□作者: 克利夫·伯吉斯 费尔南多·克韦多
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引入反膜
膜与反膜就像正反电子一样相互吸引并发生湮灭，可以为暴涨提供足够的能量，并且能够解释暴涨的突然结束。
标量场能量密度太低——这就是2001年本文两位作者和当时在英国剑桥大学的马赫布卜·马宗达（Mahbub Majumdar），以及当时在美国纽约州普林斯顿高等研究院的戈文丹·拉杰什（Govindan Rajesh）、章人杰（Ren Jie Zhang）和已故的德特勒夫·诺尔特（Detlef Nolte），开始考虑这一问题时遇到的难点。与此同时，美国纽约大学的德瓦利、斯维亚托斯拉夫·索尔加尼克（Sviatoslav Solganik）和美国特拉华大学的凯萨·沙菲（Qaisar Shafi）也在从事相关的研究工作。
我们的创新之处在于，不仅考虑膜，也考虑反膜（antibrane）。反膜之于膜，就如同反物质之于物质。就像电子和它的反物质——正电子（positron）会互相吸引一样，一张膜接近一张反膜的话，它们也会彼此吸引。膜内的能量可以提供启动暴涨所需的正能量，膜的相互吸引则给暴涨的结束提供了解释：膜和反膜发生碰撞，在一场巨大的爆炸中彼此湮灭。幸运的是，我们的宇宙不一定非得付出湮灭的代价，才能从这样的暴涨过程中受益。当膜和反膜相互吸引和湮灭时，暴涨效应会渗透到附近的其他膜里。
我们计算了这个模型中的吸引力，发现它太强了，无法解释暴涨。但是这个模型从理论上证明，一个接近稳态的缓慢过程能够突然结束，并使我们的宇宙充满粒子。我们关于反膜的假设还为另一个久悬不决的难题提供了灵感，那就是为什么我们的宇宙是三维的（参见右页文字框）。
接下来需要进一步考虑的问题是，如果是空间本身，而不仅仅是空间中的膜发生变化，情况将会怎样。在最初的尝试中，我们假设当膜运动的时候，额外维度空间的大小和形状保持不变。这是一个相当严重的漏洞，因为物质会使空间弯曲。不过这是可以理解的，因为在2001年时，还没有人知道如何精确计算弦论中额外维度的空间弯曲。
扭曲的空间
弦论中，至少有两种方式可以产生暴涨：一种是膜与反膜的碰撞湮灭，另一种是额外维度的几何结构发生改变。
短短两年，情况就发生了戏剧性的变化。2003年，美国斯坦福大学的沙米特·卡赫鲁（Shamit Kachru）、雷娜塔·考洛施（Renata Kallosh）和安德烈·林德（Andrei Linde），以及印度孟买塔塔基础研究院（Tata Institute of Fundamental Research）的桑迪普·特里维迪（Sandip Trivedi）共同提出了一个叫做KKLT（四位提出者的首字母缩写）的新理论框架。他们的理论框架描述了额外维度几何结构极难改变，因而物体在额外维中运动对额外维度影响较小时的情况。KKLT预言，额外维的几何结构有非常多的可能性，每一种结构都对应于一种可能出现的不同的宇宙。所有的可能性被总称为弦景观（string theory landscape）。每一种可能性也许都会在多重宇宙的某一角落找到属于自己的位置。
在KKLT框架内，至少有两种方式可以产生暴涨。第一种方式，暴涨可能是膜与反膜的运动在额外维度中产生的引力效应的结果。额外维度的几何结构可能非常奇特，就像章鱼一样有很多只长爪，这些延伸出去的部分又被称为“颈”（throat）。如果一张膜沿着一个颈运动，我们所在的三维空间和额外维之间将变得扭曲，于是膜与反膜之间的吸引力就会变弱。这让产生暴涨的“缓慢滑行”过程成为可能，从而解决了我们最初引入反膜时遇到的主要问题。这种暴涨被称作膜暴涨（brane inflation）。
第二种方式，暴涨可能完全由额外维度几何结构的改变所驱动，完全不需要膜的运动。两年前，我们和同事们按照这种思路，提出了这类暴涨的第一个例子。这种暴涨通常被称为模暴涨（moduli inflation），因为描述额外维度几何结构的模场起到了暴涨子场的作用。在模暴涨中，当额外维度的几何结构从其他形状转变为现在的形状时，我们熟悉的三个空间维度就会加速膨胀。从本质上讲，是宇宙自己塑造了自身的形状。因此，模暴涨把我们能够看到的三个维度的尺度，与我们无法看到的额外维度的尺度和形状联系在了一起。
天空中的弦
弦论与暴涨的结合，让我们有机会通过观测，检验弦论和暴涨理论正确与否。我们甚至有可能在天空中找到尺度惊人的宇宙弦。
由弦论得到的暴涨模型不同于弦论的其他方面，它们有可能在不久的将来得到观测上的检验。宇宙学家早就在考虑暴涨可能产生的引力波，也就是时空结构的波动，这种引力波又被称为原初引力波（primordial gravitational wave）。弦论也许可以改变有关原初引力波的预言，因为现有的弦暴涨模型都预言，暴涨产生的引力波太弱，不可能被观测到。普朗克卫星探测原初引力波的灵敏度比现有设备更高。如果它能够探测到这种引力波，那么目前提出的所有弦暴涨模型都将被观测结果排除。
此外，一些膜暴涨模型预言，暴涨会产生一种叫做宇宙弦（cosmic string）的大型线状结构，它们会在膜和反膜湮灭的过程中自然产生。这些宇宙弦有可能是D1膜，也可能是膨胀到庞大尺度的基本弦，甚至可能是两者的组合。如果它们存在的话，天文学家应该可以探测到它们，因为它们会扭曲来自遥远星系的光线。
尽管理论上取得了一些进展，但还有很多问题需要解决。暴涨是不是真的发生过，目前还没有完全确定。如果进一步的观测不支持暴涨模型，宇宙学家就会转而研究取代暴涨的极早期宇宙模型。有些取代暴涨的模型就是在弦论的启发下诞生的。这些模型认为，我们的宇宙在大爆炸之前就存在，也许大爆炸只是宇宙创生与毁灭的永恒循环中的一部分。这些模型的难点在于，如何恰当地描述大爆炸时新旧宇宙的转换。
总之，弦论提供了产生宇宙暴涨的两种普遍机制：膜的碰撞和额外维度时空的形状改变。现在，物理学家们第一次可以在不作任何无法控制的特殊假设的条件下，完全从理论出发推导出宇宙暴涨的具体模型了。这个进展非常令人鼓舞。弦论是为了解释极小尺度的现象而被提出的，但被放大的弦却可能横贯长空。
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