第9章 天空的晓谕

来。令人惊讶的是，它与暴胀理论的预测惊人地吻合。这些记载了炽热的早期宇宙的辐射在宇宙中穿梭了数十亿年，等待被发现和破译。现在，天空终于有机会讲出自己的故事了。

在未来的几年中，暴胀理论将面临一系列新的观测验证。物理学理论可以得到数据的支持，但是永远无法得到证明。而一旦有数据与该理论相左，它就将被证伪。例如，暴胀理论预测宇宙的密度应等于临界密度，两者间偏差应小于十万分之一。因此，如果将来的某个实验发现宇宙的密度与临界密度之间的偏差大于这个数字，那么暴胀理论将陷入困境。下一代微波背景辐射的测量包括将进一步提高图像分辨率的普朗克卫星，以及地基的CLOVER天文台。CLOVER将精确测量微波的电场方向，或者说偏振。微波偏振模式对引力波（即时空几何结构的微小振动）的存在与否非常敏感。这种效应可以用来检验暴胀理论给出的另一种预测：我们沉浸在波长范围极广的引力波中，其波长从小于太阳系的大小到最大的可观测尺度。引力波的振幅是由伪真空能决定的，而伪真空能是导致宇宙暴胀的原因。真空能越高，引力波振幅越大。因此，如果CLOVER检测到引力波，我们应该能够推断出导致暴胀的伪真空能。这将是我们理解暴胀与微观世界的物理学之间的联系的重要一步。

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随着新观测数据的不断出现，我又想到了我那并没有受到重视的理论：永恒暴胀理论。主要的反对意见是，永恒暴胀理论探讨的是我们视界之外的宇宙，这是无法被观测证实的。但是，如果暴胀理论可以得到宇宙可观测的部分的数据的支持，我们是否可以相信其关于我们无法观测的部分的结论？

如果我将一块石头扔到一个黑洞中，我可以用广义相对论来描述它是如何向中心坠落的，以及它是如何被巨大的引力撕裂和蒸发的。这些都是从黑洞以外看不到的，因为光或任何其他信号都无法从黑洞内部逃逸。但是几乎没有人会质疑我的描述的准确性，因为我们有充足的理由相信广义相对论在黑洞内部和外部都一样适用。而现在，我们可以对暴胀理论做同样的延伸。我们应该尝试从这一理论中推导出尽可能多的东西，包括有关宇宙的宏伟构架——其起源和最终命运的内容。

宇宙的加速膨胀是由高红移超新星团队和超新星宇宙学项目团队发现的，前者由哈佛大学天文学家罗伯特·科什纳和澳大利亚赛丁泉天文台的布赖恩·施密特所领导，后者由索尔·珀尔马特所领导。关于这一发现的妙趣横生的第一手回忆，请参见由科什纳所着图书The Extravagant Universe: Exploding Stars, Dark Energy, and the Accelerating Cosmos (Princeton University Press, Princeton, 2004)。

我们可以通过超新星在地球上看起来的亮度来判断它和我们的距离，从而得知光到达此处花了多长时间，继而得知超新星爆发是何时发生的。光的红化（也就是多普勒红移）可以被用于分析当时宇宙膨胀的速度。第14章对此会有更详细的说明。

随后的章节中将会提到其他一些猜想。许多物理学家对致使宇宙加速膨胀的原因持不可知论的态度，并将元凶称为“暗能量”。

本书英文版出版于2006年。——编者注

即便宇宙的密度小于临界密度，经过修改后暴胀理论仍然可以成立，但这会使得暴胀理论更为复杂，并且魅力骤减。如果这样的话，标量场的能量函数将需要特别设计。与古斯的原始模型（见图6.2）一样，在真真空和伪真空之间会有一个势垒；但随后能量并不会陡然降至最低点，而是形成一段平缓的斜坡。这样的新模型会是古斯和林德等人的模型的结合。标量场通过真空泡成核的方式隧穿过势垒，并在单个真空泡内部沿着能量函数缓缓降至最低值。在分析真空泡时，悉尼·科尔曼发现，从其内部看，它们像是开放的弗里德曼宇宙，其密度小于临界密度。仔细调节能量函数的高度和斜率，可以人为地让宇宙密度接近临界密度，但是不会太近。物理学家们非常厌恶这种精细调节，所以希望这不是必需的。

另一方面，如果观测结果指向宇宙密度大于临界密度的结论，即便超出10万分之一，都意味着宇宙是一个相对较小的三维球体，不会比目前的视界大多少。对于暴胀来说，这是一个严重的问题。

这颗卫星以量子力学的奠基人之一马克斯·普朗克命名。他推导出了一个描述热辐射的能量如何在不同频率间分布的公式。这颗卫星计划于2007年发射。（该卫星实际于2009年发射，并于2013年顺利结束任务。——译者注）

建造CLOVER天文台的计划已于2009年被取消。——译者注

引力波的起源和密度扰动的起源（见第6章）是相似的。它们在暴胀期间以量子涨落的形式产生，其振幅与各自的空间尺度无关。阿列克谢·斯塔罗宾斯基在1980年提出了对引力波的预测，早于古斯关于暴胀的想法。

CLOVER天文台计划于2008年开始运行。只有当伪真空具有大统一尺度的能量时，它才能探测到产生于暴胀的引力波。对于