大爆炸之前的“有”与“无”

■ 陈壮叔

对天文界来说，20世纪60年代可说是宇宙学和天文学的大收获时期，不仅观察到了理论预言的中子星、微波背景辐射（它是宇宙创生大爆炸的余晖），而且最重要的是，经科学家的长期努力，终于使大爆炸理论从众多宇宙论中脱颖而出。按照这一理论，140亿年前，空间中的一个极小的点突然大爆发，温度达到无限大，能量和物质井喷而出，空间开始膨胀，之后逐渐冷却到今天的3K，而其可观察的空间跨度约为140亿光年。

这听起来像是神话，但它确实是建立在广义相对论的基础之上，且取得了观测证据的支持。20世纪20年代，美国天文学家哈勃在观测河（指银河）外星系时发现它们都在退行，即都在离开我们远去。这说明我们的宇宙空间在膨胀，由此在时间上回溯，必然得到宇宙始于一个小点的结论。

从目前的观测数据我们可以知道，银河系含有2000亿颗恒星；而据估算，宇宙中至少拥有2000亿个星系。看到这里人们一定会感到十分奇怪，如此大量的物质如何起源于宇宙的这个小点？换言之，大爆炸之前，宇宙是什么模样的？

科学家现在正在寻找“之前”的答案。他们认为，140亿年前，在这个小点上并不存在宇宙，时空自发地从真空中跳出。换言之，宇宙似乎简单地从“无”中出现。看来，我们真的碰上了“无中生有”，但却让人难以理解。一些研究者说，要相信“无”比相信“有”更困难。

宇宙的“无”与“有”绝不是哲学性的论述，而是物理学家探索的一个最大问题。

根据热力学第二定律（物理学中的一个重要原理，也即熵的定律。所谓熵是事物无序或混乱程度的一个量度），任何系统的熵随着时间而增大，故熵有一种增大的趋势。但每个系统熵的高或低并非都相同，例如，一个高温气体系统，任你对系统内的分子做多种的排列，最终该系统的温度和压力仍不变。这就是一个高熵系统。相反，你对一个生命体的分子很难做出多种排列，否则它就将丧失生命，故生命体是一种低熵系统。

现在我们来看一下“无”的熵：你可以随心所欲地搅动一切，最终你看到的还是“无”，故“无”是一种最高熵态。

从熵的定律不可能得出“无”中可生“有”。所谓“有”就是有物质或能量，这就意味着出现了有一定结构和运动规律的东西，也即出现了有序。因为“无”中生“有”意味着熵在减小，但熵的定律却认为熵只能随时间增大而不会减小，所以这是不可能的！

物理学家还提出了对称性，它似乎对物理宇宙具有更大的影响，无论宇宙是怎样出现的。“无”可以说是最对称的，麻省理工学院的著名物理学家惠菲克说：“‘无’确实是最对称的，没有人能说出‘无’的这部分不同于另一部分。它是完全对称的。”若“无”中生出了“有”，势必打破了对称性。

看来，物理学是不同意“无”中生“有”的。不过，事情并非如此简单。

近20年来，科学家对宇宙学的研究深入到它最本质的领域，即时间和空间。2003年，数学家华尔弗莱说，根据他的电脑模型，可证明热力学第二定律是完全错误的；而其他研究者在不同条件下，尤其是在量子效应发生作用的条件下，也在第二定律中找到不少漏洞。总之，近几十年来，科学界对第二定律提出了空间的挑战。

那么，对称性又如何呢？惠菲克说，现在得知，对称性是可被打破的。根据量子色动力学（该理论描述原子核内部夸克的行为），“无”是事物的一种不稳定态。惠菲克说：“你可构成一种无夸克和反夸克的状态，但它是很不稳定的，它会自发地产生夸克—反夸克对。”这样，“无”的完美对称被打破了，这导致了一个意想不到的结果：“有”似乎要比“无”更为自然。根据量子论，不可能有“虚无”态，“虚无”态的能量必须精确为零。而量子世界必须具有不确定性，例如，真空中确实充满着粒子的滚动，它不时地进入和退出存在。从这个意义上讲，你、我、他等万物都是量子真空的受激态。

物理学家克罗斯说，可能有些事物能说明宇宙本身的起源。他说：“‘无’与充满物质的宇宙之间并无壁垒。”或者说，大爆炸正是“无”的自然作为。这就延伸出大爆炸之前是什么情况的问题，这段空隙的时间又有多久。很遗憾，基本的物理学在“之前”那里都宣告失败。用霍金的话来说，“之前”这个概念是没有意义的，这就像是在问“北极之北是哪里”一样。不过，有些物理学家却不如此看，他们认为，“之前”这个思想有更惊人的结果，那就是“有”出于“无”，或者说“无”本身是不能存在的。

在量子力学的测不准原理中，时间和能量是一对共轭量，二者可交替换位，因此，一个较长的时间有且只能含有较小的能量。要解释我们的宇宙为何能延续如此长的时间（目前为137亿年），以使星系、太阳系形成，生命演化到人这样的智能生物，答案只有一个：宇宙的总能量必极小！而这也是“无”中如何生出“有”的答案。

这也符合科学界普遍接受的有关宇宙早期的理论。这一理论认为，在大爆炸后，时空即刻出现了一次短暂爆发性的膨胀，简称暴胀，就此宇宙空间迅速扩大，能量泛滥其中。但根据广义相对论，更大的时空也意味着更强的引力。引力的吸引拉力代表负能，它跟暴胀的正能想抵消。故宇宙学家古斯（暴胀论的提出者）说，这实质上构成了一个“无”的宇宙。

物理学家总是怀疑，从“无”中生出“有”会违背所有的物理定律，诸如能量守恒。但若需要守恒的全部能量值为零，那么这个问题也就消失了。

宇宙从“无”中暴出，或者还有一个“更好”的说法：“有”就是“无”。迄今没有哪一种理论能真正帮我们摆脱困境。我们关于创生的看法依赖于物理定律，尤其是量子论的不确定性。但这也意味着，物理定律在宇宙存在之前就已经发挥作用，它指挥宇宙如何进入存在。但是，物理定律如何能存在于时空之外呢？难道它没有自己存在的原因吗？一些人认为，把“之前”看做“有”而不是“无”更为合理。

笔者认为，“之前”时期的“无”与“有”理应就是那么模糊的。既然宇宙的诞生是一个量子事件（霍金语），而量子世界中的事物总带有双重性。例如，粒子既是实物粒子又是波；同一粒子在同一时间内，它既在这里又在那里；两个相隔甚远（如几十亿光年）的粒子可在瞬间相互作用等等。所有这些现象，若用宏观世界的观点去看，岂非都是荒唐的吗？