宇宙在发生大爆炸之前存在什么?
在大约137亿年前,我们很难想象整个宇宙整个宇宙作为奇点。大爆炸理论是试图解释宇宙形成主要理论之一,宇宙中的所有物质——所有空间本身——都以小于亚原子粒子的形式存在。
一旦想到了这一点,就会出现一个更加困难的问题:在发生大爆炸之前存在什么?
大爆炸前存在什么?这个问题本身要比现代宇宙学至少早1600年。四世纪的神学家圣奥古斯丁(St. Augustine)对神创造宇宙之前存在的问题进行了辩论。他的结论是,圣经中的“起初”一词暗示着上帝在宇宙形成前没有任何作为。此外,奥古斯丁认为,世界不是在某个时候由上帝创造的,而是由时间和宇宙同时创造的。
20世纪初,爱因斯坦的广义相对论得出了非常相似的结论。只要考虑质量对时间的影响。拥有大质量的行星会扭曲时间——地球上空的人造卫星上的时间,与地球地表上的人类运行时间相比要慢了一点,不过差异很小,无法察觉;即使是都站在地表上,站立在大石头旁边的人的时间甚至比独自站立在田野中的人的时间还要慢。
根据爱因斯坦的理论,比利时宇宙学家乔治·勒梅特(Rev. GeorgesLemaître)于1927年发表了一篇论文,该论文提出宇宙起初是一个奇点,而宇宙大爆炸则导致了它的膨胀。
按照这种逻辑,本文的标题从根本上是有缺陷的,时间是因为原始奇点向其当前的大小和形状膨胀而形成。
这就是答案吗?相去甚远。这是一个永远也找不到答案的宇宙学难题。爱因斯坦去世后的几十年里,量子物理学的出现和许多新理论复活了有关大爆炸前宇宙的问题。
我们的宇宙是从上一个泡中冒出来的吗?
这是一个想法:如果我们的宇宙只是另一个古老的宇宙的子代宇宙,该怎么解释呢?一些天体物理学家推测,这个故事是用宇宙大爆炸微波背景(CMB)留下的宇宙大爆炸遗留下来的。
天文学家于1965年首次观测到CMB,它很快为“大爆炸”理论带来了问题——后来在1981年用膨胀理论解决了一段时间。这一理论要求宇宙在存在的最初瞬间极为迅速地膨胀。它还考虑了CMB中的温度和密度波动,但要求这些波动应该是均匀的。
事实情况不是这样的,最近的测绘工作实际上表明宇宙是不均匀的,某些区域的起伏大于其他区域。用加州理工学院研究员艾德里安·埃里克切克(Adrienne Erickcek)的话说,一些宇宙学家认为这一观察结果是我们的宇宙从母宇宙“冒泡”出来的支持证据。
在混乱的膨胀理论中,这个概念更加深入:膨胀泡不断发展,每个膨胀成为一个宇宙,并且每个膨胀都在不可估量的多元宇宙中诞生甚至更多的膨胀泡沫。
还有其他一些模型围绕着大爆炸前奇点本身的形成。如果将黑洞视为宇宙垃圾压实机,则它们是所有原始压缩的主要候选者,因此从理论上讲,我们正在膨胀的宇宙可能是从另一个宇宙中黑洞的白洞输出来的。白洞是一个假想的物体,其作用与黑洞相反,它释放出能量和物质,而不是将其吸入。科学家将其视为宇宙排气门。还一些科学家认为,我们的宇宙是由某个黑洞诞生的,而我们所处宇宙中的任意一个黑洞也可能各自包含独立的宇宙。
而另一些科学家认为,我们的宇宙不是从大爆炸开始的,而是从大反弹开始的。
大反弹
很久以前,印度的中世纪宗教哲学家曾说,宇宙经历了无穷无尽的创造与破坏循环,在此循环中,宇宙从无差别的质量演化为我们所看到的复杂现实,然后自我毁灭并重新开始。
一些当代科学家提出了与印度哲学家观点相似的看法。他们认为,宇宙不是一个大爆炸,而是一个周期地膨胀和收缩,每次收缩到一定大小时就会反弹。在大反弹理论中,每个周期都将从一个小的、光滑的宇宙开始,而这个宇宙不会像奇点那样小。随着时间的流逝,它会逐渐膨胀,变得更加笨拙和扭曲。最终,它会达到一个临界点,当它收缩到起始点大小时,开始崩溃并逐渐平滑。然后,循环将重新开始。
为了使“大反弹”(Big Bounce)想法起作用,它必须找到绕过英国物理学家罗杰·彭罗斯(Roger Penrose)和史蒂芬·霍金(Stephen Hawking)提出的奇点法则的方法,该法则表明收缩的宇宙将一直缩小到奇异性,垂死的恒星最终凝结形成一个黑洞。为此,大反弹模型依靠负能量抵消引力并逆转坍塌的思想,以便使宇宙和时空一遍又一遍地分开。
这些收缩和膨胀的循环会重复发生,大约每万亿年一次。
自圣奥古斯丁以来,大反弹会背离西方文明对现实的看法,因为它会认识到,时间实际上存在于宇宙之前。
自圣奥古斯丁以来,大反弹将偏离西方文明对现实的看法,因为它会认识到我们所知道的宇宙之间确实存在着时间。
但是,无论是大爆炸还是大反弹,我们目前的宇宙之前存在什么的问题,仍然是一个悬而未决的问题。也许什么都没有,也许是另一个不同意我们现在宇宙版本的宇宙。也许是宇宙的海洋,每个宇宙都有一套不同的规律来支配它的物理现实。