本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定代表《大众科学》的观点
我希望我对暴胀理论是错的。几十年来,我一直在抨击这个宇宙创造理论,将其与弦理论、多重宇宙(暴胀理论帮助普及了多重宇宙)以及其他由理论家们丰富的大脑中涌现的高度投机性的命题归为一类。[参见下方的附录,了解我和多重宇宙普及者“疯狂麦克斯”·泰格马克之间的交流。]
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暴胀理论在 30 多年前被提出,认为在大爆炸后瞬间——根据一项估计为 10 -43 秒——引力反转,短暂地变成了一种排斥力而不是吸引力。结果,宇宙经历了几乎难以想象的快速增长,这对它的演化产生了深远的影响,然后才减速到更悠闲的膨胀速度。
许多宇宙学家爱上了暴胀理论,因为它似乎解决了基本大爆炸理论提出的谜题。例如,为什么宇宙在所有方向上看起来都如此均匀?答案是暴胀理论会消除时空中的肿块,就像吹气球会消除皱纹一样。
但是,暴胀理论始终更多的是想象力的产物,而不是经验证据。对于其核心机制——引力反转,从来没有超过间接的、含糊的支持。更糟糕的是,该理论有许多不同的形式。我最喜欢的是安德烈·林德提出的永恒自我复制的混沌暴胀多重宇宙模型,他和艾伦·古思以及保罗·斯坦哈特一起被认为是暴胀理论的发明者。 [*有关林德及其暴胀理论的更多信息,请参阅我 1992 年对他的简介,我刚刚在本博客上发布了该简介。]
事实上,暴胀理论,就像弦理论一样,一直受到有时被称为“爱丽丝餐厅问题”的困扰。就像标志性的阿洛·格思里歌曲中赞扬的餐馆一样,暴胀理论有如此多的不同版本,以至于它可以给你“任何你想要的东西”。换句话说,它无法被证伪,因此——就像精神分析、马克思主义和其他过于灵活的假设一样——它并不是真正的科学理论。
暴胀理论的拥护者之前曾声称获得证实——例如,在 1992 年,当 COBE 卫星制作了宇宙微波背景的详细地图时,那是大爆炸的余辉;以及在 1990 年代后期,当天体物理学家发现宇宙的膨胀正在加速时。但是,这些所谓的暴胀理论的证实都没有站住脚。
就在两个月前,暴胀理论的先驱保罗·斯坦哈特 在 Edge.org 网站上写道:“我认为,如今理论家们的首要任务是确定暴胀理论和弦理论是否可以从蜕变为‘万物理论’中拯救出来,如果不能,则寻求新的想法来取代它们。因为一种无法证伪的‘万物理论’为真正的科学理论创造了不公平的竞争,该领域的领导者可以通过大声疾呼——明确表示‘万物皆可’是不可接受的——来发挥重要作用,以鼓励有才华的年轻科学家奋起迎接挑战。”(另请参阅斯坦哈特 2011 年 4 月的《大众科学》文章:“现代宇宙学核心的理论是否存在严重缺陷?”)
今天的新闻让我很感兴趣,引力波的观测提供了“暴胀理论的直接证据”,正如我的同事克拉拉·莫斯科维茨在 一篇精彩、信息丰富的文章中所说的那样。“位于南极的宇宙外星系偏振背景成像 2 (BICEP2) 实验,”她继续说道,“在宇宙微波背景 (CMB) 中发现了被称为原初 B 模式偏振的模式,宇宙微波背景是刚在大爆炸后留下的光。这种模式,基本上是光的偏振或方向的卷曲,只能由暴胀产生的引力波产生。”
丹尼斯·奥弗拜在 《纽约时报》 中写道,如果得到证实,BICEP2 研究“将成为科学史上的里程碑,堪比最近发现暗能量将宇宙推开,或大爆炸本身。它将为科学和推测打开广阔的时间、空间和能量领域。”
我希望情况确实如此,因为宇宙学和物理学迫切需要一股能量的注入(希格斯玻色子的反高潮发现并没有提供这种能量)。但这是我想看到的:首先,其他团队和天文台对 BICEP2 发现的证实。其次,来自高能物理学的实验,提供某种证实暴胀驱动机制的证据。第三,对为什么爱丽丝餐厅问题不再是一个问题的解释。第四,对为什么只有暴胀理论,而不是其他更传统的物理现象,可以解释引力波发现的解释。
当这些条件得到满足时,我将很乐意承认我对暴胀理论是错的。但是多重宇宙?永远不会!
附录:我想引起人们的注意——并回应——物理学家和多重宇宙普及者“疯狂麦克斯”(他自称)泰格马克在下方发表的评论:“感谢约翰这篇发人深省的文章!当你说‘但是多重宇宙?永远不会!’时,你真的觉得这是一个科学上站得住脚的立场,还是更像是一种情感上的信念?这让我想起了最近的奈伊-哈姆创世论辩论,哈姆被问及是否有任何证据会让他承认地球只有 6000 年的历史,他基本上说了‘不’。我在我的书(http://mathematicaluniverse.org)的第 6 章中提出的一个关键点是,平行宇宙不是理论,而是某些理论的*预测*,并且接受一个理论而拒绝其某些预测是不科学的:https://blogs.scientificamerican.com/guest-blog/2014/02/04/are-parallel-universes-unscientific-nonsense-insider-tips-for-criticizing-the-multiverse/。”
我的回应:“麦克斯,所以你将我拒绝多重宇宙(多重宇宙完全是虚构的,根据定义永远无法被观察到)与年轻地球创造论者拒绝进化论相提并论,而进化论已经被无数的观察所证实?真的吗?真有趣。这是我尝试的多重宇宙幽默,‘对多重宇宙的推测是否像对次级抵押贷款的推测一样不道德?’,这是我在 2011 年回应布莱恩·格林的书《隐藏的现实》时发表的。那篇专栏的核心是:‘多重宇宙理论不是理论——它们是科幻小说、神学、不受证据约束的想象力作品。在最好的情况下,科幻小说和神学可以让我们对宇宙难以言表的奇异和浩瀚感到敬畏。多重宇宙理论曾经激起我这些情感。当俄罗斯物理学家安德烈·林德——宇宙创造的暴胀理论的发明者之一——20 年前第一次向我解释他混沌的、自我复制的、分形的、暴胀的多重宇宙理论时,我的反应是,‘哇!太酷了!’多重宇宙理论不再让我兴奋了。也许是因为 9/11 及其所有血腥的后果,尤其是美国在阿富汗和伊拉克的战争……现在,多重宇宙理论在我看来不仅不科学,而且是不道德的,原因有两个:首先,在我们迫切需要科学来帮助我们解决问题的时候,像格林这样杰出的科学家如此公然地无视基本的证据标准是不负责任的。其次,像宗教对天堂的憧憬一样,多重宇宙代表了一种逃避我们这个世界的消遣。’”
南极 BICEP2 观测站的照片,由基思·范德林德拍摄。