2.为什么宇宙会存在？

    《新科学家》记者阿曼达·杰夫特曾写到：“宇宙很大，真的很大。”如果我们的宇宙大爆炸理论是正确的，那么，以前的宇宙会比现在小。确实，在某点上，宇宙甚至并不存在。大约137亿年前，时间和空间同时从“空”中产生。那么，这一切是如何发生的呢？

    或者，换句话说，万事万物为什么会存在呢？这是一个大问题，或许是最大的问题。宇宙从虚无中产生这个观点本身就让人头大，想象一下什么是虚无或许更让人崩溃。

    然而，从科学的角度而言，这也是一个合乎情理的问题。毕竟，有些基本的物理学法则认为，在很大程度上，你和宇宙中其他事物存在的可能性微乎其微。热力学第二定律是现有的最被接受的物理学法则之一。该法则认为，熵（entropy，指体系的混乱程度，在控制论、概率论、数论、天体物理、生命科学等领域都有重要应用）一直在增加。

    科学家们用熵作为衡量指标，来测量不改变系统外观的情况下，系统的各组成部分可采用几种方式来排列。排列方式越多，熵越高；反之，越低。例如，一个热气中的分子可以采用多种不同的排列方式制造出同样的温度和压力，因此，该气体就是一个高熵系统。相反，人们无法在不将一个活体生物变成一个非活体生物的情况下，对该活体生物的分子进行重排，因此，该活体生物是一个低熵系统。

    按照同样的逻辑，虚无是我们周围最大的熵系统。人们能随心所欲地对其进行洗牌，并且，它仍然看起来是虚无。

    鉴于这一法则，很难观察到虚无是如何变成某些事物的，更不用说变成像宇宙那么庞大的事物了。但是，熵只是宇宙故事的一部分。对称性也和宇宙故事脱不了干系。自从宇宙诞生伊始，对称性的影响力似乎与日俱增。虚无的对称性就非常好，诺贝尔奖获得者、麻省理工学院的物理学家弗朗克·韦尔切克表示：“虚无是完全对称的。”

    然而，在过去几十年中，科学家们已经知道，对称性是可以打破的。韦尔切克的专业是量子色动力学，这是一个描述夸克之间强相互作用的标准动力学理论，它是粒子物理标准模型的一个组成部分。该理论告诉我们，虚无是事物的不稳定状态。“你能够制造出一个没有夸克和反夸克粒子在其中的状态，它是完全不稳定的。”韦尔切克说，“它会自发地开始产生夸克—反夸克对。”美国科罗拉多州立大学的物理学家维克托·斯坦格表示，因此，虚无完美的对称性被破坏了，这会产生一个意想不到的结论：尽管存在熵，有是比虚无更加自然的状态。

    英国牛津大学的量子物理学家弗兰克·克洛斯也同意这个观点，他表示，根据量子理论，不存在“空”这一状态。“空”有精确的初始能量，对不确定的量子世界来说，“空”是一个非常苛刻的要素。相反，真空实际上充满了滚烫的粒子汤，它们在存在之间进进出出。从这个意义而言，包括你、我、月球以及我们宇宙中所有的一切事物都由量子真空受激而产生。

    宇宙的起源还有其他解释吗？韦尔切克表示，恐怕没有了，他说：“虚无和充满了各种物质的宇宙之间毫无障碍。”或许，大爆炸是虚无顺其自然的产物。

    当然，这也提出了一个问题，大爆炸之前有什么呢？大爆炸持续了多长时间呢？不幸的是，在这点上，基本概念让我们灰头土脸：“以前” 这个概念变得毫无意义。用史蒂芬·霍金的话来说，这些问题就像问南极之南是什么一样。

    即便如此，有来自于虚无这一想法可能会引发一个更令人抓耳挠腮的后果，那就是：或许虚无本身就不可能存在。

    为什么这么说呢？量子不确定性使时间和能量之间达到了平衡，因此，持续时间很长的事物拥有的能量一定很少。这就可以解释一个问题：我们的宇宙持续了数十亿年——在这么长的时间内，星系得以形成，生命进化为能对其存在性进行提问的双足动物，因此，宇宙的总能量一定很低。

    这也符合人们对早期宇宙的普遍认识：大爆炸之后，时空经历了一个突如其来的膨胀。这短时期的迅猛膨胀——暴胀为宇宙填充了巨大的能量。但是，爱因斯坦的广义相对论告诉我们，更多的时间—空间也意味引力更大。引力产生的拉力代表让宇宙膨胀的负能量，其能抵消暴胀产生的正能量——宇宙从虚无中产生，这种正能量不可或缺。麻省理工学院的宇宙学家阿兰·古斯表示：“我想要说的是，宇宙是最后的免费午餐。”古斯于30年前提出了暴胀理论。

    过去，物理学家们担心，万事万物从虚无中产生会违背很多物理学法则，比如能量守恒定律。但是，如果存在着初始能量来使其守恒，问题自然烟消云散。并且，从虚无中产生一个宇宙不仅变得似乎可行，而且还是可能的。古斯说：“可能更好的表达方式是，有即是无。”

    然而，上述种种解释还是无法让我们摆脱困境。我们对于宇宙万物生成的理解依赖物理学法则的合理性，尤其依赖量子不确定性的合理性。但是，那意味着，在宇宙存在之前，物理学法则就已经被编织入宇宙的“衣料”中。那么，物理学法则如何能超出时空而毫无理由地存在呢？或者，换句话说，为什么有一些不是虚无的事物事先就存在呢？

    (中国科技网)