宇宙大爆炸之前是什么？

據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，宇宙大爆炸是解釋宇宙形成過(guò)程的最主流理論之一，根據(jù)該理論，大約137億年前，整個(gè)宇宙都是以一個(gè)奇點(diǎn)的形式存在，但隨之而來(lái)的還有另一個(gè)更棘手的問(wèn)題：宇宙大爆炸之前究竟是什么?

這個(gè)問(wèn)題困擾天文學(xué)界已有至少1600年之久了。公元4世紀(jì)的神學(xué)者圣奧古斯丁認(rèn)為，《圣經(jīng)》中的“創(chuàng)世紀(jì)”一詞暗示著上帝在此之前從未創(chuàng)造過(guò)任何東西，他還指出，上帝并不是在某個(gè)特定的時(shí)間創(chuàng)造世界的。事實(shí)上，宇宙和時(shí)間是同時(shí)誕生的。

而在20世紀(jì)初，愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論也得出了類似的結(jié)論，認(rèn)為質(zhì)量會(huì)影響時(shí)間，比如行星的巨大質(zhì)量會(huì)讓時(shí)間發(fā)生扭曲，因此對(duì)地球上的人而言，時(shí)間流逝得要比衛(wèi)星上稍慢一些。這種差別極其微小、無(wú)法察覺(jué)，但確確實(shí)實(shí)是存在的。

在該理論基礎(chǔ)上，比利時(shí)宇宙學(xué)家喬治·勒梅特在1927年發(fā)表的一篇論文中提出，宇宙最初是一個(gè)奇點(diǎn)，由于發(fā)生了大爆炸而迅速擴(kuò)張。按照這個(gè)邏輯，“宇宙大爆炸之前存在什么”這個(gè)問(wèn)題本來(lái)就問(wèn)得不對(duì)，因?yàn)橹钡皆计纥c(diǎn)擴(kuò)張到了如今的大小和形狀后，才有了時(shí)間的概念。

那這個(gè)問(wèn)題解決了嗎?還差得遠(yuǎn)呢!

在愛(ài)因斯坦逝世后的幾十年間，伴隨著量子物理和一系列新理論的問(wèn)世，人們針對(duì)大爆炸之前的宇宙提出了各種各樣的問(wèn)題。

有一種理論提出，我們?nèi)缃袼幍倪@個(gè)宇宙也許是另一個(gè)更古老宇宙的“后代”。一些天體物理學(xué)家推測(cè)，我們也許可以從大爆炸留下的殘余輻射中找到相關(guān)證據(jù)，這些殘余輻射就是所謂的“宇宙微波背景”。

天文學(xué)家在1965年首次觀測(cè)到了宇宙微波背景，很快科學(xué)家就發(fā)現(xiàn)，它的存在對(duì)大爆炸理論造成了一些問(wèn)題。不過(guò)這些問(wèn)題很快就得到了解決，因?yàn)榭茖W(xué)家們?cè)?981年提出了宇宙膨脹理論，該理論提出，宇宙在誕生后的瞬息之間發(fā)生了極速擴(kuò)張，宇宙微波背景的溫度和密度波動(dòng)也是源自于此，不過(guò)根據(jù)該理論，這些波動(dòng)在整個(gè)宇宙范圍內(nèi)應(yīng)當(dāng)一致才對(duì)。

▲圖為普朗克太空探測(cè)器傳回的宇宙微波背景圖，即大爆炸產(chǎn)生的輻射殘余。

但事實(shí)并不是這樣。最近的宇宙測(cè)繪結(jié)果顯示，全宇宙的微波背景分布并不均衡，各個(gè)區(qū)域的波動(dòng)有多有少。一些宇宙學(xué)家認(rèn)為，這說(shuō)明我們目前所處的宇宙的確是從“母宇宙”中萌生出來(lái)的，就像一個(gè)從大氣泡中冒出來(lái)的小氣泡一樣。

而混沌膨脹理論甚至更進(jìn)一步，認(rèn)為母宇宙會(huì)不斷冒出新的小氣泡，每個(gè)小氣泡都會(huì)不斷膨脹、形成一個(gè)全新的宇宙;而這些新形成的宇宙又會(huì)不斷孕育新的小氣泡，形成無(wú)窮無(wú)盡的多重宇宙。

不過(guò)，其它模型主要關(guān)注的還是大爆炸發(fā)生前的奇點(diǎn)問(wèn)題。我們可以把黑洞想象成太空中的垃圾壓實(shí)機(jī)，最開(kāi)始也許就是它們將整個(gè)宇宙壓縮成一個(gè)奇點(diǎn)的，因此從理論上來(lái)說(shuō)，我們目前所在的這個(gè)不斷擴(kuò)張的宇宙也許是從與另一個(gè)宇宙的黑洞相連的白洞中吐出來(lái)的。白洞是一個(gè)假想天體，形式與黑洞剛好相反，它會(huì)不斷吐出物質(zhì)和能量，就像一個(gè)“宇宙排氣閥”一樣。一些科學(xué)家提出，我們的宇宙或許就誕生于某個(gè)黑洞內(nèi)部，并且在我們的宇宙中，每一個(gè)黑洞中也都存在一個(gè)單獨(dú)的宇宙。

但也有一些科學(xué)家認(rèn)為，宇宙的開(kāi)端并不是“大爆炸”，而是“大反彈”。

大反彈

很久很久以前，中世紀(jì)時(shí)期的印度哲學(xué)家們?cè)?jīng)認(rèn)為，宇宙正在經(jīng)歷一個(gè)“創(chuàng)造——毀滅——再創(chuàng)造——再毀滅”的無(wú)限循環(huán)。有趣的是，一些當(dāng)代科學(xué)家提出的想法與之不謀而合，認(rèn)為宇宙的擴(kuò)張和收縮是一個(gè)循環(huán)，每次收縮到特定大小之后，便會(huì)發(fā)生反彈、再次擴(kuò)張。

按照大反彈理論，每次循環(huán)都是以一個(gè)平滑的小宇宙開(kāi)始的，但不可能只有奇點(diǎn)那么小，隨后，這個(gè)小宇宙會(huì)逐漸擴(kuò)張，變得越來(lái)越大、越來(lái)越扭曲，最終當(dāng)它大到一定程度后，便會(huì)開(kāi)始坍縮，同時(shí)不斷變得越來(lái)越平滑，最終縮小到開(kāi)始時(shí)的體積，然后再周而復(fù)始、重新開(kāi)始一次相同的循環(huán)。

大反彈理論要想成立，就要想辦法繞開(kāi)奇點(diǎn)的問(wèn)題。英國(guó)物理學(xué)家羅杰·潘洛斯和霍金提出，就像恒星死亡后最終會(huì)收縮成一個(gè)黑洞一樣，宇宙如果不斷收縮，最終也會(huì)變成一個(gè)奇點(diǎn)。

為解決這一問(wèn)題，大反彈模型將負(fù)能量作為整個(gè)理論的基礎(chǔ)，因?yàn)樨?fù)能量能夠抵消萬(wàn)有引力的作用、阻止宇宙坍縮，這樣宇宙和時(shí)空就能避免回到奇點(diǎn)狀態(tài)、維持“收縮——擴(kuò)張——收縮——擴(kuò)張”的循環(huán)了，每次循環(huán)時(shí)間約1萬(wàn)億年。

大反彈理論可能與西方宗教文化的認(rèn)知相去甚遠(yuǎn)，因?yàn)樵摾碚撜J(rèn)為，在我們所知的這個(gè)宇宙誕生之前，時(shí)間就已經(jīng)存在了。但無(wú)論是大爆炸還是大反彈，“宇宙誕生之前存在什么”仍是一個(gè)無(wú)解的問(wèn)題，也許在此之前什么都沒(méi)有，唯有一片虛無(wú);也許是另一個(gè)平行宇宙、或者我們這個(gè)宇宙的另一個(gè)版本;也許是一片由無(wú)數(shù)宇宙構(gòu)成的“海洋”，每個(gè)宇宙都有一套獨(dú)特的物理法則。