所有的故事都应该有一个开头，那么宇宙的开端到底应该是什么样子呢？在那之前又发生了什么事呢？对于我们自己的身份而言，我们的来历和成长过程是不可或缺的组成部分，我们很清楚自己是如何来到这个世上的，这使我们确信自己是历史长河中的一个正常人，但对于宇宙来说情况就不是这样了，宇宙大概出现在138亿年前，并不能说它诞生在神秘的环境里，事实上宇宙刚刚诞生之后发生了宇宙大爆炸，但是还不太了解宇宙诞生的瞬间，宇宙诞生的原因，以及宇宙诞生之前到底发生了什么，要知道的是科学很有用，它可以回答我们的很多问题，但是它也有局限性，科学理论需要做出预测，并且通过实验来证实，如果一个理论无法通过实验来检验，那么它就成了哲学、宗教和猜想之类的东西。

假如说如果有人提出在我们的星系和仙女座星系之间的太空深处存在着外星人，目前的科学技术还无法对这个猜测进行检验，那这样的话就不属于科学，深空外星人的支持者只能靠信念或者其他东西来坚持自己的观点。

宇宙大爆炸的情况也是这样，在过去人们对早期宇宙的看法一直源于纯粹的猜想，直到最近情况才发生改变，毕竟要研究的是发生在138亿年前，更重要的是怎样去做实验，证明理论呢，我们又不可能为了科学让宇宙大爆炸再发生一次，幸运的是宇宙大爆炸留下了一堆信息，包括了各种各样的线索供我们分析，在过去的几十年，科学技术、数学和物理学都有了很大的发展，通过现有的“大爆炸理论预言信息”里能找到什么线索，并且对它们进行检验，即便大爆炸发生在很久以前，这也算预测，但是我们拥有这种能力，并不一定意味着我们知道关于宇宙大爆炸的一切，尤其是在那之前发生的事，为了说清楚我们所不了解的事，我们先来看看我们到底了解些什么。

目前所了解的宇宙

宇宙大爆炸的想法出现在20世纪早期，当时的科学家发现人们能看到的所有星系都在往远处移动，这意味着宇宙在膨胀，这件事在科学上被称为“哈勃红移”，宇宙学家试图通过爱因斯坦的广义相对论来弄清楚这个发现的含义，因为相关方程描述了时空与引力是如何相互作用的，在这个过程里，他们在理论中发现了膨胀的宇宙，除此之外，他们还发现了一件奇事，如果沿着这个膨胀的过程往回追溯，那么理论将得出一个和我们的直觉大相径庭的结论，整个宇宙曾经被包含在一个起点之中，它的质量巨大，体积为0，密度无穷大。

从“小小的一个点”膨胀为今天看到的浩瀚宇宙，这个过程叫做“宇宙大爆炸”，这就是目前认为的宇宙起源，很多听说过宇宙大爆炸的人都把它想象成一场爆炸，并且认为这个和炸弹爆炸的场景应该差不多，像这种想象，在大爆炸之前所有的物质都集中在一个非常小的空间里，之后所有的物质向外飞跃整个空间，形成今天所看到的宇宙。

其实真实的宇宙大爆炸远远比这个要复杂的多，其中蕴含着很多至今未解的谜团：

♤第1个谜团：量子引力

宇宙曾经是一个超级小的点，现在世界上的所有东西都曾经共处一地，被挤压成零体积的一个小点，实际上根据广义相对论这个讲得通，但是有了广义相对论，我们才清楚的认识到宇宙在最小尺度上是一个很奇怪的地方，它充满了违反直觉的以概率性法则存在的量子物体，我们认为当质量致密是量子力学效应的重要性凸显的时候，广义相对论的预测就会失效，之所以会发生这种事，就是因为广义相对论讨论的是质量非常大，空间也非常大的情况下，而量子理论讨论的是质量非常小，空间非常小的情况下。

在绝大多数的情况下，这两个理论是井水不犯河水的，但是如果宇宙一开始是质量极其大，但体积又非常小，这两个理论就会出现矛盾，有时候是不能把一个理论的逻辑推论照单全收的。

举例说明：

☞测量一下自己的身高，如何随着时间长大，然后尝试推出我们以前的身高，就这么往前推算，那么将会算出自己曾经是一个“奇点”，甚至曾经是个负数，这个结论当然是荒谬的，广义相对论和宇宙大爆炸也是这样的。

因为我们现在还没有包含相对论的量子理论，所以我们真的不知道如何预测宇宙早期发生的事，也就是说开始于“奇点”的宇宙大爆炸途径很可能并不准确，在那样的时刻引力效应支配了整个宇宙，可是我们现在连怎么样描述它都不知道。

♡第2个谜团：宇宙为什么这么大

把宇宙大爆炸简单的看作一场从“一个小点”开始的爆炸，还会带来另外一个问题，其实宇宙是从一个无穷小的点或者是一个量子小方块膨胀而来的，仍然会有某些事物和我们看到的东西不相符，至少有一条就是宇宙不应该这么大。

举例说明：

☞宇宙中我们能看到的范围，如果有一台大功率的望远镜能够捕捉从遥远的恒星长途跋涉到我们身边的星光，那么你最远能看到哪里呢？

答案：取决于宇宙有多老。

看到了某颗星星，这意味着从那颗星星发出的光子成功到达了你的眼睛，光子的行进速度有一个极限，也就是“光速极限”，所以当看到一个极其遥远的东西，看到的其实是很长时间以前的它，也就是说你能看到多远，取决于宇宙从诞生到现在已经过了多久。

如果宇宙是5分钟之前诞生的，那么最多只能看到（5分钟*光速）这么远的距离，大概就是9000万千米，这听起来很远，却只是地球到水星的距离，这就是可观测宇宙的概念。

对于宇宙我们的视野范围是一个圆球，地球就是“球心”，光从宇宙诞生到现在跨越的距离就是半径，球体半径以内的某一颗 恒星、行星，在最早的时刻向地球发出了一个光子，光子刚刚被我们观测到，这个就限定了我们能看到的边界，在这个球以外的任何恒星、行星发出的光都没有达到地球，所以我们用任何望远镜都不能看到它们。

随着时间的流逝，这个球会越长越大，我们也将看到更广阔的宇宙。每一年我们都会看得更远，因为更远处的物体的光会到达地球，光子以光速来到地球，这意味着我们的视野在以光速变得更广阔。但是与此同时宇宙中的所有事物也在离我们而去，所以在我们的视觉边界要和这些逃离我们视野的星系赛跑，宇宙中的所有星系无法跑得比光速，所以如果宇宙中的万物最早是一个微小而有限的量子点，宇宙大爆炸开始之后在空间中不断的彼此远离，那么视觉边界的扩张速度会比宇宙中的星星远离我们的速度快，看的越来越远，视线界限很快就会超越整个宇宙，这就意味着能够看到宇宙之外没有恒星的地方。但是现在我们在任何方向都看不到星空的尽头，宇宙仍然比我们的视界更大，即使它已经138亿岁了。

♧第三个谜团：宇宙温度都是均匀的

宇宙处于杂乱无章的状态，但是它也有一致而且均匀的一面，这一面可以在宇宙微波背景辐射中看到这种均匀的性质。

举例说明：

☞用微波炉加热一块蛋糕，我们知道微波炉加热是从里往外加热的，几分钟之后，蛋糕的中心会变得很热，而外表皮却还没有那么热，为加热的蛋糕测量温度，蛋糕的正中央会与靠近正中央各处的温度都一样，而靠近外表皮的那一侧温度就比较低。

在地球上对宇宙做同样的测量温度，我们可以测量击中地球一面的宇宙微波背景光子的温度，并且与进入地球另一面的宇宙微波背景光子的温度进行比较，结果令人非常惊讶，各个方向的温度都是一样的，大概是2.73K。我们不可能正好位于宇宙的中心，所以得出这样的结论，整个宇宙的温度都差不多，也就是说比起刚经历过一场爆炸的典型宇宙，更像是一杯开水（因为杯中的开水无论在那个位置测量，温度都是一样的）。

“温度均匀”这个现象意味着什么

需要首先明白，来自宇宙微波背景的光子向我们展示了宇宙最早的图景，早期的宇宙比现在热得多、也稠密得多，在那个时候宇宙热到连原子都没办法形成，所有物质都处于一种叫“等离子态”的浮动离子状态，电子自由的到处乱窜，因为能量太多它们动的太快，所以原子核就根本没法俘获它们，但是随着宇宙冷却没过多久，一切都变了，温度下降到一定程度，带电的等离子就变成了中性的气体，电子开始围绕着质子旋转，并且形成各种原子和元素，在这个过程中宇宙由不透明变得透明。在等离子态这个阶段，光子总会撞到自由来去的电子和离子，但是一旦电子和质子形成了中性的原子，光子就不怎么受它们的影响了，这时候光子可以自由的前往其他地方，对这些光子来说，原本雾蒙蒙的宇宙突然就变得透明了。

宇宙一直在变冷，大多数光子仍然在不受干扰的飞行，在测量宇宙微波背景辐射的时候探索到的就是这种光子，奇怪的事情，这些光子的温度，似乎在任何的方向都是一样的，无论往哪个方向看，看到的光子都具有相同的能量，宇宙微波背景光子非常均匀的，就算经过了某种长时间的混合已经趋于平衡的东西。

举例说明：

☞让加热的蛋糕冷却很长一段时间，蛋糕的温度也会变得很均匀，最后所有分子的温度都差不多。

可是宇宙中的这些光子非常古老，它们在宇宙大爆炸之后不久就出现了，每个光子都拥有138亿岁的年龄了，从某一个方向遥望天空，会看到138亿岁的光子从很远的地方进入我们的眼睛。而如果往相反的方向看，也会看到同样古老的光子从同样遥远的地方进入我们的眼中，如果这些光子来自宇宙的两端，它们怎么能拥有相同的能量呢？它们是怎样找到机会互相混合并且交换能量的，要想相互混合并有同样的温度，这些光子交流的速度就应该比光速还要快，以上所有的问题都把我们引向一个答案，这个答案的名字叫做“暴胀”。

“暴胀理论”

如果宇宙起源于大爆炸，那宇宙为什么这么大这么均匀呢？

在30年前，对于这个问题科学界还完全摸不着头脑，现在有一个非常有说服力的解释，如果说在宇宙诞生的那个瞬间，也就是在大约0.00000......1秒的时间里，时空本身结构扩张了1000......0倍，那又会怎么样呢？这个膨胀的速度就超过了光速，这样的话以上所有的问题都一次性解决了。

当然时空在一瞬间以这样的速度扩张，听起来可能特别荒谬，事实上物理学家就是想拿这个来解释宇宙为什么这么大、温度为什么这么均匀，他们就把这个过程叫做 “暴胀”，这个猜想为什么可以解释宇宙的规模？

可观测的宇宙以光速扩大，但是仍然比实际的宇宙要小，而后者的增长速度小于光速。然而“暴胀理论”有那么一段时间，宇宙膨胀的速度是比光速要快的，宇宙内部的东西仍然受到宇宙速度上限的限制，它们在空间里的速度并不比光速快，但是根据“暴胀理论”，空间本身在膨胀，它创造新空间的速度快于光在其中飞行的速度，这个就是宇宙从一个微小而有限的点膨胀至比可观测宇宙还要大的过程。

在暴胀的过程中，宇宙变得比可观测宇宙更大，一些物质去了非常遥远的地方，直到到现在还没有接收到那些物质发出来的光，这个空间扩张的过程非常复杂，宇宙在不到10 ^-30秒的时间里变大了10^25倍，在暴胀结束之后宇宙还在扩张，它的速度原本比之前慢得多，但是暗能量又使这个速度有所加快。现在可观测宇宙，因为它仍在以光速扩张，在可观测的宇宙之外还有很大部分没有被我们观测到。

• “暴胀理论”如何解释宇宙的均匀

解释这一点意味着找出早期光子相互混合，从而达到温度均匀的方法，“暴胀理论”认为这些光子在时空快速膨胀之前的某个时间点靠得非常近，这样问题就解决了。

在暴胀之前，宇宙是一个非常小的地方，光子有足够的时间实现均衡，从而达到同样的温度，而一旦暴胀开始，光子就被拆散，并且被送到遥远的地方，根本没法想象，相隔这样远的光子可以拥有同样的温度，但这只是现在的情况，在暴胀之前它们曾经很亲密的待在一起。听起来很荒谬的“暴胀理论”，就这样把所有的问题都解释清楚了。

令人惊奇的是，这个过程到今天仍然没有结束，现在暗能量仍然在制造新的空间，只不过速度没有以前那么快了，现在“暴胀理论”已经不只停留在数学论证阶段，有一些观测结果也提供了支持这个理论的证据。

• 要怎样证实发生在138亿年前的事呢？

♤事实上“暴胀理论”预言了今天我们可以在宇宙微波背景辐射的微小涟漪中，看到某些具体的特征，其中一些可以通过观测来证实，当然这并不味着“暴胀理论”一定就是正确的，因为还有其他理论也预测到了同样的特征。但是这至少让“暴胀理论”更加可信了一些。

♡事实上我们就是通过这种方法了解宇宙的起源的，从这些涟漪里面，可以估计出宇宙中的物质暗物质和暗能量的占比，并且把这些信息和宇宙膨胀速率放在一起模拟估算宇宙的年龄。

♧空间是一个存在动态变化的，会被比较大的能量和物质弯曲，在宇宙里刚好有适量的物质和能量，使空间保持较为平坦的状态，这看起来像是一个奇怪的巧合，“暴胀理论”让这个巧合就变得不那么奇怪了，膨胀恰恰倾向于让空间看起来更平坦，一个比较大的星星它的表面肯定比小一点的星星看起来更平，“暴胀理论”早就告诉人们空间应该是平坦的。

“暴胀理论”与“模糊的世界”

目前关于这些问题的大多数想法都没法得到检验，也许在未来更加聪明的科学家会想办法检验“暴胀理论”，并且找出让人震惊的真相，实际上物理学家对于暴胀是有一些想法的，好消息是根据其中一个想法，不需要找到任何全新的宇宙尺度上的自然作用力，只需要找到一种全新的物质。

☞这个想法是这样的，也许早期的宇宙里充满了一种不稳定的新物体，它使时空快速膨胀，这个假设听起来很简单，我们只需要回答下面这两个问题：

• 第1个问题：这种全新的物质是怎样让时空膨胀的？

答：理论上说，物质有可能让时空膨胀，广义相对论和引力会导致物质造成弯折和扭曲时空，但这个到底是一个怎样的过程呢？

引力总是让有有质量的物体彼此靠近，但是质量和能量还有让时空扩张的特性，那么这就意味着物体会彼此远离，我们可以把这个当做广义相对论的一个小条款，这个特性就是物质的能动张量和压强相，说白了就是在某种负压的条件下，物质是可以让空间膨胀的。

• 第2个问题：这种全新的物质现在去哪里了？

答：引发暴胀的物质并不稳定，它最后会衰变或者分解成正常的物质，早期宇宙中充满了某些带有负压的东西，这使得时空发生了不可思议的高速膨胀，最后这种引发暴胀的物质变成了更为常见的物质，疯狂的膨胀就这样停止了，于是又大又热的宇宙中充满了稠密的正常物质。

• 暴胀理论本身就是一个“理论”

暴胀理论可以解释暴胀从何而来，暴胀理论本身就是一个理论，它化解了我们对于早期宇宙的很多困惑，我们并不知道这种奇怪的东西是什么，不过它的这些特性对于物理学家来言并不是特别离谱，在过去几十年里，随着暗能量的发现，宇宙中完全可能存在引发膨胀的强大“斥力”，我们已经知道暗能量让宇宙膨胀的越来越快，但是我们并不知道引发快速膨胀的东西又是什么，它和暗能量之间是不是有什么关联呢，这个我们现在并不知道。

“宇宙大爆炸”本身已经够神秘了，但是它还关系到一个更大的谜团，为什么会有宇宙大爆炸？宇宙大爆炸之前又发生了什么事呢？

把宇宙大爆炸当成一个特殊的时刻，当时整个宇宙是一个“极小的点”，时间“t”等于零，一切都来自于这最初的一刻，把这个“极小的点”换成一个“模糊的量子斑块”它可能很小，也可能非常大，把大爆炸换成极短时间以内的暴胀，以及之后有暗能量驱动的普通膨胀，这个问题仍然有意义，但是我们必须在新的背景下重新来描述它，我们不再问大爆炸之前发生了什么，我们要问这个“暴胀的量子斑块”从何而来，这个斑块必须变成我们的宇宙吗？有没有其它的可能呢？这个斑块会再度出现吗？它真的出现过吗？这些问题我们都不知道，不过我相信这些问题很可能是有答案的，只要有合适的工具，我们就能想办法寻找证据，并且解答它们。

宇宙的几种解释：

♤第1种解释：也许答案就是没有答案。

不是所有问题都有让人满意的答案，因为不是所有问题都提得很恰当的，“霍金”曾经说过，宇宙大爆炸之前发生过什么和北极的北边有什么，这两个问题没有函意，在北极点能去的地方只有南方，这里没有更往北的地方了，地球的几任特性决定了这一点，那如果连时空的本身都是宇宙大爆炸那一刻产生的，那么在此之前时空就不存在，我们也不可能知道之前发生了什么。

♡第2种解释：物理定律。

宇宙现在的运转遵循物理定律，宇宙大爆炸也可以用物理学定律去解释，但是我们位于时空内部，对于大爆炸之前发生了什么，我们有可能接触不到关键信息，暴胀可能会毁掉之前的世界，没有留下任何可供我们发现和研究的线索。

♧第3种解释：宇宙位于超大黑洞内部 。

也许一切的关键都在于黑洞，暴胀理论的核心问题，就是引发暴胀的致命物源自于黑洞，在黑洞的视界内部，物质会受到强力的挤压，引发暴胀的负压是在黑洞内部形成的，或许我们的宇宙就是位于一个超大黑洞之内。

♢第4种解释：循环。

大爆炸可能不止发生了一次，我们所知道的那次只是其中之一，在遥远的未来，宇宙中膨胀的过程可能会发生逆转，导致宇宙塌缩，也就是所谓的大挤压，这种挤压会把所有的恒星、行星还有暗物质都挤进一个微小而致密的斑块里，并引发一次新的大爆炸，挤压再爆炸、再挤压再爆炸......，这是一个周而复始的循环。

☆第5种解释：神秘物质衰变。

具有负压的神秘物质膨胀的很快，并且在膨胀的过程中产生了更多神秘物质，尽管这种神秘物质会衰变成正常的物质，但是它有可能衰变的并没有那么快。如果这种东西产生的速率快于衰变的速率，那么宇宙就会一直暴胀下去，因为新产生的神秘物质总是比衰变的物质多，神秘物质引发的暴胀过程现在还在继续发生，也就是我们还处在暴胀的过程中。

结语

在历史上很多理论完成了从非科学到科学的跨越，在科学技术的发达程度足以探测原子之前，物质由细小微粒构成的想法早就存在了，而有了更强大的新工具，这样的理论才能从哲学进入科学领域。

对于时间尺度，我们在地球上只不过是一个短暂的瞬间，但是我们在这一瞬间审视宇宙，观望宇宙的最远处寻找线索，回到时间的原点，总有一天我们会明白“暴胀”从何而来，并在这个过程中了解新物质的诞生以及其新特性。

宇宙的起点是如何的？宇宙大爆炸之前到底发生了什么？我们会在另一边找到什么东西呢？现在这些都是哲学问题，但是在未来的某一天，他们有可能具有科学意义，而我们的后代会知道问题的答案，今天的哲学也许就是明天的科学。

#423头条知识节##科学有真相#