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最大尺度上的宇宙和最早期的宇宙其实相当简单，只凭几个特殊参数就可以轻松描绘出其主要特征。跟其它东西，比如说具有大气、海洋、运动的大陆板块、磁场等物理属性，无比复杂的地球相比，前者要简单得多，列出几个主要属性即可看清它的面貌。上一段话摘自美国物理学家莱曼·佩奇的新书《宇宙小史》。这位宇宙学大咖在书中为我们介绍了当今科学家对宇宙模型的理解，以及他们下一步要开拓的方向。我们也有幸采访到他，问了一些和宇宙学相关的内容。撰文｜王昱审校｜白徳凡相较于地球内部复杂的相互作用机制，其实我们对整个宇宙的了解要更全面一点。在宇宙的浩瀚无垠面前，一座城市，一颗星球，乃至整个星系都将成为无关紧要的涨落。如今，无数地面望远镜、空间望远镜已经给我们提供了太多太多宇宙形成的证据。天文学家在这些昂贵且精密的仪器的帮助之下，已经窥探到了宇宙最早期的秘密，甚至，还追寻到了宇宙中的第一缕光——宇宙微波背景。
一切证据都被归结为包含6个主要参数的宇宙模型，模型背后是日趋完善的宇宙学理论。物质、暗物质和暗能量的占比，宇宙再电离时的光深，原始功率谱的幅度和标量普指数，这6个参数决定了整个宇宙的命运。尽管其中参杂了不少疯狂的理论和推测，但与观测事实完美契合的理论预测，无不阐述着它们的正确性。现在，宇宙学家甚至已经开始验证它们理论预言的二级结论了，比如寻找来自大爆炸的引力波。
那么，宇宙的运行到底遵从什么样的法则？要详细了解问题的答案，我们首先要借助的就是爱因斯坦的杰作——广义相对论。但对我们大多数人而言，想要追上这位百年前天才的思路，实在是太过困难。而莱曼·佩奇（LymanPage）则在他的新书《宇宙小史》中，为我们提供不一样的视角。
莱曼·佩奇（图片来源：其个人主页）
作为威尔金森微波各向异性探测器（WMAP）的联合创始研究者之一，正是以他为代表的一批人，开启了人类对宇宙精确测量的时代。他不会直接告诉读者宇宙到今天的年龄是多少，宇宙到底是弯曲的还是平直的，但他会用最简单的语言告诉你我们为何、又如何探寻这些问题的答案，再一步步引导读者自己推导出那个诱人的答案。
而对于整个宇宙的运行逻辑，以及对宇宙学探索的前沿，《环球科学》杂志社有幸联系到佩奇先生进行采访，并整理了以下几个问题。
《环球科学》：宇宙微波背景（CMB）是何时、如何产生的？那时的宇宙是什么样子的？
莱曼·佩奇：宇宙微波背景是在宇宙很年轻、很热的时候产生的。它是目前标准物理学能追溯到的最早的那部分宇宙。在宇宙诞生后的40年里，原子物质（带电的质子和电子）与辐射紧密相互作用。如果你能“看”到当时的宇宙，你会发现你就像站在太阳表面向太阳内部看过去一样。你看不到很远的地方，因为辐射会被光子散射掉。你只能看到耀眼的光芒，那时的宇宙就像是被太阳包裹着一样。
早期宇宙是很简单的。我们现在看到的宇宙由行星、恒星、星系还有星系团等各种各样的天体组成。早期宇宙没有任何天体，只是一团辐射和不同形式原子组成的均匀混合物，有点像一锅宇宙浓汤。重要的是，这锅宇宙浓汤中可能存在一些微小变化，这其中的微扰最终演化成了我们在夜空中看到的整个宇宙。
《环球科学》：地球相对于宇宙微波背景辐射的运动意味着什么？我们能把宇宙微波背景看作一个绝对惯性参考系吗？
莱曼·佩奇：宇宙微波背景辐射是最理想的参考系，它和以所有极其遥远的星系形成的参考系有些类似。想象你正在盯着蜂巢旁的一群蜜蜂，其中两只蜜蜂可能像地球绕太阳那样绕飞，但整个蜂群则是蜂巢位置的稳定参考，每一只蜜蜂都知道自己相对蜂巢的运动。
《环球科学》：我们还需要提高对宇宙微波背景的测量精度吗？需要提升到什么精度？又如何做到？
莱曼·佩奇：需要！我们还能从宇宙微波背景学到很多东西，相关的研究仍然是了解早期宇宙，了解宇宙整体的最好方式。人们普遍认为，在我们的探测精度抵达附近星际环境干扰造成的极限之前，我们都应该继续推进对宇宙微波背景的探测。比如，在某些方向上，银河系内部的尘埃会阻挡我们的视线，让我们难以看到银河系外的情况，但我们目前还没有达到这个极限。
威尔金森微波各向异性探测器绘制的宇宙微波背景（图片来源：NASA）
《环球科学》：宇宙在多大尺度上是均匀的？
莱曼·佩奇：大约在万光年的尺度以上，宇宙就是均匀的了。不过我们也观测到过更大的结构，万年只是一个均值。
《环球科学》：如果宇宙是各向异性的，将对现有的宇宙学模型提出哪些挑战？
莱曼·佩奇：我猜你的意思是宇宙各向异性高于目前我们观测水平。首先，这表明有些东西我们没测到！据我所知，几乎所有的异常都和随机波动有关。其中一个经常被称为半球异常（hemisphericalanomaly），这种异常范围太大，很难偶然发生。也就是说，我们只有一个宇宙可以观测，所以很难客观量化什么是正常的。
《环球科学》：如果我有无限的时间，在宇宙中保持匀速运动，我能回到原地吗？
莱曼·佩奇：不能！
《环球科学》：是什么让冷暗物质模型（ΛCDMmodel）成为了当今宇宙学的标准模型？
莱曼·佩奇：因为这个模型和观测数据符合得很好，并且模型早于数据。各种各样的实验都能对宇宙进行测量，对其中几个关键参数，却只有这个模型能和所有观测数据相符合。现在，我们的观测已经进入全新的阶段，我们开始测量该模型的二次效应，比如宇宙微波背景的引力透镜，它也符合模型的预测。与我的大多数同事一样，我们都非常想找到一些违背模型的东西，这就是我们推进科学发展的方式。
《环球科学》：修改的牛顿动力学（MOND）有哪些缺陷？您如何看待康斯坦丁诺斯·斯科迪斯（ConstantinosSkordis）和汤姆·兹利希尔（TomZ?o?nik）提出的理论（Phys.Rev.Lett.,）。
莱曼·佩奇：像斯科迪斯和兹利希尔提出的这一类模型对于进一步巩固标准模型，为我们指出新事物而言都非常重要。他们修改模型，使其与观测数据相匹配，与冷暗物质模型相比这是个缺陷。不过，很重要的是，他们对宇宙微波背景的极化做出了预言，而这是可以被检验的。还有一些其他在星系尺度的检验，这类模型（MOND理论）是用对引力的修正取代了暗物质理论。
《环球科学》：为何弱相互作用大质量粒子（WIMPs）曾经是物理学家最青睐的暗物质候选，而物理学家现在如何看待它？
莱曼·佩奇：我在离开宇宙微波背景相关领域的工作后，就投身轴子探测方面的工作了。轴子是一种暗物质的候选粒子，是弱相互作用大质量粒子的替代者。我的选择已经表明了我的看法。我们知道暗物质一定存在，弱相互作用大质量粒子作为一种可能非常诱人，因为一些候选粒子看似非常合理，似乎能在早期宇宙中自然而然地产生。但是，现在的测量已经排除了很多弱相互作用大质量粒子的模型，不过，暗物质仍然有一些可能，我们还不知道我们能否在实验室中测到它们。
《环球科学》：人类对宇宙理解的上一次重大改变是在什么时候？下一次又可能是什么时候？
莱曼·佩奇：在我看来，最近一次重大变化是观测到宇宙正在加速膨胀。在那之后，我们可以用一个简单的6参数模型描述几乎所有的宇宙学观测成果。展望未来，如果我们发现了来自大爆炸的引力波，那将会是下一次革命性的成就。我们还可能发现哈勃常数和我们的预期相悖。后两者都有希望在实验上被证实。另外，我还在思考我们对信息和熵的进一步理解会给宇宙学带来哪些启示，但目前这方面的工作更多还是在理论领域。宇宙学还有太多悬而未决的问题，它仍然是一个令人兴奋的领域。对我而言，最令人激动的还是我们可以通过对宇宙进行极大尺度的测量，来增进我们对宇宙整体的理解。
作为真正引领宇宙学前进的科学家之一，莱曼·佩奇在他的新书《宇宙小史》中更加系统性地向我们描述了这一领域是如何一步一步发展到今天这样的。和其他宇宙学科普书籍不同，这本书不会简单粗暴地摆出诸如宇宙年龄一样的关键参数。作者会结合最新的观测数据，引导读者一点一点亲手推导出整个宇宙的图景。也不用担心宇宙学会涉及复杂的计算过程，整个过程已经被作者极力简化到了“距离=速度×时间”的程度。
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