布莱恩·格林恩 ：为什么我们的宇宙如此适合生命？

几个月以前， 诺贝尔物理学奖 颁发给两个天文学家团队， 他们的发现被誉为 史上最重要的 天文观测之一。 今天呢，在简要描述他们的发现之后， 我会告诉你一个颇有争议的理论框架 用于解释他们的发现， 这种框架大大超越了 我们所认知的地球， 银河系和其他遥远星系， 我们可能会发现我们的宇宙 不是唯一的宇宙， 相反只是 一个庞大复合宇宙的一部分， 我们称之为多元宇宙。

多元宇宙是个很怪的想法。 我是说，大部分人从出生就被教育相信 “宇宙”这个词包含一切。 我是说我们中的绝大多数（都被从小教导有关“一元宇宙”的概念） 就像我四岁大的女儿从一出生就在听我讲这些想法（多元宇宙）一样。 去年，我抱着她， 对她说，“索非亚， 我爱你胜过宇宙的一切。” 她转过来对我说，“爸爸， 是宇宙还是多元宇宙？” （笑）

但是除了这样一个不同寻常的教育的例子， 我们总是很难让人们（从小接受了一元宇宙观点的人）去想象 哪些其他与我们的宇宙所分离的国度（宇宙）， 而其中的大部分又拥有完全不同于我们所处宇宙的特征， 而这些宇宙可以被称作他们自己的宇宙。 尽管 这个想法是个推理， 我想让你相信 我们有理由把它当回事， 因为它有可能是正确的。 我会分三部分来讲多元宇宙的故事。 第一部分， 我会描述这些获诺贝尔奖的结果， 并且强调这些成绩 揭示的一个意义深远的奥秘。 第二部分， 我会解开这个奥秘。 它基于一种叫“弦理论”的方法， 通过它我们把多元宇宙 引入了这个故事。 最后第三部分， 我将讲述一个宇宙理论 叫暴涨， 通过这个你就能把整个故事完整起来。

好吧，故事的第一部分回到1929年， 当伟大的天文学家爱德温•哈勃 意识到，遥远的星系 都匆匆离我们而去 建立属于它自身的空间 这个空间在不断地扩展。 现在我们要讨论的问题开始富有革命性了。 普遍的观点是在最大的尺度下 宇宙是静态的。 但即便如此， 有一件事大家都是确定的， 就是扩张必须放缓。 就像万有引力 减慢了抛向空中的苹果上升的速度， 每个星系 对其他星系的万有引力 必须减缓 空间的扩展。

现在让我们快进到二十世纪90年代， 我开始提到的 那两个天文学家小组 受到这个推理的启发 来测量 这种扩张放缓的速率。 他们辛勤地 观察了 为数众多的遥远星系， 并据此画出了 膨胀率随时间变化的图表。 令人惊讶的是， 他们发现扩张并没有减速。 相反速度在加快， 越来越快。 就像抛一个苹果， 它快速地上升。 如果你看到一个苹果这样的话， 你一定想知道为什么。 是一种什么力量推动它呢？

同样，天文学家的结果 肯定配得诺贝尔奖， 但他们提了一个类似的问题。 是什么力量驱动所有的星系 不断加速地 远离其它的呢？ 最有希望的答案 还是来自爱因斯坦的老观点。 你看，我们都习惯于认为， 地心引力这种力量就做一件事， 就是把东西拉在一起。 但在爱因斯坦的引力理论中， 他的广义相对论， 引力也可以把东西推开的。

怎么说呢？根据爱因斯坦的数学， 如果空间是 被无形的能量均匀地充满， 就像一种统一，无形的雾， 这种雾所产生的重力 会是 排斥重力， 这正是我们需要解释的观测。 因为空间中的 这种无形能量的排斥重力-- 我们把它叫做暗能量， 但这里我把它用白色烟雾表示是为了便于看到-- 它的排斥重力 会导致每个星系互相推斥， 驱使扩张加快 而不是减缓。 这个解释 代表着很大的进步。

我答应过你这是 第一部分的一个谜。 这个就是。 在天文学家计算出 必须注入多少暗能量 到空间 去证明宇宙的加速时， 看看他们发现了什么。 这是个小数目。 用相关的单位来表现， 它非常小。 谜团是去解释这个奇特的数字。 我们希望这一数字 可能摆脱物理定律， 但到目前为止还没有人找到一个方法。

你现在可能想知道， 你应该担忧吗？ 也许解释这个数字 只是个技术问题， 一个专家感兴趣的技术细节， 根别人没什么关系。 这的确是一个技术上的细节， 但有些细节至关重大。 一些细节 给未知的现实领域提供窗口， 这个奇特的数字可能只有这个用途， 至今为止作为唯一方法取得了进展， 去解释它调用奇特宇宙的可能性-- 这个想法自然地脱离弦理论， 带我进入第二部分：弦理论。

先把暗能量的谜团 放在脑后， 我继续讲 有关弦理论的三个关键的事情。 第一个，是什么呢？ 那是实践爱因斯坦的物理统一理论的 梦想的一种途径， 一个总体框架 能够描述 宇宙所有的力量在起作用。 而弦理论的中心思想 非常简单。 它说，如果你非常细致地检查 任何一样物质。 起初你会发现分子， 然后你会发现原子和亚原子粒子。 但这个理论说，如果你能够探测到更小的， 比我们现有技术能做到的更小的， 你会在这些粒子里找到别的东西-- 一个小小的能量震动纤维， 一个小小的震动弦。 就像小提琴上的弦一样， 它们通过不同的震动 来产生不同的音符。 这些小小的基本的弦， 当他们以不同的模式震动时， 它们产生不同种类的粒子-- 所以，电子，夸克，中微子，光子， 所有的粒子 会合并成一个单一的框架， 它们会通过震动的弦而出现。 那是个令人信服的场面， 一种宇宙交响乐， 我们看到的 从周围世界的音乐 而展现的丰富， 这些小小的弦也能演奏出。

但这种优雅的统一 是有代价的， 因为多年的研究 表明弦理论的数学也不是行得通的。 它内部不一致， 除非我们考虑 完全陌生的事-- 即额外纬度空间。 我们都知道通常的三维空间。 你可以用 高度，宽度和深度来考虑。 但弦理论认为，在极其小的尺度下， 在这么小的尺寸下 还有附加的维度，因为太小 我们还探测不出。 但即使这些维度是隐藏的， 它们对一些东西的影响我们能够观察到， 因为额外维度的形状 限制着弦的震动。 在弦理论中， 振动决定一切。 所以呢，粒子的质量，力量的强度， 最重要的，暗能量的总量 会取决于 额外维度的形状。 如果我们了解额外维度的形状， 我们就能计算出这些特征， 计算出暗能量的总量。

目前的挑战是 我们不知道 额外维度的形状。 我们有的 是通过数学算出的 一些候选形状。 当这些想法首次推出的时候， 只有5个候补形状， 你可以想象到 一个一个分析它们 来决定哪一个符合 我们观察的物理特征。 可是随着时间的迁移， 研究人员发现了更多的候选形状。 从起初的5个到几百个，最后几千个-- 数目很多但还管得过来， 去分析这些的工作 就交给刚毕业的学生了。 但是这个数目单继续增加到了 几百万，到今天有数十亿了。 候选形状的清单 也飙升到10至500个。

那，怎么办呢？ 有些研究人员失去信心， 结论是额外维度有这么多的候选形状， 每一个都有不同的物理特征， 弦理论永远不会做出 确定的，可检验的预测。 但是另一些从另一个角度考虑， 把我们带到多元宇宙的可能性。 想法是这样的。 也许这些性状之间是互相平等的。 每一个都很真实， 就是说 有很多的宇宙， 每个对额外维度都有不同的形状。 这种激进的建议 对这个谜团有着深刻的影响： 诺贝尔得奖结果揭示了暗能量的总量。

因为你看， 如果有很多的其他宇宙， 而这些宇宙 每个都有不同的额外维度形状， 那么每个宇宙的物理特征将会不同， 特别是， 每个宇宙的暗能量 将会不同。 也就意味着， 我们现在测量到的暗能量总量的解释谜呢， 将会是 一个完全不同的角色。 在这种背景下， 物理定律不能解释暗能量的一个数， 因为不知一个数， 有很多数。 也意味着， 我们一直问错了问题。 应该问的正确问题是， 为什么我们人类在一个宇宙中测量 一种特定量的暗能量， 而不是在另外的 其他外围宇宙呢？

我们在这个问题上能取得进展。 因为那些宇宙 有着比我们的更多的暗能量， 当物质要聚成星系时， 暗能量的排斥力太强， 把物质快吹散， 星系就无法形成。 这些宇宙中的暗能量较少， 它们非常快地崩溃后回来， 也形成不了星系。 没有星系，就没有星星，没有行星， 所以在别的宇宙中 没法有 像我们这样的生命存在。

我们发现我们自己存在于 一个我们简单测量的有一个特别数量的暗能量的宇宙中， 只因为我们的宇宙有合适的条件 供我们生命的存在。 就是那个。 谜团破解了， 多元宇宙被发现。 有些人对这个解释不满意。 我们习惯于物理学 给我们观察的特征的明确解释。 但问题是， 如果你观察的特征 能够并且确实承担 现实中的 不同价值， 那么对一种 特定值用一种解释 就会简单地误导人。

一个早期的例子 来自于伟大的天文学家约翰 开普勒， 他很着迷于研究 不同的数字-- 为什么太阳离地球9千3百万英里。 他花了几十年的时间试图解释这个数字， 但从未成功，我们知道为什么。 开普勒 问错了问题。

现在我们知道有许多行星 距离它们的宿主恒星有不同的距离。 单单希望物理定律 能解释一个特殊的数据，9千3百万， 是执迷不悟。 正确的问题应该是， 为什么我们人类发现我们在一个行星上的 距离是特定的， 而不是别的可能呢？ 同样，这个问题我们能回答。 那些行星更接近于一颗星就像太阳 一样热， 以至像我们这样的生命无法存在。 而那些离这个星太远的行星， 因为太冷， 同样也没法有我们这样的生命。 所以，我们发现我们 在这颗行星的特定距离 只是因为它的条件 符合我们生命的存在。 讲到行星和它们的距离时， 这显然是合理的推理。 关键是， 讲到宇宙和他们所含的暗能量时， 它也可能是合适的推理。

一个重要的区别是， 我们知道外边还有很多别的行星， 但到目前为止，我只是推测可能 会有其他的宇宙。 把这些合起来， 我们需要一个机制， 实际上可以生成其它宇宙。 这样我就来到最后一部分，第三部分。 因为宇宙学家们在试图了解 大爆炸时发现了这个机制。 你看，但我们说起大爆炸时， 我们常常有一个 宇宙爆炸的图画， 这个爆炸创造了我们的宇宙， 且把空间向外扩。

但有一个小秘密。 大爆炸留下了很重要的就是， 爆炸。 它告诉我们宇宙在爆炸后时如何进化， 但没有给我们 提供爆炸本身的力量。 最终，这个差距 被一个增强版的大爆炸理论填补上了 它被称为暴胀宇宙学， 找到了一种特殊的燃料， 会自然产生 向往冲的空间。 燃料基于一种叫做量子场的东西， 但对我们有关的唯一细节是 这种燃料被证明是如此高效， 它几乎不可能 完全用尽， 这就意味着在暴胀理论中， 大爆炸出现在我们宇宙 不是一次性的事件。 相反，燃料不仅产生了我们的大爆炸， 它也产生了无数的别的爆炸， 每个形成它自己的宇宙， 我们的宇宙变成 大宇宙泡泡浴里的一个泡泡。

现在，当我们把这融合到弦理论， 我们就看到了这张图片。 这些宇宙中的每一个都有额外维度。 额外维度有不同的形状。 不同的形状产生不同的物理特征。 我们发现我们自己在一个而不是 另一个宇宙中单单因为我们的宇宙的 物理特征，譬如暗能量的总量 正好适合我们生命的存在。 这是具有吸引力但对更广阔宇宙的 又极有争议的图片， 尖端的观察与理论 让我们去更严肃地思考。

一个悬而未决的问题，当然是， 我们能否确认 其他宇宙的存在？ 让我来描述一种 可能有一天会发生的方法。 通胀理论 已经有强大的观测支持。 因为这个理论预言 大爆炸将是如此强烈 以至于空间快速扩张， 微小的量子从微观世界 延伸到宏观世界， 产生一种独特的指纹， 一种既有微热和微冷的 斑点模式 已经被功能强大的望远镜观察到了。 讲的远点，如果有其他的宇宙， 这个理论预测这些宇宙 可能互相碰撞。 如果我们的宇宙被别的宇宙撞上了， 碰撞 会在空间里产生额外的 微妙的温度变化， 我们可能有一天 能探测到。 正像这张奇特的照片， 有一天也许会基于 观测， 建立其它宇宙的存在。

最后， 我将用一个有关遥远未来的 所有想法 的令人瞩目的暗示来结束。 你看，我们得知 我们的宇宙不是静态的， 空间是在扩张的， 这个扩张是在加速的， 可能会有别的宇宙， 我们可以通过仔细检查 微弱的星光 来确定那些遥远的星系。 但是因为这种扩张太快， 在遥远的未来， 这些星系会离我们很远很远 以至我们再也看不到它们-- 不是因为技术的限制， 而是因为物理定律。 这些星系发出的光，。 即使以很快的速度行走，以光速行走， 也克服不了 我们之间已经扩展的鸿沟 所以在将来天文学家 遥望远空 除了静静的漆黑的沉寂 什么也看不到。 他们就会下结论 说宇宙是安静的不变的， 由一个中央绿洲的居民 占据着-- 这幅宇宙的图画 我们知道是完全错的。

或许这些未来的天文学家 会有早期时代传下来的纪录， 就像我们的， 证明有一个充满星系的 膨胀的宇宙。 但这些未来的天文学家 会相信这里古老的知识吗？ 或者他们会相信 他们自己最先进的观测 显示的这个黑色的静态的空旷的宇宙吗？ 我怀疑后者。 这意味着，我们正经历 一个非常特权的时代， 宇宙某些深层的真理 还在人类探索 能及的范畴。 看来也许并不总是这样。 因为当今的天文学家们， 透过强大的望远镜， 已经捕捉到少数可提供信息的光子-- 宇宙电报要走 10亿年的路程。 这个经历了不同的年代信息是清晰的。 有时，自然通过 牢不可破的物理定律 来守护着她的秘密。 有时现实的真实 在地平线那边呼唤。

多谢！

（鼓掌）

Chris Anderson：布赖恩，谢谢你。 你刚刚谈到的这些想法的范围 真是令人眼花缭乱，兴奋不已，和难以置信。 从历史的角度来看， 你认为现在的宇宙学 走到了哪一步？ 从你的观点来说，我们是在历史中的不寻常的一个时期吗？

BG：这个很难说。 当我们知道将来的天文学家 没有足够的信息去把事情弄明白， 很自然的问题是，也许我们已经 在一个位置和深度， 因为宇宙学的演化， 宇宙的一些重要特性已经超出我们的理解能力。 所以从这个角度来看， 也许我们永远是问问题， 永远无法完全解答它们。

另一方面，现在我们能理解 宇宙有多老。 我们知道 如何理解137.2亿年前的 微波背景辐射的数据-- 我们今天可以计算并预测它将来会是什么样子， 并如何与它匹配。 不会吧！这太惊人了！ 所以，一方面，我们得到的太不可思议了， 但谁知道我们将来会发现什么障碍呢？

CA：你还要在这呆几天。 或许我们会继续讨论。 谢谢！谢谢你，布莱恩。（BG：很荣幸。）

（鼓掌）