為什麼我仍然懷疑暴脹理論,儘管引力波的發現

我曾希望我對暴脹理論是錯的。幾十年來,我一直在抨擊這個宇宙創造理論,將其與弦理論、多重宇宙(暴脹理論幫助普及了多重宇宙)以及其他由理論家們豐富的大腦中湧現的高度投機性的命題歸為一類

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本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,反映了作者的觀點,不一定代表《大眾科學》的觀點


我希望我對暴脹理論是錯的。幾十年來,我一直在抨擊這個宇宙創造理論,將其與弦理論、多重宇宙(暴脹理論幫助普及了多重宇宙)以及其他由理論家們豐富的大腦中湧現的高度投機性的命題歸為一類。[參見下方的附錄,瞭解我和多重宇宙普及者“瘋狂麥克斯”·泰格馬克之間的交流。]

 

 


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暴脹理論在 30 多年前被提出,認為在大爆炸後瞬間——根據一項估計為 10 -43 秒——引力反轉,短暫地變成了一種排斥力而不是吸引力。結果,宇宙經歷了幾乎難以想象的快速增長,這對它的演化產生了深遠的影響,然後才減速到更悠閒的膨脹速度。

許多宇宙學家愛上了暴脹理論,因為它似乎解決了基本大爆炸理論提出的謎題。例如,為什麼宇宙在所有方向上看起來都如此均勻?答案是暴脹理論會消除時空中的腫塊,就像吹氣球會消除皺紋一樣。

但是,暴脹理論始終更多的是想象力的產物,而不是經驗證據。對於其核心機制——引力反轉,從來沒有超過間接的、含糊的支援。更糟糕的是,該理論有許多不同的形式。我最喜歡的是安德烈·林德提出的永恆自我複製的混沌暴脹多重宇宙模型,他和艾倫·古思以及保羅·斯坦哈特一起被認為是暴脹理論的發明者。 [*有關林德及其暴脹理論的更多資訊,請參閱我 1992 年對他的簡介,我剛剛在本部落格上釋出了該簡介。]

事實上,暴脹理論,就像弦理論一樣,一直受到有時被稱為“愛麗絲餐廳問題”的困擾。就像標誌性的阿洛·格思裡歌曲中讚揚的餐館一樣,暴脹理論有如此多的不同版本,以至於它可以給你“任何你想要的東西”。換句話說,它無法被證偽,因此——就像精神分析、馬克思主義和其他過於靈活的假設一樣——它並不是真正的科學理論。

暴脹理論的擁護者之前曾聲稱獲得證實——例如,在 1992 年,當 COBE 衛星製作了宇宙微波背景的詳細地圖時,那是大爆炸的餘輝;以及在 1990 年代後期,當天體物理學家發現宇宙的膨脹正在加速時。但是,這些所謂的暴脹理論的證實都沒有站住腳。

就在兩個月前,暴脹理論的先驅保羅·斯坦哈特 在 Edge.org 網站上寫道:“我認為,如今理論家們的首要任務是確定暴脹理論和絃理論是否可以從蛻變為‘萬物理論’中拯救出來,如果不能,則尋求新的想法來取代它們。因為一種無法證偽的‘萬物理論’為真正的科學理論創造了不公平的競爭,該領域的領導者可以透過大聲疾呼——明確表示‘萬物皆可’是不可接受的——來發揮重要作用,以鼓勵有才華的年輕科學家奮起迎接挑戰。”(另請參閱斯坦哈特 2011 年 4 月的《大眾科學》文章:“現代宇宙學核心的理論是否存在嚴重缺陷?”)

今天的新聞讓我很感興趣,引力波的觀測提供了“暴脹理論的直接證據”,正如我的同事克拉拉·莫斯科維茨在 一篇精彩、資訊豐富的文章中所說的那樣。“位於南極的宇宙外星系偏振背景成像 2 (BICEP2) 實驗,”她繼續說道,“在宇宙微波背景 (CMB) 中發現了被稱為原初 B 模式偏振的模式,宇宙微波背景是剛在大爆炸後留下的光。這種模式,基本上是光的偏振或方向的捲曲,只能由暴脹產生的引力波產生。”

丹尼斯·奧弗拜在 《紐約時報》 中寫道,如果得到證實,BICEP2 研究“將成為科學史上的里程碑,堪比最近發現暗能量將宇宙推開,或大爆炸本身。它將為科學和推測開啟廣闊的時間、空間和能量領域。”

我希望情況確實如此,因為宇宙學和物理學迫切需要一股能量的注入(希格斯玻色子的反高潮發現並沒有提供這種能量)。但這是我想看到的:首先,其他團隊和天文臺對 BICEP2 發現的證實。其次,來自高能物理學的實驗,提供某種證實暴脹驅動機制的證據。第三,對為什麼愛麗絲餐廳問題不再是一個問題的解釋。第四,對為什麼只有暴脹理論,而不是其他更傳統的物理現象,可以解釋引力波發現的解釋。

當這些條件得到滿足時,我將很樂意承認我對暴脹理論是錯的。但是多重宇宙?永遠不會!

附錄:我想引起人們的注意——並回應——物理學家和多重宇宙普及者“瘋狂麥克斯”(他自稱)泰格馬克在下方發表的評論:“感謝約翰這篇發人深省的文章!當你說‘但是多重宇宙?永遠不會!’時,你真的覺得這是一個科學上站得住腳的立場,還是更像是一種情感上的信念?這讓我想起了最近的奈伊-哈姆創世論辯論,哈姆被問及是否有任何證據會讓他承認地球只有 6000 年的歷史,他基本上說了‘不’。我在我的書(http://mathematicaluniverse.org)的第 6 章中提出的一個關鍵點是,平行宇宙不是理論,而是某些理論的*預測*,並且接受一個理論而拒絕其某些預測是不科學的:https://blogs.scientificamerican.com/guest-blog/2014/02/04/are-parallel-universes-unscientific-nonsense-insider-tips-for-criticizing-the-multiverse/。”

我的回應:“麥克斯,所以你將我拒絕多重宇宙(多重宇宙完全是虛構的,根據定義永遠無法被觀察到)與年輕地球創造論者拒絕進化論相提並論,而進化論已經被無數的觀察所證實?真的嗎?真有趣。這是我嘗試的多重宇宙幽默,‘對多重宇宙的推測是否像對次級抵押貸款的推測一樣不道德?’,這是我在 2011 年回應布萊恩·格林的書《隱藏的現實》時發表的。那篇專欄的核心是:‘多重宇宙理論不是理論——它們是科幻小說、神學、不受證據約束的想象力作品。在最好的情況下,科幻小說和神學可以讓我們對宇宙難以言表的奇異和浩瀚感到敬畏。多重宇宙理論曾經激起我這些情感。當俄羅斯物理學家安德烈·林德——宇宙創造的暴脹理論的發明者之一——20 年前第一次向我解釋他混沌的、自我複製的、分形的、暴脹的多重宇宙理論時,我的反應是,‘哇!太酷了!’多重宇宙理論不再讓我興奮了。也許是因為 9/11 及其所有血腥的後果,尤其是美國在阿富汗和伊拉克的戰爭……現在,多重宇宙理論在我看來不僅不科學,而且是不道德的,原因有兩個:首先,在我們迫切需要科學來幫助我們解決問題的時候,像格林這樣傑出的科學家如此公然地無視基本的證據標準是不負責任的。其次,像宗教對天堂的憧憬一樣,多重宇宙代表了一種逃避我們這個世界的消遣。’”

南極 BICEP2 觀測站的照片,由基思·範德林德拍攝。

 

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