宇宙學(xué)家有一項(xiàng)神圣的職責(zé)，那就是揭開(kāi)宇宙演化運(yùn)行的內(nèi)在規(guī)律。但在大部分的外人眼里，他們的工作似乎與占卜師沒(méi)什么兩樣。不過(guò)，你千萬(wàn)不要因此就公開(kāi)指責(zé)他們的工作不是科學(xué)，否則的話(huà)后果會(huì)非常難堪。

圖 | 其中五名聯(lián)合署名進(jìn)行回?fù)舻目茖W(xué)家：Stephen Hawking、John C. Mather、George F. Smoot III、Steven Weinberg、Frank Wilczek（從左至右），其中包括四名諾貝爾獎(jiǎng)獲得者。

但真理面前從來(lái)不缺乏挑戰(zhàn)者。最近，《Scientific American》（科學(xué)美國(guó)人）雜志的一篇文章就對(duì)宇宙學(xué)中的一個(gè)經(jīng)典理論提出了質(zhì)疑，以至影響越來(lái)越大，包括霍金在內(nèi)的 33 名宇宙學(xué)家（完整名單見(jiàn)文末），其中有 4 名諾貝爾獎(jiǎng)獲得者，聯(lián)名回信進(jìn)行反擊。以下是這 4 名諾獎(jiǎng)得主的簡(jiǎn)單介紹：

此次處于爭(zhēng)議旋渦焦點(diǎn)的是宇宙暴脹理論——這是由麻省理工學(xué)院教授 Alan Guth 在 1980 年提出的一個(gè)假說(shuō)，其認(rèn)為宇宙自大爆炸之后，就立即開(kāi)始像一個(gè)充氣的氣球那樣膨脹，在慢慢平靜之后直到達(dá)到我們現(xiàn)在的狀態(tài)。

與其他理論相比，宇宙暴脹理論更像是一種輔助性的理論，恰似七巧板上的最后一塊方塊，它的出現(xiàn)可以很好地印證諸多宇宙學(xué)難題的正確性，包括像視界疑難、平坦性疑難和磁單極子等幾個(gè)問(wèn)題都在其“幫助”下得到了證實(shí)。

而且，隨著觀(guān)測(cè)手段的進(jìn)一步發(fā)展，有越來(lái)越多的假說(shuō)都被暴脹理論證明是可信的。而受限于觀(guān)測(cè)手段的不足，暴脹理論一直沒(méi)有被驗(yàn)證過(guò)。如果有朝一日暴脹本身產(chǎn)生的原初引力波在微波背景輻射上被觀(guān)測(cè)到，那將會(huì)真正的驗(yàn)證暴脹理論的真實(shí)性。

然而，這次的質(zhì)疑者認(rèn)為，從本質(zhì)上講這一理論并不具有科學(xué)性。言論一出，自然是引起了科學(xué)界的一陣騷動(dòng)，因?yàn)檫@種說(shuō)法就相當(dāng)于說(shuō)藝術(shù)家的作品“不是藝術(shù)”，廚師的作品”不是食物”一樣荒謬。

事情的起因是來(lái)自普林斯頓大學(xué)的物理學(xué)家 Anna Ijjas 和 Paul J. Steinhardt，哈佛大學(xué)物理學(xué)家 Abraham Loeb 的一篇名為《Pop Goes the Universe》的文章。該文章發(fā)表在今年 2 月的《科學(xué)美國(guó)人》雜志上。在這篇文章中，暴脹理論受到了挑戰(zhàn)。

這篇文章認(rèn)為，對(duì)宇宙微波背景的最新觀(guān)測(cè)結(jié)果標(biāo)明，暴脹理論可能存在問(wèn)題。如果暴脹過(guò)程真的發(fā)生過(guò)，應(yīng)該會(huì)在宇宙微波背景中留下溫度變化的痕跡，以及產(chǎn)生原初引力波，而這種有引力波卻一直未被找到。正因如此，宇宙學(xué)家們應(yīng)該考慮放棄這種被大多數(shù)人所接受的理論，轉(zhuǎn)而去探索關(guān)于宇宙起源的其他思路。

圖丨質(zhì)疑者包括普林斯頓大學(xué)物理學(xué)家 Anna Ijjas 和 Paul J. Steinhardt，以及哈佛的物理學(xué)家Abraham Loeb（從左至右）

實(shí)際上，這種質(zhì)疑并非第一次被提出，但最近的這篇文章結(jié)論的一句話(huà)真是讓人大吃一驚：”就我們目前所了解的，宇宙膨脹理論是不能用科學(xué)方法檢測(cè)到的?！?質(zhì)疑者之一的哈佛大學(xué)物理學(xué)教授 Paul J. Steinhardt認(rèn)為，這個(gè)結(jié)論換句話(huà)說(shuō)就是，目前主導(dǎo)宇宙形成的理論是經(jīng)不起推敲的，因此是不科學(xué)的。

這篇文章認(rèn)為，天文觀(guān)測(cè)結(jié)果使得支撐膨脹理論的相關(guān)模型看起來(lái)有很大的問(wèn)題。相反，觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)支持了與膨脹理論截然相反的觀(guān)點(diǎn)：自塌縮之后，宇宙是”收縮”回到今天的樣子的，即所謂的“大反彈”理論。

“大反彈”理論認(rèn)為，宇宙并非一定要從一個(gè)所謂的“奇點(diǎn)”誕生，而是從上一個(gè)宇宙的崩塌中反彈而生。這項(xiàng)理論基于所謂“圈量子引力”(LQG)，這是統(tǒng)一量子力學(xué)與廣義相對(duì)論的一項(xiàng)嘗試，而它本身便是引力對(duì)宇宙產(chǎn)生作用的表現(xiàn)形式。

在圈量子引力理論下，引力可以隨著宇宙密度的上升而成為一種反彈力，就像彈簧被壓縮到一定的程度之后就會(huì)變得更難繼續(xù)進(jìn)一步壓縮。在這一模型中，不再有大爆炸的存在。

總之，如果按照這篇文章中所說(shuō)的“大反彈”理論是成立的話(huà)，大家傳統(tǒng)所認(rèn)知的宇宙大爆炸起源說(shuō)將不復(fù)存在。

圖丨宇宙暴脹理論的提出者麻省理工學(xué)院教授Alan Guth

面對(duì)這篇文章的“挑釁”，支持宇宙暴脹理論的科學(xué)家們自然是感覺(jué)受到了羞辱。宇宙暴脹理論的提出者、麻省理工學(xué)院教授Alan Guth聯(lián)合麻省理工學(xué)院物理學(xué)家David Kaiser、斯坦福大學(xué)的Andrei Linde，以及加州伯克利的Yasunori Nomura，聯(lián)名寫(xiě)了回復(fù)，并召集了整個(gè)物理學(xué)界的有頭有臉的人物聯(lián)合署名。

這些科學(xué)家表示：“我們尤其無(wú)法接受文章說(shuō)暴脹理論是沒(méi)有經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)的”。Alan Guth教授也表示，“我們認(rèn)為是時(shí)候該有人出來(lái)提反對(duì)意見(jiàn)了。”

這篇回復(fù)同樣也刊登在《科學(xué)美國(guó)人》雜志上，總結(jié)了物理學(xué)家們的不滿(mǎn)——暴脹理論不僅僅只是一個(gè)理論，它更多的是許多模型的集合。誠(chéng)然，從來(lái)也沒(méi)有人說(shuō)所有的模型都是正確的，但其中的一些模型也確實(shí)實(shí)現(xiàn)了正確的預(yù)測(cè)，比如宇宙的平均質(zhì)量密度。而且，這些模型也正在更多的數(shù)學(xué)理論和觀(guān)測(cè)結(jié)果的修正下，日益準(zhǔn)確。

圖丨Alan Guth對(duì)宇宙暴脹論的解釋

但是，回信的主要觀(guān)點(diǎn)是：盡管暴脹模型成為目前主流的解釋宇宙的方法，但它們還是應(yīng)該經(jīng)受檢驗(yàn)的科學(xué)。而且，如果合適的證據(jù)出現(xiàn)，這些模型可以被推翻。

許多聯(lián)合署名者們對(duì)質(zhì)疑宇宙暴脹理論的文章表現(xiàn)出極大的困惑。斯坦福大學(xué)理論物理學(xué)家 Renata Kallosh 在一封電子郵件中表示，她曾經(jīng)回顧過(guò)Steinhardt的一些論文，其中不乏一些錯(cuò)誤。

麻省理工學(xué)院理論物理學(xué)家和諾貝爾獎(jiǎng)獲得者Frank Wilczek也表示：“這真是太荒唐了”，質(zhì)疑文章非常具有”偏見(jiàn)性”，這種對(duì)宇宙暴脹理論選擇性的解釋無(wú)異于誹謗。不過(guò)，他同樣也對(duì)回信心存疑慮，認(rèn)為信中所做的解釋也有些矯枉過(guò)正了。

圖丨麻省理工學(xué)院理論物理學(xué)教授、2004年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者Frank Wilczek

畢竟，所有的聯(lián)合署名者，甚至是 Alan Guth 教授本人，都同意宇宙暴脹理論不是一個(gè)確定的事實(shí)——宇宙暴脹模型還并不完美，關(guān)于宇宙暴脹理論的解釋也不是十分明確，所以自然而然就很容易產(chǎn)生分歧。

通常而言，人類(lèi)通常是靠實(shí)踐來(lái)判斷一項(xiàng)理論是否可信，但就當(dāng)前的情況來(lái)看，宇宙暴脹理論的確還有諸多亟待解決的難題。在這種情況下，我們能做的那么是積極探索，去努力回答這些問(wèn)題，要么是另辟蹊徑，提出一項(xiàng)全新的理論。

但不管怎么做，都不能因?yàn)橐恍﹩?wèn)題沒(méi)有得到回答而武斷的否認(rèn)其科學(xué)性。

 圖丨宇宙微波背景輻射

《科學(xué)美國(guó)人》的編輯 Clara Moskowitz 也表達(dá)了自己的觀(guān)點(diǎn)：“我們的雜志就是一個(gè)適合科學(xué)家們發(fā)表觀(guān)點(diǎn)和看法的平臺(tái)，這里歡迎有關(guān)科學(xué)的正當(dāng)討論。”她很高興看到有這么多科學(xué)家談?wù)撨@件事，而且也兼顧到了雙方的不同聲音，同樣希望聯(lián)合署名的科學(xué)家們也能發(fā)表相關(guān)的意見(jiàn)文章。

作為回應(yīng)，質(zhì)疑者表示：”我們敦促所有的同事們專(zhuān)注于解決未來(lái)的宇宙暴脹問(wèn)題并保持開(kāi)放的態(tài)度，同時(shí)盡量避免在一些尚不明確的其它理論中也出現(xiàn)相同的錯(cuò)誤?！?/span>

不可否認(rèn)的是，這些科學(xué)家們確實(shí)都希望用一個(gè)更加完美的理論來(lái)解釋我們所生活的宇宙，每個(gè)人都在貢獻(xiàn)自己的一份力量。

聯(lián)名回信回?fù)舻?33 名宇宙學(xué)家全名單：

1、Alan H. Guth，麻省理工學(xué)院物理學(xué)教授        

2、David I. Kaiser，麻省理工學(xué)院物理學(xué)教授

3、Andrei D.Linde，斯坦福大學(xué)物理學(xué)教授

4、Yasunori Nomura，加州大學(xué)伯克利分校物理學(xué)教授          

5、Charles L.Bennett，約翰霍普金斯大學(xué)物理學(xué)教授

6、J. Richard Bond，加拿大多倫多大學(xué)教授

7、Fran?ois Bouchet，巴黎天體物理研究所的普朗克研究員

8、Sean Carroll，加州理工學(xué)院的物理學(xué)家

9、George Efstathiou，劍橋大學(xué)宇宙學(xué)家

10、Stephen Hawking，劍橋大學(xué)物理學(xué)家

11、Renata Kallosh，斯坦福大學(xué)物理學(xué)教授

12、Eiichiro Komatsu，馬普天體物理研究所物理宇宙學(xué)部主任

13、Lawrence Kraus，亞利桑那州立大學(xué)的理論物理學(xué)教授          

14、David H.Lyth，蘭開(kāi)斯特大學(xué)物理教授

15、Juan Maldacena，普林斯頓高等研究院物理學(xué)教授

16、John C. Mather，NASA戈達(dá)德航天中心的高級(jí)天體物理學(xué)家；2006年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主    

17、Hiranya Peiris，倫敦大學(xué)學(xué)院天體物理系教授

18、Malcolm Perry，劍橋大學(xué)理論物理學(xué)教授

19、Lisa Randall，哈佛大學(xué)物理教授

20、Martin Rees，劍橋大學(xué)天體物理學(xué)教授         

21、Misao Sasaki，京都大學(xué)理論物理學(xué)教授

22、Leonardo Senatore，斯坦福大學(xué)物理學(xué)助理教授

23、Eva Silverstein，斯坦福大學(xué)物理學(xué)教授

24、George F. Smoot III，伯克利宇宙物理中心主任；2006年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主           

25、Alexei Starobinsky，莫斯科理論物理研究所首席研究員

26、Leonard Susskind，斯坦福大學(xué)物理學(xué)教授

27、Michael S. Turner，芝加哥大學(xué)天體物理學(xué)教授

28、Alexander Vilenkin，塔夫斯大學(xué)宇宙學(xué)教授

29、Steven Weinberg，德克薩斯大學(xué)物理系教授；1979年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主  

30、Rainer Weiss，麻省理工學(xué)院物理學(xué)教授      

31、Frank Wilczek，麻省理工學(xué)院物理學(xué)教授；2004年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主

32、Edward Witten，普林斯頓高等研究所物理學(xué)教授；1990年菲爾茲獎(jiǎng)得主

33、Matias Zaldarriaga，普林斯頓高等研究院天體物理學(xué)教授