宇宙大爆炸之前究竟發生了什麼？

　　新浪科技訊 北京時間4月23日消息，據國外媒體報道，宇宙大爆炸一般被視作萬物的開端：約138億年前，可觀測宇宙發生了一場劇烈爆炸，一切也隨之從無到有。

　　但在大爆炸之前，情況又是怎樣的呢？

　　簡單的回答：不知道。長一點的回答：大爆炸之前可能有很多很多東西，每一種都極其複雜、令人頭疼。

　　開始

　　我們首先要理解宇宙大爆炸究竟為何物。

　　「宇宙大爆炸是時間的一個瞬間，而不是空間中的一個點。」加利福尼亞理工學院理論物理學家肖恩·卡羅（Sean Carroll）指出。

　　你想像中的宇宙大爆炸也許是這樣一副情景：一個極小、極緻密的點忽然爆炸，不斷向虛無中擴張。現在你可以把這種想像從腦海中抹去了。卡羅指出，首先，大爆炸發生時的宇宙不一定很小。不錯，如今可觀測宇宙（一個直徑約930億光年的球狀空間，包含至少2萬億個星系）中的一切都曾擠在一個直徑不到1厘米的狹小空間中。但在可觀測宇宙之外，也許還有許許多多地球人無法觀測到的事物，因為光在138億年間走不了那麼遠。

　　因此卡羅表示，大爆炸時的宇宙可能極其微小，也可能無限龐大。因為我們無法看到超出觀測範圍外的事物過去的樣子。我們只知道當時的宇宙非常、非常緻密，並且擴張的速度非常快，密度也隨之迅速減小。

　　真正說起來，宇宙之外應該空無一物才對，因為宇宙的定義就是包羅萬物。所以在大爆炸發生時，一切事物都比如今更緻密、更熾熱，但「在此之外」存在的事物並不比近日更多。你可能會想開上帝視角，想像自己站在一片虛空之中，看著大爆炸發生前、雜糅成一團的「嬰兒宇宙」。但卡羅指出，這是不可能的，並非是宇宙向空間中膨脹，膨脹的就是空間本身。

　　「無論你如今在宇宙中置身何處，如果你追溯到140億年前的自己，都會回到同樣一個極度熾熱、緻密和迅速擴張的狀態。」卡羅表示。

　　沒人知道宇宙中究竟發生了什麼事情，直到大爆炸發生1秒之後，宇宙足夠冷卻，讓質子和中子得以相撞並結合。確實有很多科學家認為，宇宙在這一秒鐘之內經歷了一個以指數級擴張的「膨脹」過程。這一過程可以撫平時空紋理，也可以解釋當今宇宙中的物質為何分布得如此均勻。

　　大爆炸之前

　　在大爆炸之前，宇宙也許是一條由極度熾熱、緻密的物質構成的無限延伸線。出於某些原因，這些物質能夠一直保持穩定狀態，直到宇宙大爆炸的發生。卡羅指出，這個極度緻密的宇宙也許曾由極小尺度上的物理法則——量子力學主宰。而隨後發生的宇宙大爆炸則代表了經典物理學取而代之、成為宇宙演化的主要推手的一瞬間。

　　霍金認為，這一瞬間才是關鍵所在。他指出，在大爆炸之前的一切事件都無法測量，因此也無從定義。霍金把這叫做「宇宙無邊界理論」：他認為時間和空間都是有限的，但既無邊界，又無起始點和終結點。就像地球有限、但無邊一樣。

　　「既然大爆炸之前的事件都沒有造成可觀測到的結果，我們不妨直接把它們從理論里砍掉，宣稱時間就是從宇宙大爆炸開始的。」霍金在2018年的一次採訪中表示。

　　還有一種可能：在宇宙大爆炸之前，也許還有其它值得我們探索的事物。有一種理論認為，宇宙大爆炸並非時間的起點，而是對稱的中心點。從這種理論來看，在大爆炸之前，還存在一個和當今宇宙一模一樣的宇宙，只不過熵的變化規律不是逐漸增加，而是逐漸減少。

　　卡羅指出，從本質上來說，熵增（即系統無序性增加）方向就是時間箭頭的方向。因此在這個鏡像宇宙中，時間的流逝也和現代宇宙相反。對那個宇宙而言，我們的宇宙才是過去。該理論的支持者還提出，其它宇宙特性在這個鏡像宇宙中也是剛好相反的。例如，物理學家戴維·斯隆（David Sloan）曾指出，另一個宇宙中的分子和離子的不對稱性（即手性）和我們的宇宙相反。

　　有一種相關理論認為，宇宙大爆炸並不是一切的開端，而是宇宙從收縮期向膨脹期切換的一瞬間。該「大反彈」理論認為，隨著宇宙不斷擴張、收縮、再擴張，還會發生無數次大爆炸。但卡羅指出，這些理論的問題在於，它們並未解釋宇宙為何、或如何從擴張態轉為收縮態、從高熵態轉為低熵態。

　　卡羅和同事珍妮弗·陳（Jennifer Chen，音譯）對宇宙大爆炸也提出了自己的設想。2004年，兩位科學家提出，我們所知的宇宙也許是一個母宇宙的「後代」，是從母宇宙中剝落的一小塊時空。

　　卡羅稱這就像放射性原子核的衰變過程：原子核衰變時會釋放出一個α或β粒子，而母宇宙也會如此，只不過釋放的不是粒子，而是子宇宙，且數量也許多達無窮。「也許是某次量子波動造成了這樣的結果」。卡羅表示。這些子宇宙「是真正意義上的平行宇宙」，並且不會與彼此發生相互作用、或者對彼此造成影響。

　　你可能覺得這些理論聽起來十分魔幻，事實也的確如此，因為科學家連宇宙大爆炸的一瞬間都看不到，更別提大爆炸之前的情況了。不過卡羅指出，探索的機會還是有的。2015年探測到的、由星系劇烈相撞產生的引力波就提供了這樣一種可能性，我們也許可以用引力波揭開宇宙大爆炸後關鍵一秒內、關於宇宙擴張的種種未解之謎。

　　卡羅表示，理論物理學家也有大量工作要做，比如對量子引力等量子力做出更精準的預測。

　　「除非我們有理論可參考，否則我們連自己在找些什麼都不知道。」卡羅指出。（葉子）

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