1973年12月，大名鼎鼎的英國(guó)《自然》（Nature）雜志發(fā)表了一篇兩頁(yè)紙的學(xué)術(shù)論文，題目是“宇宙是真空漲落的產(chǎn)物嗎？”（Is the Universe a vacuum fluctuation?），作者是名不見(jiàn)經(jīng)傳的美國(guó)紐約市立大學(xué)亨特學(xué)院的年輕教師愛(ài)德華·特萊恩（Edward Tryon）。據(jù)說(shuō)特萊恩在寫(xiě)出這篇立意大膽的理論文章之后，先將它投給了美國(guó)物理學(xué)會(huì)主辦的《物理評(píng)論快報(bào)》（Physical Review Letters），但卻很快就遭到了拒稿。時(shí)年33歲的特萊恩并沒(méi)有氣餒，轉(zhuǎn)而改投名氣更大的《自然》期刊，希望自己的論文能以“讀者來(lái)信”（a letter to the editor）的形式發(fā)表。結(jié)果出乎他本人的預(yù)料：《自然》編輯部不僅很快接受了這篇論文，而且還以“專(zhuān)題文章”（feature article）的形式正式刊出。

　　特萊恩在論文中指出，我們的浩瀚宇宙起源于看似一無(wú)所有的真空的量子漲落。熱力學(xué)第一定律告訴我們，能量是守恒的，既不能被創(chuàng)造也不能被消滅。因此“無(wú)中生有”意味著宇宙來(lái)自“零”能量的虛空，這樣才不會(huì)破壞能量守恒定律。特萊恩從德裔美國(guó)物理學(xué)家彼得·伯格曼（Peter Bergmann）那里得知，假如物質(zhì)的質(zhì)量所對(duì)應(yīng)的正能量與引力勢(shì)所對(duì)應(yīng)的負(fù)能量恰好彼此相消，那么宇宙就會(huì)處在凈能量等于零的真空狀態(tài)。其實(shí)這一觀(guān)點(diǎn)早在1934年就被美國(guó)物理學(xué)家理查德·托爾曼（Richard Tolman）在他的《相對(duì)論、熱力學(xué)與宇宙學(xué)》（Relativity, Thermodynamics and Cosmology）一書(shū)中提出來(lái)了。量子力學(xué)的奠基人之一帕斯夸爾·約丹（Pascual Jordan）當(dāng)年為了解釋恒星可能起源于“一無(wú)所有”這一物理圖像，也假設(shè)了恒星的質(zhì)量所對(duì)應(yīng)的正能量恰好與它的引力勢(shì)所對(duì)應(yīng)的負(fù)能量大小相等、相消為零。

　　假定宇宙的起點(diǎn)是真空之后，特萊恩下一步要做的事情就是描述真空的量子漲落何以生成今天的宇宙。他借助的工具無(wú)外乎量子力學(xué)和量子場(chǎng)論，因?yàn)楹笳吒嬖V我們：真空并不空，而是一個(gè)熱鬧非凡的地方----粒子與反粒子對(duì)在一定時(shí)間段內(nèi)通過(guò)從真空借取能量而不斷地?zé)o中生有，表面上破壞能量守恒定律但其實(shí)遵循海森堡的測(cè)不準(zhǔn)原理。這些從真空產(chǎn)生出來(lái)的“虛”粒子帶有與普通粒子相同的量子數(shù)，但是它們的能量與動(dòng)量關(guān)系卻不同尋常。特萊恩設(shè)想，個(gè)別或少量“虛”粒子有可能“實(shí)在”化，并最終演變成廣袤無(wú)垠的宇宙。

　　但特萊恩無(wú)法說(shuō)清楚真空漲落所產(chǎn)生的微觀(guān)“虛”粒子世界具體是以何種方式從極小尺度演變成了今天極大尺度的宏觀(guān)宇宙的。他的理論缺乏數(shù)學(xué)支撐，主要靠猜想和思辨，因此無(wú)法令人信服，至少在當(dāng)時(shí)的科學(xué)界幾乎沒(méi)有受到任何關(guān)注。

　　而他關(guān)于宇宙中應(yīng)該含有等量的物質(zhì)和反物質(zhì)的預(yù)言，今天看來(lái)也是錯(cuò)誤的，因?yàn)槲覀冊(cè)诳捎^(guān)測(cè)宇宙中并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)原初反物質(zhì)存在的跡象。據(jù)說(shuō)特萊恩在1970年前后，即在他發(fā)表自己的那篇經(jīng)典論文之前，曾經(jīng)在哥倫比亞大學(xué)舉行的一場(chǎng)學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)上突然向演講者發(fā)問(wèn)：“或許宇宙就是一種真空漲落？”（Maybe the Universe is a vacuum fluctuation?），在場(chǎng)的人都笑了，都以為他在開(kāi)玩笑。處于窘迫之中的特萊恩并沒(méi)有當(dāng)場(chǎng)解釋自己的想法，而是幾年后通過(guò)論文表達(dá)了他對(duì)宇宙起源的新見(jiàn)解。也許可以說(shuō)，當(dāng)時(shí)他的思想太超前了。

　　1981年1月，美國(guó)物理學(xué)會(huì)主辦的《物理評(píng)論D》（Physical Review D）期刊發(fā)表了一篇題為“暴脹的宇宙：關(guān)于視界和平坦性問(wèn)題的一個(gè)可能的解決方案”（Inflationary Universe: A possible solution to the horizon and flatness problems）的論文，作者是年輕的理論物理學(xué)家阿蘭·古斯（Alan Guth）。這篇迄今為止已被引用6700余次的文章成為大爆炸宇宙學(xué)發(fā)展史上的里程碑，因?yàn)樗容^令人信服地回答了特萊恩的論文當(dāng)年無(wú)法回答的問(wèn)題：也許是某種形式的暗能量，比如真空能（vacuum energy），以迅雷不及掩耳之勢(shì)驅(qū)動(dòng)了宇宙的瞬間暴脹，從而使得通過(guò)真空漲落而生成的微觀(guān)“虛”粒子世界得以瞬間膨脹到宏觀(guān)宇宙的規(guī)模。1997年，已經(jīng)成為宇宙學(xué)大師級(jí)人物的古斯在自己的新書(shū)《暴脹的宇宙：探索宇宙起源的新理論》（The Inflationary Universe: The Quest for a New Theory of Cosmic Origin）中對(duì)特萊恩的原創(chuàng)性思想給予了認(rèn)可：“據(jù)我所知，第一個(gè)以科學(xué)的語(yǔ)言描述宇宙產(chǎn)生于一無(wú)所有的嚴(yán)肅建議是愛(ài)德華·特萊恩在1973年的論文中提出來(lái)的?！保═o my knowledge, the first serious suggestion that the creation of the Universe from nothing could be described in scientific terms was the 1973 paper by Edward Tryon）。

　　正如1988年度的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主利昂·萊德曼（Leon Lederman）在1993年追問(wèn)的那樣：如果宇宙是答案，那么什么是問(wèn)題？（If the Universe is the answer, what is the question?）毫無(wú)疑問(wèn)，宇宙的起源就是問(wèn)題。而宇宙可能起源于真空的量子漲落，則可能是這一基本問(wèn)題的正確答案。

（作者：邢志忠，中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所研究員）