本文发表于《大众科学》的前博客网络，仅反映作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
昨天，我表达了对引力波观测为宇宙暴胀这一 24 年历史的宇宙创生理论提供“证明”的说法表示怀疑。之后，我观看了一段令人感动的视频，视频中，目瞪口呆的暴胀先驱安德烈·林德和他的妻子雷纳塔·卡洛什得知了观测结果。这段视频让我想起了 1992 年与这两位杰出的物理学家共度周末的情景，当时我正在为《发现》杂志撰写林德的简介，以及两年前我在瑞典的一次宇宙学会议上首次遇到林德的情景（艾伦·古思和斯蒂芬·霍金也参加了会议）。我在这里重新发表这篇简介，因为它提供了关于暴胀的入门知识——特别是关于林德的混沌、永恒自我复制的暴胀宇宙模型——并且因为它展示了为什么林德仍然是我一直以来最喜欢的科学家之一。我希望他有一天能获得诺贝尔奖。
在关于宇宙起源的诺贝尔研讨会上，现在是欢乐时光，安德烈·林德又开始耍他的把戏了。本周早些时候，林德就他所谓的混沌、永恒自我复制的暴胀宇宙的讲座，认真地激怒了他的物理学家同行。现在，在喝了几杯当地的越橘鸡尾酒后，林德从口袋里掏出一盒火柴，开始了一轮恶作剧。
林德说服一位白发苍苍的瑞典科学家充当他的实验对象。他用火柴按住同事的额头，然后用另一只手，似乎从那人的后脑勺上拔出了火柴。林德敲了敲实验对象的太阳穴，用浓重的俄罗斯口音慢条斯理地说：“这证明这里面是真空。”当实验对象没有微笑时，林德赶紧补充道：“这个把戏在我的头上也有效。”
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这种滑稽举动是林德（发音为 LEEN-deh）的典型风格。这位 44 岁的宇宙学家喜欢表演：除了是一位手法艺术家，他还是一位杂技演员、催眠师和漫画家，甚至会在多重宇宙复合体的图表中涂鸦笑脸。而且，无论是他的宇宙学理论还是他的魔术，他似乎总是忍不住要走得有点过头。
林德最出名的是他热衷于倡导一个名为暴胀的概念，该概念认为，宇宙在非常早期的婴儿期经历了一次短暂但惊人的增长爆发，然后才稳定下来，以目前的较慢速度膨胀。部分由于他的贡献，暴胀已成为当代宇宙学中被广泛接受的模型。但没有人像林德那样将这个概念推向极致。他认为，同样的基本机制不仅孕育了可观测宇宙——我们通过望远镜思考的星系闪耀的领域——还孕育了从我们自己的宇宙中分支出来的无数其他宇宙，这些宇宙是我们永远无法看到的。他甚至推测，我们的宇宙可能是由另一个宇宙中的生命有意创造的。
听起来很疯狂？林德的许多想法确实如此。但它们经常激发物理学家所需的创造性思维，以应对一个可以追溯到 100 亿到 200 亿年前的谜团。“这家伙十分钟内的想法比大多数人一生中的想法都多，”费米实验室的一位同事说。以这种速度，其中一些想法肯定是对的。
作为斯坦福大学一位新上任的教授，林德在北加利福尼亚州居住了 17 个月，但他苍白的旧世界肤色暴露了他长期不习惯阳光照射。“加利福尼亚可能太令人放松了，”林德在他的后院散步时嘟囔道，这与他搬到斯坦福大学之前工作过的日内瓦欧洲核子研究中心（CERN）是一个不同的世界，与他在莫斯科开始职业生涯的列别捷夫物理研究所更是截然不同。
的确，与林德一对一交谈，你很快就会意识到他绝不是一个悠闲的人。尽管他很爱玩，但他对自己的使命却非常认真，他说他的使命不亚于理解生命的本质。
林德说，理性知识可能存在一些局限性。研究非理性的一种方法是“投入其中，只是冥想。另一种方法是用理性的工具研究非理性的边界。”尽管林德选择了后一种途径，但他坦言“有时当我想到我会像物理学家一样死去时，我会感到沮丧。”
但林德的命运几乎是基因预先注定的。他的父母都是物理学家，他在莫斯科长大，他的母亲研究宇宙射线，他的父亲进行无线电波发射实验，这为他最终的职业生涯创造了一种宇宙背景。在莫斯科大学，林德致力于理论物理学，他认为这门学科至少提供了一种“不对世界运作方式说完全胡话”的方式。然后在 20 世纪 70 年代，在列别捷夫物理研究所任职后，他加入了一小群但不断壮大的理论家队伍，他们在粒子物理学（呈现物质和能量的最小图景）和宇宙学（呈现最大的图景）之间建立联系。
这些理论家最重要的贡献之一是提出了所谓的“大统一理论”。粒子加速器的实验提供了强有力的证据，表明在极高的能量下，除引力之外的所有自然力——即强核力（将质子和中子结合在一起）、弱核力（支配某些类型的核衰变）和电磁力——都表现为单一的统一力。在越来越低的能量下，这些力会逐个自发地解离。
林德指出，这可能有助于宇宙学家理解宇宙大爆炸后最初的几分之一秒内发生了什么，当时宇宙非常热，以至于所有力都表现为一体。随着宇宙冷却，这些力分裂开来，粒子开始表现出不同的行为。林德说，在那时，宇宙基本上正在经历相变，类似于水从液态变为冰态时经历的相变。
在 20 世纪 70 年代末，在探索早期宇宙的这种观点的含义时，林德和苏联物理学家阿列克谢·斯塔罗宾斯基发现了林德喜欢称之为“奇怪的可能性”的东西。当然，一般来说，当温度降至 32 度以下时，水会从液态变为冰态。然而，存在一个称为过冷的过程，在该过程中，即使水温低几度，也可以保持液态。（水必须完全没有杂质，这些杂质充当晶体的成核位点。）
林德提出，也许，当宇宙经历相变时，至少在一个区域，它变得过冷。换句话说，在婴儿宇宙的那个区域，自然力仍然是统一的，即使它应该太冷而无法允许这种统一。林德推测，在这种亚稳态下，引力可能短暂地变成了一种排斥力而不是吸引力（大统一理论预测了这种负引力）。因此，宇宙的那个部分可能会以指数级增长的速度膨胀。事实上，膨胀速度会远超光速，因为膨胀的是空间本身，而不是任何驻留的物质或能量。
迟早，即使是过冷的水也会结冰。同样，亚稳态区域最终也会经历自己的相变。一旦力不再统一，快速膨胀就会停止。林德想象这种情况首先发生在空间气泡中，这些气泡会像过冷水中出现的冰晶一样突然出现在亚稳态区域。然后，这些气泡会迅速触发整个亚稳态区域的相变，并减缓其生长。
不幸的是，这个令人惊叹的创世纪版本似乎存在致命缺陷。林德意识到，当这些气泡碰撞时，它们壁上的能量会产生巨大的超稠密物质片，即黑洞。他计算出，至少有一次碰撞很可能发生在可观测宇宙的边界内。但天文学家没有看到这样的结构。此外，气泡似乎不可能出现并膨胀得足够快，以吞没整个亚稳态区域，而亚稳态区域将继续以难以想象的速度增长。由于苏联科学家无法解决这些问题——而且由于他们没有看到尝试的令人信服的理由——他们放弃了这个想法。“我们认为这是垃圾，”林德回忆道。
然后在 1980 年，一位名叫艾伦·古思的年轻美国物理学家重新发现了膨胀机制。他称之为暴胀，并展示了它如何解决传统大爆炸理论提出的一些难题。
一个担忧是大爆炸微弱余辉，即宇宙背景辐射的平滑性。这种微波辐射于 1965 年被发现，是大爆炸最强有力的证据之一。然而，在 20 世纪 70 年代，一些宇宙学家开始怀疑为什么辐射在所有方向上似乎都具有完全相同的强度。古思的解决方案是，可观测宇宙从中产生的区域最初非常小，以至于它有时间在开始暴胀之前达到热平衡——这将消除任何不均匀性。
暴胀还可以解释我们宇宙中空间的平坦性。根据爱因斯坦的相对论，空间会被物质和能量扭曲，这个过程我们感知为引力。如果整个宇宙有足够的质量和能量，它就会完全向内扭曲自身；它将是封闭的。另一方面，如果宇宙的质量和能量太少，它将是开放式的。在任何一种情况下，宇宙都会是一个奇怪的地方——平行线要么会收敛，要么会分开。这两种情况似乎都不是，事实上，天体物理学家已经计算出宇宙中的质量和能量，并考虑了宇宙的大小，他们认为宇宙几乎是完全平坦的。一些理论家认为这是一个非凡的巧合：宇宙如何能自行达到这种完美程度？
古思说，暴胀提供了解释。天体物理学家将自己限制在可观测宇宙中，但暴胀理论认为，它实际上只是一个更大宇宙中一个微不足道的部分，我们永远无法看到。空间可能确实是弯曲的，但我们所知道的那部分太小，无法证明这种曲率。天文学家观察到的明显平坦性并非巧合——它只是我们视野局限性的产物。
林德立即认识到古思论文的重要性。他也认识到古思没有解决碰撞气泡问题。林德以极大的强度重新开始攻击这个问题，他说，以至于他得了溃疡。最终，在与一位同事深夜的电话交谈中，他找到了解决方案。为了不吵醒妻子和儿子，林德一直在浴室里说话。他的想法让他非常兴奋，以至于还是吵醒了妻子。“看来我知道宇宙是如何起源的了，”他告诉她。（幸运的是，林德有一位善解人意的妻子——著名的理论物理学家雷纳塔·卡洛什。）
林德的答案使可观测宇宙显得比以前更渺小。林德认为，我们所知的整个宇宙都嵌套在一个单独的膨胀气泡中。天文学家看不到碰撞气泡产生的黑洞，因为超稠密物质的壁被推到了我们小宇宙的可观测边界之外。林德在 1981 年写完了他的工作，并于 1982 年初发表。此后不久，宾夕法尼亚大学的物理学家保罗·斯坦哈特和斯坦哈特的其中一位研究生安德烈亚斯·阿尔布雷希特提出了基本相同的想法，该想法被称为“新暴胀”。
新暴胀刚刚流行起来——而且确实以惊人的速度流行起来——林德就发现了另一个缺陷。当他试图让他的设想与最新的粒子物理学理论相符时，他发现行不通。实际上，只有满足一些特殊条件，早期宇宙中的相变才会引发暴胀，这涉及到许多关于亚原子粒子行为的极端、毫无根据的假设。林德认为，这些条件不可能偶然满足。
然后，林德又想到了另一种“奇怪的可能性”。根据对量子物理学的某些解释，经典的空间和时间概念在极小的尺度上完全崩溃。林德认为，在宇宙的婴儿期，当它比最小的亚原子粒子小万亿倍时，它可能以空间和时间的许多可能配置的混沌泡沫形式存在。他断言，这样的时空泡沫不可避免地会抛出充满触发暴胀所需能量的空间和时间岛屿。创造这些岛屿不需要特殊情况——它们将从量子变异性的动荡中诞生。
1983 年，林德受邀参加在纽约州谢尔特岛举行的一次会议，这是他首次向世界讲述他的混沌暴胀假说的机会。包括古思、斯坦哈特和英国宇宙学家斯蒂芬·霍金在内的许多世界顶级物理学家和宇宙学家都出席了会议。但林德的演讲在很大程度上只换来了茫然的目光。“只有霍金理解了，”林德说。
的确，1988 年，霍金在他畅销书《时间简史》中赞扬了混沌暴胀。霍金写道，混沌暴胀具有早期暴胀模型的所有优点，但它不依赖于可疑的相变。
然而，在 1986 年，混沌暴胀远未被广泛接受，而作为“点子机器”的林德也江郎才尽了。苏联政府禁止科学家在国外发表文章一年。此外，林德感到自己深陷于他正在撰写的一本关于他对暴胀的看法的书中。他陷入了深深的抑郁症，以至于无法起床。
然后，在非常短的时间内，苏联科学院要求他——实际上是命令他——在意大利的一次会议上发表演讲。科学院建议——实际上是要求——他提出一些新理论，而不是老调重弹。林德意识到这是一个在国外发表文章的难得机会。在半小时的狂热思考中，林德又构思出了另一种奇怪的可能性——永恒自我复制宇宙的概念。
林德回顾了时空泡沫的一部分膨胀的那一刻。他意识到，触发暴胀的能量会随着在膨胀空间中稀释而缓慢减少——但不会在所有地方都减少。由于量子涨落，能量水平会因地点而异。在宇宙的某些区域，涨落会降低能量水平，暴胀很快就会完全消失。我们可见的宇宙就深深地位于这样一个区域内。
与此同时，其他区域将经历量子能量激增。它们不会逐渐减弱，而是会突然更加剧烈地膨胀，扩展成它们自己巨大的宇宙。当然，能量水平在它们内部也会波动：一些区域会很快减缓膨胀速度，而另一些区域则会继续暴胀循环，不断繁殖宇宙。
在自我复制的宇宙中，没有任何理由表明我们可见的宇宙不是另一个更古老宇宙的分支。事实上，林德甚至不确定他是否还需要依赖原始时空泡沫——或者，就此而言，传统的宇宙大爆炸。林德说，宇宙作为一个整体的演化没有终点，而且它可能也没有起点。
林德并不是第一个假设存在其他宇宙的物理学家。例如，在 20 世纪 50 年代后期，普林斯顿大学的休·艾 Everett 三世提出，即使亚原子粒子似乎只遵循一条路径，但实际上它们遵循量子物理学在数学上允许它们的所有路径——在不同的宇宙中。但大多数理论家将其他宇宙视为数学抽象概念，而且在某种程度上是令人尴尬的概念。
另一方面，林德乐于想象这些外星世界可能是什么样子。为了做到这一点，他大量借鉴了遗传学的语言。他说，其中一些分支宇宙保留了其前身宇宙的基因，并演变成具有相似物理定律——或许还有相似居民的宇宙。“对我来说，在其他地方存在像我们这样的生命几乎是确定的，”林德说。“但也许我们永远无法知道这一点。”
其他分支宇宙可能会发生变异，并随着与我们不同的自然常数、物理定律甚至维度而演化。当然，我们永远无法进入这些奇异的领域，但林德推测，如果我们的宇宙在未来变得不适宜居住，我们或许能够前往附近的一个条件与我们相似的宇宙。
然而，即使是现在，我们的宇宙在某种程度上也可能受到其他宇宙的影响。林德在 1987 年在美国各大学巡回演讲时，想到了这个想法。在讲座的间隙，林德写了一篇小论文，解释了他的新想法。这篇论文的主要目的是探索现代物理学中最深奥的谜团之一：真空能量问题。真空能量是指存在于空旷空间中的能量数量。
你可能会怀疑空旷空间应该是，嗯，空旷的。但根据量子力学，真空永远不是完全空旷的。它充满了波动的能量场，这些能量场对空间的最终影响应该是巨大的。然而，令人难以置信的是，宇宙作为一个整体，并没有显示出正能量（会向外推空间）或负能量（会使空间收缩）的迹象。为什么宇宙真空能量——据任何人所知——正好是零？
林德提出了一个典型的异想天开的解释。我们的宇宙和一个看不见的镜像宇宙（一个具有相反能量值的宇宙）之间的某种联系抵消了两个宇宙中的任何真空能量。林德承认，这“绝对是疯狂的”。尽管如此，他还是向他在巡回演讲中遇到的各种物理学家提出了这个假设，包括哈佛大学的西德尼·科尔曼。他们中的大多数人都同意林德的看法：他的想法完全是疯狂的。林德有些羞愧地回到了莫斯科。
一年后，科尔曼给林德寄了一篇论文。科尔曼采取了与林德不同的途径，但得出了相同的结论：我们的宇宙和其他宇宙之间无限小的通道——科尔曼称之为虫洞——有助于抵消真空能量。科尔曼的论文引用了林德的鼓舞人心的贡献，至今仍是一个备受争议的问题。这件事提升了林德作为一位开创性思想家的早已相当可观的声誉，1988 年，欧洲核子研究中心邀请他和他的妻子访问一年。他们于 1988 年底离开莫斯科，此后只进行过短暂的访问。
即使林德的想法越来越被接受和尊重，暴胀本身也越来越受到攻击。正如古思在 1980 年指出的那样，该理论的优势之一是它能够解释宇宙背景辐射的异常平滑性。但最近对星系的调查显示，它们聚集在一起，形成巨大的星团，周围环绕着巨大的空隙。批评者问道，如果暴胀在早期使宇宙如此平滑，那么它是如何变得如此团块状的？在解释为什么空间看起来是平坦的时，暴胀也对宇宙的密度做出了预测，但怀疑论者指出，对宇宙中物质总量的测量结果未能达到这些预测。
林德正在反击，他指出暴胀确实解释了宇宙如何变得团块状。当一块暴胀的空间正在膨胀时，随着空间的增长，其质量和能量的微小量子涨落会被放大。诚然，最近对宇宙团块性和质量密度的估计超出了暴胀的预测。但是，林德说，这些调查是初步的，而混沌暴胀经过一些修改后，可以适应其中的大多数。到目前为止，“除了言语之外，什么都没有，”林德在谈到那些试图宣布暴胀死亡的人时说。
作为一位永远的表演家，林德也在试图找到推销自己想法的方法。例如，他利用自己的新环境，最近说服一家硅谷公司借给他一套价值 20 万美元的先进计算机图形系统，该系统可以说明他的混沌、永恒自我复制的暴胀理论。在公司将计算机送到林德家后的第二天，他的儿子德米特里，一位冉冉升起的技术迷，就让它运行了一个说明混沌暴胀的程序。
“他是计算机专家，”林德自豪地拍着德米特里的肩膀说。德米特里生成了一张 Day-Glo 山脉的图像。通过量子涨落，这些山峰从代表一块空间的平面上升起。每个山峰都对应于一个时空岛屿，那里的条件适合暴胀，并且正在孵化一个新的宇宙。“人们仍然只想到一次大爆炸，”林德说。“向他们展示的唯一方法是制作图片。”
对物理学来说幸运的是，捍卫暴胀并没有占用林德的所有时间。最近，他一直在思考是否有可能制造另一个宇宙。包括古思在内的几位物理学家都曾尝试过这个想法，计算了在实验室中触发暴胀所需的材料和条件。（古思认为，你只需要大约 20 磅的物质，但你必须将其压缩到亚原子大小。林德对这个重量嗤之以鼻。在他的宇宙模型中，你需要的物质不到百万分之一盎司。）
然而，林德更喜欢问他认为更相关的问题：为什么有人想要创造另一个宇宙？创造者将无法进入另一个宇宙，甚至无法与之通信；一旦它开始暴胀，它几乎会以超光速从其母体宇宙中瞬间分支出来。
像往常一样，林德是第一个找到自己问题答案的人。他说，也许，你可以操纵暴胀前物质的种子，使其演变成一个具有特定维度、物理定律和自然常数的宇宙。这样，创造者就可以将信息印刻到该宇宙的结构中。
事实上，林德认为，我们自己的宇宙可能是由另一个宇宙中的生命创造的，而物理学家们在笨拙地试图解开我们世界的物理结构的过程中，可能正走在解码来自我们宇宙父母的信息的道路上。在向我提出这个想法后，林德给了自己一个淡淡的微笑，仿佛他刚从空气中拔出一根火柴。但当我请他推测信息可能是什么时，笑容消失了。“似乎，”他若有所思地回答道，“我们还不够成熟到知道。”