如果宇宙確實是空間無限的，或者如果存在無限多宇宙，就會存在某些從光滑和一致的形態(tài)開始演化的大的區(qū)域。這有點(diǎn)像著名的一大群猴子錘擊打字機(jī)的故事――它們所寫的大部分都是廢話。但是純粹由于偶然，它們可能碰巧打出莎士比亞的一首十四行詩。類似地，在宇宙的情形下，是否我們可能剛好生活在一個光滑和均勻的區(qū)域里呢？初看起來，這是非常不可能的，因為這樣光滑的區(qū)域比混沌的無序的區(qū)域稀罕得多。然而，假定只有在光滑的區(qū)域里星系、恒星才能形成，才能有合適的條件，讓像我們這樣復(fù)雜的，能自然復(fù)制的機(jī)體得以發(fā)展，這種機(jī)體能夠質(zhì)疑宇宙為什么如此光滑的問題。這就是應(yīng)用稱為人存原理的一個例子。人存原理可以解釋為：“我們看到的宇宙之所以如此，乃是因為我們的存在。”

    人存原理有弱的和強(qiáng)的意義下的兩種版本。弱人存原理是講，在一個大的或具有無限空間和/或時間的宇宙里，只有在某些時空有限的區(qū)域里，才存在智慧生命發(fā)展的必要條件。因此，在這些區(qū)域中，如果智慧生物觀察到他們在宇宙的位置滿足他們存在必要的條件，他們就不應(yīng)感到驚訝。這有點(diǎn)像生活在富裕街坊的富人看不到任何貧窮。

    應(yīng)用弱人存原理的―個例子是“解釋”為何大爆炸發(fā)生于大約100億年之前――智慧生物大約需要那么長時間演化。正如前面解釋的，一個早代的恒星必須首先形成。這些恒星將原先的一些氫和氦轉(zhuǎn)化成像碳和氧這樣的元素，由這些元素構(gòu)成我們。然后恒星作為超新星而爆發(fā)，其裂片形成其他恒星和行星，其中就包括我們的太陽系，太陽系年齡大約是50億年。地球存在的頭10億或20億年，對于任何復(fù)雜東西的發(fā)展都嫌太熱。余下的30億年左右才用于生物進(jìn)化的漫長過程，從最簡單的生命，直到能夠測量回溯到大爆炸的時間的生命，就在此期間形成。

    很少有人會對弱人存原理的有效性提出異議。然而，有的人走得更遠(yuǎn)并提出強(qiáng)人存原理。按照這個理論，要么存在許多不同的宇宙，要么存在一個單獨(dú)宇宙的許多不同的區(qū)域，每一個都有自己初始的結(jié)構(gòu)，或許還有自己的一族科學(xué)定律。這些宇宙中的大多數(shù)，不具備復(fù)雜機(jī)體發(fā)展的合適條件；只有在少數(shù)像我們的宇宙中，智慧生命才得以發(fā)展并能質(zhì)疑：“為何宇宙是我們看到的這種樣子？”

    答案很簡單：如果它不是這個樣子，我們就不會在這里！

    我們現(xiàn)在知道，科學(xué)定律包含許多基本的數(shù)，如電子電荷的大小以及質(zhì)子和電子的質(zhì)量比。至少現(xiàn)在，我們不能從理論上預(yù)言這些數(shù)值――我們必須由觀測找到它們。

    也許有一天，我們會發(fā)現(xiàn)一個將它們所有都預(yù)言出來的完備的統(tǒng)一理論，但是還有可能它們之中的一些或全部，在不同的宇宙或在一個單一宇宙之中是變化的。值得注意的事實是，這些數(shù)值看來是被非常細(xì)微地調(diào)整到讓生命得以發(fā)展。例如，如果電子的電荷只要稍微有點(diǎn)不同，則要么恒星不能夠燃燒氫和氦，要么它們沒有爆炸過。當(dāng)然，也許存在其他形式的、甚至還沒被科學(xué)幻想作家夢想過的智慧生命。它并不需要像太陽這樣恒星的光，或在恒星中制造出并在它爆炸時被拋到空間去的更重的化學(xué)元素。盡管如此，看來很清楚，允許任何智慧生命形式的發(fā)展的數(shù)值范圍是比較小的。對于大部分?jǐn)?shù)值的集合，宇宙也會產(chǎn)生，雖然它們可以是非常美的，可惜不包含任何一個能為如此美麗而傾倒的人。人們既可以認(rèn)為這是在創(chuàng)生和科學(xué)定律選取中的神意的證據(jù)，也可以認(rèn)為是對強(qiáng)人存原理的支持。

    人們可以提出一系列理由，來反對用強(qiáng)人存原理解釋觀察到的宇宙狀態(tài)。首先，在何種意義上，可以說所有這些不同的宇宙存在？如果它們確實相互隔開，在其他宇宙中發(fā)生的事件在我們自己的宇宙中就沒有可觀測的后果。

    所以，我們應(yīng)該用經(jīng)濟(jì)原理，將它們從理論中割除掉。另一方面，它們?nèi)魞H僅是一個單一宇宙的不同區(qū)域，則在每個區(qū)域里的科學(xué)定律必須是一樣的，否則人們就不能從一個區(qū)域連續(xù)地運(yùn)動到另一區(qū)域。在這種情況下，不同區(qū)域之間的僅有的不同是它們的初始結(jié)構(gòu)。這樣，強(qiáng)人存原理即歸結(jié)為弱人存原理。

    對強(qiáng)人存原理的第二個異議是，它和整個科學(xué)史的潮流背道而馳。我們現(xiàn)代的圖象是從托勒密和他的支持者的地心宇宙論出發(fā)，通過哥白尼和伽利略日心宇宙論發(fā)展而來的。地球是一個中等大小的行星，它圍繞著一個尋常的螺旋星系外圈的普通恒星作公轉(zhuǎn)，而這星系本身只是可觀察到的宇宙中大約萬億個星系之一。然而強(qiáng)人存原理卻宣布，這整個龐大的構(gòu)造僅僅是因我們的緣故而存在，這是非常令人難以置信的。我們太陽系肯定是我們存在的前提，人們可以將之推廣于我們的整個星系，作為讓產(chǎn)生重元素的早代恒星存在的前提。但是，絲毫看不出存在任何其他星系的必要，宇宙在大尺度上也不必在每一方向上必須如此一致和類似。

    如果人們能夠表明，宇宙的相當(dāng)多不同的初始結(jié)構(gòu)會演化產(chǎn)生像我們今天看到的宇宙，至少在弱的形式上，人們會對人存原理感到更滿意。如果果真如此，則一個從某些隨機(jī)的初始條件發(fā)展而來的宇宙，應(yīng)當(dāng)包含許多光滑均勻的區(qū)域，而且這些區(qū)域適合智慧生命演化。另一方面，如果必須極端仔細(xì)地選擇宇宙的初始條件，才能導(dǎo)致在我們周圍所看到的一切，宇宙就不太可能包含任何會出現(xiàn)生命的區(qū)域。在上述的熱大爆炸模型中，熱來不及從一個區(qū)域流到另一區(qū)域。這意味著宇宙的初始態(tài)在每一處必須剛好有同樣的溫度，才能說明我們在每一方向上看到的微波背景輻射都有同樣溫度。其初始的膨脹率也要非常精確地選擇，才能使現(xiàn)在的膨脹率仍然這么接近于需要用以避免坍縮的臨界速率。這表明，如果熱大爆炸模型直到時間的開端都是正確的，則確實必須非常仔細(xì)地選擇宇宙的初始態(tài)。所以，除非作為上帝有意創(chuàng)造像我們這樣生命的行為，否則很難解釋，為何宇宙只用這種方式起始。

    為了試圖尋找一個能從許多不同的初始結(jié)構(gòu)演化到像現(xiàn)在這樣的宇宙的東西，麻省理工學(xué)院的科學(xué)家阿倫?固斯提出，早期宇宙可能經(jīng)歷過一個非常快速膨脹的時期。

    這種膨脹叫做“暴脹”，意指宇宙在一段時間里，不像現(xiàn)在這樣以減少的，而是以增加的速率膨脹。按照固斯理論，在遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1秒的時間里，宇宙的半徑增大了100萬億億億（1后面跟30個0）倍。

    固斯提出，宇宙是以一種非常熱而且相當(dāng)混沌的狀態(tài)從大爆炸起始的。這些高溫表明宇宙中的粒子運(yùn)動得非?？觳⒕哂懈吣芰?。正如早先我們討論過的，人們預(yù)料在這么高的溫度下，強(qiáng)和弱核力及電磁力都被統(tǒng)一成一個單獨(dú)的力。隨著宇宙膨脹，它會變冷，而粒子能量下降。最后出現(xiàn)了所謂的相變，并且力之間的對稱性被破壞了：強(qiáng)力變得和弱力以及電磁力不同。相變的一個普通的例子是，當(dāng)水降溫時會凍結(jié)成冰。液態(tài)水是對稱的，它在任何一點(diǎn)和任何方向上都是相同的。然而，當(dāng)冰晶體形成時，它們有確定的位置，并在某一方向上整齊排列。這就破壞了水的對稱。

    在水的情形，只要你足夠小心，就能使之“過冷”：

    也就是可以將溫度降低到冰點(diǎn)（0°C）以下而不結(jié)冰。固斯認(rèn)為，宇宙的行為也很相似：宇宙溫度可以降低到臨界值以下，而各種力之間的對稱沒有受到破壞。如果發(fā)生這種情形，宇宙就處于一個不穩(wěn)定狀態(tài)，其能量比對稱破缺時更大?？梢灾赋觯@特殊的額外能量呈現(xiàn)出反引力的效應(yīng)：其作用如同一個宇宙常數(shù)。宇宙常數(shù)是當(dāng)愛因斯坦在試圖建立一個穩(wěn)定的宇宙模型時，引進(jìn)廣義相對論之中去的。由于宇宙已經(jīng)像大爆炸模型那樣膨脹，所以這宇宙常數(shù)的排斥效應(yīng)使得宇宙以不斷增加的速度膨脹。即使在一些物質(zhì)粒子比平均數(shù)更多的區(qū)域，這一有效宇宙常數(shù)的排斥作用也超過了物質(zhì)的引力吸引作用。這樣，這些區(qū)域也以加速暴脹的形式膨脹。當(dāng)它們膨脹時，物質(zhì)粒子就越分越開，留下了一個幾乎不包含任何粒子，并仍然處于過冷狀態(tài)的膨脹的宇宙。這種膨脹抹平了宇宙中的任何不規(guī)則性，正如當(dāng)你吹脹氣球時，它上面的皺紋就被抹平了。這樣，從許多不同的非均勻的初始狀態(tài)可以演化出宇宙現(xiàn)在光滑均勻的狀態(tài)。

    在這樣一個其膨脹由宇宙常數(shù)加速，而不因物質(zhì)的引力吸引使之減慢的宇宙中，早期宇宙中的光線就有足夠的時間從一個區(qū)域旅行到另一個區(qū)域。這就解答了早先提出的，為何在早期宇宙中的不同區(qū)域具有同樣性質(zhì)的問題。

    不但如此，宇宙的膨脹率也自動變得非常接近由宇宙的能量密度決定的臨界值。這就能夠解釋，不需假設(shè)宇宙初始膨脹率曾被非常仔細(xì)地選擇過，為何現(xiàn)在的膨脹率仍然這么接近臨界值。

    暴脹的思想還能解釋為何在宇宙中存在這么多物質(zhì)。

    在我們能觀察到的宇宙中大約有1億億億億億億億億億億（1后面跟80個0）個粒子。它們從何而來？答案是，在量子理論中，粒子可以從粒子/反粒子對的形式由能量中創(chuàng)生出來。但這只不過引起能量從何而來的問題。答案是，宇宙的總能量準(zhǔn)確為零。宇宙中的物質(zhì)是由正能量產(chǎn)生的。然而，物質(zhì)本身由于引力總是吸引的。兩塊相互靠近的物質(zhì)比兩塊分得很開的物質(zhì)具有較少的能量，因為你必須消耗能量去克服把它們拉在一起的引力才能將其分開。這樣，在一定意義上，引力場具有負(fù)能量。在空間上大體一致的宇宙的情形中，人們可以證明，這個負(fù)的引力能剛好抵消了物質(zhì)所代表的正能量。這樣，宇宙的總能量為零。

    零的2倍仍為零。這樣，宇宙可以同時將其正的物質(zhì)能和負(fù)的引力能加倍，而不違反能量守恒。在宇宙正常膨脹時，這并沒有發(fā)生。這時當(dāng)宇宙變大時，物質(zhì)能量密度下降。然而，這種情形確實發(fā)生于暴脹時期。因為當(dāng)宇宙膨脹時，過冷態(tài)的能量密度保持不變：當(dāng)宇宙體積加倍時，正物質(zhì)能和負(fù)引力能都加倍，這樣總能量保持為零。

    在暴脹相，宇宙的尺度增大了一個非常大的倍數(shù)。這樣，可用以制造粒子的總能量變得非常大。正如固斯說過的：

    “都說沒有免費(fèi)午餐這回事，但是宇宙卻是最徹底的免費(fèi)午餐?！?br/>
    今天宇宙不是以暴脹的方式膨脹。這樣，必須有一種機(jī)制，它可以消去這一非常大的有效宇宙常數(shù)，從而使膨脹率從加速的狀態(tài)改變?yōu)槿缤裉爝@樣由引力減慢的狀態(tài)。人們可以預(yù)料，在宇宙暴脹時各種力之間的對稱最終會破缺，正如過冷的水最終會凝固一樣。這樣，未破缺的對稱態(tài)的額外能量就會釋放，并將宇宙重新加熱到剛好低于使各種力對稱的臨界溫度。以后，宇宙就以標(biāo)準(zhǔn)的大爆炸模式繼續(xù)膨脹并變冷。但是，現(xiàn)在我們可以解釋，為何宇宙剛好以臨界速率膨脹，并且為何不同的區(qū)域具有相同的溫度。

    在固斯的原先設(shè)想中，有點(diǎn)像在非常冷的水中出現(xiàn)冰晶體，相變是突然發(fā)生的。其想法是，正如同沸騰的水圍繞著蒸汽泡，新的對稱破缺相的“泡泡”在原有的對稱相中形成。設(shè)想泡泡膨脹并相互碰撞，直到整個宇宙處于新相。麻煩在于，正如同我和其他幾個人指出的，宇宙膨脹得如此之快，即使泡泡以光速脹大，它們也要相互分離，并因此不能合并在一起。結(jié)果宇宙變成一種非常不均勻的狀態(tài)，有些區(qū)域仍具有各種力之間的對稱。這樣的模型跟我們觀察到的宇宙不吻合。

    1981年10月，我去莫斯科參加量子引力的會議。會后，我在斯特堡天文研究所做了一個有關(guān)暴脹模型和它的問題的講演。在此之前，我請其他人替我宣讀講稿，因為大多數(shù)人聽不懂我的聲音。但是這一次我來不及準(zhǔn)備講稿，所以我自己講，讓我的一名研究生逐字逐句地重復(fù)我的話。演講進(jìn)行得很順利，并且使我有多得多的時間和聽眾交談。聽眾席中有一位年輕的蘇聯(lián)人，莫斯科列別捷夫研究所的安德雷?林德。他說，如果泡泡是如此之大，使得我們的宇宙區(qū)域被整個地包含在一個單獨(dú)的泡泡之中，則可以避免泡泡不能合并在一起的困難。為了使這個行得通，從對稱相向?qū)ΨQ破缺相的改變必須在泡泡中發(fā)生得非常緩慢，但是按照大統(tǒng)一理論這是完全可能的。林德的緩慢對稱破缺思想非常好，但是過后我意識到，他的泡泡在那一時刻必須比宇宙的尺度還要大！我指出，那時對稱不僅僅在泡泡里，而且在所有的地方同時被破壞。這會導(dǎo)致一個正如我們觀察到的一致的宇宙。我被這個思想弄得非常激動，并和我的一個學(xué)生因?莫斯討論。然而，當(dāng)我后來收到一個科學(xué)雜志社寄來的林德的論文，征求是否可以發(fā)表時，作為他的朋友，我感到相當(dāng)難為情。我答復(fù)說，這里有一個關(guān)于泡泡比宇宙還大的瑕疵，但是里面關(guān)于緩慢對稱破缺的基本思想是非常好的。我建議將此論文照原樣發(fā)表。因為林德要花幾個月時間去改正它，并且他寄到西方的任何東西都要通過蘇聯(lián)的審查，這種對于科學(xué)論文的審查既無技巧可言又很緩慢。我和因?莫斯便越俎代庖，為同一雜志寫了一篇短文。我們在該文中指出這泡泡的問題，并提出如何將其解決。