一切从何而来？别说是“大爆炸”。说一切都来自大爆炸，就像说婴儿来自产房一样——在狭义上是正确的，但它远远不够深入。那个“砰”的东西从何而来？它是什么？它为什么会“砰”？
古斯认为（他正在绘制假想人工宇宙在时空轴上的弯曲边界），暴胀宇宙不必是自然的。在他看来，一个先进的种族可以利用暴胀引擎，从零开始创造一个完整的宇宙。事实上，我们的宇宙可能就是这样的创造物。
在艾伦·古斯出现之前，宇宙学家很少敢于猜测。
大爆炸理论基于1922年的推测，并于1960年代由天文学家证实，它认为宇宙始于一个极小、极密、极热的火球，此后一直在膨胀和冷却。但该理论没有说明“砰”之前或甚至在“砰”的那一瞬间发生了什么。1979年12月，当时32岁、在斯坦福直线加速器中心担任默默无闻的物理学家的古斯，成为第一个对宇宙诞生不到百分之一秒时的状态提出合理解释的科学家。古斯说，在宇宙诞生后的10^-37秒到10^-34秒之间，宇宙经历了难以想象的爆炸性膨胀，膨胀速度持续翻倍，然后才开始稳定下来，转变为大爆炸理论最初描述的更平缓的膨胀。
古斯的暴胀理论——他为这种超快速早期宇宙膨胀创造的名称——此后战胜了所有理论挑战，并随着每一个新的宇宙学发现而变得更加强大，包括最新、最大的一个发现：宇宙的膨胀速度，长期以来被认为是减慢的，实际上正在加速。“没有竞争对手，但这并非缺乏尝试，”塔夫茨大学宇宙学家亚历山大·维连金说，“许多人试图发展一个解决同样问题的模型，但他们都失败了。”古斯的声誉也随之上升：他从一个待业的博士后变成了宇宙学界的领军人物。去年四月，他获得了本杰明·富兰克林物理学奖章，这通常是诺贝尔奖的先兆。
与此同时，现在是时候思考暴胀最大的含义了，这个含义在1979年对于一个未经证实的理论来说似乎过于夸张，但现在必须正视。整个宇宙可能，用古斯的话说，是“免费的午餐”。他和其他宇宙学家认为，暴胀的原始“物质”很可能是一种自发创造，是一种无条件的馈赠，通过一种完全随机但科学上可能的进程，凭空产生。既然暴胀理论正接近教条，它正将科学推向回答最大问题之一的边缘：为什么有物而非无物？
为了弄清楚这一点，我在麻省理工学院校园里穿行，古斯是那里的V. F. Weisskopf物理学教授。他的办公室在6号楼——在实用主义至上的麻省理工学院，建筑物只有编号，没有名字——位于学生们称之为“无限走廊”的四分之一英里连接通道的尽头。我敲了敲门。古斯不在。“他总是迟到，”一位路过的教授好心地说。古斯的助手为我打开了门。
古斯的办公室看起来像是“爆炸”过：即使以心不在焉的天才标准来看，它也是一团糟。39个空汽水瓶，大部分是健怡百事可乐，靠墙堆着。垃圾包括一杯喝了一半的大杯咖啡、空电脑零件盒和其他杂物。所有水平表面都堆满了似乎所有关于宇宙学、天体物理学或粒子物理学的论文或书籍。古斯桌上的纸堆比他的电脑显示器还高。按照学术标准，这是一个很大的办公室，大约15乘20英尺，但必须在地毯上为数不多的空地上跳来跳去才能到达任何地方。
古斯来了，为他的迟到道歉，伸出手。他身材矮小，5英尺7英寸，精力充沛，有点活泼。很容易相信他曾经是他新泽西州高地公园高中跳远冠军。他的脖子从肩膀向前伸出约45度角，给人一种他对一切都着迷的印象，这确实是事实。他灰白的头发盖住了耳朵。他戴着金边眼镜，穿着一件没有领带的蓝色纽扣衬衫，卡其裤，休闲棕色皮鞋，以及那种带数字键盘的极客手表。他说话很快，带有浓重的泽西口音。他55岁，是一位干洗店老板的儿子。他是个顾家的人，儿子上大学，女儿上高中，他为人随和，当我们讨论麻省理工学院糟糕的停车情况时，他经常大声笑。
当古斯说话时，他似乎自然而然地回溯了150亿年，回到了大多数宇宙学家都认同的宇宙诞生时刻。很快，我们便置身于初生的恒星之间。
“《圣经》以创世记开头并非巧合，”我们离开大楼，在查尔斯河吹来的寒冷秋风中快步走上瓦萨街时他说。“大多数人确实想知道我们从何而来，以及我们周围的一切从何而来。我喜欢大力推广科学的答案。我们有证据。我们不再需要依赖小时候听过的故事。”
我们进入麻省理工学院北侧的一家小型意大利餐厅。这里可没有免费午餐。古斯的炸鳎鱼要10.95美元——他说，味道不错，物有所值。
暴胀宇宙根据古斯的理论，宇宙始于量子引力时代，那时宇宙的四种基本力——引力、电磁力、强（核）力和弱力——可能已经统一。在这种不稳定的“炖汤”中沸腾出的能量，在短暂的暴胀时期以持续翻倍的速度增长，随后衰变为电子-夸克汤，因为这些力开始分裂。随着宇宙冷却和膨胀，汤中的基本粒子结合成越来越复杂的形态。图：马特·赞
那么，既然八盎司的鱼要花11美元，而且从更广的意义上讲，这个宇宙中没有任何东西是在没有能量交换的情况下“购买”的，那么整个宇宙怎么会是免费的呢？
古斯说，首先，想象什么都没有，一个纯粹的真空。小心点。不要想象没有物质的外太空。想象根本没有空间，也没有物质。祝你好运。
对于普通人来说，在“无”中什么都不会发生似乎是显而易见的。但对于量子物理学家来说，“无”实际上是“有”。量子理论认为，概率而非绝对性支配着任何物理系统。即使在原则上，也无法预测任何单个原子的行为；物理学家所能做的只是预测大量原子的平均性质。量子理论还认为，真空，像原子一样，也受量子不确定性的影响。这意味着物质可以从真空中产生，尽管它们倾向于迅速消失。虽然这种现象从未被直接观测到，但对电子磁强度的测量强烈暗示它是真实存在的，并且即使现在也在太空真空中发生。
理论上，任何东西——一条狗、一栋房子、一个行星——都可以通过这种量子怪癖突然出现，物理学家称之为真空涨落。然而，概率表明，亚原子粒子对——一个正电荷，一个负电荷，这样就不会违反守恒定律——是迄今为止最有可能的创造物，而且它们的存在时间极短，通常只有10^-21秒。像分子这么大的东西自发地、持久地出现是极不可能的。
尽管如此，1973年哥伦比亚大学助理教授爱德华·特莱恩提出，整个宇宙可能就是以这种方式产生的。在他题为《宇宙是真空涨落吗？》的论文中，他宣称：“我提出一个适度的建议，即我们的宇宙只是那些时常发生的事情之一。”其他人对此不屑一顾。物理学家们认为，如果一个从无到有、短暂存在的分子是荒谬的不可思议，那么一个从无到有、存在了150亿年的宇宙就更不可能了。
这种情况持续了大约五年。然后，在1978年11月13日，古斯在康奈尔大学进行粒子物理学博士后研究时，偶然走进了一场由普林斯顿宇宙学家罗伯特·迪克（Robert Dicke）主讲的大爆炸讲座。当时，古斯认为宇宙学领域含糊不清得令人恼火，与数学上干净利落的粒子物理学世界相比，它是一个充满投机性放纵的沙盒。“如果那周再忙一点，我就会错过那场讲座了，”他说。
但是没有，他也没有错过。
迪克的话题是“平坦性问题”，这是大爆炸理论最大的谜团之一。迪克解释说，宇宙不知何故显得极其“平坦”，这意味着物质、速度和引力都达到平衡，使得时空恰好处于“封闭”和“开放”几何之间的分界线上。在一个封闭的宇宙中，时空向自身弯曲，以至于原本平行的光束实际上会相遇。在一个开放的宇宙中，光束会发散。欧米伽值描述了空间中物质的平均密度与使宇宙完美平坦所需的密度之间的比率。如果欧米伽等于1，宇宙就是平坦的。
现在回到古斯的办公室（解释欧米伽比上面总结的要长得多），他弓着身子坐在宿舍配发的橙色沙发上，他对这个主题的兴奋之情溢于言表。“根据经典的大爆炸理论，随着宇宙的演化，欧米伽值总是会偏离1，”他说。因此，如果宇宙开始时欧米伽值小于1，那么随着宇宙的老化，欧米伽会迅速变小。如果它开始时欧米伽大于1，那么欧米伽会迅速变大。今天欧米伽非常接近1这一事实——微波背景辐射测量表明它在10%以内——意味着，根据经典大爆炸理论，大爆炸后一秒钟，欧米伽必须介于.999999999999999和1.000000000000001之间。但为什么呢？“我很好奇，”古斯说，“这个数字怎么能一开始就如此精确地调整好呢？”
1979年12月6日，在对大爆炸和其他大爆炸之谜冥思苦想一年多之后，古斯坐在办公桌前，提出了他称之为暴胀的突破性理论。他意识到欧米伽一开始不必被荒谬地微调。一个指数膨胀的早期宇宙，他后来称之为暴胀宇宙，会将欧米伽推向1，而不是远离1，从而使一个平坦的宇宙成为必然。
有些宇宙学家像他们的研究主题一样遥远，但古斯不是这样，他渴望地大步走向讲台，在麻省理工学院进行公开讲座。“看到这些想法对从未听过它们的人产生什么样的影响很有趣，”他说。“它让我的兴奋感重新焕发。”
嗯？
回到那个原始的真空，一个沸腾的“炖锅”，其中成对的正负亚原子粒子在极短的瞬间沸腾而出。暴胀理论认为，爆发出来的是一个“假真空”，这是一种许多粒子理论家预测存在的特殊形式的物质，尽管这种真实的物质从未被观测到。
假真空的特点是具有排斥性引力场，其强大到足以膨胀成一个宇宙。假真空的另一个特点是，它在膨胀过程中不会像气体那样“变稀”——其中能量的密度保持不变，即使它在增长。因此，假真空的膨胀，由于其排斥力不断增强而呈指数加速，实际上创造了大量不断翻倍的能量，这些能量衰变为电子、正电子和中微子等粒子的沸腾等离子体。随着早期宇宙每微秒翻倍，其中的物质也随之翻倍——凭空产生。电子、正电子和中微子变成了一种热汤，30万年后中和形成简单的原子。氢、氦和锂等简单原子在恒星内部被撕裂并挤压在一起，形成更复杂、更重的原子。超新星爆发将它们喷射到太空中，它们就变成了我们今天所见——以及我们自身——的物质。
根据古斯的计算，所需的初始假真空小得令人难以置信：质子大小的十亿分之一的补丁就足够了。所需的指数增长期也非常短。他认为，宇宙可能在短短10^-34秒内膨胀了25个数量级，大致达到大理石的大小，这相当于一颗豌豆膨胀到银河系那么大。
古斯发现，暴胀过程会以令人难以置信的速度将欧米伽推向1。原因最好用类比来表达。宇宙看起来几乎是平坦的，原因就像地球表面对于站在上面的人来说看起来几乎是平坦的一样。空间的结构本身相对“拉伸”了，因此在短短100次大小翻倍之后，它的曲率就有效地抵消了。
能量守恒又如何呢？根据爱因斯坦的相对论，引力场的能量是负的。然而，物质的能量是正的。因此，整个宇宙创造情景可以在不违反能量守恒定律的情况下展开。宇宙中所有物质的正能量可以被宇宙中所有引力的负能量精确抵消。
这也不仅仅是理论。观测结果与这一想法一致，对可观测宇宙中所有物质和所有引力进行的总计计算表明，这两个值似乎精确地相互抵消。所有物质加上所有引力等于零。所以宇宙可以从无中来，因为它本质上是无。
“认识到物理定律可以描述一切是如何从无中通过随机量子涨落产生的，以及在150亿年的时间里，物质是如何以如此复杂的方式组织起来，使我们人类坐在这里，交谈，有意地做事情，这真是太棒了，”古斯说，如果可能的话，他甚至更向前倾。
三周后，我参加了古斯在纽约科学院的一次讲座。那是一场庄严肃穆、座无虚席的聚会，古斯泰然自若地回答了各种问题，甚至包括一个关于911恐怖袭击事件引发的“负面意识波”的古怪问题（古斯认为，像宇宙学对宇宙起源所做的理性思考，可以让世界变得更加和平）。
但是，我们怎么知道这一切是否是真的呢？
“确实有测试，”古斯说。1989年发射的宇宙背景探测器卫星的读数显示，弥漫在宇宙中的辐射温度惊人地均匀。没有暴胀的标准大爆炸宇宙学理论无法解释这一点。某种机制必须以光速的约100倍传输能量和信息，才能使背景辐射中如此遥远的部分“了解”并反映彼此的温度。暴胀以超光速膨胀，是这种均匀性能够如此广泛传播的唯一已知方式。（顺便说一句，这种膨胀并不违反宇宙速度极限。爱因斯坦正确地断言，宇宙中没有任何物体可以超过光速，但即使宇宙以超光速膨胀，其中的任何粒子也永远无法与光束赛跑获胜。）
暴胀理论还预测了所谓的密度扰动——这种均匀性中的微小涟漪，成为星系形成的种子。我们今天观测到的星系，正是暴胀理论所预言应该产生的。“我们迄今为止发展出的理论似乎出奇地有效，”古斯说。
尽管如此，宇宙学家仍在忙碌地修修补补。大约有50种形式的暴胀被提出、命名和研究，包括双重暴胀、三重暴胀和混合暴胀、倾斜混合暴胀、超延伸暴胀，以及“温暖”、“柔软”、“温和”和“自然”的暴胀。1997年，古斯统计了3000篇关于该主题的已发表论文；此后他停止了计数。古斯特别赞扬了包括斯坦福大学的安德烈·林德和普林斯顿大学的保罗·斯坦哈特在内的宇宙学家，他们完善了该理论，但每个变体都保留了古斯最初灵感的核心要素：某种状态扮演了假真空及其排斥引力的角色，而这种状态的某种衰变导致了物质的形成。古斯相信，这些细节将在未来几十年甚至几个世纪里，从大学实验室、粒子加速器和深空卫星读数中逐一揭示出来。
最新的进展是，1998年两支天文学家团队的观测表明，宇宙膨胀的速度正在加速，而不是像之前认为的那样减慢。古斯说，如果这些观测是正确的，它们就提供了引力可以表现出排斥力的证据。事实上，最初驱动暴胀的同一种排斥力可能正在驱动宇宙当前的加速。由于能量和质量是等价的，这种排斥能量也必须施加引力，如果它的量足够大，它将保持使宇宙平坦所需的原始质量-引力平衡。暴胀理论再次获胜。
“每次我试图整理办公室，都会被打断，所以总是整理不好，”古斯说，他被纸张的海洋淹没了。“我也是个爱收藏的人。我宁愿留下一堆杂物，假设里面有我想要的东西，也不愿把所有东西都扔掉然后后悔。”
古斯正在进行这项以及其他宇宙探索，但我坦白地说，我怀疑他能取得多大进展。在我们办公室里交谈时，这个可怜的家伙不断受到电话、紧急电子邮件和官僚繁文缛节的困扰。一个困惑的大一新生敲门，寻求转学批准。一位物理学教授同事回了古斯的电话：古斯认为，大一物理测验中的“正确”答案不够正确，他们就此争论了一会儿。这很奇怪。如果艾伦·古斯是回答人类存在核心问题——宇宙起源——的人，那么他和周围的人似乎都没有因此感到特别敬畏。
或许这并不令人惊讶。人类进化是为了在这个宇宙中生存，而不一定是为了能够理解它。一个假真空，从无中抖动成现实，然后爆发成一个宇宙——或者根据暴胀理论的一些新变体，是无限个宇宙——这种知识往往会从大脑中溜走。古斯在大众中仍然默默无闻，因为理论本身仍然相当难以理解。他1997年的著作《暴胀宇宙》的很大一部分读起来非常吃力，尽管古斯真诚地努力使底层物理学清晰明了。
古斯承认，他工作的某些方面对他来说也颇具挑战。在该书最迷人的章节之一中，他描述了他作为粒子物理学家首次尝试向一群天体物理学家解释暴胀的经历。“我对他们说的大部分内容都知之甚少，所以我不知道我们为什么会意见不合，”他写道。
所以，让我们明确一点。古斯是在说宇宙学能解开终极奥秘吗？创世可以只是另一个科学已使其变得平淡无奇的物理过程，就像发现细菌导致疾病或地球绕太阳旋转一样吗？
古斯微笑着，指尖并拢。
“我喜欢谨慎地表达，”他说，“我喜欢这样说，我们正在接近一个与物理定律相符的宇宙创生场景。这引出了一个问题：‘物理定律从何而来？’”他停顿了一下。“我们离回答这个问题还很遥远。”
规则从何而来？艾伦·古斯的暴胀理论以一种与物理定律相符的方式解释了宇宙的创生。但是，物理定律又是从何而来呢？“一种理论认为根本没有物理定律，只有物质的性质，”古斯说。“根据这种观点，如果没有物质，那么就没有性质。”
如果这是真的，那么古斯关于宇宙如何从无中产生的推测就是荒谬的。但古斯认为，量子理论，迄今为止描述物理世界的最佳理论，似乎需要独立的定律。“如果你用足够的能量撞击两个电子，你会产生质子。如果没有独立的定律，那么质子的所有性质就必须以某种方式被电子‘知晓’。推而广之，每个基本粒子都必须携带足够的信息来产生整个宇宙。我发现这很难相信。”古斯补充说，量子理论认为物体可以根据特定的定律出现和消失，并且一个不存在的物体的行为与一个存在的物体的行为一样可预测。“如果定律仅仅是物体的性质，”他说，“那么当物体不存在时，这些定律如何能继续运作呢？” —— B. L.
无限膨胀的宇宙到目前为止，暴胀理论所预测的，可观测宇宙已经得到了反映。但宇宙学家安德烈·林德、亚历山大·维连金和其他人已经根据暴胀的前提，超越了我们所能看到或测量的范围。他们推测，假真空的衰变——根据暴胀理论，假真空创造了我们的宇宙物质——并非一次性发生。一些区域衰变为宇宙，而另一些区域则继续膨胀并创造其他宇宙。这些宇宙创造中残留的假真空又会不断地创造出更多的宇宙。林德和维连金称之为“永恒存在、自我复制的暴胀宇宙”。古斯认为，这种情况不仅可能，而且似乎是必然的。“如果一位生物学家发现了一种不属于任何已知物种的细菌，她大概会发明一个新物种来对其进行分类，”古斯在他1997年的著作《暴胀宇宙》中写道。“然而，即使只发现了新物种的一个标本，她无疑也会认为它是细菌亲代细胞的后代。”古斯预测，“任何不导致宇宙永恒复制的宇宙学理论都将被认为像一种不能繁殖的细菌物种一样不可想象。”—— B. L.
有关大爆炸理论和相关概念的完整指南，请访问NASA微波各向异性探测器网站：map.gsfc.nasa.gov/m_uni.html。
