Question

宇宙的诞生_无中生有

Answer 1

摘自《上帝掷骰子吗》。这个想法和霍金是一致的，是我目前见过的最靠谱的关于宇宙起源的解释。

在过去，所有的科学家都认为，无中生有是绝对不可能的。物质不能被凭空制造，能量也不能被凭空制造，遑论时空本身。但是不确定性原理的出现把这一切旧观念都摧枯拉朽一般地粉碎了。

海森堡告诉我们，在极小的空间和极短的时间里，什么都是有可能发生的。因为我们对时间非常确定，所以反过来对能量就非常不确定，能量物质可以逃脱物理定律的束缚，自由自在地出现和消失。但是，这种自由的代价就是它只能限定在那一段极短的时间内，时刻一到，灰姑娘就会现出原形，这些神秘的物质能量便要消失，以维护质能守恒定律在大尺度上不被破坏。

不过20世纪60年代末，有人想到了一种可能性：引力的能量是负数（因为引力是吸力，假设无限远的势能是0，那么当物体靠近后因为引力做功使得其势能为负值），所以在短时间内凭空生出的物质能量，它们之间又可以形成引力场，其产生的负能量正好和它们本身抵消，使得总能量仍然保持为0，不破坏守恒定律。这样，物质就真的从一无所有中产生了。

许多人都相信，我们的宇宙本身就是通过这种机制产生的。量子效应使得一小块时空突然从根本没有的时空中产生，然后因为各种力的作用，它突然指数级地膨胀起来，在瞬间扩大到整个宇宙的尺度。MIT的科学家阿伦·古斯（Alan Guth）从这种想法出发，创立了宇宙的“暴胀理论”（Inflation）。在宇宙创生的极早期，各块空间都以难以想象的惊人速度暴胀，使得宇宙的总体积增大了许多许多倍。这就可以解释为什么今天它的结构在各个方向看来都是均匀同一的。

在今天，暴胀理论已经成为宇宙学中最热门的话题。2016年年初，LIGO项目证实了引力波的存在，一时成为红遍媒体的超级大新闻。不过很少有人提到，引力波的一个重大意义就在于它直接支持了暴胀模型，从而使得我们对宇宙大爆炸之初的情况有更加深刻的了解。或许，就像古斯自己爱说的那样，我们这个宇宙的诞生，本身就是“一顿免费的午餐”？

不过，假如再苛刻一点，这其实还不能算是严格意义上的“无中生有”。因为就算没有物质，没有时间、空间，我们至少还有一个前提：存在着物理定律！只有存在物理定律，诸如相对论和量子论的各种规则，我们才有了暴胀模型，宇宙才有了演化的依据。然而，这些物理定律本身又是如何从无中产生的呢？或者它们不言而喻地存在？我们越说越玄了，还是在这里打住吧。