讨论过的全息原理[296]。马尔达西那证明,引力在五维反德西特空间中
的特定理论完全等价于不含引力的“双重”四维理论。跟量子引力其他任
何模型都一样,在五维的引力理论中有大量问题都很难回答。但从双重
四维视角来看,有些问题变得相当简单明了。比如说,时间有开端吗?
答案是没有。四维理论完全不涉及引力,只是处于某固定时空中的一种
场论,而时空背景向过去和未来都可以无限延伸。即使五维引力理论中
存在奇点,这个答案也仍然成立,反正四维理论找到了在奇点以外仍然
延续的办法。这样对于完整的量子引力理论我们就有了一个明确的例
子,在该理论的表述方式中至少有一种,时间既没有起点也没有终点,
而是会永恒延续。诚然,我们自己的宇宙看起来可并不像五维反德西特
空间——有四个宏观维度,宇宙学常数为正而不是负。但马尔达西那的
例子表明,一旦考虑到量子引力,时空就肯定不是必须有个起点。
我们也可以用不那么抽象的方法来探讨大爆炸之前可能会有什么。
最显而易见的策略就是用某种反冲来代替大爆炸。假设在我们叫作大爆
炸的这个时刻之前宇宙实际上是在坍缩,变得越来越致密;但这个宇宙
并没有持续坍缩为大挤压,而是不知怎么的反冲进入了膨胀阶段,我们
感受到的就是大爆炸(图83)。
图83 反冲宇宙模型取代标准大爆炸模型的奇点,在收缩阶段和膨胀阶段之间有(还算)平稳
过渡
问题在于,是什么造成了这次反冲?如果按照宇宙学家司空见惯的
那些假设——经典广义相对论,加上对宇宙中物质和能量种类的一些合
理限制——这事儿就不会发生。因此我们总得改改这些规则。我们也可
以虚晃一枪,就说是“量子引力干的”,但似乎并不能令人满意。
近些年,人们投入了大量心血去发展能将大爆炸奇点平滑成相对温
和的反冲的模型[297]。这些提法全都能提供让宇宙史延展到大爆炸之前
的可能性,但无论是哪种情形,都还是很难说这个模型是否真的前后一
致。我们要试着解释宇宙的诞生,但并没有量子引力的完整理论,就这
命。
但我们还是值得划一下重点:关于如何将宇宙延展到大爆炸之前,
尽管我们还没有完整、连贯的说法,宇宙学家仍然在努力解决这个问
题,最后也似乎很有可能成功。大爆炸并非宇宙真正开端的可能性对时
间之箭也有重要影响。
所有时间的箭头
如果大爆炸是时间的起点,我们面对的难题就非常清楚:为什么这
个起点的熵那么小?如果大爆炸不是起点,我们也有个难题,不过这次
很不一样:反冲甚至都不是时间的起点(只不过是永恒历史中的某个时
刻而已),为什么反冲时的熵还那么小?
多数时候,关于反冲宇宙模型的现代讨论并没有直接面对熵的问题
[298]。但是很明显,在反冲之前增加一个收缩阶段给我们带来了两个选
择:宇宙在走向反冲时,熵要么在增加,要么在减少。
随着宇宙从过去走向反冲,我们的第一反应可能是预计熵会增加。
毕竟如果我们从非常久远的过去的某个初始条件开始,就算空间在收
缩,我们也会预计熵随着时间增加,这是对第二定律的正常理解,也会
让时间之箭在整个宇宙史上前后都一致。这种可能性如图84中左下图所
示。在讨论反冲宇宙模型时,很多人心里想的或多或少就是这个样子。
图84 上图为反冲宇宙在时间中的大小变化;下图为熵的演变可能会有的两种情形。熵可能永
远上升,如左下图所示,让时间之箭在整个永恒中都前后一致;熵也有可能在收缩阶段下降,
之后在膨胀阶段开始上升,如右下图所示
但是,我们这个共动区域的熵在整个宇宙的反冲中一直增加的情
景,要面对一个不可思议的问题。在传统大爆炸模型中,我们的问题是
当前可观测宇宙的熵相对很小,而在过去甚至还要小得多。这意味着在
宇宙的当前微观态中隐藏了大量微调,这样如果我们用物理定律让当前
微观态在时间中反向运行,熵就会降低。但在反冲情景中,我们将“宇
宙的开端”往前推到了无穷远处,要让这情景成为可能所需要的微调程
度还要高得多。如果我们相信物理定律是可逆的,就得假设今天宇宙的
状态能在时间中永远反演下去,在此过程中熵也一直在降低。这要求也
太高了[299]。
有个密切相关的问题也应提及。我们知道,刚刚反冲之后共动区域