人尊敬。

话说这些思想，在古代的话，不但算是异端，而且简直该立刻剥了皮上火刑吧。


我特别说一下，这种想法在纸面上研究没关系。真正的实验可别做，他们怎么保证这种实验不会导致我们宇宙本身的危机？而我们到时候逃都没地方逃！

@gohomeman1

附上一个视频（转自Discovery Science频道）

http://science.discovery.com/videos/sci-fi-science-inflation-theory.html

不能使用HTML代码无法把视频文件放在帖子里， 郁闷～

危险，最好别把自己制造进去了