第10章 无穷无尽的宇宙岛

即使把我关在一个果壳里，我也会把自己当作一个拥有着无限空间的君王。

——莎士比亚《哈姆雷特》

文明的未来

让我开始思索永恒暴胀的问题的，与其说是物理学，倒不如说是科幻小说。这关乎宇宙中智慧生命的未来。长远来看，任何文明的前景都很暗淡。即使一个文明从各种天灾人祸中幸存，它最终也会耗尽所有的能量。恒星终将死亡，任何其他的能量来源也终将枯竭。但现在，永恒暴胀模型似乎带来了一些希望。

我们附近的恒星的确会消失殆尽，但根据永恒暴胀理论，会有无穷多场大爆炸并产生无穷的新恒星。我们的可见区域只是一个宇宙岛的一小部分，迷失在伪真空的暴胀海洋中（见图8.3）。新的宇宙岛不断地在伪真空的海洋中诞生，带来无数的新恒星。事实上，恒星的形成过程将永远持续，即便在我们自己的宇宙岛中也是如此。

宇宙岛的边界不断地向伪真空海洋中推进。这种持续不断的前进由邻近的暴胀区域的伪真空衰变引起，因此，宇宙岛的边界也正是大爆炸正在发生的地方。新形成的宇宙岛极其微小，但随着时间的流逝，它们会无限地膨胀。大型宇宙岛的中心部分非常古老，因此它们是黑暗和贫瘠的：所有的恒星早已死去，所有生命也随之消逝。但是它的边缘区域仍然是年轻的，且一定充斥着闪耀的星星。

高等文明可能想要派出特遣队去殖民他们所在的宇宙岛边界附近新形成的星系。如果不这样的话，他们至少可以向位于宇宙岛边缘或其他宇宙岛的新生文明发送消息。这些文明可以继续向下一代文明传递信息，并不断延续下去。如果我们这样做的话，我们可以成为一棵不断生长的“文明之树”上的一根树枝，我们所积累的智慧也不会完全丢失。

安德烈·林德在《暴胀之后的生命》这篇论文中提出了上述设想。我想知道这些设想是否至少在理论上真的可行。林德从不同的角度分析了这个问题，但并没有给出明确的答案。事实上，宇宙某些地方的恒星比我们这里的恒星形成得更晚，并不一定意味着我们可以在那些星星熄灭之前到达那里。此外，根据爱因斯坦的理论我们知道，“早”和“晚”的概念并不是绝对的，而是取决于观测者。要探讨这个问题，我们必须了解永恒暴胀宇宙的时空结构。

我们在第2章中讨论过，相对论中的空间和时间统一为“时空”这一四维实体。时空中的一个点是一个事件，它有确定的位置和时刻。举例来说，假设你想参加两个活动。一个是你们在地球上的同学聚会，另一个是将在3年后的半人马座α星举办的星际超级弹跳球赛。已知半人马座α星距离地球约4光年，那么请问，这两个活动你可以都参加吗？

答案可以通过计算两个事件之间的时空间隔来得出。事件之间的时空间隔和空间中两点之间的距离类似。它的数学定义在这里对我们来说并不重要，重要的是时空间隔可以分为两种：类时和类空。如果一个物体能够在不违背相对论的基本原则，即运动速度不超过光速的情况下，从一个事件到达另一个事件，那么这个时间间隔就是类时的。在这种情况下，所有的观测者对于两个事件发生的顺序都有相同的判断。而如果物体不可能从一个事件到达另一个事件（也就是说，它需要超光速运动才能赶上），这种时空间隔就是类空的，这两个事件之间也可能不存在因果关系。爱因斯坦指出，关于这些事件发生的先后顺序，不同的观测者会给出不同的答案，而且一定存在一个观测者能观测到它们同时发生。

在我们的半人马座α星的例子中，这个时空间隔被证明是类空的，所以你只能从两个活动中选一个参加。当然，在这个例子中，我们不用计算时空间隔就可以很容易地计算出答案。光在3年内只能走3光年，因此为了走完到半人马座α星4光年的距离，你必须比光速更快。而在永恒暴胀宇宙的弯曲的时空中，分析则会更加复杂，故而我们必须计算时空间隔。

一个宇宙岛的时空图示如图10.1所示。竖直方向表示时间，水平方向是三个空间维度之一，另外两个维度图中没有显示。每一条水平线都是某一时刻的宇宙快照。你可以从图底部标有“以前”的水平虚线开始，然后逐渐向上移动，以此追寻宇宙的历史。（最底下这条虚线所代表的时刻是时空暴胀的时候，那时宇宙岛尚未形成。）标记为“大爆炸”的粗实线是宇宙岛和时空暴胀部分的边界。黑色的星系标记的位置是我们此时此地的状态，白色星系标记的是与我们现在所处时空的条件相似的其他的时空区域。标记为“现在”的水平虚线表示当前时间。这张图片显示了这个宇宙岛贫瘠的中心区域，以及边界附近的恒星形成区域。

图10.1 一个宇宙岛的全局时空图

通过简单的计算我们可以发现，所有位于图中实线的大爆炸事件之间的时空间隔都是类空间隔。这个关键的发现给了我关于文明的未来的答案，同时也完全改变了我看待宇宙岛的方式。

类空间隔意味着你不能从一个大爆炸事件到达另一个大爆炸事件。换句话说，你无法追上宇宙岛不断膨胀的边界，因为它膨胀的速度超过了光速。因此，我们将永远无法到达暴胀之海的岸边，沐浴在从那里诞生的新恒星的光辉中。我们甚至不能向新恒星附近的未来文明发送任何信息，因为没有任何信号能