另一方麵,如果那時宇宙的密度小了同一個量,宇宙在大約10年後就變成基本上空無一物。宇宙的初始密度為什麼被這麼仔細地選取呢?也許存在某種原因,使得宇宙必須剛好具有臨界密度。看來可能存在兩種解釋。一種是所謂的人擇原理,它可被重述如下:宇宙之所以是這種樣子,是因為否則的話,我們就不會在這裏觀測它。其思想是,可能存在許多具有不同密度的不同宇宙。隻有那些非常接近臨界密度的能存活得足夠久並包含足夠形成恒星和行星的物質。隻有在那些宇宙中才有智慧生物去潔問這樣的問題:密度為什麼這麼接近於臨界密度?如果這就是宇宙現在密度的解釋,則沒有理由去相信宇宙包含有比我們已探測到的更多物質。1/10的臨界密度對於星係和恒星的形成已經足夠。然而,許多人不喜歡人擇原理,因為它似乎太倚重於我們自身的存在。這樣就有人對為何密度應這麼接近於臨界值尋求另外可能的解釋。
這種探索導至極早期宇宙的暴漲理論。其思想是宇宙的尺度曾經不斷地加倍過,正如在遭受極端通貨膨脹的國家每隔幾個月價格就加倍一樣。然而,宇宙的暴漲更迅猛更極端得多:在一個微小的暴漲中尺度的至少1000億億億倍的增加,會使宇宙這麼接近於準確的臨界密度,以至於現在仍然非常接近於臨界密度。這樣,如果暴漲理論是正確的,宇宙就應包含足夠的暗物質,使得密度達到臨界值。這意味著,宇宙最終可能會坍縮,但是這個時間不會比迄今已經膨脹過的150億年左右長大多。如果暴漲理論是正確的,必須存在的額外的暗物質會是什麼呢?它似乎和構成恒星和行星的正常物質不同。我們可以計算出宇宙在大爆炸後的最初3分鍾的極早期階段產生的各種輕元素的量。這些輕元素的量依賴於宇宙中的正常物質的量而定。我們可以畫一張圖,在垂直方向標出輕元素的量,沿著水平軸是宇宙中正常物質的量。如果現在正常物質的總量大約隻為臨界量的1/10,則我們可以得到和觀測很一致的豐度。這些計算也可能是錯誤的,但是我們對於幾種不同的元素得到觀測到的豐度這個事實,令人印象十分深刻。
如果存在暗物質的臨界密度,那麼其主要候選者可能是宇宙極早階段的殘餘。基本粒子是一種可能性。存在幾種假想的候選者,那是些我們認為也許存在但還沒有實際探測到的粒子。但是最有希望的情形是中微子,我們對它已有很好的證據。它被認為自身沒有質量,但是最近一些觀測暗示,中微子可能有小質量。如果這一點得到證實並發現具有恰好的數值,中微子就能提供足夠的質量,使宇宙密度達到臨界值。黑洞是另一種可能性。早期宇宙可能經曆過所謂的相變。水的沸騰和凝固便是相變的例子。在相變過程中原先均勻的媒質,譬如水,會發展出無規性。在水的情形下會是一大堆冰或蒸汽泡。這些無規性會坍縮形成黑洞。如果黑洞非常微小的話,它們由於早先描述的量子力學的不確定性原理的效應,迄今已被蒸發殆盡。
但是,如果它們超過幾十億噸(一座山的質量),則現在仍在周圍,並且很難被探測到。對於在宇宙中均勻分布的暗物質,它對宇宙膨脹的效應是唯一探測其存在的方法,由測量遙遠星係離開我們而去的速度便可確定膨脹的減慢程度。其關鍵在於,光離開這些星係向我們傳播,所以我們是在觀測在遙遠的過去的這些星係。人們可以繪一張圖,把星係的速度和它們的表觀亮度或星等作比較,星等是它們離開我們的距離的測度。這張圖上的不同曲線對應於不同的膨脹減慢率。向上彎折的曲線對應於將要坍縮的宇宙。初看起來觀測似乎表示坍縮的情景。但是麻煩在於,星係的表觀亮度不能很好地標度離開我們的距離。不僅在星係的本征亮度存在相當大的變化,而且還有證據說明其亮度隨時間而改變。由於我們不知道允許的亮度演化是多少,所以我們還不能說減慢率是多少:它是否快到使宇宙最終坍縮,或者宇宙會繼續永遠膨脹下去。這必須等到我們發展出更好的測量星係距離的手段後才行。
但是我們可以肯定,減慢率沒有快到使宇宙在今後的幾十億年內坍縮的程度。宇宙在1000億年左右既不永遠膨脹也不坍縮是一個非常激動人心的前景。我們是否有所作為使將來變得更加有趣呢?一種肯定可為的做法是讓我們駕駛到一顆黑洞中去。它必須是一顆相當大的黑洞,比太陽質量的100萬倍還要大。在銀河係的中心很可能有顆這麼大的黑洞。在一顆黑洞中會發生什麼我們還不很清楚。廣義相對論的方程允許這樣的解,它允許人們進入一顆黑洞並從其他地方的一顆白洞裏出來。白洞是黑洞的時間反演。它是一種東西隻出不進的物體。在宇宙的其他部分可能會有白洞。這似乎為星係際的快速旅行提供了可能性。麻煩在於這種旅行也許是過於迅速了。
如果通過黑洞的旅行成為可能,則似乎無法阻攔你在出發之前已經返回。那時你可以做一些事,譬如講殺死你的母親,因為她一開始就不讓你進入黑洞。看來物理定律不允許這種時間旅行,這也許對於我們(以及我們母親們)的存活是個幸事。似乎有一種時序防禦機構,不允許旅行到以前去,使得這個世界對於曆史學家是安全的。如果一個人向以前旅行,似乎要發生的是,不確定性原理的效應會在那裏產生大量的輻射。這種輻射要麼把時空卷曲得如此之甚,以至於不可能在時間中倒退回去,要麼使時空在類似於大爆炸和大擠壓的奇性處終結。不管哪種情形,我們的過去都不會受到居心叵測之徒的威脅。最近我和其他一些人進行的一些計算支持這個時序防禦假設。但是,我們過去不能將來永遠也不能進行時間旅行的最好證據是,我們從未遭受到從未來來的遊客的侵犯。現在小結如下:科學家相信宇宙受定義很好的定律製約,這些定律在原則上允許人們去預言將來。但是定律給出的運動通常是混飩的。這意味著初始狀態的微小變化會導致後續行為的快速增大的改變。這樣,人們在實際上經常隻能對未來相當短的時間作準確的預言。然而,宇宙大尺度的行為似乎是簡單的,而不是混飩的。
所以,人們可以預言,宇宙將永遠膨脹下去呢,還是最終將會坍縮。這要按照宇宙的現有密度而定。事實上,現在密度似乎非常接近於把坍縮和無限膨脹區分開來的臨界密度。如果暴漲理論是正確的,則宇宙實際上是處在刀鋒上。所以我正是繼承那些巫師或預言者的良好傳統,兩方下賭注,以保萬無一失。