【本文介紹Penrose《宇宙的輪回》（Cycles of Time, An Extraordinary New View of the Universe ），發(fā)表在2014年4月號(hào)《新發(fā)現(xiàn)》（Science & View）】
彭羅斯的《宇宙的輪回》以科普的形式呈現(xiàn)一個(gè)新的理論構(gòu)想，是一本與眾不同的讀物。多數(shù)科普讀物寫的是成熟的公認(rèn)的科學(xué)發(fā)現(xiàn)和理論，而本書寫的是還在萌芽中的思想，書中宣講的“共形循環(huán)宇宙學(xué)”（CCC），眼下似乎還不太熱鬧，而它的意義也就在于給喜歡思想的讀者帶來(lái)思考的機(jī)會(huì)，讓普通讀者感受一個(gè)80歲的老思想者的探索的樂趣。
CCC是一幅無(wú)限循環(huán)的宇宙圖景：我們的宇宙是無(wú)限多個(gè)相似的宇宙世代中的一個(gè)，它從一個(gè)大爆炸開始，接著是指數(shù)式的膨脹。我們宇宙的百多億年前的那個(gè)“大爆炸”只是前一個(gè)世代的遙遠(yuǎn)未來(lái)的延續(xù)。“今世”的大爆炸與“前世”的無(wú)限遠(yuǎn)未來(lái)是“共形”的——也就是說(shuō)，未來(lái)是起點(diǎn)的尺度的放大而已，它們的時(shí)空度規(guī)存在比例關(guān)系，比例因子就叫“共形因子”。CCC就是關(guān)于那個(gè)共性因子演化的理論?？梢?，這個(gè)理論其實(shí)很傳統(tǒng)，發(fā)揚(yáng)了愛因斯坦廣義相對(duì)論的精神，算不上作者自嘲的“最瘋狂”。
它的“瘋狂”也許是“循環(huán)”帶來(lái)的聯(lián)想，令人想起鳳凰涅槃，想起宗教的“輪回”。實(shí)際上，現(xiàn)代宇宙學(xué)的第一個(gè)模型（1922年的Friedmann模型）就是閉合循環(huán)的宇宙。除了宗教的意味，循環(huán)模式的最大困難是熱力學(xué)第二定律——系統(tǒng)的熵不可能減小，因而不可能出現(xiàn)循環(huán)。過去人們?yōu)榈诙蓮?qiáng)加一個(gè)“封閉系統(tǒng)”的約束，說(shuō)它不適用于整個(gè)宇宙，或者用某種哲學(xué)原理來(lái)“點(diǎn)化”物理學(xué)問題，都不能令人滿意。CCC的美妙就在于它以數(shù)學(xué)方式自然解開了第二定律的循環(huán)怪圈，彭老說(shuō)，他主要就是為了解決大爆炸和黑洞奇點(diǎn)的第二定律才大膽提出貌似瘋狂的CCC的。
CCC源于彭老30多年前的“外爾（Weyl）曲率假設(shè)”（WCH）：Weyl曲率在大爆炸奇點(diǎn)為零，而在黑洞奇點(diǎn)最大。在宇宙早期，沒有物質(zhì)聚集，空間是各向同性的，那是因?yàn)橐ψ杂啥缺绘i定了；當(dāng)引力起作用后，熵開始增大——于是，Weyl張量的演化自然與熵的變化和熱力學(xué)第二定律聯(lián)系起來(lái)了，它描述的時(shí)間箭頭，比霍金的無(wú)邊界條件的理論更自然。
CCC也牽涉到很多基本問題。例如，它要求宇宙初期和末期都只有零質(zhì)量的粒子，這一點(diǎn)很有爭(zhēng)議。彭老一直不喜歡標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)的暴脹論，CCC認(rèn)為暴脹不是發(fā)生在大爆炸之后，而是在大爆炸之前（即前一個(gè)世代的遙遠(yuǎn)未來(lái)）。“前世”暴脹前的不均勻性是動(dòng)力學(xué)演化的，而標(biāo)準(zhǔn)模型的不均勻種子是隨機(jī)的量子漲落生成的。因?yàn)檫@一點(diǎn)，CCC認(rèn)為宇宙微波背景輻射（CMB）的漲落存在動(dòng)力學(xué)的結(jié)構(gòu)，它也預(yù)言了那個(gè)結(jié)構(gòu)——就是彭老近年在CMB圖像中發(fā)現(xiàn)的溫度低漲落同心圈。CCC還為共形場(chǎng)賦予了一個(gè)暗物質(zhì)的角色，而傳統(tǒng)的暴脹論沒有暗物質(zhì)的位置。
CCC還趕上了時(shí)下的熱點(diǎn)問題?；艚鹱罱岢?，黑洞不是“黑”的（不存在絕對(duì)的事件視界），而是“灰”的。原來(lái)，超弦專家波爾欽斯基（Polchinski）的小組在兩年前發(fā)現(xiàn)，量子效應(yīng)會(huì)將黑洞視界變成一個(gè)火圈，誰(shuí)要自由落向黑洞，準(zhǔn)會(huì)在那兒遇到一堵“火墻”。這個(gè)結(jié)果很可怕，與相對(duì)論矛盾，因?yàn)橄鄬?duì)論認(rèn)為自由下落者與靜止觀測(cè)者的物理是一樣的（即等效原理）。于是問題來(lái)了：要么承認(rèn)火墻的存在，相對(duì)論錯(cuò)了；要么承認(rèn)信息丟失，量子論錯(cuò)了?；艚馂檎{(diào)和量子論與相對(duì)論，便提出折中的“灰洞”說(shuō)。彭老是相信信息丟失的，CCC需要黑洞完全蒸發(fā)，那樣才能實(shí)現(xiàn)與大爆炸時(shí)空的共形。實(shí)際上，彭老不喜歡量子論，也不喜歡超弦。大家都期待著引力的量子化，而他一直在尋找量子論的極限，認(rèn)為引力是量子世界與宏觀世界的過渡。所以，他的思想有點(diǎn)兒“不入（主）流”，雖然關(guān)注的很多，但真正跟隨他思想路線的似乎不多，所以，CCC似乎還不如火墻那邊兒熱鬧。
但是我們也看到了，CCC是一個(gè)很漂亮的綱領(lǐng)。它從第二定律出發(fā)，用一個(gè)數(shù)學(xué)量構(gòu)建了一個(gè)邏輯框架，形成一個(gè)自然的宇宙圖景，還包容了眾多基本的物理問題。雖然它不能解決那些問題，似乎還與某些解相互矛盾，卻呈現(xiàn)了一個(gè)好綱領(lǐng)的樣本。大數(shù)學(xué)家哈代（Hardy）說(shuō)過，提出一個(gè)嚴(yán)肅的數(shù)學(xué)問題，其意義不在內(nèi)容本身，也不在它的結(jié)果，而在它所聯(lián)系的思想的重要。CCC的意義，正在于它以簡(jiǎn)單而自然的方式聯(lián)系了宇宙學(xué)的基本問題。雖然它不像其他宇宙模型那么熱鬧（如“火宇宙”、“多重宇宙”），但顯然比它們簡(jiǎn)潔美妙。
大物理學(xué)家薩斯金（Susskind）在看過波爾欽斯基的“火墻”論文后說(shuō)，“第一反應(yīng)是，它錯(cuò)了；第二反應(yīng)，它是對(duì)的；第三反應(yīng)，它錯(cuò)了；第四反應(yīng)，它是對(duì)的?！蔽覀兛梢员瑯拥摹岸嘀胤磻?yīng)”的態(tài)度來(lái)讀CCC。在這樣的著作面前，讀者是與作者平等的思想者，甚至是他的判決者。也只有在讀這樣的書時(shí)才會(huì)有那么刺激和快樂的感覺。當(dāng)然，對(duì)多數(shù)讀者來(lái)說(shuō)，也許更重要的是，這本小書展現(xiàn)了科學(xué)家的思維方式，特別是現(xiàn)代科學(xué)的成長(zhǎng)方式。我們可以回顧一個(gè)概念近40年的演化，追隨一個(gè)宇宙圖景的形成，更可以欣賞它的邏輯路線和結(jié)構(gòu)，追尋它牽連的物理。如果將彭老的CCC的形成與霍金40年來(lái)的黑洞理論的演進(jìn)平行起來(lái)看，我們也許會(huì)發(fā)現(xiàn)更多的樂趣。
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