宇宙到底是一直在胀大，还是忽大忽小？科学家又撕起来了！｜王爽专栏

科学松鼠会 · 公众号 · 科学 · 2019-09-11 07:17

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暴胀理论是解释宇宙起源的重要假说。2002年，由于对暴胀理论的卓越贡献，宇宙学家保罗·斯泰恩哈特（Paul J. Steinhardt）获得了理论物理学界赫赫有名的狄拉克奖。

2002年的狄拉克奖，从左至右：古斯，斯泰恩哈特和林德。

然而早在2016年，这位暴胀学派的重要人物就已经“背叛”了暴胀理论，他与其他人合作提出了一个关于宇宙起源的新理论，叫做火劫。

宇宙是西西弗斯的巨石吗？

为了更好地解释火劫理论，让我先来讲一个古希腊的神话故事。

传说，古希腊有一个国王叫西西弗斯，他做过很多触怒众神的事，包括直接绑架了死神，让人间很久都没人死亡。为了惩罚西西弗斯，希腊诸神把他流放到地狱的边缘。在那里，西西弗斯必须把一块沉重的球形巨石推上一座高山。每当他费尽九牛二虎之力，好不容易把这块球形巨石推到山顶的时候，这块巨石就会沿原路一直滚回到山底。于是，西西弗斯又不得不下山，重新把巨石往山上推。就这样循环往复、永无休止。

提香的《西西弗斯》。图片来源：公有领域

这个神话故事里蕴含着一个很奇妙的概念，叫 时间循环 。它说的是，世界上存在一些周而复始不断循环的周期性变化。

时间循环其实是一个相当普遍的现象。比如，每日白天黑夜的交替、每年春夏秋冬的交替；起源于印度的两大宗教，印度教和佛教，都有所谓的“轮回”观念；美国大投资家威廉·江恩认为，股票市场存在着繁荣和萧条的不断交替。

烧脑的问题来了： 既然时间循环是一个很普遍的现象，那能不能拿它来描述整个宇宙呢？

斯泰恩哈特的回答是，能。正是基于这个想法，他提出了前面说过的 火劫理论 。

你可以把火劫理论理解成一部时间循环的宇宙电影。在这部电影中， 宇宙处于膨胀和收缩交替的永恒循环中 。在膨胀阶段，宇宙会发生一场大爆炸，然后借助大爆炸的力量向外膨胀；此后由于受到万有引力的影响，又会逐渐失去膨胀的动力。而在收缩阶段，宇宙会在达到最大体积之后，反过来进行收缩；最终所有的物质都被压缩进一个极小的区域，而这些物质的剧烈碰撞又会点燃新的大爆炸。如此循环往复、永无休止。

斯泰恩哈特之所以把这个理论命名为火劫，与古希腊四大哲学学派之一的斯多葛学派有关。“斯多葛”在希腊文中意为门廊。由于这个哲学学派特别喜欢在雅典广场的门廊下聚众讲学，所以被称为 斯多葛学派 。斯多葛学派认为，世界的本源是火，世间的万事万物都在火中孕育而生。有趣的是，在斯泰恩哈特的理论中，恰好有一个重要的概念与之对应，那就是大爆炸： 大爆炸既是毁灭旧宇宙的可怕浩劫，又是创造新宇宙的根本动力 ；此外，在发生大爆炸的时候，宇宙还特别特别的炽热。因此斯泰恩哈特的这个理论被称为火劫理论。

火劫理论与暴胀理论有两个本质的区别：

第一， 火劫理论认为，宇宙在大爆炸之前经历的并不是指数式膨胀，而是一段相对缓慢的收缩 。
第二， 在火劫理论中，多元宇宙将不复存在，取而代之的是一个单独的、永远也不会彻底消亡的宇宙 。

来自暴胀学派的攻击

火劫理论自从诞生之日起，就没少挨暴胀学派的骂。其中骂得最凶的就是斯泰恩哈特的死敌安德烈·林德。

早在35年前，当斯泰恩哈特还是暴胀学派三号人物的时候，林德就曾指责他剽窃了自己“慢滚暴胀”的思想；两人为此打得不可开交，还把打酱油的霍金给拖下了水。斯泰恩哈特成了暴胀学派的叛徒以后，林德就更是变本加厉，对老对手进行了全方位的攻击。

2002年5月，也就是斯坦恩哈特提出火劫理论的第二年，林德就写了篇文章，嘲笑火劫模型根本解决不了宇宙学中的两大重要难题（ 平坦性问题和视界问题 ）。林德宣称，要想真正解决这些难题，唯一的办法是对火劫理论进行修改，在大爆炸之前加上一小段加速膨胀。但这样一来，火劫就会被纳入暴胀的理论体系。换句话说，火劫就不再是一个独立的宇宙起源理论，而只是暴胀理论框架下的一个又复杂又麻烦的模型罢了。因此 林德断言，火劫理论根本就没有做暴胀理论竞争对手的资格 。

除了写文章攻击，林德还会去直接砸场子。在一次学术会议中，林德和斯泰恩哈特都应邀出席。当斯泰恩哈特上台宣传他的火劫理论时，林德竟然从观众席中直接站起来当场打断老对手的演讲，并对他的理论一通猛批。斯泰恩哈特也是个暴脾气，立刻对林德反唇相讥。两个超大牌的科学家，就这么在众目睽睽之下吵成了一团。

让我再补充一件关于林德的趣事。别看林德在其他理论家面前总是一副盛气凌人的样子，他在观测数据面前也会服软。我有一个师兄，目前是中科院理论物理研究所的研究员。他曾用天文观测数据比较过一些有名的暴胀模型，发现林德的模型最差，而另一位物理学家斯塔罗宾斯基的模型最好。他就此写的文章发表没多久，就收到了林德的电子邮件。林德在邮件中尴尬地辩解到：“现在就说我不如斯塔罗宾斯基还有待商榷。虽然我有一个模型不行了，但我还提出过很多别的模型嘛。”

言归正传。虽然其他人不会像林德这么富有攻击性，但绝大多数的宇宙学家对火劫理论的态度，其实和林德并没有本质上的区别。不妨做个类比。暴胀学派在宇宙起源领域的地位，大概和谷歌公司在网络搜索领域的地位差不多。谷歌公司在面对其他的网络搜索公司时，显然有不小的优越感。那么暴胀学派看不起火劫理论，也就不难理解了。

其实除了暴胀和火劫，还有两种描述宇宙起源的理论，它们都是由加拿大麦吉尔大学的罗伯特·布兰登伯格（Robert Brandenberger）提出的，分别叫 弦气理论 和 反弹理论 。不过时间有限，这次我们就不多介绍了。

好了，我已经为你讲完了4位宇宙学大佬之间的恩怨情仇。如果想要回顾整个宇宙起源之旅，可以点击下面的链接。

关于宇宙起源之旅的一些想法

在对这次的宇宙起源之旅做最后的总结之前，我想先来谈一谈自己对科普的一点感悟。

如果把科学想象成一座高耸入云的大山，那怎样才能让普通人也可以登上这座大山，欣赏到山上美丽的风景？

有两种办法。

第一种是建立一所登山学校，对人们进行专业的登山训练。首先，通过严酷的选拔，筛选出一批有潜力的运动员；接着，对他们进行严格的体能训练，帮他们打好必要的基础；最后，再教给他们专业的登山技能，让他们自己去爬山。这种办法叫科学教育。

第二种是成立一个缆车公司，在山脚下修一个缆车，让它一直通到山上。这样无论是谁，无论是身强力壮还是老弱病残，无论是聪明绝顶还是资质平平，都可以到山上去转一转，看看风景，拍拍照片，再发发朋友圈。这种办法叫科学普及。

原则上，对一个好的科普作者而言，不管多复杂多艰深的科学理论，他都可以让一个没有任何基础的人明白个大概。道理其实很简单，就以物理学为例吧，不管多复杂艰深的物理学理论，最终一定能描述成一个可视化的物理图像（事实上，一个理论要是只有公式没有图像，它在学术界本身也吃不开）。只要能深刻理解这个物理图像，就一定能在日常生活中找到一个与之相似的图像，进而借助这两个图像之间的相似性，就能在日常生活与学术前沿之间架起一座沟通的桥梁。这个桥梁就是我前面说过的那个能让所有人都上山的缆车。

但实际上，很少有人会去科普最前沿最复杂的科学知识，缆车公司更倾向于把缆车修到“半山腰”。这么做主要有两个好处：第一，财务负担小，不用为修一个缆车而花费太多的资源；第二，几乎所有名气较大的成熟景点（例如相对论和量子力学）都集中在半山腰，修到这里更容易招揽顾客。但这却造成了一个问题：游客就只能在半山腰上打转，而没有机会去欣赏山顶云蒸雾绕的美景。

还有一种需要死磕的策略，那就是把缆车直接修到学术最前沿的山顶。这么做非常辛苦：首先，修建缆车的难度会急剧增大，要付出的努力和心血也将成倍增加；其次，因为没有多少前人的经验可供借鉴，所以就必须自己摸索出一条全新的路。但这么做有一个最大的好处：能让游客看到山顶之上世间罕见的美丽风景。

在这次的宇宙起源之旅中，我采用了死磕的策略，把缆车修到了宇宙起源的山顶。你应该已经注意到，与相对论和量子力学之类的著名半山腰景点相比，宇宙起源的山顶上充满了太多的不确定性。有些理论，今天看起来还是坚不可摧，但明天来一场风暴可能就被刮倒了。这种动荡不安、还经常笼罩在云雾中的状态，其实才是真实科学世界的本来面目。

一起来回忆宇宙起源之旅吧！

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