第10章 无穷无尽的宇宙岛

比光传播得更快。令人遗憾的是，永恒暴胀似乎并不能对遥远未来的人类的境遇有任何助益。

你或许会困惑宇宙岛为什么会以超光速膨胀，这似乎与爱因斯坦理论中的禁止超越光速的概念相矛盾。实际上，这一禁令仅仅限制了物质（也包括光和引力波这样的辐射）不能以超光速相对另一物体运动。而宇宙岛的边界是一个几何概念，它没有任何质量或能量。

超光速的膨胀意味着接连发生的大爆炸之间并无因果关系。连续发生的大爆炸并不会像多米诺骨牌那样，一张牌的倒下引发了下一张牌的倒下。伪真空衰变的进程是由暴胀过程中产生的标量场的模式预先决定的。空间中场的变化非常平缓，因此邻近区域的伪真空几乎同时发生衰变。这就是为什么大爆炸会以如此快的速度连续发生，宇宙岛边界的扩张速度如此之快。

时间就是生命

神啊，我必须向你忏悔：我迄今仍不知时间为何物。

——奥古斯丁

我们说宇宙岛边缘的大爆炸发生得比宇宙岛中心区域的晚，这句话具体是什么意思呢？既然所有的大爆炸事件之间都是类空间隔，不同的观测者对这些事件发生的先后顺序也会观点不一。那么，我们应该听信谁呢？我们应该用谁的钟来计量大爆炸发生的时间呢？现在让我们停下来思考一下这个问题。虽然分析过程有些复杂，但是这个问题影响深远，花点儿时间搞清楚它是值得的。

首先让我们热热身，设想一个由弗里德曼模型描述的均匀的宇宙。均匀意味着物质在任何时刻都均匀地分布在空间中。这听起来并不复杂，但我们需要定义什么是“时刻”。

当宇宙学家谈论一个“时刻”时，他们指的是一大批分散在宇宙各处的、手持时钟的观测者。每个观测者都可以观测到自己附近的一小块区域，但是想要描述整个宇宙就需要所有观测者联合起来。我们自己也是一名观测者，我们的时钟现在显示的时间是宇宙大爆炸后140亿年。显然，在“同一时刻”，宇宙中另一名观测者手里的时钟也显示同一读数。不过，我们必须找到一种方法使得位于彼此视界之外的观测者们可以同步他们的时钟。

在根据弗里德曼的模型构建的宇宙中，答案是显而易见的：大爆炸是宇宙中时间的自然起源，所以每个观测者都可以从大爆炸开始计算时间。如果这样定义“同一时刻”，那么不同观测者在同一时刻观测到的物质密度将会是一致的，因此宇宙是均匀的。

理论上，我们也可以想象一群各自使用不同的计时标准的观测者。例如，事件的起点可以是大爆炸前后的某个时刻，且时间差因为位置的不同而不同。这样的话宇宙看起来就会变得复杂且不均匀。当然，头脑正常的人都不会这样来计量时间。它徒然将事情变得复杂，并掩盖了弗里德曼宇宙的本质。但事情并不总是那么直观。

让我们回到永恒暴胀理论所描绘的宇宙。首先考虑一个大区域，比如图8.3中，一个包含数个宇宙岛和暴胀区域的大区域。我们很难找到一个显而易见的时间起始点。因此，一个“时刻”的定义具有很大的随意性，只要所有发生在“同一时刻”的事件之间的时空距离都是类空的就可以。一旦定义了开始计时的“时刻”，观测者们的时钟就设置好了，这片区域在其随后的时光里就有了时间的观念。如果我们将初始时刻选得足够早，早在这一整片区域还全是伪真空时，那么接下来就像我们在前一节中所讨论的那样，宇宙岛将出现并且扩张。不过，它们出现的顺序以及扩张的速度和模式可能会因初始时刻的不同选择而有所不同。

现在让我们把目光放在一个宇宙岛的内部，试着从这个宇宙岛内的居民的视角来描述它。这样的话情况就完全不同了。就像弗里德曼的宇宙一样，现在时间的起源有了一个自然的选择。所有居住在这个宇宙岛中的观测者都可以以他们各自所在的位置发生大爆炸的时间作为时间的起点。换句话说，大爆炸可以被选为最初的“时刻”。这样的选择会带来一种全新的、彻底不同的宇宙图景。为了区分对大区域和对单一宇宙岛的描述，接下来我们将分别称之为全局视角和局域视角（或者内部视角）。

宇宙岛的局域视角如图10.2的时空图所示。大爆炸的瞬间照例用一条实曲线来表示。这条曲线上的每一点的物质密度都几乎是相同的，这是由衰变中的伪真空密度所决定的。因此，从局域视角来看，宇宙岛基本上是均匀同质的。在图10.2中，当前的时刻由标记为“现在”的虚线表示。这条虚线和星系的标志重合。这条线上所有的点附近的物质密度和恒星密度都和我们这个区域所观测到的相同。更令人瞩目的是，从宇宙岛内部来看，宇宙岛是无穷大的！

图10.2 宇宙岛时空的局域视角

从全局视角来看，宇宙岛是随着时间而膨胀的，随着新的大爆炸不断在它的边界处爆发，如果你等待足够长的时间，它会变得无穷大。但从局域视角来看，宇宙大爆炸是同时发生的，宇宙岛从一开始就是无穷大的。在图10.2中，代表大爆炸的实线并没有终点，而是无限延伸的。这条曲线的延伸对应着全局视角中更晚发生的大爆炸，也对应着局域视角中一开始离观测者距离更远的区域。这样，一个视角中时间上的无限持续就转化为另一视角中空间上的无限延伸。

宏观图景

现在让我们简要地总结一下