宇宙誕生于 138 億年前，在奇點大爆炸之前，宇宙是什么樣子的？

138億年前，一個體積無限小、密度無限大的"奇點"突然膨脹，時間、空間、物質(zhì)在這一刻同時誕生。但如果追問一句：在這之前呢？宇宙是什么樣子？這個問題聽起來簡單，卻足以讓物理學(xué)家們集體沉默。

一個"不該問"的問題

在大多數(shù)物理學(xué)家看來，"大爆炸之前是什么"這個問題本身可能就是錯的。

原因在于，根據(jù)廣義相對論的描述，時間和空間是大爆炸的產(chǎn)物，而不是它的容器。奇點不是在某個"空曠的虛無"中爆炸的，而是時空本身從奇點開始展開。

換句話說，"之前"這個詞預(yù)設(shè)了時間的存在，但如果時間本身在那一刻才誕生，那"之前"就失去了意義。這就像問"北極點再往北是什么"，不是答案難找，而是問題本身不成立。

斯蒂芬·霍金曾用一個比喻來解釋這件事：假設(shè)時間是地球表面的緯度，那么大爆炸就像南極點。你可以從任何地方往南走，最終都會到達(dá)南極點，但你不能問"南極點更南邊是什么"，因為那個方向在那里終結(jié)了。

但這個答案顯然不能讓所有人滿意。物理學(xué)家們自己也清楚，廣義相對論在奇點處會失效，當(dāng)密度和溫度趨近無窮大時，方程會"炸掉"，給出無意義的結(jié)果。這說明我們的理論在那個極端條件下是不完整的。也許"之前"確實沒有意義，但也許只是我們還沒有找到正確的語言來描述它。

量子宇宙學(xué)的幾種猜想

當(dāng)經(jīng)典物理學(xué)在奇點面前束手無策時，量子物理學(xué)試圖接管這片領(lǐng)域。雖然我們還沒有一套完整的"量子引力理論"，但物理學(xué)家們已經(jīng)提出了幾種大膽的猜想。

第一種可能是"無邊界宇宙"。霍金和哈特爾在1983年提出了一個數(shù)學(xué)模型：如果把時間當(dāng)作一種特殊的空間維度來處理，那么宇宙的起點就不是一個"邊界"，而是像球面一樣光滑地閉合。

這個模型的核心含義是，宇宙不需要一個"起始時刻"，它本身是自洽的、完備的，不需要任何"之前"來解釋它的存在。這聽起來有點像禪宗公案，但它確實能給出一些可檢驗的預(yù)測，比如宇宙微波背景輻射的某些統(tǒng)計特性。

第二種可能是"宇宙反彈"。圈量子引力理論認(rèn)為，空間不是連續(xù)的，而是由極其微小的"量子單元"構(gòu)成的，每個單元的尺度大約在10的負(fù)35次方米，這被稱為普朗克長度。

在這種框架下，宇宙不可能被壓縮到無限小，當(dāng)密度達(dá)到普朗克密度（約每立方厘米10的94次方克）時，一種"量子斥力"會出現(xiàn)，阻止進(jìn)一步坍縮。這意味著大爆炸可能不是宇宙的"開端"，而是一次"反彈"。

在我們這個宇宙之前，可能存在另一個坍縮的宇宙，它收縮到極限后反彈膨脹，成為我們現(xiàn)在看到的這個。如果這是真的，宇宙就像一顆永恒跳動的心臟，一次次收縮、一次次膨脹，沒有起點也沒有終點。

第三種可能是"永恒暴漲"。宇宙暴漲理論最初是為了解釋大爆炸的一些"精細(xì)調(diào)節(jié)"問題而提出的，但它的某些版本暗示了一個更瘋狂的圖景：暴漲一旦開始就永遠(yuǎn)不會完全停止。

我們的宇宙只是暴漲場中的一個"氣泡"，是一小塊區(qū)域停止暴漲后形成的穩(wěn)定區(qū)域。在更大的尺度上，暴漲仍在繼續(xù)，不斷產(chǎn)生新的"氣泡宇宙"。在這種圖景下，"大爆炸之前"不是虛無，而是一片更大的、永恒沸騰的量子泡沫，我們的宇宙只是其中一個偶然冒出來的泡泡。

虛無的物理學(xué)

即使拋開這些猜想，還有一個更根本的問題：什么是"無"？

我們?nèi)粘＠斫獾?虛無"是沒有任何東西的狀態(tài)。但量子力學(xué)告訴我們，真空并不是真正的"空"。根據(jù)不確定性原理，即使在沒有任何粒子的空間中，能量也會在極短時間內(nèi)隨機(jī)漲落。虛擬粒子對會憑空產(chǎn)生又瞬間湮滅，這被稱為量子真空漲落。

這個效應(yīng)已經(jīng)被實驗證實：1948年預(yù)言的卡西米爾效應(yīng)，兩塊靠得很近的金屬板之間會產(chǎn)生一種微小的吸引力，就是真空漲落的直接證據(jù)。實驗測量值與理論預(yù)測符合得相當(dāng)好。

一些物理學(xué)家推測，宇宙本身可能就是從這種"量子真空"中漲落出來的。亞歷山大·維連金在1982年提出了一個模型，聲稱宇宙可以"從無到有"地隧穿出來，就像量子隧穿效應(yīng)允許粒子穿過經(jīng)典力學(xué)認(rèn)為不可逾越的勢壘一樣。

在這個框架下，"大爆炸之前"可能是一片不包含時間、空間和物質(zhì)的量子真空態(tài)，而我們的宇宙只是從這種"絕對的無"中通過概率跳躍誕生的。

但這又引出了新的問題：如果宇宙誕生于量子漲落，那量子力學(xué)的規(guī)則是從哪來的？為什么不確定性原理是這樣而不是那樣？為什么會有"無"可供漲落？這些問題已經(jīng)超出了物理學(xué)的邊界，滑入了哲學(xué)甚至超出科學(xué)的領(lǐng)域。

我們能知道答案嗎？

坦率地說，我們可能永遠(yuǎn)無法直接"觀測"大爆炸之前發(fā)生了什么。宇宙微波背景輻射是我們能看到的最古老的光，它來自大爆炸后約38萬年，那時宇宙才變得透明。在那之前的信息被"鎖"在了一片不透明的等離子體中。至于大爆炸那一刻本身，更是在任何可能的觀測之外。

但這并不意味著我們完全無能為力。如果"宇宙反彈"理論是對的，上一個宇宙的某些信息可能通過引力波或宇宙微波背景輻射中的細(xì)微特征傳遞過來。

2015年以來，LIGO和Virgo探測器已經(jīng)證明了我們可以捕捉到引力波，未來的探測器可能會找到來自宇宙最早期的痕跡。歐洲航天局的LISA計劃預(yù)計在2030年代發(fā)射，它將探測頻率更低的引力波，也許能讓我們更接近那個問題的答案。

但更有可能的是，這個問題最終會以我們意想不到的方式被"解決"。也許某個天才會發(fā)現(xiàn)，"大爆炸之前"這個問題的答案既不是"虛無"也不是"另一個宇宙"，而是某種我們目前的語言和數(shù)學(xué)都無法表達(dá)的東西。畢竟在一百年前，我們還無法想象時間可以彎曲、空間可以膨脹。

有些問題的價值，不在于它能不能被回答，而在于它迫使我們重新審視自己以為理解的東西。