深度長文：宇宙大爆炸從奇點開始，那么奇點外面是什么？

現代主流科學理論認為，我們的宇宙起源于138億年前的大爆炸，一個體積無限小，密度和溫度無限高的奇點突然急劇膨脹，誕生了我們的宇宙，而且時間和空間都是在宇宙大爆炸之后產生的。

不過宇宙大爆炸和那個神秘的奇點，總是充滿了各種疑問。奇點本身就夠詭異的了，畢竟我們很難想象一個體積無限小的點到底該如何存在，更大的問題是：這個奇點到底是如何存在的，存在于哪里？

對于這個問題，其實科學家們也沒有確切的答案，說白了就是“不知道”。但科學家們顯然比我們這樣的普通吃瓜群眾要知道得多。

首先，奇點并不是某個空間上點。

其次，宇宙大爆炸也不是從某個點開始的。

奇點，其實更多的是一個數學上的概念，代表的是數學對象沒有辦法處理的點，對于該點上的值，數學上是沒有明確定義的。通俗來講，奇點就相當于一個函數：f(x)=1/x，當點x等于0處，函數的值是無窮大，但是無窮大在數學概念上并不是特定的有定義的值，因此x=0就是上述函數的奇點。

所以，“宇宙是從一個無限小的點開始的”這種觀點其實是不嚴謹的，是對奇點概念的誤解。那么，宇宙大爆炸時的奇點到底該如何理解呢？

上世紀20年代，美國著名物理學家哈勃在觀察遙遠星系的運動時，然后發現了一個看似反常的現象：遙遠星系都在加速遠離地球，而且距離地球越遠的星系遠離地球的速度越快。利用廣義相對論理論，如果我們讓時間倒放，就可以得出這樣的結論：在有限的時間里，宇宙一定處于一個極度密集極度高溫的狀態，在此狀態下，包括廣義相對論在內的所有物理定律都徹底失效，而這種狀態就被稱為“奇點”。

能夠看出，“體積無限小，密度溫度無限高的奇點”這種描述其實是不嚴謹的，只不過為了更通俗讓大家理解奇點，很多科普會這樣說，其實我之前也這樣說過。

事實情況是，如果我們把時間回溯到138億年前，可觀測宇宙的確在一個體積非常小的點內，這個點甚至遠小于電子。但，可觀測宇宙并不能代表宇宙，它只是宇宙的一部分，宇宙真正的大小遠大于可觀測宇宙，只不過由于宇宙膨脹速度超過了光速，可觀測宇宙外面的光線信息永遠到達不了地球，因此，那部分宇宙對于我們來講，其實是沒有意義的，至少對于目前的我們來講是毫無意義的。

那么，真實的宇宙到底有多大？根據目前的科學理論和觀察結果，真實宇宙的大小很可能是無限的。

一個無限大的宇宙，不管如何收縮，都不可能在有限的時間里收縮成有限大小。但是無限大的宇宙仍舊可以繼續膨脹，只需要在其里面不斷膨脹就行了。

那么，奇點到底是怎么回事呢？我們先看看現有科學理論對奇點和宇宙大爆炸瞬間的研究吧。

宇宙大爆炸瞬間又可以細分為三個瞬間。

第一，電弱時代，在大爆炸發生之后大約10的負32次方秒，當時的可觀測宇宙只相當于一粒沙子，宇宙的溫度仍舊過高，希格斯場根本無法賦予基本粒子靜質量。這就意味著所有的基本粒子靜質量都為零，它們都必須以光速飛行。

不過，此時的弱相互作用與電磁力已經結合成了電弱力，所以這個階段又被稱為“電弱時代”。在此階段，人類已有的物理定律已經很完善了，科學家們甚至可以在大型粒子對撞機中創造出如此溫度，并用來驗證電弱力理論。

第二，大統一時代，在大爆炸發生之后大約10的負36次方秒，當時的溫度高達10的27次方度。在如此高溫下，強相互作用也會與電弱力結合在一起，三種力合并在一起，如今很多理論都是研究這三種力的合并，也被稱為“大統一理論”。

不過，目前科學家們并不能通過實驗來驗證大統一理論，因為即便是大型粒子對撞機也無法創造如此高度的溫度和能量，不能讓強相互作用與電弱力合并在一起，我們需要更強大的對撞機，起碼能達到現有對撞機提供能量的1000億倍，這對于人類來講是極大的挑戰，很可能意味著用對撞機這種方法驗證大統一理論是行不通的，最終會走進死胡同。

第三，普朗克時代，在大爆炸發生一個普朗克時間，也就是大約10的負43次方秒，當時的可觀測宇宙只有普朗克長度。廣義相對論預言，普朗克時代的四大基本作用力完全處于合并狀態，因此，在這樣一個尺度下，描述引力和時空的廣義相對論遇到了奇點。

我們需要用量子力學描述微觀世界，但是廣義相對論與量子力學是有沖突的，如何解決這種沖突？就需要更高的理論，量子引力理論，或者說是“萬有理論”，在所有的理論當中，超弦理論是很有競爭力的。

說了這么多，所謂的奇點，其實就是現有物理學的奇點，通俗理解就是：奇點是現有物理學的“當頭一棒”。而隨著新物理理論的不斷涌現，物理學上的奇點很可能會自動消失。

還有，大爆炸理論本質來講其實是假說，是根據宇宙膨脹等現象推測出來的宇宙過去的某種狀態，大爆炸理論本身其實并不能告訴我們大爆炸到底是如何發生的，為什么會發生，當然更不能告訴我們大爆炸之前到底是何種狀態。

要想回答上述問題，需要新的理論，新的假說，比如說量子場論。何為量子場論？

量子場論是量子力學狹義相對論和經典場論相結合的物理理論，已被廣泛的應用于粒子物理學和凝聚態物理學中。量子場論為描述多粒子系統，尤其是包含粒子產生和湮滅過程的系統，提供了有效的描述框架。

量子場論中，粒子就是場的量子激發，每一種粒子都有自己相應的場。

具體來講，宇宙并不存在絕對“無”的狀態，而是充滿了各種場的“混沌”狀態，這些場一開始都處于穩定的基態，而基態的場受到激發之后，就會衍生出對應的基本粒子。

比如說，電子場激發之后就會形成電子，中微子場激發之后就會形成中微子，希格斯場激發之后形成希格斯粒子。

按照量子力學不確定性，基態的場總是會受到激發，從而形成各種基本粒子，這個過程其實就是我們通常所講的“量子漲落”。

宇宙一開始就是處于各種場交織在一起的“混沌”狀態。而量子效應又表明，在足夠短的時間里，可以發生任何隨機事件，具體表現為量子的隨機漲落。通常情況下漲落出來的基本粒子都會瞬間湮滅消失。

我們不能用宏觀世界的經典物理思維衡量量子效應。剛才也說了，只要時間足夠短，就可以發生任何事件，這意味著在足夠長的時間里的某個瞬間，一定會隨機發生這樣的事件：衍生出來的基本粒子并不會湮滅消失，而這些基本粒子就是宇宙起源的源泉和動力。

對于量子世界，并不存在我們每天感受到的明確時間概念，可以通俗理解為：量子世界里的一瞬間就相當于我們宏觀世界的“永久”。宇宙一開始各種場交織的“混沌”狀態一定會衍生出我們的宇宙，當然不僅僅有我們的宇宙，還會有其他無限多個宇宙。

因為量子漲落是隨機的，可以漲落出我們的宇宙，當然也可以漲落出其他無限多個宇宙。

能夠看出，用上述量子場論來詮釋宇宙的起源和奇點問題，就不會遇到“宇宙奇點之外是什么”這樣的尷尬問題了，因為所謂的奇點或者宇宙本身就是通過量子漲落出現的。如果非要問奇點之外是什么，答案是：其他的奇點，其他的宇宙。

宇宙一開始各種場交織在一起的“混沌狀態”就像是一片汪洋大海，而場的激發就相當于大海從波瀾不驚變得波濤洶涌，濺起的水珠就相當于“微觀粒子”或者“奇點”。而水珠不可能只有一個，而會有無數個。

當然，你肯定還會這樣問：如果量子場論是正確的，那么宇宙一開始的各種場交織在一起的“混沌”狀態又是怎么來的？

送你三個字：不知道。不僅我這個普通科普作者不知道，任何人都不可能知道問題的答案。

不知道的根源就在于“局限性”，這種局限性包括人類的認知，時代的束縛，甚至人類某些固有觀念，人類生活的四維時空，這些其實都早就了我們認識上的局限性。

舉個最明顯的例子，在我們的固有觀念里，因和果是必然聯系在一起的，也就是所謂的“因果律”，但因果律真的存在嗎？或許因果律只在我們生活的四維宏觀世界成立，換一個環境就不成立了。

還有，在我們的固有觀念里，任何東西任何事情都必須有一個開端，這也是很多人質疑“宇宙一開始的混沌狀態到底是怎么來的”的主要原因。簡單表述就是，如果B是由A形成的，那么A是怎么來的？按照這種問題邏輯，可以一直追問下去，最終必然走進死胡同！

為什么會走進死胡同？我們并不知道，可能的原因之一是：我們一開始對世界的固有思維認知就錯了：為什么萬事萬物必須有一個開端呢？沒有哪條大自然法則表明萬物必須有一個開端。

其實從“證偽”和“不可證偽”的角度來講，“萬物都必須有一個開端”也不一定站得住腳，或者說是沒有太大現實意義的。

因為不可證偽的存在其實就等同于不存在，也可以理解為沒有現實意義。

卡爾薩根就有一個關于龍的著名比喻：

你：我家的車庫里有一條會噴火的龍！
我：真的嗎？那能讓我看一看嗎？

你：很遺憾，這條龍是隱形的，就算打開大門你也看不到，事實上，這條龍,只有我能看到。
我：那它不是能噴火嗎？可以測試一下你們車庫的溫度有沒有升高啊。

你：非常遺憾，我這條龍噴出來的火是冷的，它并不能提高車庫的溫度。但是，這條龍的確存在。
我：......那你能不能讓我往車庫里面噴漆，龍如果存在的話，身上一定會沾上一點油漆，從而就現身了。

你：很遺憾，這條龍的鱗甲并不能沾上油漆，所以，你就算那樣做，也肯定看不到，不過請相信我，它真的存在！
我： ......

看出來了嗎，上面對話中，我提出的每一個試圖推翻你說法的測試，都會被你用一個前提條件來規避掉，結果就是，我永遠沒有辦法推翻你的說法。也就是說，你的說法通過增加無限條件而變得不具有可證偽性。在科學上，這類命題是無意義的，這就是奧卡姆剃刀原理的體現：如無必要勿增實體！

我們同樣可以用這個原則來理解我們的宇宙，理解宇宙大爆炸和奇點之前之外的問題。正是因為我們的認知被限定在可觀測宇宙內，我們總結出來的物理定律也被限定在已有的宇宙，那么討論“宇宙之外”之類的問題其實就沒有現實意義了，因為這種問題無論如何都不可能通過觀測進行驗證。

當然，這只能說明我們不能通過“科學手段”去理解那些問題，但科學并不是萬能的，也不是認識宇宙的唯一方式，還有其他方式，比如說哲學和宗教或者神學，前者在邏輯上是自洽的，而后者更簡單，是主觀信仰。

當然，人類要做的是用科學的手段詮釋宇宙，畢竟如今人類文明取得的成就幾乎全部都是科學的力量。想用科學手段詮釋宇宙起源問題，就要求我們必須突破傳統思維的枷鎖，甚至是四維時空的束縛，才能站得更高，甚至能夠以“上帝視角”重新審視宇宙的起源。