第6章 绝对正确

可能形成。正如我们在第4章中所说的，星系是从密度的微小变异中发展而来的。这些原始的不均匀性——或者说密度扰动——的起源成了这次研讨会的中心议题。

在会议开始前不久，霍金写了一篇文章，提到一个非常有趣的想法。根据量子理论，所有物理系统的演化过程都不是完全确定的，而是会受到不可预测的量子冲击。因此，当标量场沿着能量函数滚下时，它会经历随机的反复冲击。在宇宙中的不同区域，冲击的方向不尽相同，因此，标量场到达能量函数底部的时间也会略有不同。在暴胀持续时间较长的区域，物质密度会略高一些。霍金认为，由此所产生的微小的不均匀性导致了星系和星系团的形成。如果他是对的，那么这种通常只在微小的亚原子尺度才凸显出重要性的量子效应，竟导致了宇宙中最大尺度结构的形成！

当然，古斯对这一发现激动不已。它不仅仅解决了理论上的难点，还指出了通过观测验证暴胀理论的可能性，这真是振奋人心。密度扰动可以通过宇宙微波观测，并与理论预测进行比较。这一点至关重要！

计算暴胀过程中的密度不均匀性是一个非常棘手的技术问题。霍金的论文几乎没有对此给出任何细节，难以理解。因此，古斯与出生于韩国的物理学家皮瑞英联手，用一种他们都能理解的方法来计算这种扰动。当古斯动身参加纳菲尔德研讨会时，他们的工作尚未完成，古斯在到达剑桥后的头几天才完成计算。出乎意料的是，他的结果与霍金的大相径庭。古斯与霍金都计算出扰动取决于标量场能量函数的形貌，但在相关性上有所不同，古斯的计算得到的扰动强度大得多。

古斯与霍金讨论了此事，但是分歧仍未解决，霍金坚持自己的结果。午餐时，古斯向我转述了他和霍金的谈话，显得非常困惑。他不确定自己的答案是否正确，并表示需要重新检查计算中的某些步骤。

雪上加霜的是，另外一个小组也在研究相同的问题。保罗·斯坦哈特此前与另外两位美国宇宙学家——詹姆斯·巴丁（James Bardeen）和迈克尔·特纳（Michael Turner），合作计算了密度的不均匀性。他们的答案也和霍金的不同，但是这个答案要小得多！最后，还有一位苏联物理学家阿列克谢·斯塔罗宾斯基（Alexei Starobinsky），他也计划就密度扰动的问题发言，但是他没有和别人交流过结果，没人知道他将宣布什么样的结果。

斯塔罗宾斯基并不是宇宙学界的新人。其他的暂且不论，他在古斯之前一年发现了一种暴胀理论，这件事已经使他被大家所熟知。问题在于，他的发现源于一个错误的理由。他原以为他的发现可以消除初始奇点，然而实际上并不能。但他并没有意识到，他的发现可以解决视界问题和平直性问题。由于缺乏这种关键的洞察力，这一模型在当时并没有受到太多关注，但是现在，它被视为除林德、阿尔布雷希特和斯坦哈特之外的另一种可行的标量场模型。斯塔罗宾斯基被安排第一个发言。他的报告风格是典型的苏联物理学院派，这一风格可以追溯到它的创始人，诺贝尔物理学奖得主列夫·朗道。在朗道着名的每周研讨会上，报告开始时，朗道会预先设定报告人是个白痴，并且只有很少的机会能证明自己并非如此。所以，这个研讨会主要是“为朗道服务”，让他相信报告人知道自己在讲什么，却不用担心报告内容完全超出在场其他人的理解能力。现在，再加上俄语口音和严重的口吃，斯塔罗宾斯基的汇报令人难以理解，这一点儿也不奇怪。不过，当他结束汇报时，有一点很清楚：他发现存在很大的不均匀性，这非常接近古斯的计算结果。

第二天轮到霍金发言。这位传奇的物理学家患有卢伽雷氏症，即俗称的渐冻人症，自20世纪70年代初就坐在轮椅上了。如今他通过一个语音合成器与人交流，可以在电脑屏幕上的菜单中逐一地选择单词。开会时，他仍然可以发言，但已经非常勉强了。大多数人听不懂他在说什么，他的一名学生在报告中担任翻译。霍金的讲座遵循了他文章中的观点，但最后却出乎意料，计算的最后一步发生了变化，而结果也与古斯和斯塔罗宾斯基的计算结果相同！在与古斯交谈并听了斯塔罗宾斯基的报告之后，霍金一定在自己的计算中发现了一个错误，虽然他从未提及他纠正了自己论文中的一个错误，也没有提到斯塔罗宾斯基和古斯也得到了相同的结果。

纳菲尔德研讨会上的大多数报告都是关于暴胀的，尽管新理论振奋人心，但我觉得一下子接触这么多信息有点儿让人招架不住。其他关于早期宇宙的报告将是一种令人愉悦的调剂，在我关于宇宙弦的报告的开场，我就表达了这一观点（见图6.6）。弦是源于早期宇宙的炽热高能时代的线条状遗迹。就像一些粒子物理模型中预测的那样，它们是伪真空的细管。在我的报告中，我探讨了弦的形成及其可能的天体物理学效应。报告深受好评，之后我就得以落座，放松一下，观赏关于密度扰动的最后一场比赛。

图6.6 关于暴胀的报告太多了。这是我关于宇宙弦的报告的开场幻灯片

斯坦哈特和他的朋友们仍在坚持。他们关注于计算中的一些微小的细节，并拼命想要弄清楚。但是他们得到的答案仍然比霍金最初的结果小