小管子就是虫洞，我们在第6章曾经打过交道。但这个虫洞并不稳定，
很快就会完全坍缩，留给我们的是两个老死不相往来的时空：原来的母
宇宙和小婴儿。
图85 由假真空气泡的量子涨落产生婴儿宇宙
现在我们有了婴儿宇宙，由假真空能量主导，准备好要经受暴胀，
扩大为极大尺寸了。如果假真空的特征刚好合适，其中的能量就会最终
转化为普通的物质和辐射，我们就有了按照标准的暴胀—大爆炸模型来
演化的宇宙了。这个婴儿宇宙可以扩大到任意尺寸，没有任何比如说来
自能量守恒的限制。如果我们将引力场的能量和其他万事万物都考虑进
来，那么封闭、压缩宇宙的总能量刚好为零，这是广义相对论的关键特
征。因此暴胀能将微观上极小的空间放大到我们可观测宇宙的大小，甚
至更大。正如古思所言：“暴胀是最高级别的无中生有。”
当然，婴儿宇宙的熵一开始非常低。这可能有点儿像在弄虚作假
——我们不是费了那么多口舌来论证可观测宇宙有很多自由度，宇宙很
年轻的时候所有这些自由度也都存在；如果我们随机选取这些自由度的
一种布局，那要想拿到低熵状态真是难于上青天？这些全都成立，但形
成婴儿宇宙的过程可不是我们随机选取宇宙布局的过程。选取过程非常
特别：这个布局最可能是作为空无一物的背景时空中的量子涨落而出
现，有能力自立门户，成为了无牵绊的新宇宙。从整体上考虑，多重宇
宙的熵在这个过程中并没有降低；初始状态是高熵德西特空间，随后演
变为高熵德西特空间外加一个小宇宙。这不是平衡态布局波动为低熵状
态的那种波动，而是高熵状态泄漏到熵甚至更高的状态。
你可能会觉得新宇宙的诞生肯定是个重大、痛苦的事件，就跟生一
个新生儿一样。但实际上并非如此。当然在气泡内部发生的事情相当激
烈——新宇宙无中生有。但从身在母宇宙的外部观测者的视角来看，整
个过程几乎都没法注意到。这个过程就像是热力学粒子在涨落中聚在一
起形成密度极高的极小区域——实际上就是黑洞。但这个黑洞是微观
的，熵也很小，随后就会通过霍金辐射蒸发掉，速度之快与其形成有得
一拼。婴儿宇宙的诞生比起新生儿的诞生，一点儿都算不上创痛。
实际上，如果上述情形成立，婴儿宇宙甚至都有可能恰好在你读这
本书的房间里诞生，而你永远也不会注意到，但上述情形成立的可能性
并不很大。在目前我们能观测到的全部时空中，很有可能从未发生过。
就算发生过，这个过程也会全都只在微观层面。新宇宙可以长成极大尺
寸，但是跟原来的时空完全没有关联。就跟有些孩子一样，婴儿宇宙跟
母亲之间绝对不会有任何交流——一旦离家远走，就会参商永隔。
躁动的多重宇宙
因此，就连处于高熵真真空状态的德西特空间也有可能并非完全稳
定，而是能从中诞生新的婴儿宇宙，而这些婴儿自己就能长成大型宇宙
（然后还可以自己接着产生新的婴儿宇宙）。原来的德西特空间仍然自
行其是，基本不会受到干扰。
对时间之箭的问题，婴儿宇宙的前景让整个世界都变得面目全非。
请记住，最基本的困境在于，最自然的宇宙是德西特空间，空无一物，
真空能量为正，就好像温度恒定、永恒存续的气体盒子。气体大部分时
间都处于热平衡态，鲜有波动到熵较低的状态的时候。在这样的设置
下，我们可以相当可靠地量化会有哪些波动，发生频率又分别是多少。
给定你想让波动中能出现的任何特定物品——一个人，一个星系，乃至
上千亿个星系——这一情景强烈预测大部分这样的波动都会看起来像是
处于平衡态，只除了有这么个波动本身。此外，这类波动也大部分都来
自高熵状态，随后又演化回高熵状态。因此，大部分观测者都会发现自
己在宇宙中形影相吊，作为分子的随机组合在高熵粒子气体中出现；大
部分星系也是这样，如此等等。你有可能会波动为刚好像我们大爆炸宇
宙模型的样子，但这个波动中的观测者数量会比形单影只的观测者的数
量要小得多。
婴儿宇宙以一种重要方式改变了这一切。我们只会看到偏离平衡态
的热波动，然后又演化回平衡态？不再是这样了。婴儿宇宙也是一种波
动，但这种波动永远不会回到平衡态——婴儿宇宙会长大、冷却，但再
也不会跟原始时空产生关联。
我们让宇宙有了一种能让熵无限增加的方式。在德西特宇宙中，空
间的增长没有界限，但任意观测者能看到的那部分空间仍然是有限的，
其中的熵也有限，就是宇宙学视界的面积。在这个区域内，场围绕恒定
温度波动。这是个平衡态布局，任何过程发生的可能性都跟自身的时间
反演过程一样高。然而一旦婴儿宇宙登场，系统就不再处于平衡态了，
原因很简单：不再有平衡态这回事。（按照这个说法，）真空能量为
正，宇宙的熵永远不会达到最大值并就此止步不前，因为宇宙的熵不再
有最大值——总是能通过产生新宇宙来让熵增加。这样一来，就能避免
玻尔兹曼—卢克莱修情景中的悖论了。
考虑一个简单的类比：球在山上滚。不是量子场在势能曲线上运
动，而是真的有个球在地球上滚。但这座山很特别：无论怎么滚都不会
滚到底，而是能平稳地滚到无穷远处。我们也假设山上没有任何摩擦
力，因此这个球可以永远滚下去，总能量始终不变。
现在我们要问：这个球在干吗？也就是说，如果我们假设能找到这
么个球，神乎其神地一直就跟整个外界完全隔绝，不受宇宙其余部分的
影响，那我们会预计这个球处于什么状态？
这个问题可能问得并不怎么高明，但回答起来并不难，因为这个球
能干的事儿也就那么几种。所有可能的轨迹看起来基本都一样：从无限
远处滚来，转身，再滚回无限远处（图86）。根据总能量的不同，球的
转折点在山上的高度也会有所不同，但本质表现都一样。因此在这个球
的全部历程中，会刚好有一瞬间停止不动，就是转身的那一刻；其他任
何时候，这个球都要么在向左走，要么在向右走。因此，如果我们随机
观察，很可能就会看到球在这个或那个方向上移动。
图86 球在山上滚动，而山下没有谷底。这样的球只有一种轨迹：从无限遥远的过去、无限遥
远的地方而来，向上滚到一个转折点，反向，再滚回无限遥远的未来、无限遥远的地方
现在进一步假设球里面生活着一个完整的小小文明，完整到既有小
科学家，也有小哲学家。他们最喜欢高谈阔论的话题之一就是他们所谓
的“运动之箭”。这些思想家早就注意到，他们这个球完全在按照牛顿运
动定律演化。这些定律并不区分左右，完全可逆。如果有个球放在山谷
底部，就会永远待在那儿，一动不动。如果不是刚好在谷底，那一开始
就会往谷底滚过去，之后在谷底附近来回运动。然而，他们这个球似乎
一直在朝着同一个方向滚动很长时间了！这是怎么回事？
如果这个有点儿不伦不类的类比还没法让人一目了然，那我们换个
说法：这个球代表我们的宇宙，从左到右的方向则代表着熵。发现球一
直朝同一个方向运动之所以并不令人感到奇怪，是因为它就是倾向于总
在同一个方向运动，只有一个特殊的转折点算是例外。尽管表面上似乎
有所不同，球从右边过来滚向左边的这部分轨迹，和从左向右离开的这
部分轨迹实际没有任何区别。球的运动是关于转折点时间反演对称的。
说不定我们宇宙的熵也是这样。（没有婴儿宇宙的）德西特空间的
真正问题是几乎总是处在平衡态——任一观测者都只会看到永恒存在的
热浴，及可预测的波动。一般来说，如果宇宙模型中存在像是“平衡
态”这样的状态，那就很难解释为什么我们的宇宙并非处于这个状态。
但如果说不存在平衡态，我们就能避免这样的窘境了。观察到熵在增加
是很自然的事情，因为熵总是能增加。
这就是我跟陈千颖（Jennifer Chen）在2004年提出的情景[305]。一
开始我们假设宇宙是永恒的——大爆炸不是时间的开端；以及德西特空
间是宇宙能处于的自然高熵状态。这就意味着我们可以从几乎任何你想
要的状态“开始”——在空间中选一个你喜欢的物质和能量的布局，然后
任其演化。我们把“开始”放在引号里是因为，我们不希望对初始条件有
任何先入为主的看法。考虑到物理定律中的可逆性，我们让这个状态在
时间中往两个方向演化。我曾指出时间中正向的自然演化是空间扩大，
变得越来越空，最终变成德西特空间的状态。但从德西特状态开始，如
果我们等得够久，我们就会看到婴儿宇宙会偶尔在量子涨落中出现。这
些婴儿宇宙会扩大、暴胀，其中的真空能量最终会转化为普通的物质和
辐射，而这些物质和辐射最终又会消散，直到再次变成德西特空间。从
这时候开始，原来的宇宙和新宇宙都能产生新的婴儿宇宙。这个过程会
永远持续下去。对于看起来像德西特空间的这部分时空，宇宙处于平衡
态，时间之箭也不存在。但在婴儿宇宙中，从诞生到最终完全冷却的这
段时间有明确的时间之箭，因为熵从接近零的地方开始会一直增大为平
衡态的值。
图87 德西特空间背景中产生的婴儿宇宙，向过去和未来两个方向都有。每个婴儿宇宙都始于
致密、低熵状态，在膨胀、冷却的同时，也都各自表现出局部的时间之箭。多重宇宙总体上时
间反演不变，因为诞生在过去的婴儿宇宙中的时间之箭，跟诞生在未来的婴儿宇宙中的指向相
反
最有意思的是，同样的叙述也可以把时间顺序反过来说，从初始状
态开始，如图87所示。宇宙如果还没变成德西特空间，就会在时间的两
个方向上都变得越来越空。从德西特状态开始宇宙也会产生婴儿宇宙，
继而膨胀、冷却。这些婴儿宇宙中的时间之箭所指的方向，跟我们放
在“未来”的宇宙中时间之箭的指向相反。当然，时间坐标的总体方向完
全是任意的。图87中上面那些宇宙中的观测者会认为底下那些是“过
去”，而底下那些宇宙的观测者又会认为上面那些是“过去”。他们的时
间之箭不一致，但这并不会带来任何本杰明·巴顿式的苦恼；这些婴儿
宇宙在时间中彼此是完全隔离开的，时间之箭也互相远离，相互之间不
可能有任何交流。
这一情景中的多重宇宙在超大尺度下关于中间这一时刻对称。至少
从统计上讲，遥远的未来和遥远的过去没法区分。从这个意义上来说，
这一图景跟前面我们讨论的反冲宇宙模型不无相似之处：熵在时间的两
个方向上都永远在增加，只有个中间点的熵是最小值。不过还是有个极
为关键的区别：“最低”熵的时候实际上并不是“低”熵的时候。这一中间
时刻并没有像典型的反冲模型一样，为某种熵非常低的初始状态做过微
调。对于真空能量为正的单一连通的宇宙来说，这个中间时刻的熵能有
多高就有多高。门道就在这里：允许熵在时间的两个方向上都持续增
长，即便一开始熵就非常高。没有任何状态能阻止这种演化发生。时间
之箭必然出现[306]。
尽管如此，我们可能还是想问，为什么我们这部分可观测宇宙在时
间的一端会有熵这么低的边界条件？为什么我们的自由度会处于这么不
自然的状态？但在这一图景中，这么问并不恰当。我们并不是一开始就
知道我们处于什么自由度，然后来问为什么这些自由度处于（或曾经处
于）这样的特定布局。相反，我们得把多重宇宙看成一个整体，要问的
则是像我们这样的观测者最常经历的事情是什么。（如果我们这种设想
有用，“像我们这样”的具体定义就应该无关紧要。）
这个版本的多重宇宙既会有孤孤单单的玻尔兹曼大脑潜藏在空空如
也的德西特区域中，也能在婴儿宇宙的低熵起点之后找到普通观测者。
实际上，两种类型都应该有无穷多个。那哪个无穷大更大呢？在平衡态
背景下能生出怪胎观测者的那种波动肯定少之又少，但能产生婴儿宇宙
的那种波动也会十分罕见。归根结底，只是画出宇宙在时间的两个方向
上分道扬镳这样的图景是不够的；我们需要对事物有充分的定量理解，
才能做出可靠预测。我得承认，目前最前沿的研究也还无法胜任这项任
务。但是，随着婴儿宇宙向平衡态成长和冷却而出现的观测者，比在真
空中因为随机涨落而出现的观测者要多得多，这还是相当可信的。
敲小黑板
这能行吗？有婴儿宇宙的多重宇宙情景，有没有为时间之箭提供令
人满意的解释？
我们已经讨论了很多有可能解决时间之箭问题的办法：状态空间随
着时间改变，运动定律本身就不可逆，特殊的边界条件，对称的再坍缩
宇宙，总体上时间对称或不对称的反冲宇宙，没有边界的多重宇宙，当
然还有永恒的平衡态中波动出的玻尔兹曼—卢克莱修情景，等等。再坍
缩的戈尔德宇宙模型从经验来看似乎非常不可能，因为宇宙的膨胀在加
速；玻尔兹曼—卢克莱修宇宙似乎也可以通过观测排除掉，因为大爆炸
的熵远远低于这种情境下有可能得到的值。但其他可能性仍然基本上都
还说得过去，我们可能会觉得这个说法好点那个说法差点，但无法信心
满满地说不用考虑这些。更不用说还有一种现实的可能就是，真正的答
案我们到现在都还没有想到过。
很难说婴儿宇宙和多重宇宙最终在理解时间之箭时是否能发挥重要
作用。首先，我（也许过于）煞费苦心地强调过，在我们大胆推测的过
程中有太多步骤了（至少可以这么说）。我们对量子引力的理解还不够
深入，无法肯定婴儿宇宙是否真的会从德西特空间中波动出来；好像正
反两方的论据都有。我们也还没有完全了解真空能量的作用。我们说得
就好像今天在这个宇宙中观测到的宇宙学常数真的就是真空能量可能的
最小值一样，但这一假设并没有可靠证据。比如在弦论中很容易得到恰
好是这个真空能量的状态，但要得到任何状态同样也很容易，包括真空
能量为负或刚好为零的状态。量子引力和多重宇宙更全面的理论将预告
所有这些可能状态如何才能放在一起，包括不同数量的宏观维度和不同
大小的真空能量之间如何转化。更不用说我们还从来没有真正把量子力
学完整地当回事过——我们往量子波动的方向打量了一番，但做出的设
想实际上还是基于经典时空的。最后的正确答案无论是什么，都更可能
要用波函数、薛定谔方程和希尔伯特空间来描述。
重点不是任一模型会带来什么情景，而是我们在可能的最大尺度上
尝试理解宇宙时，时间之箭能为我们提供哪些关键线索。如果我们看到
的宇宙真的就是全部真相，有大爆炸作为低熵起点，那我们就似乎困在
了令人不安的微调问题中。将我们这个可观测区域嵌入更广阔的多重宇
宙来改变背景，倒也能缓解这个问题：目标不是要解释为什么整个宇宙
在时间的起点那里会有熵那么低的边界条件，而是要解释为什么时空中
会有相对较小的区域出现在大得多的总体中，其中的熵也会急剧增加。
如果多重宇宙没有熵最大的状态，这个问题倒是可以回答：熵增加是因
为无论我们处于什么状态，熵总是能增加。关键是好生设置，使得让熵
总体增加的机制能在类似于我们这样的宇宙中产生。
时间之箭问题的很多解决办法都会有些陷阱，堪称标配。多重宇宙
模型以德西特空间和婴儿宇宙为基础，好处是所有这些陷阱都可以避
免：以同样的立足点看待过去和未来，不用在基础动力学的层面上引入
不可逆的特性，也永远都不用为任何时刻的宇宙临时假设一个低熵状
态。这个模型证明我们至少可以构想出类似这样的解释，尽管我们还无
法判断这个特殊模型是否讲得通，更不用说能否判定为最终正确答案的
一部分了。有充分理由乐观地认为，总有一天我们能理解，从物理定律
中究竟是怎样自然而动态地产生时间之箭的。
