無中生有的宇宙：科學家探索宇宙誕生與未來...

名人推薦：我們經歷了一場宇宙學革命，奇妙程度和哥白尼掀起的那場革命不相上下。一本引人入勝的精采必讀指南。
——伊恩．麥克伊旺（Ian McEwan），英國小說家，毛姆獎暨曼布克獎得主

或有可能是自達爾文以降，影響及於超自然論的最重要科學書籍。
——理查・道金斯，英國演化生物學家，英國皇家學會會士

勞倫斯．克勞斯的《無中生有的宇宙》是一本令人振奮的宇宙學現況入門著作。宇宙學這個科學分支為我們講述萬物的悠遠過往和更悠遠的未來。結果發現，萬物和無物非常有關——卻與上帝全然無關。這是一本深得人心的精采書籍。
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我希望一開始就充分透露我的想法，所以這裡必須坦承，我並不認同萬物必須有個造物者的信念，即使那是世界所有宗教的共同基礎。每天都有美妙、神奇的事物突然出現，從寒冬清晨的雪花，乃至於夏日傍晚雨後的燦爛彩虹。然而，唯有最虔信基本教義的徒眾才會主張，這每種物件全部都是某種神聖智慧愛憐眷顧苦心創造而成，還有最重要的是，那還是有目的的產物。事實上，許多平常人還有科學家都陶然自得，欣喜我們能夠解釋雪花和彩虹怎麼能遵循簡單、優雅的物理定律自發出現。
當然了，或有人會說，而且許多人也都問過，「那些物理定律是哪裡來的？」還有人更挑逗地問道，「是誰制定出這些定律？」就算有人答得出這第一項質疑，那個人通常還會接著請教，「不過那是從哪裡來的？」或者「那是誰創造出來的？」等諸如此類。
到頭來，許多思慮周密的人也就因此認同柏拉圖、阿奎那或者現代羅馬大公教會的可能說法，認為我們顯然是需要「第一因」（First Cause），接著就由此推想出某種神祇：一位造化之神，創造出世上現有的和未來能有的一切事物，某種永恆的，無處不在的神明或聖靈。
不過，提出第一因說法，問題依然未決：「是誰創造了造物者？」畢竟，舉證支持一個永恆存在的造物者，或者宣稱宇宙永恆存在而且沒有造物者，這兩種說法有什麼差別？
這類爭論總是讓我想起一個著名的故事，話說一位專家就宇宙起源發表演講，這時一位女士提出質疑，她相信世界是由一隻巨大烏龜撐住，再底下又有另一隻烏龜撐著，接著是另一隻……而且「往下到底全都是烏龜！」某種無止境回推的自我創生能力，甚至某種威力凌駕龜群的虛構力量，也絲毫不能讓我們更明白是什麼事物催生出宇宙。不過就實際而言，這種漫無止境的回推隱喻，說不定還比憑藉單一造物者來解釋還更為貼近真實歷程。
固然，以起因出自上帝之說詞來擺平問題，似乎就能消弭無止境回推爭議，不過這裡我要祭出我的真言：不論我們喜不喜歡，宇宙就是這個樣子。有沒有造物者和我們的期望無關。一個世界沒有上帝或目的，似乎會令人感到苦澀或毫無意義，然而單憑這點卻也不構成讓上帝真正存在的要件。
相同道理，即使我們的心智並不容易理解無窮（不過，人類心智創造出的數學，倒是很能妥善處理無窮），然而這卻也不能告訴我們無窮就不存在。我們這處宇宙的空間或時間廣度有可能是無窮的。或者就如理查．費曼（Richard Feynman）當初所述，物理定律有可能就像具有無窮層次的洋蔥，當我們鑽研新的尺度，新的定律也啟動運作。我們完全無從得知！
兩千多年來，「為什麼有東西存在，卻不是什麼都沒有？」這道問題始終不斷質疑底下這個命題：我們這處宇宙──裡面含有繁複多端的恆星、星系、人類以及其他莫名事物──有可能全無設計、意圖或目的，就這樣生成。儘管這一般都界定為哲學的或宗教的問題，不過追根究柢這仍然是有關自然界的問題，所以試行解題的首要妥善場合就是從科學入手處理。
本書的目的很單純。我希望闡明現代科學能以什麼做法（冠上種種不同名目）來處理「為什麼有東西存在，卻不是什麼都沒有」這道問題以及目前的處理現況：如今得出的解答（分別得自絕美的實驗觀測成果，以及為大半現代物理學奠定根基的諸般理論）全都顯示，無中生有並不是個問題。沒錯，無中生有或許就是宇宙形成的「要件」，此外，所有跡象全都顯示，我們這處宇宙「有可能」就是這樣出現的。

在一個世紀之前，若有人描述「無」來指稱完全空無的空間，而且不具有真正的物質實體，這樣講或許不會受到多大質疑。然而從過去那個世紀的種種成果，我們也已經得知，其實空無空間絕非萬無一物，那種無物狀態只是我們深入瞭解大自然如何運作之前的假想。如今，虔信宗教的評論家告訴我，我不能說空無空間就是「無」，只能說那是「量子真空」，這樣才能與哲學家或神學家的理想化的「無」區分開來。
就算是吧。不過接下來，倘若我們願意把「無」描述為不存在任何空間與時間呢？這樣就充分了嗎？就此我同樣會猜想，或許是吧……就一時之間。不過，稍後我就會著眼描述，如今我們已經知道，空間和時間本身也可能自發生成，所以我們聽說就連這種「無」也不真的就是有意義的無。同時我們還聽說，要擺脫「真正」的無，必須有神力才辦得到，於是「無」也依律定義為「唯上帝能由此造物之狀態」。
往下到底全都是烏龜？我不相信是這樣。不過那群烏龜很討喜，因為科學改造遊戲規則的做法讓人感到不自在。當然了，那正是科學的目的之一。欠缺自在感受就代表我們就要開始產生新的洞見。當然了，祈求「上帝」來規避「如何」這道難題，不過就是不想動腦筋的偷懶行徑。畢竟，若是沒有創世潛力，那麼上帝也就不可能創造出任何東西。或有人稱，由於上帝存在於自然之外，因此能夠規避潛在無窮回歸，也因此存在之本身的「潛力」，也不是存在之所從出的無物狀態的一環，這種主張完全是在玩弄文字遊戲。
就這點我的真正目的是要闡明，科學其實已經讓遊戲規則改頭換面，因此這些有關無物狀態之本質的抽象、無用爭論，已經被有用的操作性努力取而代之，期能循此來描述我們這處宇宙實際上是如何創造生成。此外我也會解釋，這點和我們的現在與未來有可能產生哪些牽連。

科學向來很能推展我們對自然的認識，因為科學精神以三項關鍵原則為本：（1）不論證據導向何方都敬謹遵循；（2）一旦擬出理論，除了設法證明理論成立之外，還必須願意同等努力證明理論是錯的；（3）真理的最終仲裁者是實驗，不是一個人從先驗信念得來的安適慰藉，也不是一個人稱頌其理論模型優美或優雅之讚辭。
我要在這裡描述的實驗結果不只正當其時，而且還始料未及。科學描述我們這處宇宙時編結出的織錦，遠比人類歷來編造出來的一切啟示形象或虛構情節都更為華美又耐人尋味。大自然創造的產物，遠比人類想像力所能取得的成果還更令人稱奇。
過去二十年來，宇宙學、粒子理論和重力研究接連成就令人振奮的發展，徹底改變了我們對宇宙的看法，還出乎意料地深切影響了我們對宇宙之起源以及未來的認識。
真正促使我撰寫本書的動機，主要並不是想要破除迷思或抨擊信仰，而是希望藉此謳歌知識，此外也頌讚我們這處演變得這般令人稱奇不已又迷人至極的宇宙。
我們的求知歷程會引領我們踏上一段驚心動魄的旅程，前往我們這處膨脹宇宙最偏遠所及之處，從大霹靂最早瞬間來到遙遠的未來，沿途還會探究一項或許稱得上物理學在過去一個世紀當中的最驚人發現。的確，促使我在這時動筆撰寫本書的直接動機是一項有關宇宙的深邃發現，那項成果在過去三十年的大半時期，都不斷驅動我本人所從事的科學研究，並歸出令人稱奇的結論：原來宇宙的能量，多半都屬於某種瀰漫所有空無空間，而且迄今依然神祕難解的型式。這項發現已經讓現代宇宙學的遊戲規則改頭換面，這樣講可不算輕描淡寫。
首先，這項發現帶來了出色的嶄新佐證，支持我們這處宇宙正是從虛無中生成的構想。同時這也激使我們就兩方面重新思索，包括有可能支配宇宙演化的種種歷程之眾多相關假設，最後還探討自然法則本身是不是真正基本的問題。如今這些課題各個都傾向於讓「為什麼有東西存在，卻不是什麼都沒有」的問題看來不再顯得那麼凝重，甚至如我所願能以完全淺顯來形容。
本書的撰寫初衷可以直接回溯至二○○九年十月，當時我在洛杉磯發表一場演說，標題和本書同名。那次演講錄影由理查．道金斯基金會（Richard Dawkins Foundation）貼上YouTube，結果讓我大感驚詫，那段影片掀起一股熱潮，迄至本書撰寫期間，已經累積近百萬點閱人次，同時無神論者和有神論者雙方社群也分別擷取局部副本做為辯論佐證。
由於這個主題明顯引發濃厚興趣，而且在我演說之後，網站評論以及媒體報導紛紛提出種種混淆論述，於是我認為很值得投入寫書，在這裡更完整闡釋那場演講所述見解。同時我也可以趁此機會藉本書補充說明當時所述論據，那次演說我幾乎完全著眼於宇宙學的最新變革，涉及能量和空間幾何的研究發現，並解釋我們心中設想的宇宙圖像如何因此改頭換面。

一九一六年初，愛因斯坦才剛完成他畢生最偉大的作品，那是歷時十年，絞盡腦汁才推導而出的重力新論，他稱之為廣義相對論。不過這不只是一項新的重力理論；也是用來闡釋空間和時間的新理論。同時這還是第一種不僅能夠解釋物體如何在宇宙中運動，還能說明宇宙本身有可能如何演化的科學理論。
將近一百年過去了，如今依然很難完全領會，我們心中的宇宙圖像在一個人的壽限期間出現了多少改變。就以一九一七年的科學界來講，他們認為宇宙是靜態的、永恆的，裡面只含單一星系，也就是我們的銀河系，周圍是一片浩瀚無垠的黑暗空無空間。畢竟，這就是你以肉眼或者小型望遠鏡仰望夜空推估的情況，而且當時也沒有什麼理由做其他揣測。
依照愛因斯坦的理論，如同之前的牛頓重力論所述，重力完全就是作用於所有物體之間的引力。這就表示，一群質量不可能在太空中永遠靜止不動。這種重力相吸作用，最終就會讓它們向內塌縮，這和表面上呈靜態的宇宙顯然並不相符。
看來愛因斯坦的廣義相對論與當時的宇宙圖像並不相符，這對他的打擊，比你所能設想的程度還更嚴重，箇中理由讓我得以卸下常年困擾，破除一則有關愛因斯坦和廣義相對論的迷思。大家一般都假定愛因斯坦是隻身閉門苦思多年，運用純粹思維和推理，超脫現實之外（或許就像當今某些弦論學家！），獨力擬出他的優美理論。然而事實真相全非如此。
愛因斯坦總是深受實驗和觀察引領。儘管在心中進行了許多「臆想實驗」，他也確實下了十幾年苦工，習得新的數學，期間還曾多次依循錯謬的理論線索，最後才終於建構出一套真正具有數學之美的理論。然而在他與廣義相對論建立因緣的歷程當中，最重要的契機卻與觀察結果有關。在他與德國數學家大衛．希爾伯特（David Hilbert）競相完成理論的最後那幾週亢奮期間，愛因斯坦動用他的方程式來進行演算，期能針對一種原本晦澀不明的天體物理學結果提出預測：水星繞日軌道「近日點」（最接近日心的一點）的微幅進動（precession）。
天文學家早就注意到，水星的軌道略微偏離牛頓預測的軌道。水星的軌道並不呈首尾相接的完美橢圓，而是以極微小幅員進動（這就表示水星繞軌並不回到精確起點位置，每環繞一周，橢圓方位都會略微偏移，最後就描畫出一種螺旋狀圖案）：每世紀偏移四十三弧秒（約百分之一度）。
愛因斯坦以他的廣義相對論推算軌跡所得數值完全吻合。誠如幫愛因斯坦作傳的亞伯拉罕．派斯（Abraham Pais）所述：「我相信，這項發現絕對是愛因斯坦的科學生涯當中最強烈的情緒體驗，或許還是他畢生最強的一次。」他說自己內心悸動，彷彿裡面「有東西猛震一下」。一個月之後，他向一位朋友描述他那項理論是帶了「無與倫比之美」的成果，那時他確實表現出他對數學型式的欣喜之情，卻沒有內心悸動的說法。
不過，廣義相對論和靜態宇宙之可能性相關觀察結果的表觀分歧現象並沒有延續很久。（儘管這確實促使愛因斯坦導入一項理論修正，而且後來他還稱之為他這輩子最大的錯誤。不過就此後來還出現其他發展。）如今（除了美國某些學校董事成員之外）所有人都知道，宇宙並不是靜態的，而是逐漸膨脹，還有這種膨脹大約始於一三七．二億年之前，從一次極度熾熱、緻密的大霹靂開始。另一點也同樣重要，我們知道，本星系只是可觀測宇宙間大概四千億個星系之一。我們就像早期的地圖測繪員，才剛開始完整測繪出最大尺度的宇宙風貌。難怪最近幾十年見證了我們的宇宙圖像出現革命性變化。
其實第一個提出大霹靂是比利時的一位神父暨物理學家，他叫做喬治．勒梅特（George Lemaître）。一九二七年，勒梅特還沒有拿到第二個博士學位之前，他其實已經求出愛因斯坦廣義相對論的方程式解，還證明那個理論預測宇宙並非靜態，實際上是暗示我們棲居的宇宙正不斷膨脹。這個想法似乎太不像話，連愛因斯坦本人都強烈反對，還說：「你的數學正確無誤，你的物理學卻糟透了。」
不過勒梅特一往直前，到了一九三○年，他又提出所見，認為我們的膨脹宇宙剛開始時其實是一個極微小的點，他稱之為「太古原子」（Primeval Atom），同時這個開端便代表（說不定也影射創世紀）「沒有昨天的日子」。
勒梅特本人就曾承認，大霹靂是否真有其事並不是神學問題，而是個科學問題。此外，即使大霹靂真有其事（如今所有證據都一面倒支持這點），一個人依然可以依循自己的宗教或形上學偏向來選擇不同的詮釋方式。只要覺得有必要，你都可以選擇把大霹靂看成有造物主的佐證，不然也可以論稱，廣義相對論的數學已經可以解釋宇宙演化並回溯到起源開端，毋須任何神祇干預。不過這種形上學推測和大霹靂本身的物理真實性完全無關，也不影響我們對大霹靂的認識。

我希望一開始就充分透露我的想法，所以這裡必須坦承，我並不認同萬物必須有個造物者的信念，即使那是世界所有宗教的共同基礎。每天都有美妙、神奇的事物突然出現，從寒冬清晨的雪花，乃至於夏日傍晚雨後的燦爛彩虹。然而，唯有最虔信基本教義的徒眾才會主張，這每種物件全部都是某種神聖智慧愛憐眷顧苦心創造而成，還有最重要的是，那還是有目的的產物。事實上，許多平常人還有科學家都陶然自得，欣喜我們能夠解釋雪花和彩虹怎麼能遵循簡單、優雅的物理定律自發出現。
當然了，或有人會說，而且許多人也都問過，「那些物理定律是哪裡來的...

緒論
宇宙是從哪裡來的？宇宙是誰創造出來的？第一因的說法還要解決一個問題：是誰創造了造物者？現代科學能以什麼方法來處理宇宙如何出現這問題？

第1章 宇宙的神祕故事：開端
根據以哈伯分析為本得出的估計值，大霹靂約發生在十五億年前。不過在一九二九年，已經有證據清楚顯示地球的年齡超過三十億歲。於是科學家陷入尷尬處境，他們發現地球比宇宙還老。

第2章 宇宙的神祕故事：秤量宇宙
一旦確立宇宙有個起點，而且那個起始時間是在可以測定的有限過去，下一個問題自然就是，「宇宙會怎樣結束？」宇宙終有一天必然再次塌縮，那種歷程就像逆向的大霹靂，你也可以稱之為「大崩墜」。

第3章 源自時間起點的光
宇宙微波背景輻射的起源相當簡明。由於宇宙的年齡有限，而且當我們看向愈來愈遙遠的天體，同時也逐步回溯到愈來愈遙遠的過去，可以想見，只要向外看得夠遠，我們就能見到大霹靂。

第4章 無中生有，自滋紛擾
我說無可不是指什麼都沒有，在這裡是指一般所稱空無空間的無物狀態。假使我把一片空間裡面的東西全都清除，包括塵埃、氣體、人類，甚至還有穿過空間的輻射，倘若留下的空無空間存有某些分量，那就相當於表示，愛因斯坦發明的宇宙學常數果真存在。

第5章 脫韁的宇宙
暗能量的源頭和本質，毫無疑問是當今基本物理學最大的未解之謎。我們對於暗能量如何生成，為什麼得到現有數值，都沒有深刻的認識。我們自然會猜想，暗能量的本質和宇宙的起源或有某種基本的牽連。所有跡象全都指出，宇宙的未來同樣取決於此。

第6章 宇宙盡頭的免費午餐
思考宇宙時把重力作用考量在內，結果就變得很奇妙，因為物體除了「正」能量之外，也可以具有「負」能量。重力的這個向度讓正能量事物能夠以負能量構型來互補，並恰好把先前創造出的正能量事物所含能量完全抵銷。

第7章 我們的悲慘未來
愛因斯坦不單嘲弄勒梅特提出大霹靂說，還發明了宇宙學常數，好讓靜態宇宙有可能成真。如今科學家大可以自鳴得意，因為我們發現了宇宙的基礎膨脹現象、宇宙微波背景輻射、暗物質和暗能量。不過未來會帶來什麼狀況呢？

第8章 一次壯闊的偶發事例？
暴脹是永恆的。某些區域會永遠暴脹下去。退離暴脹的區域會與外界斷絕因果關聯，變成孤立宇宙。只要暴脹永遠持續，多重宇宙就在所難免。倘若我們這處宇宙在暴脹過後有可能演變成許多不同狀態，那麼我們居住的這處宇宙，或許只是為數無窮的宇宙家族之一員。

第9章 空即是有
「為什麼有東西存在，卻不是什麼都沒有？」一向都有種說法，指稱平坦、膨脹宇宙裡面所有星系的牛頓重力總能量平均為零之說是種武斷的陳述，而科學家把它界定為「零」點，只是為了反對上帝。

第10章 虛無並不安定
自然法則是唯一的嗎？我們棲身的宇宙是唯一的嗎？假使你改變一個層面、一個常數或一種力，不論變動多麼微小，會不會引發全面崩盤？就生物學觀點，生命的生物作用是不是唯一的？我們在宇宙中是不是唯一的？

第11章 處處美麗新世界
柏拉圖式第一因概念本身就有瑕疵，特別是亞里斯多德還認為，所有因都必然有個前因──所以宇宙才以永恆為要件。倘若我們採信上帝是所有因的初因，並循此見解認定，就算我們所處宇宙並非永恆，上帝仍是永恆的，則反證論法（歸謬法）的「為什麼」接續問題確實可以就此終結。

尾聲
後記：理查．道金斯專文推薦

緒論
宇宙是從哪裡來的？宇宙是誰創造出來的？第一因的說法還要解決一個問題：是誰創造了造物者？現代科學能以什麼方法來處理宇宙如何出現這問題？

第1章 宇宙的神祕故事：開端
根據以哈伯分析為本得出的估計值，大霹靂約發生在十五億年前。不過在一九二九年，已經有證據清楚顯示地球的年齡超過三十億歲。於是科學家陷入尷尬處境，他們發現地球比宇宙還老。

第2章 宇宙的神祕故事：秤量宇宙
一旦確立宇宙有個起點，而且那個起始時間是在可以測定的有限過去，下一個問題自然就是，「宇宙會怎樣結束？」宇宙終有一天必然再次塌縮，...