第1章 最初时刻：节点一
若想无中生有，必先创造宇宙。
——卡尔·萨根（Carl Sagan）：《宇宙》（Cosmos）
所以定是在曦光降临之后，
从最初的纺绩地，从马厩和碧绿之中，
嘶鸣的马像着了魔一般，喘着粗气
奔向那洋溢着赞美的土地。
——迪伦·托马斯（Dylan Thomas）：《蕨山》（Fern Hill）
开启起源故事
自举（bootstrapping）是人不可能做到的事情，就是说人不可能使劲抓住自己的靴带把自己举起来。后来这一观念成了计算机专业的行话（启动或重新启动），描述的是计算机从僵死中苏醒，然后输入操作指令的过程。当然了，从字面上说，要自举是不可能的，因为要举起什么东西，必须要有一个杠杆。“给我一个杠杆和支点”，古希腊哲学家阿基米德（Archimedes）曾这样说，“我就能撬动地球。”但要创造一个全新的宇宙，我们到哪里找那个杠杆呢？怎样才能举起这样的宇宙？或者，换句话说，描述新宇宙诞生的起源故事到哪里才能找到支点呢？
为起源故事寻找支点丝毫不亚于为宇宙本身寻找支点。一种可能的方法是不问起源，而假定宇宙一直存在。这样支点就是不必要的。事实上，许多起源故事都是这样讲述的，甚至不少现代天文学家，包括20世纪中叶支持稳恒态理论（steady-state theory）的天文学家，也都持此主张。也就是说，在相当大的尺度上，宇宙自古至今一直是这样。与此类似，但稍有不同的观点主张：的确存在创世的一刻，那时巨大的力量或存在物塑造了整个宇宙的形态，但此后，世间万物基本没有什么改变。蒙哥湖人的祖先可能就是这样描述宇宙的，认为是先祖把宇宙塑造成这个样子的。艾萨克·牛顿（Isaac Newton）把上帝看成世间万物的“第一因”（first cause），主张上帝充斥整个宇宙空间。他曾这样写道：宇宙是“无形的、活着的且有智能的上帝无所不在的存在物的感官（Sensorium）”。[1]20世纪初，爱因斯坦还特别坚定地认为，宇宙（在大尺度上）是万世不易的，而且还为自己的相对论添加了一个特别的常数，并以此预测稳态的宇宙。
所谓宇宙永恒不变的观念真的令人满意吗？并不尽然，尤其是这种解释常偷偷地混进来一个创世的神灵，由神灵开启创世的过程，比如“最初空无一物，于是上帝……”之类的。这里的逻辑谬误显而易见，虽然哪怕智力高超的人也要花很长时间才能洞悉个中的究竟。比如伯特兰·罗素（Bertrand Russell）到了18岁才最终放弃上帝创世的观念，据说是在读了约翰·斯图尔特·密尔（John Stuart Mill）的自传之后：“我父亲曾教导我说，‘我是怎么来的’这种问题是找不到最终答案的，因为这之后还有‘上帝是怎么来的’这个问题。”[2]
这里还有另外一个无解的问题。如果神灵足够强大且能设计整个宇宙，那么神灵一定要比自己设计的宇宙更复杂，所以说假定有创世神灵存在就意味着还需进一步解释更为复杂的另外一种存在，以至于无穷。难怪有些人会觉得这是诡辩。
古印度《吠陀经》中的颂歌是这样断言的：“无既非有，有亦非有；无空气界，无远天界。”[3]也许万物的生发乃源于本初有与无之间的某种张力，这样一种幽暗的境界并非实有，却可能演化为实存。也许正如澳大利亚现代原住民的一句谚语所言，无非全无。[4]说来有些不可思议，而且有人可能直接斥之为模糊不清、神秘莫测，但这种说法却与现代人的观念有着惊人的相似之处，且被量子物理学接受为核心概念，即空间并非全无一物，而是充满了多种可能性。
是否真的存在某种能（energy）或势（potential）的海洋，而从中能够自然生发出某种形式的存在物，类同波浪或海啸呢？这个想法事实上为人所司空见惯，以至于我们不由得这样去想：我们有关终极起源的观念是否就来自日常的生活经验呢？每天清晨，我们一觉醒来，便会觉知有型、有感、有结构的世界从无意识的混沌中悄然涌现。约瑟夫·坎贝尔曾这样写道：“由于个体人的意识乃基于一汪夜海，夜间潜入，白昼跃出，所以在神话的意象中，宇宙也要出入没有时限的永恒之境且最终消融于其中。” [5]
但这样说也许有些过于形而上了。也许这里最大的困难是逻辑问题。斯蒂芬·霍金（Stephen Hawking）曾说过，所谓的起源问题，其提出本身就不合道理。假如说时空几何如同地球一样是球形的，只不过维度更多，那么探问宇宙之先曾有何物存在便如同在网球上寻找起点一样徒劳无益，因为宇宙时空本来就不曾有所谓起点。时间没有边界或起点，正如圆形的地球表面不存在所谓边缘一样。[6]
当今有一些宇宙学家被另一组概念吸引，由此我们又回到宇宙无始无终的理念。也许我们身居其中的宇宙乃无限多重宇宙中的一个组成部分，新的宇宙会不断从大爆炸中脱颖而出。也许此说并不错，但是目前，我们还找不到人类身居其中的这个局部宇宙大爆炸之前有任何物存在的确凿证据。就好像这次宇宙大爆炸的威力实在太大了，以至于任何其所由自的先前存在的信息都被抹掉了一样。所以即便是有所谓宇宙小村庄存在，我们却看不到其他的村庄。
坦诚地讲，针对终极起源的问题，我们现代人给出的答案并不比此前人类社会给出的答案高明多少。开启起源故事现在看来仍像是某种逻辑的和形而上的悖论。我们并不清楚宇宙诞生的金凤花条件究竟是什么。英国小说家特里·普拉切特（Terry Pratchett）曾这样写道：“目前人类对这一问题的认知可总结如下：最初，世间空无一物，然后就发生了大爆炸。”[7]相比之下，我们对此的解释也不过这个水平。
节点一：宇宙的量子启动
当今最广为人所接受的有关宇宙终极起源的故事是大爆炸学说。大爆炸是现代科学认知的一个基本范式，就像生物学中的自然选择或地质学中的板块构造一样。[8]
有关大爆炸起源说的关键证据直到20世纪60年代方才到位。那时，天文学家首次探测到宇宙微波背景辐射（CMBR），即大爆炸过后残留的能量，且至今仍散落在宇宙中。宇宙学家们非常努力地试图弄清宇宙最初乍现的那一刻，但他们所能讲述的故事却只能从宇宙开启后（即零时后）的10-43秒左右开始。
故事大概是这样的：宇宙最初就是一个点，体积比原子还要小。那是多小呢？我们人类的心智经进化已经习惯了人类尺度的事物，所以对特别微小的东西理解起来颇有困难，但可以想象一下：仅在这句话后面的句号里就可以容下100个原子。[9]而在大爆炸之时，整个宇宙真的就比原子还要小很多，而其中却蕴含着当今整个宇宙的能量和物质。这一点颇难以想象，所以最初提出时，有人直接说这简直是疯了。但我们目前所掌握的证据都说明，这一奇妙、微小、炽热的奇点在大约138.2亿年前真的存在。
我们还不清楚宇宙大爆炸究竟是如何发生的，而且为何会是这样。但量子物理学及粒子加速器——后者能通过电场或电磁场把亚原子粒子旋转提升到极高的速度——向我们展示了：真实的物质确实能够在真空条件下从虚无中诞生，虽然要领悟这一点需要对虚无（nothing）有更深刻的把握。根据现代量子物理学，我们根本不可能准确定位亚原子粒子的位置和运动。也就是说，我们根本无法确定某一特定空间处于虚无状态，或者说虚无中有某种张力，充满了无中生有的可能性。如同古印度《吠陀经》颂歌中“无既非有，有亦非有”的断言，这种有无之间的张力似乎确实开启了我们的宇宙。[10]
如今，我们把宇宙最初诞生的时刻称作大爆炸，就像新生儿来到这个世上总要伴随一声啼哭一样。大爆炸一词是英国天文学家弗雷德·霍伊尔（Fred Hoyle）1949年杜撰出来的，他之所以这样说也是因为觉得这一观念实在太可笑了。早在20世纪30年代，大爆炸之说尚处于最初酝酿阶段之时，比利时天文学家（兼天主教神父）乔治·勒梅特（Georges Lemaître）已将新生的宇宙称作“宇宙蛋”（cosmic egg）或“原始原子”（primordial atom）。显然，当时深谙此道的少数科学家也相信，若是巨大的能量蓄积在原始原子之内，那么这一微小的粒子肯定温度极高，且其膨胀释放压力的速度也必然极快。宇宙膨胀的过程一直持续至今，就好像一根巨大的弹簧持续延展了130多亿年。
宇宙大爆炸后最初的几秒几分钟之内发生了许多事。其中最重要的，是最初结构和格局的成型，以及最初的实体或能量形式和特征，而所有这些都是非随机的（nonrandom）。生成具有新特质的存在过程总会显得异常神奇。而在现代起源故事中，这种神奇的过程还会不断呈现。当然了，最初看似神奇的过程慢慢地会变得不那么神奇，因为我们懂得了：凡物都不会是无中生有的。具有新特质的存在不过是既有物质和力量的新颖组合，是新的组合赋予了新的存在以崭新的特性，正如摆放的方式不同会造成新颖的马赛克图案一样。下面举一个化学方面的例证加以说明。我们通常认为氢和氧是无色的气体，但把两个氢原子和一个氧原子以特定的方式组合，就会生成一个水分子。把众多水分子聚拢到一起，就会出现崭新的特性，我们称之为“水”（wateriness）。我们得见一种新形式或新结构且具新特性的存在，事实上只是已有存在物的新颖组合。创新实在是一种涌现的过程。假如我们把涌现当作起源故事中的一个角色，那么这一角色可能会显得鬼鬼祟祟（slinky）、神秘莫测，说不准某个时候就从黑暗中迸发出来，而整个故事的情节也会因此而变得曲折新颖、扑朔迷离。
宇宙中最初的结构和格局就是这样涌现的，从大爆炸中迸发出的物质和力量以新颖的方式组合到一起。
有证据表明，宇宙大爆炸后最初的一刹那，充盈宇宙的是纯粹、随机、未分化且无形的能量。在此，我们可以把能量视作能够造成事物生发的潜势（potential for something to happen）、用功做事或改变事物的能力。原始原子中的能量大得惊人，温度超过绝对零度数万亿度。此后有一个阶段，宇宙膨胀的速度极快，被称作“暴胀”（inflation）期。此时宇宙膨胀的速度总体上都是特别快，以至于人类根本无缘得见宇宙中绝大部分的物质和存在。也就是说，我们今日得见的万物可能只是宇宙间全部存在的一个极微小部分。
霎时之后，宇宙膨胀的速度降了下来。一方面，大爆炸引发的能量流趋于稳定；另一方面，宇宙又持续膨胀，结果是能量因分散而变得稀薄。此时的平均温度也开始下降且保持降势，所以我们今日宇宙的大部区域温度只有绝对零度（absolute zero，绝对零度是基本粒子静止不动状态下的温度）以上的2.76℃。我们人类以及地球上的其他生物没有感觉到严寒难耐，是因为临近的太阳给我们送来了温暖。
在大爆炸引发的极端温度条件下，几乎存在各种可能性。但伴随温度下降，可能性的幅度变窄。各具特色的实体在宇宙温度趋降的过程中形同鬼魅般凸现，而所有这些在此前大爆炸的熔炉中是不可能出现的。科学家们把这种事物形式和结构的改变称作相变（phase changes）。我们在日常生活中常见这种相变，比如水蒸气失去能量后会变成水（水分子在液体状态下运动的速率远低于水蒸气状态），而水还会结成冰（水分子在结冰状态下基本静止不动）。水和冰只能在温度较低的条件下存在。
在宇宙大爆炸10-36秒后的刹那间，能量本身经历了一次相变，并由此一分为四种彼此不同的位态，即我们今日称作引力、电磁力、强核力和弱核力的四种力。我们有必要熟悉这四个不同的角色，因为它们塑造了我们的宇宙。引力相对较弱，但其作用的力臂很长，而且总是把万物向一起拉，所以引力有积聚性。引力作用的结果是宇宙分成了好多块状物（clumpy）。电磁能呈正负两种形态，所以常自相抵消。引力虽弱，但却在大尺度上塑造宇宙；相比之下，电磁力只在化学和生物的层面成为主导，所以是电磁力才让我们有了浑然一体的身体。第三、四种基本力的名字——强核力和弱核力——貌似不大起眼，而且作用力的力臂很短，只在亚原子尺度发生作用。人类不能直接感受到这后两种力，但它们却对世界的方方面面发生作用，因为它们决定原子内部发生的一切。
能量可能还有其他位态。20世纪90年代，科学家在测定宇宙膨胀的速度时发现，宇宙实际上是在加速膨胀。于是，物理学家和天文学家借用了爱因斯坦最初提出的一个想法，主张还存在一种反引力（antigravity），正是反引力造成了宇宙膨胀的不断加速。而且据说，当今反引力的质量占到了整个宇宙质量的70%。尽管反引力已开始主导整个宇宙，但我们人类对其性质和原理都还一无所知，所以物理学家们称之为暗能量（dark energy）。其实，这个名称只不过是个占位符（placeholder），因为暂时还找不到更合适的称谓。要留心这一空当，因为弄清暗能量是当代科学界所面临的重大挑战之一。
物质是在宇宙大爆炸后的第一秒内形成的。所谓物质也就是能量推来推去的那种东西。直到一个多世纪以前，科学家和哲学家还认定物质和能量是截然不同的存在呢！现在我们弄清了：其实物质不过是高度压缩的能量的一种存在形式。早在1905年的时候，年轻的阿尔伯特·爱因斯坦就在一篇颇为有名的论文中证明了这一点。这就是著名的质能转换公式，即能量（E）等于质量（m）乘以光速（c）的平方，用符号表示就是E=mc2，我们由此可知单位质量的物质中蕴藏着多么巨大的能量。现在，我们合计一下：一丁点儿的物质究竟蕴藏多少能量。可不是要用物质的质量乘以光速（每小时要10多亿千米呢！），而是光速的平方啊！这数字可大得不得了，所以哪怕只是给一丁点儿的物质解压缩，就足以获得巨大的能量。氢弹爆炸就是这种为物质解压缩的过程，而早期宇宙大爆炸的过程与此正好相反。大量的能量被压缩成很小的物质，就像海量能量中的点点微尘。我们人类的高超之处，就在于我们学会了在瞬时内重新制造出巨大的能量，地点是日内瓦的大型强子对撞机（LHC）。那时，无数粒子从能量的海洋中喷薄而出。
而这只是宇宙大爆炸后第一秒发生的事情……
最初的结构
宇宙大爆炸后留下了海量的能量迷雾，而就在这迷雾中，最初的形式和结构出现了。虽说能量的迷雾至今从未消散，但从里面涌现出的结构为我们的起源故事赋予了轮廓和情节。其中有些结构或格局会持续数十亿年，而有些却只是一闪而过，但没有哪一种结构会永久地保留。所有的结构都短暂无常，就像洋面涌动的波浪。热力学第一定律称：能量的海洋永恒存在，就是说它是守恒的。而热力学第二定律又称：其中涌现的所有形式和结构最终还会融入能量之海。形式，如同飘逸的舞步，是不守恒的。
有些颇具特色的结构和形式曾在宇宙大爆炸之后的第一秒出现。可这是为什么？宇宙为何不是能量的随机流动呢？这是至为根本的大问题。
假如我们的起源故事安插了某个创世神灵，那么结构的问题就很好解释了。我们只需假定（很多起源故事正是这么做的）：相对混沌，神灵更青睐秩序。但现代的起源故事大多已不接受创世神灵的观念，因为现代科学找不到直接证据支撑神灵的存在。有很多人声称有过接触神灵的体验，但有关这种体验的叙述却千差万别且自相矛盾，根本无法复制。这类叙事往往太过柔性、太过分散、太过主观，不能充当客观的科学证据。
因此，现代起源故事一定要在神灵之外找到界说结构和形式涌现的理由。这当然不易，因为依据热力学第二定律，所有的结构终将瓦解。奥地利物理学家埃尔温·薛定谔（Erwin Schrödinger）曾这样写道：“我们现在认识到，物理学的这一基本定律是说，大自然有一种趋向于无序的倾向（这一倾向从图书馆里图书的摆放或书桌上随意堆放的纸张和手稿便可得知），除非我们能够阻止它。”[11]
如果说现代起源故事中有个恶人，那无疑是熵了，因为熵的存在使整个宇宙呈现出由秩序走向混沌的趋势。熵可谓热力学第二定律的忠实奴仆。如果我们把熵安插进我们的现代起源故事，那熵绝对是一个放浪、阴险、无视他人苦痛的家伙，也无心和任何打交道的人含情脉脉。熵自然也非常危险，而且最终会让所有人失落且无力反抗。熵在现代起源故事的结尾处得意扬扬。它会消融全部的结构和格局，毁掉所有的星体、星系和生物细胞。约瑟夫·坎贝尔曾在一本有关神话的书里用富有诗意的语言这样描写熵：“我们所知的整个世界……最终只有一个结局：死亡、瓦解、四分五裂。我们曾那样热爱过的一切秩序，在历经磨难后也将灰飞烟灭。”[12]
现代自然科学常以冰冷的统计数字说明熵的作用。大千世界，凡物形态万千，但绝大多数都是未加结构化的、随机的，甚至是混乱的。要做出改变，大多数情况下都非常难，就像是手里握着1080张（10的后面有80个零，宇宙中全部原子的大致数量）纸牌，然后试图通过洗牌让所有的A都彼此相连。这样一种格局世所罕见，也许你洗牌至宇宙的末日甚至花费比这多几倍的时间都可能无法实现。大多数情况下，你所能得到的只是稍许的整齐或根本的无序。再比如，这里有一堆建材，包括砖、砂浆、电线和涂料等，你朝这堆建材扔过去一枚炸弹，然后就期望着对面的高楼拔地而起，而且网线齐备、窗明几净，客户们争相排队购房，这样的概率究竟有多大？魔法的世界可以完全不考虑熵的作用，但我们居住其中的这个世界却不能。大部分的宇宙，尤其是星系之间广袤的空间，都没有形制和结构，其原因也正在于此。
熵的力量非常强大，所以我们很容易理解最初的结构究竟是如何形成的。但我们知道：结构确实形成了，而且显然是得到了熵的允许。不过，要把物质连到一起形成更复杂的结构是有代价的，就好像熵会索要复杂性税金一样，这税金就是能量。事实上，我们会看到，熵索要的复杂性税金种类还不少，就像俄国的彼得大帝（Peter the Great），他专门成立了政府部门，其职能就是编制新的税种。熵喜欢这么干，是因为复杂实体缴纳的税金能够助其完成自己的险恶计划：把整个宇宙粉碎。为熵缴税本身会制造更多的混乱和浪费，如同现代大城市的运转会产生巨量的垃圾和废热一样。人一生的每时每刻都要为熵缴税，直到哪一天人死了，也就不用再缴税了。
但最初的结构是如何涌现的呢？对此，科学尚未找到完整的答案，虽然有许多想法还是很有希望的。
宇宙间除了能量和物质之外，还有一些基本的源自宇宙大爆炸的运作规则（operating rules）。在17世纪科学革命以前，科学家们并不理解何谓运作规则，而今这些运作规则被称作物理学基本定律（laws of physics）。这些定律能够解释最初的原子为何疯狂错乱却又并非完全没有方向：正是物理学定律规定了某些特别的路径，也同时阻绝了似乎无穷尽的其他多种可能。物理学定律滤掉了那些与自身不相容的宇宙状态，只允许那些和宇宙运作规则相容的状态出现，新状态又会依次产生新规则，新规则继而导引新的发展路径。
不可能的状态被不断滤掉，结果确保了结构在数量上的最小化（minimum）。我们不清楚为何上述的规则会得以成型，或为何是这种形式的规则。我们也不知道这种规则是无可避免的。也许在其他宇宙中也有类似规则，可能与此稍有不同，比方说那里的引力更强些，或电磁力稍弱些。果真如此的话，那里的生灵（若有的话）也会讲述与我们不同的起源故事。也许有些宇宙的寿命不过百万分之一秒，而其他宇宙要比我们这个宇宙的寿命长得多。也许有些宇宙会制造出多种稀奇古怪的生物，而另外一些注定与生无缘。假如我们的宇宙真的只是多重宇宙中的一个，那我们完全可以想见：我们的宇宙问世之时，形同冥冥之中的一场掷骰子游戏刚刚开始，有指令称“好的，这个宇宙会有引力存在，且有电磁力，电磁力是引力的1036倍”（这的确是我们这个宇宙中引力与电磁力之间的强度比例）。有了这种规则，我们的宇宙便不会完全无序。这就确保了某些地方会发生有趣的事情。
能量以某种形式涌现，便宣布了结构和格局的诞生。能量凝结成最初的物质粒子，也是遵照规则的。故此，在宇宙大爆炸之后的数秒之间，生成了原子的基本组成成分，即中子、质子和电子，与此同时还有质子和电子的反粒子（即带负电荷的质子和带正电荷的电子），物理学家分别称之为物质和反物质（antimatter）。只有在此时，物质与反物质才可能轻松生成，而伴随宇宙温度的继续下降，一场波及整个宇宙的德比毁灭大战就开始了，物质与反物质彼此湮灭，由此释放出大量能量。对我们而言颇为幸运的是，有极少量的物质（也许是十亿分之一的粒子）躲过了这场浩劫。劫后余生的粒子被限定在某个地方，因为此时的温度已不足以把物质还原成纯能量。这样残留下来的物质就是我们整个宇宙间的物质构成。
随着温度的下降，物质出现了分化。电子和中微子（neutrino）受电磁力和弱核力的支配，而构成原子核的质子和中子则由三位一体的被称作夸克（quark）奇异粒子构成，受强核力的绑缚。电子、中子、夸克、质子、中微子……仅在宇宙大爆炸后的数秒之间，温度快速下降的宇宙就生成了截然分明的结构，而且各具特征。但宇宙大爆炸的风暴渐弱之后，宇宙间就不再具备解锁这些原始结构的巨大能量条件，所以从此，至少对我们人类而言，上述能量与粒子的不同组合，比如质子和电子，就成了某种永恒不朽的东西了。
偶然性与必然性就这样协力创造出最初的简单结构。物理学定律滤掉了多种可能——这是必然性在发生作用。随后，偶然性又在剩余的诸种可能中随机拣选并重新组合。这就是最初演化的机理。正如纳米物理学家彼得·霍夫曼（Peter Hoffmann）所说：“物理法则的磨砺为之增添了一点儿必然性的色彩，但偶然性才是真正的创造力之源，是后者推动着、形塑着宇宙演化。我们周围的所有美景，从星系到向日葵，都是混沌与必然协同创造的结果。”[13]
最初的原子
宇宙大爆炸之后的几分钟之内，质子与中子发生了组合配对，于是，更复杂的结构出现了。单个的质子是氢原子的原子核部分；成对的质子（与两个中子）构成氦原子的原子核，此时的宇宙开始搭建最初的原子了。但聚合质子要花费很多能量，因为质子的正电荷彼此排斥，而且由于宇宙大爆炸后温度迅速下降，所以不可能把很多质子聚合到一起构成较大的原子核。这也说明了我们这个宇宙的一个基本特性：差不多四分之三的原子都是氢原子，剩下的大多是氦原子。
此外，还有很多物质属于暗物质（dark matter），虽然我们还不大清楚暗物质究竟为何物，但我们确知暗物质是存在的，因为它的引力决定了星系的结构和分布。于是，在大爆炸后的几分钟之内，我们的宇宙分化成大规模的暗物质云团，其中有大量的质子和电子的等离子体（plasma），噼啪声中还有闪亮的光子（photon）穿插其间。如今，等离子体只存在于恒星的内核处。
现在，我们稍等片刻，也就是38万年的时间（其实差不多是我们人类在地球上生存总时间的两倍呢！）。在这段时间里，宇宙继续降温。当温度降到10 000℃以下时，就出现了又一次的相变，就像蒸汽化成水那样。要理解这次相变，我们还需懂得：热其实是原子运动的一种度量。所有的物质粒子在能量的驱动下都在时刻不停地抖动，就像紧张不安的孩子们一样，而温度不过是这种抖动的均值。抖动是真实存在的现象。爱因斯坦在1905年发表的一篇著名论文中指出，正是抖动的原子使空气中的尘埃粒子出现随机波动。温度下降，粒子抖动的频率也降低，直到最终粒子连接到一起。伴随宇宙温度的下降，电磁力会把带负电荷的电子推近至带正电荷的质子，直至电子平静下来并围绕质子旋转。就这样，我们有了最初的原子，而原子是我们周围所有物质最基本的构成要素。
通常，孤立的原子呈中性，因为其质子和电子的正负电荷彼此抵消。所以，当最初的氢原子和氦原子形成时，宇宙中大部分的物质突然变得中性了，躁动的等离子体一下子消失不见了。作为电磁力载体的光子可以自由穿行在电中性的原子和暗物质雾团中。直至今日，天文学家们依然能够探测到这次相变的结果，因为摆脱了等离子体的光子造成了一层薄薄的略带嗡鸣的背景（即宇宙微波背景辐射），至今仍弥漫于整个宇宙。
至此，我们的起源故事已经突破了第一个节点。此时，我们有了自己的宇宙。宇宙中有性质独特的物质结构存在。能量和物质各具情态。我们还有了原子。而且宇宙有自身的运作规则。
但证据何在？
如果你是第一次听到这样的起源故事，一定会感到离奇惊悚，但切勿因此而不以为然，因为我们有大量的证据予以证明。
认定宇宙大爆炸确有其事的第一个线索是：人们发现宇宙在加速膨胀。如果宇宙在膨胀，我们从逻辑上就可以假定：宇宙在很久很久以前一定极其微小。我们知道宇宙在膨胀，是因为我们有强大的观测设备和技术，而前述的蒙哥湖人根本不具备，虽然仅凭裸眼，蒙哥湖人也对天象进行了出色的观测。
从牛顿的时代起，大多数天文学家都认定宇宙是无限的，因为如若不然，那么根据引力定律，所有的物质都应被吸附到单一的物质团上，就像集油槽把所有的燃油都吸附到槽里一样。到了19世纪，天文学家们有了更精确的测量仪器，所以能够准确地绘制出太空中恒星和星系的分布图谱，而此时的天文图谱已经暗示出一种颇为不同的宇宙图景。
绘制天文图谱从星云（nebulae）开始，也就是星图上不时出现的模糊瘢痕。（现在我们知道了，大多数星云其实都是整个的星系，每个星系都有数十亿颗恒星）星云距我们有多远？它们到底是什么？星云在移动吗？随着时间的推移，天文学家们已经学会了如何从星云发出的光中获取更多关于恒星的信息。这些信息包括星云距我们有多远，以及是在向我们靠近还是远离我们。
研究恒星及星云的移动，最聪明的办法是利用多普勒效应（因19世纪奥地利数学家克里斯蒂安·安德烈亚斯·多普勒而得名，又译克里斯琴·多普勒），测量恒星或星云趋近或远离我们的速度。能量以波的形式迁移，而波就像海滩的波浪，也是有频率的。能量抵达波谷相当有规律，是可以测量的。可一旦发生位移，频率就会发生变化。人下海游泳，然后再浮出水面，那么其遭遇海浪的频率似乎会增加。声波也是一样。如果一物体，比如摩托车，向你隆隆驶来，此时的音频会提升，人耳对高频的反应是声音越来越大。而当摩托车驶过，隆隆的马达声会逐渐减弱，因为此时的声波正被拉长。骑车的人与摩托车之间的相对距离不变，听到的声音自然是维持同一频率。多普勒效应是指物体彼此趋近或远离时电磁发射频率的明显变化。
上述原理同样适用于星光。如果恒星或星系趋近地球，那其光波的频率会提升。高频可见光对人眼呈蓝色，所以我们会说光向电磁光谱的蓝端趋近。但假如光远离地球，其光频会向光谱的红端趋近，天文学家称之为红移（redshift）。因此，我们可以通过测量光频偏移的幅度得知恒星或星系移动的速度。
1814年，年轻的德国科学家约瑟夫·冯·夫琅和费（Joseph von Fraunhofer）发明了世界上第一台分光仪（spectroscope），其实就是一种专业用的三棱镜，能够分解不同频率的星光，正如同普通的玻璃三棱镜把光分解成五颜六色的彩虹一样。夫琅和费研究发现，太阳光的光谱在某些特别的频段有一些轻微的暗线，就像宇宙的条形码一般。另有两位德国科学家，古斯塔夫·基尔霍夫（Gustav Kirchhoff）和罗伯特·本生（Robert Bunsen）通过实验研究发现，某些特别的元素发射或吸收光均有各自不同的频率。看来上述暗线是太阳外围温度较低处不同元素的原子吸收太阳核心处发出的光的不同频率所致。其结果是减少了这些频段能量的吸收，所以在发射光谱上留下了多条暗线。这种暗线被称作吸收线（absorption lines），而不同元素会造成不同的吸收线格局。比如，碳和铁的吸收线就颇为典型。如果星光出现红移，碳和铁的吸收线都会向光谱的红色端趋近，我们甚至可以准确测量其趋近的幅度。对天文学家而言，这就相当于警察手里的机动车测速仪。
20世纪初，美国天文学家维斯托·斯里弗（Vesto Slipher）使用上述探测技术吃惊地发现有大量天体都出现了红移现象，也就是说：这些天体都在远离地球，而且速度很快！这种彼此分离的现象颇令人惊异。其背后的真实意义究竟是什么？对此给予明确回答的是美国另一位天文学家埃德温·哈勃（Edwin Hubble），后者对这些遥远的天体与地球的距离进行了大量观测，此外还结合了其他众多发现。要测量地球与恒星和星系之间的距离，还是很复杂的。原则上，照古希腊人的理解，我们可以使用视差（parallax）法，就像寻常的测量员一样。在地球绕太阳旋转的数月间，仔细观察夜空中的星星相对其他星星是否出现移动。如果有，就可以用三角尺测量一下其与地球间的距离。很不幸的是，哪怕是离我们最近的比邻星（Proxima Centauri）也异常遥远（差不多有4光年），所以不借助某种特殊的仪器，根本别想探测出其是否有动静。就这样，直到19世纪，才有天文学家使用视差法测定了地球与邻近星体的距离。但无论怎么说，维斯托·斯里弗研究的星体比这遥远得多。
幸运的是，在20世纪初，哈佛天文台的天文学家亨丽爱塔·勒维特（Henrietta Leavitt）找到了测定遥远星体和星系距离的方法，她使用了一种被称作造父变星（Cepheid variable）的星体作为参照物，因为这种星体的亮度变化极有规律（北极星就是这样一种造父变星）。勒维特发现，造父变星的频率与星体的亮度（luminosity）之间有某种非常简单的对应关系，而据此就可以计算出造父变星的绝对亮度（absolute brightness）值。接着，比较该变星此前对地球呈现的视亮度（apparent brightness），就可以计算出该星体的距离，因为星体的亮度会伴随其远去的程度而渐趋式微。这一精妙绝伦的技术即天文标准烛光（astronomical standard candles），为埃德温·哈勃有关宇宙的两大发现做好了准备。
20世纪初，大多数天文学家都认为整个宇宙不过我们银河系（the Milky Way）这么大。1923年，哈勃使用洛杉矶威尔逊山天文台的望远镜——当时世界上最强大的望远镜——对太空实施观测，发现原以为从属仙女座星云（Andromeda nebula）的造父变星太过遥远，所以根本不可能是我们这个星系的一部分。这一观测证实了一些天文学家的猜测，即宇宙要比银河系大得多，是由多个星系组成的，而不仅仅是我们的银河系。
不过，哈勃以造父变星为依托对大量遥远的星体进行观测，又有了一个更令人震撼的发现。1929年，他成功地向世人证明：差不多所有的星系看起来都在远离地球，而且越是距离遥远的，其红移的幅度就越大。换句话说，距离越远的物体，其远离的速度就越快。这似乎意味着整个宇宙在膨胀。此前，比利时天文学家乔治·勒梅特早有这样的疑惑，但只不过是纯理论的推测。勒梅特认为：如果宇宙真的是在膨胀，那么在过去的某个时间，它就应该是处于高度压缩的微小空间。勒梅特将这一微小空间称作原始原子（primordial atom）。
大多数天文学家对宇宙膨胀这一说法感到震惊，觉得哈勃的计算肯定是出现了错误。就连哈勃本人对此也没有一点儿把握，更何况爱因斯坦坚信宇宙是稳态的，并搬出他的广义相对论方程对稳态宇宙加以证明，还特意添加了一个所谓宇宙常数（cosmological constant）的概念。
天文学家之所以对此抱怀疑态度，部分原因还在于哈勃的估算确实存在一些问题，因为根据哈勃的计算，宇宙膨胀大约始于20亿年前，而当时的天文学家早已确知地球和太阳系的年龄都比这要大得多。正是出于这个原因，大多数天文学家几十年来都认为哈勃有关宇宙膨胀的想法很有意思，但却可能是错误的。许多人更愿意接受1948年赫尔曼·邦迪（Hermann Bondi）、托马斯·戈尔德（Thomas Gold）及弗雷德·霍伊尔提出的稳恒态宇宙理论。根据宇宙稳恒态说，很多星系之间的距离确实是在加大，但与此同时还创造出了很多新物质，所以从大尺度看，宇宙的总体密度是恒定的，形态也变化不大。
不过最终，事实证据还是更支持宇宙膨胀说。20世纪40年代，同在洛杉矶威尔逊山天文台（哈勃曾在此工作）的沃尔特·巴德（Walter Baade）证明：造父变星实际上有两种，所以据其估算的距离就会出现一定的差别。巴德进行了重新计算，认为宇宙大爆炸可能发生在100多亿年以前（目前最精密的估算值是138.2亿年前）。这样一来，原有的历史年代问题就不是问题了。我们现在所能了解到的所有天体的年龄都不超过138.2亿年，这一点完全支持大爆炸宇宙说。毕竟，如果说宇宙是永恒不变的，那肯定有好多天体的年龄要超过138亿年。
真正可靠的证据是在20世纪60年代发现的，这就是宇宙微波背景辐射。这一背景辐射是大爆炸后约38万年最初原子形成时辐射释放遗留下的。宇宙微波背景辐射可谓宇宙膨胀说富有决定意义的证据。为什么这样说呢？
20世纪40年代，一些天文学家和物理学家对哈勃的数据已经有了较深刻的印象，于是便试图弄清：假如真的发生了大爆炸，那会是怎样一番景象呢？假如万物都被压缩至一个原始原子，那最初的宇宙该是什么样子呢？如果哈勃和勒梅特说得不错的话，那早期宇宙应该极端致密且炽热，而其膨胀至冷却的速度也肯定非常快。物质和能量真处于这种极端条件下又会如何表现呢？第二次世界大战期间，制造原子弹的“曼哈顿计划”刺激了极高温条件下的物理研究。20世纪40年代末，俄裔美籍物理学家乔治·伽莫夫（George Gamow）运用参与“曼哈顿计划”的研究所得，开始思考宇宙大爆炸后的可能情形。伽莫夫与同事拉尔夫·阿尔弗（Ralph Alpher）预测，宇宙大爆炸后肯定会温度下降，待到温度适宜时，最初的原子才能形成，而原子形成时还必然伴随着巨大能量的释放，而光子也会摆脱前原子时代带电等离子体的束缚，开始在电中性的宇宙中穿行。此外，他们还论证说，释放能量的闪光应该可以被察觉到，虽然闪光的频率伴随宇宙膨胀会降至几乎为零。如果科学家仔细观察，就会发现温度近乎绝对零值的辐射从四面八方涌来。不过那时，对多数人而言，这种说法近乎疯狂，所以根本没有人试图以整个宇宙为范围寻找低温辐射。
1964年，有科学家偶然发现了伽莫夫所谓的辐射闪光。在位于美国新泽西霍姆德尔的贝尔实验室，有两位射电天文学家，阿尔诺·彭齐亚斯（Arno Penzias）和罗伯特·威尔逊（Robert Wilson），当时他们正在建造一个高精度无线电天线，以接收人造卫星的通信信号。为消除干扰，他们把接收器冷却到比绝对零度高3.5℃的水平，但令人费解的是，此时还有一个低温能量释放的嗡鸣声存在，而且这个声音似乎来自四面八方，所以不可能是某个巨大的恒星爆炸所致，这一点他们是知道的。他们于是怀疑故障出在了接收器上，就试图把栖息在角状天线上的一对鸽子驱离，还清扫了鸽子留下的粪便，可这样还是无济于事。（那对可怜的鸽子总想返回天线，最终不得不遗憾地被射杀。）而在不远的普林斯顿，罗伯特·迪克（Robert Dicke）正带领一队天文学家寻找伽莫夫所谓的背景辐射，却突然听说了彭齐亚斯和威尔逊的最新发现，于是马上意识到后者抢占了先机。两队科学家决定联合撰写论文，讲述他们的发现。他们认为，这可能是伽莫夫曾预测到的、宇宙大爆炸后的能量释放所致。
宇宙微波背景辐射的发现使大多数天文学家接受了宇宙大爆炸理论，因为其他理论都无法解释这种波及整个宇宙的辐射现象。类似这样先是奇怪却最终成功的预测是说服科学家的最强有力的方式之一，它能说明这一理论是正确的。看来宇宙是在膨胀，而且真的是发端于宇宙大爆炸。
时至今日，有关宇宙发端于大爆炸的证据是压倒性的，可谓不容置疑。有关细节还需进一步研究，但其核心观念足以成为现代起源故事的第1章。这样，我们的故事也就启动了。根据量子物理学，实有可自真空起，看来整个宇宙发端于虚无的确是真的，因为这虚无充满潜势。[14]
[1] Richard S. Westfall, The Life of Isaac Newton(Cambridge: Cambridge University Press, 1993), 259. 牛顿后来改变了有关宇宙乃上帝“感官”（sensorium）的想法，但最终还是认定上帝“真的是无所不在”。
[2] Bertrand Russell, “Why I Am Not a Christian,” lecture given at Battersea Town Hall, London, March 1927.
[3] 转引自Christian, Maps of Time,17。
[4] Deborah Bird Rose, Nourishing Terrains: Australian Aboriginal Views of Landscape and Wilderness(Canberra: Australian Heritage Commission, 1996), 23.
[5] Joseph Campbell, The Hero with a Thousand Faces,2nd ed. (Princeton, NJ:Princeton University Press, 1968), 261.
[6] Stephen Hawking, A Brief History of Time: From the Big Bang to Black Holes(London, Bantam, 1988), 151.
[7] 感谢艾丽丝·伯翰（Elise Bohan）提示我来自Terry Pratchett, Lords and Ladies(London: Victor Gollancz, 1992)的引文。
[8] 有关范式的论述，最经典的是Thomas Kuhn, The Structure of Scientific Revolutions,2nd ed. (Chicago: University of Chicago Press, 1970)。
[9] Peter Atkins, Chemistry: A Very Short Introduction(Oxford: Oxford University Press, 2015), loc. 722, Kindle.
[10] Lawrence Krauss, A Universe from Nothing: Why There Is Something Rather than Nothing(New York: Simon and Schuster, 2012).
[11] Erwin Schrödinger, What Is Life? And Mind and Matter(Cambridge: Cambridge University Press, 1967), 73.
[12] Campbell, The Hero with a Thousand Faces,25–26.
[13] Peter M. Hoffmann, Life’s Ratchet: How Molecular Machines Extract Order from Chaos(New York: Basic Books, 2012), loc. 179, Kindle.
[14] 有关这一观念更多的内容，可参阅Krauss, A Universe from Nothing。