互动科普

北美的一些专业家政服务公司为了招徕生意，经常会在报纸上做广告，评选某一地区甚至全国范围内的“最凌乱办公室”。参加者要把自己的办公室的凌乱程度做简要描述，并附以照片发送到评委会。最终摘取桂冠的“最凌乱办公室”将会被登报示众，而清洁公司将免费提供打扫服务。这种颇具恶搞效果的评选活动很符合大众的趣味，因为很多人的办公室确实非常凌乱，甚至到了不像话的程度。

2005年，在《波士顿环球报》主办的“春季大扫除”活动中，美国麻省理工学院的阿兰·古斯（Alan Guth）教授的办公室被授予波士顿地区“最凌乱办公室”的称号。本来阿兰的同事们想捉弄他一下，为他参加这次评选报了名，目的是希望他因此能对自己混乱不堪的办公室产生愧疚感，从而自觉地搞一次大扫除。据说阿兰的办公室是物理系最大的一间，但里面能下脚的地方只有三处：沙发、黑板和靠近窗户的书桌。获得了“最凌乱办公室”殊荣的阿兰不仅没有丝毫的羞愧感，反而沾沾自喜，这让同事们十分无奈。好在不久之后,阿兰就分到了一间面积稍小的新办公室，原来那间因凌乱而名声大噪的办公室终于得以被彻底清扫一遍。

图. 阿兰·古斯与本文作者

阿兰·古斯何许人也？他就是大名鼎鼎的宇宙暴胀（cosmic inflation）理论的创始人。自1971年从麻省理工学院获得博士学位之后，阿兰先后在普林斯顿和哥伦比亚大学从事博士后研究，主要研究粒子物理学的大统一理论。当时困扰阿兰和其他理论物理学家的一个基本问题是所谓的“磁单极问题”（magnetic monopole problem），即大统一理论所预言的磁单极子从未被实验观测到。1977年，30岁的阿兰来到康奈尔大学，开始了他的第三站博士后生涯。在这里他了解到，从事宇宙学研究的人们正被宇宙的“平坦性问题”(flatness problem）搅得心烦意乱。后者指的是当今宇宙的能量总密度十分接近宇宙的临界能量密度，这意味着空间曲率近乎为零，即我们处于一个几乎平坦的宇宙空间中。阿兰还从同事那里得知，另一个悬而未决的宇宙学难题是“视界问题”(horizon problem）—遍布宇宙空间的微波背景辐射形成于宇宙大爆炸后约38万年，当时可观测宇宙的直径约为9000万光年，因此宇宙的这一端与那一端是无法彼此通讯的，因为能量不可能以超过光速的速度传递。但宇宙空间中看似毫无因果关系的地方，其微波背景温度的分布却显现出令人难以置信的、似乎早已约定好了的各向同性和均匀性。阿兰决心解决这几个彼此并无直接关联的基本问题。尽管他于1979年转到了斯坦福大学直线加速器中心，继续他的博士后“流浪”生活，但他与曾经同在康奈尔大学做博士后并和自己同岁的华裔美国学者戴自海（Sze-Hoi Henry Tye）保持着积极的讨论与交流。1980年7月，阿兰终于想出了一条解决上述问题的可行途径。他假设宇宙在大爆炸之后的瞬间经历了一个迅雷不及掩耳的指数暴胀阶段，其体积骤然增大到足以将可能存在的磁单极子的数密度稀释到几乎为零、无法被观测到的程度—“磁单极问题”因而得以解决。另一方面，宇宙的指数暴胀也使得其能量总密度迅速逼近临界能量密度，导致空间曲率近乎为零，就如同体积越大的球体其球面越平坦一样—“平坦性问题”因而也不再成为问题。由于暴胀之前的宇宙尺寸足够小，其中物质的各部分之间彼此存在联系，因此暴胀之后物质的同质性得以保持，并且其分布呈现出后来所观测到的均匀性和各向同性，尽管这时物质的各部分之间可能不再存在因果关联—于是，“视界问题”也得到了合理的解释。阿兰的论文发表在1981年1月号的《物理评论D》上，至今已被引用超过5000次。获奖无数的阿兰现在唯一期待的，就是诺贝尔奖对他的宇宙暴胀理论的认可了。

好在宇宙的暴胀并没有导致像阿兰的办公室那样凌乱不堪的后果。当被问及是否相信暴胀理论及其各种预言时，英国天文学家马丁·里斯（Martin Rees）表示对此确信无疑，并愿意以他的宠物狗的性命打赌；相比之下，斯坦福大学的宇宙学家安德烈·林德（Andrei Linde）走得更远，他甚至敢拿自己的性命打赌。荣获1979年诺贝尔物理学奖的史蒂芬·温伯格（Steven Weinberg）则不动声色地表示，他宁愿拿里斯的宠物狗和林德本人两条性命下注，一赌暴胀理论的正确性！这一场“豪赌”最终的结果究竟如何，让我们拭目以待。

（本文发表于《科学世界》2015年第11期）