時間究竟有沒有開端，大爆炸真的是時間的開始嗎？

時間有沒有開端

弦論認為，大爆炸並非宇宙的開始，而僅僅是前一個狀態演化的結果。

大爆炸真的是時間的開始嗎？抑或宇宙在那時早已存在？僅在十年之前，這樣的問題還被看成幾乎是種褻瀆。大多數宇宙學家堅持認為這種問題毫無意義——去考慮大爆炸之前的時間，就像去問比北極更靠北的地方怎麼走一樣。然而，理論物理的發展，尤其是弦論的興起，已經改變了他們的觀點。大爆炸之前的宇宙已經成為宇宙學的熱點前沿。

千年來，人類對終極起源問題的思考就像是一個搖擺不定的鐘擺，科學家願意考慮大爆炸前發生了什麼，則是這個鐘擺最近的一次擺動。以各種形式出現的這個問題，吸引著幾乎所有文化體系下的哲學家和神學家。這問題涉及到很多方面，對它有一句著名的表述，就是1897年保羅·高更（Paul Gauguin）的畫中所概括：我們從何處來？我們是什麼？我們向何處去？這件作品刻畫了誕生、生存和死亡的循環——即每個個體的起源、身份和終結，而這些個人問題也與宇宙的起源和演化直接關聯。我們可以追溯我們的血統，越過世世代代，越過我們的動物界祖先，直到生命的早期形態，直到在太初宇宙中合成的元素，直到更早的太空中無形的能量。我們的「家族樹」會永遠向前延伸下去嗎？還是它的根會有個終點？整個宇宙會像我們本身一樣，並不是永續的嗎？

古希臘人曾就時間的開始展開過激辯。站在「沒有起點」一方的亞裡士多德，援引了「無不能生有」的道理。如果宇宙無法從「無」變到「有」的話，它只能是一直存在的。由於這個原因和一些其他理由，時間必然向過去和未來無盡延伸。而基督教的神學家們卻持相反的觀點。

奧古斯丁爭辯說上帝存在於時空之外，並且能像創造我們這個世界的其他東西一樣將時空創造出來。當被問及「上帝在創造世界之前在做些什麼」的時候，奧古斯丁答道：「時間本身就是上帝的『創造』的一部分，因此沒有什麼『創造之前』，僅此而已！」

在愛因斯坦的廣義相對論的引導下，現代宇宙學家們得出了幾乎相同的結論。該理論認為，時空是柔軟的、富有延展性的實體。在最大的尺度上，太空天然就是動態的，隨著時間膨脹或收縮，太空中的物質就像浮木在浪中泛舟一樣隨之運動。天文學家在上世紀20年代已確定我們的宇宙正在膨脹：遙遠的星系正在彼此遠離。這樣的一個後果，正如物理學家

史蒂芬·霍金（Stephen Hawking）和羅傑·彭羅斯（Roger Penrose）在20世紀60年代所證明的那樣，就是時間無法一直往回追溯。當你把宇宙的歷史往回反演的時候，所有的星系都將聚集到一個被稱作「奇點」的無窮小的點——幾乎和它們都掉落到黑洞裡去一樣。在奇點處，所有星系或者說它們的前身都被擠壓至體積為零，而一些諸如密度、溫度以及時空曲率這樣的

參量卻變得無窮大。奇點是一個終極大災難，使得我們的宇宙世系無法再越過它向前延伸。

這個無法避免的奇點給宇宙學家帶來了嚴峻的挑戰。特別是，它與宇宙在大尺度上所展現的高度均勻性和各向同性格格不入。因為宇宙各個地方看起來都是大體相同的，所以一定存在某種聯繫方式能在距離遙遠的太空區域之間傳遞資訊，協調它們的性質。然而這種想法又與舊的宇宙學影像相互矛盾。

大爆炸之前

有關「開始」的兩種觀點

在我們的膨脹宇宙中，星系像散開的人群般相互遠離。任何兩個星系都在以正比於它們之間距離的速度相對退行：在相距5億光年的時候，退行速度要比相距2.5億光年時快一倍。因此，我們看到的所有星系必然在同一時間開始於同一位置——也就是大爆炸。即使宇宙經歷過加速或減速膨脹時期，這個結論依然成立。在如下的時空圖中，星系沿著蜿蜒的路徑進出可觀測區域（黃色邊界）。然而，當星系（或它們的前身）移動到可觀測宇宙外部的一剎那，它們的情況便不得而知了。

在基於愛因斯坦廣義相對論的標準大爆炸宇宙學中，任何兩個星系的距離在某段有限的時間之前都是零。在這個時刻之前，時間失去了意義。

在更為複雜的，包含了量子效應的宇宙學模型中，任一對星系在開始時一定已經有了一個固定的最小距離。這些模型為大爆炸前的宇宙提供了可能性。

奇怪的巧合

具體說來，讓我們考慮自宇宙釋放微波背景輻射以來的137億年間都發生了什麼。由於宇宙膨脹，星系間的距離增大了約1 000倍，而由於光速超過宇宙膨脹的速度，可觀測宇宙的半徑要增加得更多，大約10萬倍。我們可以看到宇宙中137億年前我們無法看到的那部分。而事實上，這也是來自最遙遠星系的光在宇宙歷史上第一次到達銀河系。

然而，銀河系和遙遠星系的性質卻基本上是差不多的。這就好像你在一次聚會上出現，卻發現你和幾十個好友穿著完全一樣的衣服。如果你們中只有兩人穿著同樣的衣服，可能還可以用巧合二字來解釋，但幾十個人撞衫就只能意味著聚會主持人預先為你們統一安排了服裝。而在宇宙學中，微波背景中彼此獨立但統計上等效的天區數目可不是幾十個，而是多達幾萬個。

一種可能的解釋就是，所有太空區域在一開始就恰好被賦予了同樣的性

質——換句話說，這種均勻性只是一種巧合。然而物理學家已經想出另外兩個更自然的方法，可以讓他們走出困境：早期宇宙比標準宇宙學所描繪的宇宙要更小，或是更老。任何一種情況（或兩者兼而有之）都可以使得太空區域之間的資訊傳遞變得可能。

第一種方法是時下最流行的選擇。它假定宇宙在其極早期經歷了一次被稱為「暴脹」的加速膨脹階段。在此之前，星系們或它們的前身之間的距離如此之近，以至於它們能夠輕易協調同步各自的屬性。不過隨後在暴脹期間它們將失去聯繫，這是因為此時宇宙的膨脹非常快，光也無法望其項背。而當暴脹結束以後，膨脹開始減速，星系們才逐漸又回到彼此的視野內。

物理學家們將這種暴髮式膨脹的原因歸結於大爆炸後10-35秒左右在一種新的量子場內儲存的勢能，該場被稱為「暴脹子」。與靜品質以及動能不同，勢能會導致物質互相排斥。普通物質的引力會導致膨脹減慢，與之相反，暴脹子會使膨脹加速。自1981年提出以來，暴脹已經精確地解釋了大量觀測結果。當然也存在一些理論上的問題，首當其衝的就是暴脹場到底是什麼，以及是什麼給予了它如此巨大的初始勢能。

第二種方法就不是那麼廣為人知了，它解決難題的手段是消除掉奇點。如果時間並非從大爆炸開始，如果宇宙在現如今的膨脹開始之前還有很長的一個時期，物質便有足夠的時間順利地自我調整。因此，研究者們重新檢查了導致他們推斷出有奇點存在的理由。

這些理由中的一個假設——即相對論永遠適用——就是有問題的。在這個假想的奇點附近，量子效應必然變得重要，甚至起主導作用。標準的相對論並沒有考慮這些效應，因此接受「奇點不可避免」的觀點就意味著毫無道理地迷信相對論。要想知道真正發生了什麼，物理學家需要將相對論納入量子引力理論中去。這個想法吸引了自愛因斯坦以來的眾多理論家們，但直到上世紀80年代中葉，仍幾乎沒有任何進展。

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