宇宙大爆炸之前发生了什么？

2024-12-14 01:09:35

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回答（1）：

我们首先要理解宇宙大爆炸究竟为何物。

“宇宙大爆炸是时间的一个瞬间，而不是空间中的一个点。”加利福尼亚理工学院理论物理学家肖恩·卡罗（Sean Carroll）指出。

你想象中的宇宙大爆炸也许是这样一副情景：一个极小、极致密的点忽然爆炸，不断向虚无中扩张。现在你可以把这种想象从脑海中抹去了。卡罗指出，首先，大爆炸发生时的宇宙不一定很小。不错，如今可观测宇宙（一个直径约930亿光年的球状空间，包含至少2万亿个星系）中的一切都曾挤在一个直径不到1厘米的狭小空间中。但在可观测宇宙之外，也许还有许许多多地球人无法观测到的事物，因为光在138亿年间走不了那么远。

因此卡罗表示，大爆炸时的宇宙可能极其微小，也可能无限庞大。因为我们无法看到超出观测范围外的事物过去的样子。我们只知道当时的宇宙非常、非常致密，并且扩张的速度非常快，密度也随之迅速减小。

真正说起来，宇宙之外应该空无一物才对，因为宇宙的定义就是包罗万物。所以在大爆炸发生时，一切事物都比如今更致密、更炽热，但“在此之外”存在的事物并不比近日更多。你可能会想开上帝视角，想象自己站在一片虚空之中，看着大爆炸发生前、杂糅成一团的“婴儿宇宙”。但卡罗指出，这是不可能的，并非是宇宙向空间中膨胀，膨胀的就是空间本身。

“无论你如今在宇宙中置身何处，如果你追溯到140亿年前的自己，都会回到同样一个极度炽热、致密和迅速扩张的状态。”卡罗表示。

没人知道宇宙中究竟发生了什么事情，直到大爆炸发生1秒之后，宇宙足够冷却，让质子和中子得以相撞并结合。确实有很多科学家认为，宇宙在这一秒钟之内经历了一个以指数级扩张的“膨胀”过程。这一过程可以抚平时空纹理，也可以解释当今宇宙中的物质为何分布得如此均匀。

大爆炸之前

在大爆炸之前，宇宙也许是一条由极度炽热、致密的物质构成的无限延伸线。出于某些原因，这些物质能够一直保持稳定状态，直到宇宙大爆炸的发生。卡罗指出，这个极度致密的宇宙也许曾由极小尺度上的物理法则——量子力学主宰。而随后发生的宇宙大爆炸则代表了经典物理学取而代之、成为宇宙演化的主要推手的一瞬间。

霍金认为，这一瞬间才是关键所在。他指出，在大爆炸之前的一切事件都无法测量，因此也无从定义。霍金把这叫做“宇宙无边界理论”：他认为时间和空间都是有限的，但既无边界，又无起始点和终结点。就像地球有限、但无边一样。

“既然大爆炸之前的事件都没有造成可观测到的结果，我们不妨直接把它们从理论里砍掉，宣称时间就是从宇宙大爆炸开始的。”霍金在2018年的一次采访中表示。

还有一种可能：在宇宙大爆炸之前，也许还有其它值得我们探索的事物。有一种理论认为，宇宙大爆炸并非时间的起点，而是对称的中心点。从这种理论来看，在大爆炸之前，还存在一个和当今宇宙一模一样的宇宙，只不过熵的变化规律不是逐渐增加，而是逐渐减少。

卡罗指出，从本质上来说，熵增（即系统无序性增加）方向就是时间箭头的方向。因此在这个镜像宇宙中，时间的流逝也和现代宇宙相反。对那个宇宙而言，我们的宇宙才是过去。该理论的支持者还提出，其它宇宙特性在这个镜像宇宙中也是刚好相反的。例如，物理学家戴维·斯隆（David Sloan）曾指出，另一个宇宙中的分子和离子的不对称性（即手性）和我们的宇宙相反。

有一种相关理论认为，宇宙大爆炸并不是一切的开端，而是宇宙从收缩期向膨胀期切换的一瞬间。该“大反弹”理论认为，随着宇宙不断扩张、收缩、再扩张，还会发生无数次大爆炸。但卡罗指出，这些理论的问题在于，它们并未解释宇宙为何、或如何从扩张态转为收缩态、从高熵态转为低熵态。

卡罗和同事珍妮弗·陈（Jennifer Chen，音译）对宇宙大爆炸也提出了自己的设想。2004年，两位科学家提出，我们所知的宇宙也许是一个母宇宙的“后代”，是从母宇宙中剥落的一小块时空。

卡罗称这就像放射性原子核的衰变过程：原子核衰变时会释放出一个α或β粒子，而母宇宙也会如此，只不过释放的不是粒子，而是子宇宙，且数量也许多达无穷。“也许是某次量子波动造成了这样的结果”。卡罗表示。这些子宇宙“是真正意义上的平行宇宙”，并且不会与彼此发生相互作用、或者对彼此造成影响。

你可能觉得这些理论听起来十分魔幻，事实也的确如此，因为科学家连宇宙大爆炸的一瞬间都看不到，更别提大爆炸之前的情况了。不过卡罗指出，探索的机会还是有的。2015年探测到的、由星系剧烈相撞产生的引力波就提供了这样一种可能性，我们也许可以用引力波揭开宇宙大爆炸后关键一秒内、关于宇宙扩张的种种未解之谜。

卡罗表示，理论物理学家也有大量工作要做，比如对量子引力等量子力做出更精准的预测。

“除非我们有理论可参考，否则我们连自己在找些什么都不知道。”卡罗指出。

回答（2）：

大爆炸是空间、时间、物质与能量的起源，这些概念都不能外推到大爆炸之前。大爆炸之前发生了什么、是什么引起了大爆炸，这些问题在逻辑上就是没有意义的。那以前所有的，只是“无”。如果150亿年前发生了一场大爆炸，如此惊天动地的力量是否在今天的宇宙结构上留下了某种印迹？于是，长时间以来科研人员热衷于寻找宇宙创生的遗迹，劲头赛过当年的宗教考古学家寻找伊甸园，可是亚当和夏娃的文物是一样也没发现，原初宇宙最重要的遗迹倒真给找出来了，这就是微波背景辐射。

回答（3）：

宇宙大爆炸之前应该经历了很长时间的气候不稳定。

回答（4）：

起初，宇宙是无限小的。我们周围的一切——构成星系、恒星、行星，以及你我的一切——都被挤压在一起，形成所谓的奇点。在奇点上，所有已知的物理定律都失效了。随着不断地膨胀，宇宙也慢慢冷却下来，在大约宇宙诞生后的38万年，形成了今天所谓的“宇宙微波背景”。

回答（5）：

现在的科学界对于宇宙形成的普遍观点是，100亿到200亿年前的宇宙大爆炸创作了宇宙，但是现在科学界存在一种新的理论，一些天体物理学家认为事实上那次大爆炸是摧毁了宇宙。

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