Question

宇宙大爆炸之前是一个什么样的世界？

Answer 1

宇宙大爆炸是个非凡的设想，理应如此，它是基于我们对宇宙的观测结果之上的，今天我们所观测到的宇宙是在膨胀之中，且不断冷却，而在过去，它比今天更热，更稠密，也更小。因此如果倒推宇宙的历史到极其久远的时代，其结果自然会令人兴奋。

过去，宇宙是如此之热，以致于每一个原子都会被辐射所击碎。这同时也意味着会存在这样一个时间点，即宇宙中所有的原子核和电子首次结合成稳定中性原子的时间点。

而在此之前，宇宙是如此之热，以致于所有的原子核会被击碎。由此你可能会认为，这意味着宇宙的温度可以任意高、密度可以无穷大、体积可以任意小。你可能会认为宇宙中的一切都可以追溯到一个奇点，在那里时空已经坍缩，所有的物质和能量都包含在这个温度无穷高、密度无穷大的点中。

确实，这是一件非常让人想去尝试着思考的事，这也是我们大概在 1980 年之前所认为的宇宙演化方式。

但是在物理学上，这是不完整的。（许多优秀的科学家和科学研究机构也已经证明了这一点。）根据我们今天对宇宙的早期历史，也就是当中性原子首次出现时的那个阶段所进行的观测细节，我们已经知道，在那个时候，情况并非如此。

我们发现，在宇宙的早期历史上，温度有一个上限。尽管温度已经相当高，相当于大型强子对撞机所产生温度的 10 万亿倍——那种能力其实微不足道——但它与奇点相比，仍不是一个级别的（奇点的温度要比它高大约 1000 倍）。此时量子引力/弦理论将开始变得重要，因为这已经到了常规物理学法则（广义相对论和量子场理论）失效的级别。

我们得出这一结论的依据，是一幅反映了宇宙早期温度起伏整体分布情况的快照，也就是“宇宙微波背景”。

这些温度的起伏所告诉我们的是，在宇宙极早期的某些阶段——我们可以用大爆炸式的理论模型，来对这个炽热、致密，充满了辐射的阶段进行精确描述——在所有可计量的级别上，整个宇宙遍布微小的温度起伏（10 万分之几），且每个观测到的级别所拥有的起伏模式，幅度都是相同的。

随着宇宙的扩张和冷却，引力开始起作用，它试图将物质和能量拉回来，使密度高的地方越来越多，密度低的地方越来越少。而与此同时，辐射压会试图将这些起伏抹平。普通物质（质子、中子和电子）与光子及它们自身在一起相互作用，在起伏模式中制造出“充满活力”的特征；同时暗物质能够感知到辐射压与引力的拖曳，但是与普通物质、光子和它自身却并没有相互联系。

我们从中能够获知宇宙是由哪些不同要素构成的。

从中可以获得两项重要的观测结果，一是，随着曲线的延伸，宇宙在空间上会趋向于扁平，而不是正向曲线（像个球形）或负向曲线（像马鞍）；另一个是，在宇宙的所有方向上，都拥有相同的温度参数，即使是在那些从未有机会与其他部分进行信息交换（或光子传递）的区域也是如此。

这两件事情非同寻常，可能是微妙的巧合（或者说，就是这么巧），但是也可能是某些大爆炸之前事件所留下的迹象。而宇宙呈指数级膨胀的那个阶段——也就是宇宙的暴胀——也有可能会使这两件事情成真。

宇宙暴胀同时也带来一系列预言：如不会有来自大一统理论的磁单极子或其他残留物、宇宙的大尺度结构内不会有拓扑学缺陷（如宇宙弦，磁畴壁），以及宇宙微波背景中的温度起伏会遵循一种特殊的分布方式。

事实上，我们不仅找到了强有力的证据，能够证明这些残留物和拓扑学缺陷不存在，而且早在 20 世纪 90 年代，就已经极其精确地测得了 Harrison-Zel’dovich 频谱，这可是暴胀理论在其被观测到之前十多年便已经作出的预言！换句话说，这一与起伏有关的频谱与宇宙暴胀理论的预言完全一致！

暴胀理论——这个能够解决大爆炸前事件的最好科学理论——针对“大爆炸之前是什么”这个问题，所能告诉我们的答案，也许是十分令人震惊的。

如上图所示，假如宇宙充满了物质（橙色）或辐射（蓝色），则必然会存在一个能够达到温度和密度都无限的点，即奇点。但是在暴胀理论中（黄色），一切都不同了。首先，我们并不需要一个奇点，而且我们也已经不需要我们之前所认为的“大爆炸时刻”。取而代之的，是一个与“过去”类似的、不完整的时空。

换句话说，我们不仅无法知道暴胀是产生于极其遥远的、位于暴胀之前年代中的一个奇点，还是其本身是持续的；而且我们甚至还无法知道暴胀是在不到 1 个遥刻托秒（10^-24 秒）内发生的，还是（在大爆炸之前）已经持续了和我们现在宇宙年龄一样长的时间！

要找到答案的希望极其渺芒——由于其本身的性质——几乎所有宇宙暴胀的理论模型都把暴胀结束前最后十亿分之一遥刻托秒，亦即宇宙开始之前的信息抹去了

那么，在宇宙变得炽热、致密，开始膨胀，开始冷却，开始充满物质和反物质之前呢？那时候的宇宙处于暴胀状态，那是一个呈指数级扩张的宇宙，宇宙因而被拉伸至平坦，因而在所有的方向上都有相同的平均温度，所有的超大质量残余粒子和拓扑学缺陷都被抹去，产生的温度起伏最终形成了今天所见的大尺度宇宙结构，这一过程结束于138亿年前，并将大爆炸的表像植入了我们今天所知、所爱的可观测宇宙中。而假如这个能够影响我们今天可观测宇宙的暴胀持续时间比 1 遥刻托秒的十亿分之一秒长，且所知的物理定律仍然适用，那么几乎可以确定，我们今天生活的宇宙必然是一个多重宇宙，而我们的可观测宇宙只是许多宇宙中的一个而已。

然而在暴胀之前是什么？只有理论上的可能性，在我们的可观测宇宙中，没有来自那个时间的数据或信息能够指导我们。它可能会一直持续到过去，在此之前，可能真的存在一个奇点，或者是其他什么东西；以今天我们的观测结果为依据，我们还无法作出任何可能的推测。暴胀来自大爆炸之前，那些别人告诉你的不一样的信息，其实已经过时了有三十多年了！

我们仍然持续不断地探究暴胀的本质，以及在它之前有可能发生的一切。从现在开始，不要再相信那些不实的信息。假如你迷恋它们，就把它们当成一种可能性保留下来，但是请记住，那些猜测已经不再是科学所能提供的最佳答案！

Answer 2

　　大爆炸宇宙模型
　　假若宇宙一直在不断地膨胀，那么，可以合理地设想，它在过去应该比现在小；而且在很久很久以前的某一时候，它是由一 个致密的物质核开始的。
　　1922年，苏联数学家A.A.弗里德曼首先指出这种可能性。那时哈勃并未提出退行星系的证据，弗里德曼完全是从理论出发利用爱因斯坦方程进行研究的。 可惜3年后仅37岁的A.A.弗里德曼死于伤寒，因而他的成果鲜为人知。
　　1927年，比利时天文学家勒梅特，在显然不知道A.A.弗里德曼成果的情况下，研究出了类似的膨胀宇宙学说。由于宇宙一直在膨胀，所以在过去某一时刻它会相当小而密度非常大，勒梅特称之为宇宙蛋。根据爱因斯坦方程，宇宙只能膨胀；而由于它的巨大密度，膨胀一定是从超级爆炸的冲击开始的。今天的星系就是宇宙蛋的一些碎片；而它们相互退行，就是很久以前那次爆炸的回波。
　　勒梅特的成果也没有受到人们注意，直到更有名望的英国物理学家爱丁顿提出这一成果，才引起科学家们的普遍关注。
　　直到20世纪30年代和40年代，俄国血统的美国物理学家伽莫夫才真正普及了这个宇宙起源于爆炸的观念。他称这个起始的爆炸为大爆炸。从此这个名字就流传开了。
　　可是并不是每个人都同意大爆炸是膨胀宇宙的开始。1948年，两位奥地利天文学家邦迪和戈尔德提出一种理论，承认膨胀宇宙但否定大爆炸。后来英国天文学家霍伊尔发展并普及了这个理论，在星系散开的过程中，星系之间又形成新的星系；形成新星系的物质是无中生有的，而且运动的速度非常缓慢，用现在的技术无法测出。结论是，宇宙自始至今基本上保持着同一状态。在过去无数个纪元中，它看上去就是现在这个样；在未来的无数个纪元中，它看上去还是现在这个样子，因此既没有开始也没有结束。这种理论被称为连续创生论，由此形成一个稳恒态宇宙。
　　在十多年的时间里，大爆炸和连续创生论的争论非常激烈，但没有实际的证据来决定哪一个对。
　　1949年，伽莫夫指出，假若大爆炸曾经发生，伴随而生的辐射在宇宙膨胀过程中应该损失能量，而现在应该以射电辐射的形式存在，作为一个均质背景从天空的四面八方射来。这种辐射在绝对温度5K（-268℃）时应该是天体的特征。美国物理学家迪克进一步发展了这一观点。
　　1964年5月， 德国出生的美国物理学家彭齐亚斯和美国射电天文学家R.W.威尔孙接受迪克的建议，探测到与伽莫夫预见的特征非常相似的射电波背景，它显示出宇宙的平均温度为绝对温度3度。
　　大多数天文学家认为，射电波背景的发现为大爆炸理论提供了结论性的证据。现在一般都接受大爆炸曾经发生的说法，而放弃了连续创生论的观点。
　　但是大爆炸是何时发生的呢？
　　由于红移容易测量，所以我们相当确切地知道星系退行的速度。但是我们还必须知道星系的距离。距离越大，作为退行速度的结果，到达它们现在位置所需的时间也就越长。但距离并不容易确定出来。
　　一般认为宇宙的年龄应为150亿年。假若一个纪元是10亿年，那么大爆炸发生在15个纪元前，虽然也可能发生在10个纪元或20个纪元前。
　　大爆炸以前的情况又是怎样的呢？宇宙蛋是从哪里来的呢？
　　有些天文学家猜测，宇宙实际上是由缓慢凝结而成的非常稀薄的气体开始的，可能先形成恒星和星系，而后继续收缩，在一次大紧缩中形成一颗宇宙蛋。宇宙蛋随即在大爆炸中炸开了，重新形成恒星和星系，但现在正在膨胀中，直到某一天它将再一次变成稀薄的气体。
　　事实可能就是如此，如果我们展望未来，宇宙将一直膨胀下去而变得越来越稀薄，密度越来越小，越来越接近真空状态。如果我们朝过去看，追溯到大爆炸以前，并设想时间向后推移，则宇宙似乎也是一直在膨胀并趋向真空。
　　这种“一次收缩，一次膨胀”的宇宙叫做敞开宇宙。
　　现在没有（可能永远也不会有）一种方法，能够找到任何证据，说明大爆炸以前发生的事情。有些天文学家甚至不愿意去思考这件事，最近有些争论认为，宇宙蛋是无中生有的，因此没有“一次收缩，一次膨胀”的宇宙，而只有一个“一次膨胀”的宇宙——仍然是一个敞开宇宙。
　　根据这种假设，情况可能是这样，在一个空无一物的无垠大海中，在不同的时间可能发生过无数次大爆炸，因此我们的宇宙只是无限多个宇宙中的一个，每一个宇宙都有它自己的质量、自己的发展点和自己的一套自然规律亦未可知。可能只有自然定律的不寻常的组合才会形成星球、星系及生命，而我们处在一个如此不寻常的状况中，就是因为我们不能在任何其他的宇宙里生存。
　　不用说，现在还没有宇宙蛋无中生有的证据，也没有多个宇宙的证据，或许永远也不会有这种证据。但是，如果不让科学家在缺乏证据的情况下进行一些富有想象力的猜测，宇宙将会是一个粗糙的世界。
　　就此而言，我们能够肯定宇宙将永远膨胀下去吗？它是在抗拒自身引力吸引的情况下膨胀的；而引力可能足以使退行的速度减慢到零，最后造成收缩。宇宙可能先膨胀后收缩，形成大紧缩，再次消失成一无所有——或者反转过来再度膨胀，然后有一天再次收缩，形成无休止的振荡系列，无论是哪一种情况，我们都称之为闭合宇宙。

Answer 3

没有宇宙大爆炸之前的说法

宇——空间；宙——时间。宇宙大爆炸——时间与空间的开端，在人类生存的时空讨论“之前”是没有意义的。那是上帝玩的东西

Answer 4

奇点，质量无限大，直径无限小的一个点

Answer 5

奇点，质量无限大，时间无限小