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宇宙不止一个?有科学家曾言:宇宙大爆炸之前还有其他宇宙

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如果宇宙真的诞生于一场大爆炸,那么在这场爆炸发生之前,究竟是虚无一片,还是另有天地?如果时间本身就是从那一刻开始流动的,那"之前"这两个字,还能不能成立?

围绕这些疑问,宇宙学家们已经争论了大半个世纪。从大爆炸的来龙去脉,到宇宙的形状,再到宇宙的外面是什么,随着话题越来越宏大,内容也越来越抽象。

毕竟与基于观测的天文学相比,宇宙学虽然也能观测,但更偏重理论计算,把抽象的计算结果形象化地描述出来并不容易。



一个常见的说法是,宇宙从一个极其致密的起点膨胀而来,即宇宙大爆炸,时间和空间都诞生于此。每当听到这里,人们心中总会追问一句:那大爆炸之前是什么?

面对这个问题,得到的回答往往是:因为时间是从大爆炸开始的,所以不存在"大爆炸之前"这种说法。这个回答听起来颇有道理,就像追问"北极以北是什么"一样,属于一个没有意义的问题。

但这样的答复终究让人感觉是在回避问题。今天不妨从物理学的角度,重新审视一下这个疑问:大爆炸之前是什么?



在回答之前,需要先厘清一个核心问题:什么是时间?在日常认知里,时间是一个独立存在的背景,就像一条长河,无论发生什么都会向前流淌。

但在物理学视角下,时间并不是独立的东西,它本质上是事物状态发生变化的度量。这个概念完全符合直觉:假如宇宙中所有的物质和能量都处于绝对静止的状态,或者宇宙处于一个绝对均匀、没有任何波动的状态,那么这一秒和下一秒就没有任何不同。

如果两个连续的瞬间在物理测量上是完全等同的,那么就无法定义时间的流逝,这种情况下时间就失去了它的物理意义。



如果认同这个说法,那么当探讨"大爆炸之前"时,实际上是在讨论大爆炸那个高密度状态出现之前,是否还存在某种状态的变化。只要存在某种更早的变化过程,就可以定义出更早的时间。

在宏观世界里,人们感受到的时间具有明确的方向,也就是熵增方向。在一个系统里,物质总是倾向于从有序走向无序,这种不可逆的过程构成了宏观时间的基石。

但在微观的量子世界里,情况完全不同。在量子力学的方程中,很多时候时间是可逆的。



如果观察一个孤立的量子系统,它的正向演化和逆向演化,从物理定律上来说是完全一样的,这被称为量子力学的幺正性。这意味着,在微观尺度上,时间的定义相较于宏观尺度会更加模糊。

在宇宙诞生的最初阶段,也就是起点附近,整个宇宙的尺度非常小。那时的物理规律主要受限于量子力学支配,宏观意义上的具有单一方向的时间可能还没有形成。

为此,霍金曾提出过一个"无边界提议"。他认为,在极早期的宇宙,时间维度可能不再单一,而是借助"虚时间"变得有点像空间维度。



在日常感知中,时间像一只笔直射向未来的箭。但在宇宙诞生之初,这支箭被掰弯成了球面的一部分。

就像地球的北极点:虽然无法到达比北极点更北的地方,但这并不代表那里有一堵无法逾越的墙。从几何上看,北极点只是球面上的一个普通坐标。

当走到那里时,"北"这个方向不是被截断了,而是平滑地转化为了向南的方向。



同理,在宇宙一开始的起点,时间轴并不是戛然而止的断头路,而是在几何上圆润地闭合了。在这种模型中,宇宙虽然整体上有限,但它没有边界,也就是所谓的"有限无界"。

这个界除了空间上的边界外,也包括了时间边界。按照霍金的这个思路,追问"大爆炸之前"就像追问"北极以北",本身就是一个几何上不成立的问题。

值得一提的是,随着对宇宙膨胀速度的测量越来越精确,大爆炸发生的时间也被不断修正。最初曾被认为发生在180亿年前,如今更精确的数值是138.2亿年前。



从奇点开始到第一代星系的形成,再到现今星系的演变,宇宙一共用了138.2亿年,而人类文明的历史只有一万年左右,科技史不过300年,真正意义上的探索宇宙的历史不过50年——在这样的时间尺度面前,人类想要说清"最初的最初",本就是一件极其艰难的事。

然而,霍金的无边界提议只是传统大爆炸模型的1.0版本。后来,物理学家通过引入"暴胀"概念,发展出了大爆炸理论的2.0版本——永恒暴胀理论。在这个理论里,不仅时间边界会被重新定义,还会看到一个实实在在的、另一个视角下的宇宙前身。

所谓暴胀,指的是宇宙早期经历的一次非常迅速的膨胀,大约从10⁻³⁶秒开始,只用了10⁻³³秒的时间,宇宙就膨胀了10²⁶倍,相当于从一个原子瞬间膨胀到一整个星系的规模。当暴胀结束后,宇宙才进入到普通的大爆炸阶段。



而永恒暴胀理论进一步指出,人们所说的大爆炸并非宇宙的全部,它仅仅是一个更大背景下的局部事件。这个更大的背景整体上一直处于暴胀之中,只不过它里面的某些区域可能会停止暴胀。

当某个区域的暴胀停止时,原本蕴含在背景空间中的能量就会转化为物质和辐射,这个过程就是所谓的大爆炸。

没错,按照这个逻辑,大爆炸并不是膨胀的开始,而是暴胀的结束。人们所处的宇宙只是这个巨大背景中产生的一个泡泡,一个子宇宙,而那个更大的背景则是母宇宙。



对子宇宙来说,暴胀只是一刹那,但对母宇宙而言,它始终处于暴胀之中永不停歇。因此可以称之为"永恒暴胀宇宙"。也就是说,在这套理论里,"大爆炸之前"确实存在着某种状态——那是一片仍在剧烈暴胀的母宇宙背景。

听到这里,或许会有人觉得大爆炸已经够匪夷所思,现在又搞出永恒暴胀,简直是层层套娃、没完没了。事实上,作为获得过诺贝尔物理学奖的著名理论物理学家,罗杰·彭罗斯就不太赞同永恒暴胀理论。

彭罗斯认为,这个宇宙在诞生之前并非空无一物,而是另一个宇宙。当前宇宙的起点其实是上一个宇宙的终点。彭罗斯的这个理论就是大名鼎鼎的"共形循环宇宙学"。



共形循环宇宙学描述的是这样一个宇宙:在极其遥远的未来,宇宙中的所有恒星都已熄灭,甚至所有的黑洞都已蒸发,宇宙里只剩下能量极低的光子和一些引力波。由于光子没有净质量,对它来说时间是不存在的。

对于一个只剩下光子的宇宙,空间尺度已经失去了意义,因为此时已经没有任何物体来充当参照物,因此无法衡量此刻的宇宙是大是小。在一个没有任何质量尺度参考的宇宙中,极其巨大的空间和极其微小的起点,两者从几何结构上来说是完全等价的,这被称为"共形变换"。

当一个宇宙达到这种完全失去质量尺度的末态时,它会通过这种共形变换无缝衔接到下一个宇宙的大爆炸状态。也就是说,当前宇宙的大爆炸实际上是上一个宇宙热寂后的产物。



宇宙演化并非线性,而是周而复始的循环,每一个循环称为一个"世代"。在这样的宇宙序列中,时间不再有起点和终点,而是真正的永恒。

这也回应了大爆炸理论长期以来最尖锐的一个追问:在过去几十年里,大爆炸理论已然成了解释宇宙起源和演化的主流理论,但随着研究的深入,一个根本性的问题始终摆在面前——在人们所处的宇宙诞生之前,是否存在另一个宇宙?共形循环宇宙学给出的答案是肯定的。

更关键的一点是,永恒暴胀理论几乎没有办法去检验,而共形循环宇宙学却有被验证的可能。比如一些能量巨大的引力波,可能会跨越两个世代的边界,在宇宙微波背景上留下一种名为"霍金点"的环状痕迹。



目前,一些科学家正在尝试在宇宙微波背景辐射中寻找这种结构,一旦真的观测到,就意味着上一个宇宙的余晖,其实一直印刻在此刻的天空之中。

但无论如何,在量子引力问题没有解决之前,关于宇宙起源的任何理论都只能说是猜想。不管是永恒暴胀宇宙的起点,还是共形循环宇宙的上一个世代,人类对"之前"和"之后"的定义完全受限于对因果律的依赖。

而在极早期的宇宙或者宇宙诞生之前的环境中,因果律可能并不是以人类熟悉的线性方式运作。或许在那个尺度上,过去、现在和未来的界限是模糊的,甚至是可以互换的。



从138.2亿年的宇宙演化,到不过一万年的人类文明史,再到仅仅几十年的宇宙探索史,人类站在这条时间轴的末梢去回望起点,本就注定看不真切。作为三维世界的生物,人类始终在用有限的感官去理解可能超越维度定义的宇宙起源,得到的答案难免残缺甚至荒诞。

但即便能力有限、认知有边界,这份对终极真理不肯罢休的追问,恰恰构成了文明存在的意义——宇宙或许不止一个,而愿意抬头思考"之前是什么"的物种,目前所知只有一个。

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