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我们常听到黑洞,但你有听过虫洞跟婴宇宙吗?1980 年代晚期,霍金以名流身分游遍全球,然而他在心中游历的距离,让那几趟行程相形见绌。早先惠勒便曾在 1956 年引进一种量子虫洞(quantum wormhole)观点,这时霍金更试行穿越这类虫洞,行险深入更特异的地带,他要进入婴宇宙(baby universes)。让我们随他站在空间和时间之外,从更好的角度审视。

宇宙气球新风貌:看不见却可能随时发生的「婴宇宙」诞生

霍金要我们想象一个庞大的气球以高速膨胀。那个气球就是我们的宇宙,球面的小点是恒星和星系,小点让表面凹陷或起皱折。根据爱因斯坦的预测,当物质和(或)能量出现,时空也随之扭曲。当我们以一台倍率不高的显微镜来检视宇宙气球(cosmic balloon),表面尽管遍布皱折,看来却仍相当平滑。改用倍率高的显微镜,我们就会察觉表面终究并不平滑。球面看来彷佛剧烈颤动,形成一团朦胧模糊的景象。测不准原理让量子层级的宇宙变成非常模糊,一颗粒子的位置和动量,永远不可能同时明确得知。我们能以一种设想来描绘出这种量子不确定性的相貌,想象每颗粒子都不断颤抖并表现随机细微的振动。我们愈贴近观察,颤抖也愈剧烈。全神贯注详细审视量子层级,我们充其量只能表示,一颗粒子有这个机率出现在这里,或有那个机率像那样移动。宇宙气球的表面也同样无法预测。若以够高的倍率来观看,量子扰动就会变得极度混沌,于是我们就可以说,那种扰动有可能正在进行任何事情。霍金认为这种「任何事情」有可能是指什么?他在 1980 年代晚期曾经投入思忖,宇宙气球里面生成一个细小凸起的机率为何。就我们比较熟悉的派对气球而言,若球面有一点脆弱部位,那里就会鼓起。通常派对气球一出现这种情况就会立刻爆裂,不过偶尔会出现罕见事例,表面鼓出一个细小气球。假使你能见到我们的宇宙气球出现这种情况,那么你就见证了一个婴宇宙的诞生。

这看来相当壮观:一个宇宙的诞生。

我们有没有机会目睹这种事件?不可能。首先,那不是一种发生在「实」时间的现象,而是发生在讨论的「虚」时间。还有个理由让我们见不到它:霍金表示,因为若有任何东西真正称得上从小开始,那就是宇宙了。我们的宇宙和新生婴儿之间的连接通道(称为脐带亦无不可),宽约只为十的负三十三次方厘米。若想写成分数,你可以在分子处摆个「1」,分母则写上「1」后面跟着三十三个「0」。那是相当小。开口处(号称虫洞)就像细小的黑洞,闪烁现形倏忽消失,间隔短得无从想象。我们可以把能量场的扰动现象想成一对对非常短命的粒子。虫洞同样是构思这种扰动的一种方式,不过这次扰动的是时空纹理:宇宙气球的表面。霍金的设想是,附着于这种脐带的婴宇宙有可能并不短命,同时,开头很小也不见得永远保持很小。他的想法是,到头来新生宇宙就有可能膨胀成像我们的宇宙这般模样,延伸跨越数十亿光年。就像我们的宇宙,里面什么都没有?不尽然。霍金指出:「任何尺寸的宇宙都有可能从重力能量生成物质。」接下来就有可能形成星系、恒星、行星,说不定还有生命。婴宇宙和成年宇宙都为数众多吗?宇宙会不会从任意地方分支出来?从厨房洗碗槽内?从你体内?霍金说:会!新生宇宙有可能在我们周遭不断生成,甚至从我们体内各点现形,我们的感官却完全察觉不到。你说不定会感到纳闷,我们的宇宙初生之时,会不会就是另一个宇宙的侧边凸起。霍金宣称是有可能的。我们的宇宙有可能是处于宇宙无边迷宫的一环,各个宇宙分支出现彼此结合,就像无穷无尽的蜂巢,里面不只有婴宇宙,连成年宇宙也在其中。两处宇宙有可能在不只一处定点生成虫洞连接管道,说不定有好些虫洞与我们自己这处宇宙的其他区域相连,或者连往其他时间。

在量子筛网里面过日子:粒子是否可能坠入虫洞?

让我们尽情发挥想象力,从一颗电子的视角来观看这一切现象。假定宇宙任何定点都有千兆颗黑洞闪烁生灭,那么一颗电子所面对的事物,也就类似庞大一锅疯狂沸腾的浓粥。在里面通行,就像在一道不断变动的筛网里面穿行同样棘手。一颗电子在这种环境里面试行采直线移动,肯定是要遇上虫洞,落入其中,接着就被射出,进入另一处宇宙。这样讲似乎十分可疑,物质彷佛会从我们的宇宙消失,而这是不容许的。然而根据这项理论,物质安全无虞,不会消失。另一颗一模一样的电子会从其他地方冒出来,回到我们的宇宙。难道我们不会注意到这种电子替换现象?我们不会这样看待这种事情。在我们眼中,这种事件就像一颗电子沿着直线行进。然而当虫洞出现,霍金的想法是,这时所有的移动电子,彷佛都像具有较大质量,超过没有虫洞的情况。所以,倘若我们试行以任意理论来预测粒子的质量,这时就有必要知道,是否真有所谓的虫洞。

依理论所述,若一颗电子由一颗光子伴随一道坠入虫洞,看来就毫无异常之处。我们只会观测到电磁交互作用的媒介子正常交换,其中一颗电子会发射一颗光子,再由另一颗予以吸收。霍金的推想是,或许所有粒子的质量和所有粒子的交互作用(在宇宙全境永不停息的四力作用力活动),都可以用这种进出虫洞的现象来解释。读到这里,或许你要合理质疑,粒子怎么有可能穿过虫洞。虫洞远比我们所知的任何最小粒子都小。诚如霍金辐射的情况,不论我们如何试行构思全貌都行不通的事例,在量子力学却有可能成真。霍金投入计算虫洞对粒子(如电子)的质量会产生什么影响,初步计算结果指出,粒子质量远比我们实际观察所得还大。后来他和其他研究人员,设法求得比较合理的数值。不过到了 1980 年代末期,霍金便提出质疑,不肯定虫洞理论能不能预测我们所处宇宙或其他宇宙的粒子质量。

当某种状况必须直接测定,无法以理论来预测,这种状况就称为恣意元素。就迄今所有人设想的理论来讲,粒子质量和所有力的强度,完全都是这种恣意元素。虫洞理论恐怕无法稍减这类事物的任意特性,却有可能解释为什么它们恰好都是任意的。霍金的想法是,粒子质量和其他自然界常数(fundamental numbers in nature),说不定根本都是量子变量(quantum variable)。这也表示,它们说不定都是不明确的,好比粒子路径,或如发生在宇宙气球表面的现象。每个宇宙的这类数量,都会在创世之际随机订定。可以这么说,若是掷了一把骰子,这类数量就在那个宇宙拍板敲定,不过从理论不能知道骰子会开出什么结果,说不定连哪种结果比较有机会出现,都没办法判定。虫洞理论是不是也有这种情况,这点霍金没有把握。不过,后来他又回头思索另一种观点,那就是自然界常数,甚至还包括自然定律,说不定是因宇宙而异,而非普适全体所有宇宙的基本原则。

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