我们在第13章问过的问题:宇宙应该是什么样子的?在那里的讨论中,
我证明了自然的宇宙——无论是过去、现在还是未来,任何时候都不依
赖于微调过的低熵边界条件——基本上就像是真空。如果有很小的正的
真空能量,真空就会变成德西特空间的形式。
这样一来,宇宙学的任何现代理论都有了一个必须回答的问题:为
什么我们不是生活在德西特空间中?德西特空间的熵很高,能永久存
续,其时空曲率还能带来很小但大于零的温度。德西特空间中除了热辐
射的稀薄背景外别无他物,因此首先完全不适合生命居住。这里也没有
时间之箭,因为是处于热平衡状态;会有温度波动,就像在牛顿时空中
密封的气体盒子中可能见到的一样。这样的波动能产生玻尔兹曼大脑,
或是整个星系,或随便什么你能想到的宏观态,只要你等得够久。但我
们看起来可不像是这么个波动——如果我们真是波动,那我们周围世界
的熵就会能有多高就有多高,但是显然并非如此。
也有办法摆脱这种局面:德西特空间有可能不是永远延续,从不间
断。可能会发生点什么。如果是这种情况,关于玻尔兹曼大脑我们说过
的一切就都得抛到九霄云外去了。前面的论述能成立只是因为我们完全
了解我们面对的是什么样子的系统——处于固定温度的气体——而且我
们也知道这个系统会永远存续下去,因此就算非常不可能的事情最后也
会发生,我们也能靠谱地算出各种各样的不靠谱事件的相对频率。如果
让情形变得更复杂,那我们就一筹莫展了。(基本上吧,不管怎么
说。)
让德西特空间没法永久存续的办法不难想到。还记得吧,“旧暴
胀”模型基本上算是早期宇宙处于德西特空间的一段时期,能量密度非
常高,由黏附在假真空状态上的暴胀场提供。只要有另一个真空状态的
能量更低,这个德西特空间最后就会因为真真空气泡的出现而衰变。如
果气泡出现得很快,假真空就会完全消失;如果出现得很慢,最后我们
就会得到真真空气泡在持续存在的假真空背景中的分形混合。
在暴胀情景中,有个关键因素是能量密度在德西特空间这段时间非
常高。现在我们感兴趣的是另一端——真空能量极低,也就是我们宇宙
当前的状态。
这就带来了天壤之别。高能状态天然倾向于衰变为低能状态,反之
则不然。问题不在于能量守恒,而在于熵[302]。能量密度很高的德西特
空间对应的熵很低,能量密度低的时候熵就变得很高。高能德西特空间
到真空能量较低状态的衰变,就跟低熵状态演变为高熵状态一样,是个
自然而然的过程。但我们想知道,怎样才有可能摆脱我们当前宇宙将要
演化成的那种状态,也就是空的德西特空间,真空能量非常小,熵非常
高的状态?从那个状态出发我们又能走向何方?
如果正确的万有理论就是经典德西特空间背景下的量子场论,我们
就真的走投无路了。空间会持续膨胀,量子场也会继续波动,我们就会
大致处于玻尔兹曼和卢克莱修描述过的情形之中。不过还是可能有(至
少)一条脱身之计:创造婴儿宇宙。如果德西特空间中能连续产生婴儿
宇宙,且这些婴儿宇宙全都始于低熵状态,并自己膨胀到高熵的德西特
阶段,我们就有了一种自然机制,能在宇宙中源源不断地创造出越来越
多的熵。
我们已经多次提到,关于量子引力还有很多我们不知道的地方。但
对经典的引力理论我们已经有很多了解,对量子力学也是如此;所以,
量子力学会是什么情形我们肯定能有些合情合理的预期,尽管细节还需
要一一解决。特别是,我们预计时空本身应该很容易受到量子涨落的影
响。不只是在德西特空间背景中的量子场会涨落,德西特空间本身也会
涨落。
20世纪90年代,爱德华·法里、艾伦·古思和贾迈尔·居文(Jemal
Guven)研究了一种或许能让时空涨落的方式[303]。他们提出,时空不
只是像在普通的经典广义相对论中那样可以弯曲、延展,还能分割开来
变成好多碎片。特别是,一小块空间可以跟大宇宙分道扬镳,各走各
路。分出来的这一小块空间自然就叫婴儿宇宙。(跟我们在上一章提到
的“袖珍宇宙”不一样,袖珍宇宙跟背景时空还是连着的。)
还可以说得更明白点。德西特空间的热波动真的是基础量子场的涨
落,我们观察这些场的时候只能看到粒子。我们假设其中有个场恰好拥
有暴胀场的一切特征——在势能曲线上有些地方能让场相对安稳地待在
那里,处于假真空的谷底或新暴胀平原上。但我们不从这个地方开始,
而是考虑如果场从底部真空能量非常小的地方开始会怎样。量子涨落时
不时会把场推上势能曲线,从真真空变成假真空——并不是所有地方一
下子全都这样,而是从一些小地方开始。
假真空涨落的气泡在德西特空间中出现之后会有什么情况?还是得
实话实说,我们知道的并不确切[304]。有个事儿似乎很有可能:大部分
时候这个场会消失于无形,回到热力学环境中。涨落成假真空的内部空
间会想要膨胀,但是隔开气泡内部和外部的屏障想要收缩,一般这个气
泡都会很快缩小消失,什么事都来不及发生。
但过一阵总有那么一回我们能走上好运。走好运的过程如图85所
示。我们看到的是暴胀场的同步波动,产生了一个假真空以及空间本身
的气泡,从而得到一个从宇宙中拧下来的区域。连接这个区域与宇宙的