現(xiàn)代主流科學(xué)理論認(rèn)為，我們的宇宙起源于138億年前的大爆炸，一個(gè)體積無(wú)限小，密度和溫度無(wú)限高的奇點(diǎn)突然急劇膨脹，誕生了我們的宇宙，而且時(shí)間和空間都是在宇宙大爆炸之后產(chǎn)生的。
不過(guò)宇宙大爆炸和那個(gè)神秘的奇點(diǎn)，總是充滿了各種疑問(wèn)。奇點(diǎn)本身就夠詭異的了，畢竟我們很難想象一個(gè)體積無(wú)限小的點(diǎn)到底該如何存在，更大的問(wèn)題是：這個(gè)奇點(diǎn)到底是如何存在的，存在于哪里？
對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，其實(shí)科學(xué)家們也沒(méi)有確切的答案，說(shuō)白了就是“不知道”。但科學(xué)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(diǎn)并不是某個(gè)空間上的點(diǎn)。
其次，宇宙大爆炸也不是從某個(gè)點(diǎn)開(kāi)始的。
奇點(diǎn)，其實(shí)更多的是一個(gè)數(shù)學(xué)上的概念，代表的是數(shù)學(xué)對(duì)象沒(méi)有辦法處理的點(diǎn)，對(duì)于該點(diǎn)上的值，數(shù)學(xué)上是沒(méi)有明確定義的。通俗來(lái)講，奇點(diǎn)就相當(dāng)于一個(gè)函數(shù)：f(x)=1/x，當(dāng)點(diǎn)x等于0處，函數(shù)的值是無(wú)窮大，但是無(wú)窮大在數(shù)學(xué)概念上并不是特定的有定義的值，因此x=0就是上述函數(shù)的奇點(diǎn)。
所以，“宇宙是從一個(gè)無(wú)限小的點(diǎn)開(kāi)始的”這種觀點(diǎn)其實(shí)是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?/strong>，是對(duì)奇點(diǎn)概念的誤解。那么，宇宙大爆炸時(shí)的奇點(diǎn)到底該如何理解呢？
上世紀(jì)20年代，美國(guó)著名物理學(xué)家哈勃在觀察遙遠(yuǎn)星系的運(yùn)動(dòng)時(shí)，然后發(fā)現(xiàn)了一個(gè)看似反常的現(xiàn)象：遙遠(yuǎn)星系都在加速遠(yuǎn)離地球，而且距離地球越遠(yuǎn)的星系遠(yuǎn)離地球的速度越快。利用廣義相對(duì)論理論，如果我們讓時(shí)間倒放，就可以得出這樣的結(jié)論：在有限的時(shí)間里，宇宙一定處于一個(gè)極度密集極度高溫的狀態(tài)，在此狀態(tài)下，包括廣義相對(duì)論在內(nèi)的所有物理定律都徹底失效，而這種狀態(tài)就被稱為“奇點(diǎn)”。
能夠看出，“體積無(wú)限小，密度溫度無(wú)限高的奇點(diǎn)”這種描述其實(shí)是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?，只不過(guò)為了更通俗讓大家理解奇點(diǎn)，很多科普會(huì)這樣說(shuō)，其實(shí)我之前也這樣說(shuō)過(guò)。
事實(shí)情況是，如果我們把時(shí)間回溯到138億年前，可觀測(cè)宇宙的確在一個(gè)體積非常小的點(diǎn)內(nèi)，這個(gè)點(diǎn)甚至遠(yuǎn)小于電子。但，可觀測(cè)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(yuǎn)大于可觀測(cè)宇宙，只不過(guò)由于宇宙膨脹速度超過(guò)了光速，可觀測(cè)宇宙外面的光線信息永遠(yuǎn)到達(dá)不了地球，因此，那部分宇宙對(duì)于我們來(lái)講，其實(shí)是沒(méi)有意義的，至少對(duì)于目前的我們來(lái)講是毫無(wú)意義的。
那么，真實(shí)的宇宙到底有多大？根據(jù)目前的科學(xué)理論和觀察結(jié)果，真實(shí)宇宙的大小很可能是無(wú)限的。
一個(gè)無(wú)限大的宇宙，不管如何收縮，都不可能在有限的時(shí)間里收縮成有限大小。但是無(wú)限大的宇宙仍舊可以繼續(xù)膨脹，只需要在其里面不斷膨脹就行了。
那么，奇點(diǎn)到底是怎么回事呢？我們先看看現(xiàn)有科學(xué)理論對(duì)奇點(diǎn)和宇宙大爆炸瞬間的研究吧。
宇宙大爆炸瞬間又可以細(xì)分為三個(gè)瞬間。
第一，電弱時(shí)代，在大爆炸發(fā)生之后大約10的負(fù)32次方秒，當(dāng)時(shí)的可觀測(cè)宇宙只相當(dāng)于一粒沙子，宇宙的溫度仍舊過(guò)高，希格斯場(chǎng)根本無(wú)法賦予基本粒子靜質(zhì)量。這就意味著所有的基本粒子
不過(guò)，此時(shí)的弱相互作用與電磁力已經(jīng)結(jié)合成了電弱力，所以這個(gè)階段又被稱為“電弱時(shí)代”。在此階段，人類(lèi)已有的物理定律已經(jīng)很完善了，科學(xué)家們甚至可以在大型粒子對(duì)撞機(jī)中創(chuàng)造出如此溫度，并用來(lái)驗(yàn)證電弱力理論。
第二，大統(tǒng)一時(shí)代，在大爆炸發(fā)生之后大約10的負(fù)36次方秒，當(dāng)時(shí)的溫度高達(dá)10的27次方度。在如此高溫下，強(qiáng)相互作用也會(huì)與電弱力結(jié)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(tǒng)一理論”。
不過(guò)，目前科學(xué)家們并不能通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證大統(tǒng)一理論，因?yàn)榧幢闶谴笮土Ｗ訉?duì)撞機(jī)也無(wú)法創(chuàng)造如此高度的溫度和能量，不能讓強(qiáng)相互作用與電弱力合并在一起，我們需要更強(qiáng)大的對(duì)撞機(jī)，起碼能達(dá)到現(xiàn)有對(duì)撞機(jī)提供能量的1000億倍，這對(duì)于人類(lèi)來(lái)講是極大的挑戰(zhàn)，很可能意味著用對(duì)撞機(jī)這種方法驗(yàn)證大統(tǒng)一理論是行不通的，最終會(huì)走進(jìn)死胡同。
第三，普朗克時(shí)代，在大爆炸發(fā)生一個(gè)普朗克時(shí)間，也就是大約10的負(fù)43次方秒，當(dāng)時(shí)的可觀測(cè)宇宙只有普朗克長(zhǎng)度。廣義相對(duì)論預(yù)言，普朗克時(shí)代的四大基本作用力完全處于合并狀態(tài)，因此，在這樣一個(gè)尺度下，描述引力和時(shí)空的廣義相對(duì)論遇到了奇點(diǎn)。
我們需要用量子力學(xué)描述微觀世界，但是廣義相對(duì)論與量子力學(xué)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(shuō)是“萬(wàn)有理論”，在所有的理論當(dāng)中，超弦理論是很有競(jìng)爭(zhēng)力的。
說(shuō)了這么多，所謂的奇點(diǎn)，其實(shí)就是現(xiàn)有物理學(xué)的奇點(diǎn)，通俗理解就是：奇點(diǎn)是現(xiàn)有物理學(xué)的“當(dāng)頭一棒”。而隨著新物理理論的不斷涌現(xiàn)，物理學(xué)上的奇點(diǎn)很可能會(huì)自動(dòng)消失。
還有，大爆炸理論本質(zhì)來(lái)講其實(shí)是假說(shuō)，是根據(jù)宇宙膨脹等現(xiàn)象推測(cè)出來(lái)的宇宙過(guò)去的某種狀態(tài)，大爆炸理論本身其實(shí)并不能告訴我們大爆炸到底是如何發(fā)生的，為什么會(huì)發(fā)生，當(dāng)然更不能告訴我們大爆炸之前到底是何種狀態(tài)。
要想回答上述問(wèn)題，需要新的理論，新的假說(shuō)，比如說(shuō)量子場(chǎng)論。何為量子場(chǎng)論？
量子場(chǎng)論是量子力學(xué)狹義相對(duì)論和經(jīng)典場(chǎng)論相結(jié)合的物理理論，已被廣泛的應(yīng)用于粒子物理學(xué)和凝聚態(tài)物理學(xué)中。量子場(chǎng)論為描述多粒子系統(tǒng)，尤其是包含粒子產(chǎn)生和湮滅過(guò)程的系統(tǒng)，提供了有效的描述框架。
量子場(chǎng)論中，粒子就是場(chǎng)的量子激發(fā)，每一種粒子都有自己相應(yīng)的場(chǎng)。
具體來(lái)講，宇宙并不存在絕對(duì)“無(wú)”的狀態(tài)，而是充滿了各種場(chǎng)的“混沌”狀態(tài)，這些場(chǎng)一開(kāi)始都處于穩(wěn)定的基態(tài)，而基態(tài)的場(chǎng)受到激發(fā)之后，就會(huì)衍生出對(duì)應(yīng)的基本粒子。
比如說(shuō)，電子場(chǎng)激發(fā)之后就會(huì)形成電子，中微子場(chǎng)激發(fā)之后就會(huì)形成中微子，希格斯場(chǎng)激發(fā)之后形成希格斯粒子。
按照量子力學(xué)不確定性，基態(tài)的場(chǎng)總是會(huì)受到激發(fā)，從而形成各種基本粒子，這個(gè)過(guò)程其實(shí)就是我們通常所講的“量子漲落”。
宇宙一開(kāi)始就是處于各種場(chǎng)交織在一起的“混沌”狀態(tài)。而量子效應(yīng)又表明，在足夠短的時(shí)間里，可以發(fā)生任何隨機(jī)事件，具體表現(xiàn)為量子的隨機(jī)漲落。通常情況下漲落出來(lái)的基本粒子都會(huì)瞬間湮滅消失。
我們不能用宏觀世界的經(jīng)典物理思維衡量量子效應(yīng)。剛才也說(shuō)了，只要時(shí)間足夠短，就可以發(fā)生任何事件，這意味著在足夠長(zhǎng)的時(shí)間里的某個(gè)瞬間，一定會(huì)隨機(jī)發(fā)生這樣的事件：衍生出來(lái)的基本粒子并不會(huì)湮滅消失，而這些基本粒子就是宇宙起源的源泉和動(dòng)力。
對(duì)于量子世界，并不存在我們每天感受到的明確時(shí)間概念，可以通俗理解為：量子世界里的一瞬間就相當(dāng)于我們宏觀世界的“永久”。宇宙一開(kāi)始各種場(chǎng)交織的“混沌”狀態(tài)一定會(huì)衍生出我們的宇宙，當(dāng)然不僅僅有我們的宇宙，還會(huì)有其他無(wú)限多個(gè)宇宙。
因?yàn)榱孔訚q落是隨機(jī)的，可以漲落出我們的宇宙，當(dāng)然也可以漲落出其他無(wú)限多個(gè)宇宙。
能夠看出，用上述量子場(chǎng)論來(lái)詮釋宇宙的起源和奇點(diǎn)問(wèn)題，就不會(huì)遇到“宇宙奇點(diǎn)之外是什么”這樣的尷尬問(wèn)題了，因?yàn)樗^的奇點(diǎn)或者宇宙本身就是通過(guò)量子漲落出現(xiàn)的。如果非要問(wèn)奇點(diǎn)之外是什么，答案是：其他的奇點(diǎn)，其他的宇宙。
宇宙一開(kāi)始各種場(chǎng)交織在一起的“混沌狀態(tài)”就像是一片汪洋大海，而場(chǎng)的激發(fā)就相當(dāng)于大海從波瀾不驚變得波濤洶涌，濺起的水珠就相當(dāng)于“微觀粒子”或者“奇點(diǎn)”。而水珠不可能只有一個(gè)，而會(huì)有無(wú)數(shù)個(gè)。
當(dāng)然，你肯定還會(huì)這樣問(wèn)：如果量子場(chǎng)論是正確的，那么宇宙一開(kāi)始的各種場(chǎng)交織在一起的“混沌”狀態(tài)又是怎么來(lái)的？
送你三個(gè)字：不知道。不僅我這個(gè)普通科普作者不知道，任何人都不可能知道問(wèn)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(lèi)的認(rèn)知，時(shí)代的束縛，甚至人類(lèi)某些固有觀念，人類(lèi)生活的四維時(shí)空，這些其實(shí)都造就了我們認(rèn)識(shí)上的局限性。
舉個(gè)最明顯的例子，在我們的固有觀念里，因和果是必然聯(lián)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(gè)環(huán)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(gè)開(kāi)端，這也是很多人質(zhì)疑“宇宙一開(kāi)始的混沌狀態(tài)到底是怎么來(lái)的”的主要原因。簡(jiǎn)單表述就是，如果B是由A形成的，那么A是怎么來(lái)的？按照這種問(wèn)題邏輯，可以一直追問(wèn)下去，最終必然走進(jìn)死胡同！
為什么會(huì)走進(jìn)死胡同？我們并不知道，可能的原因之一是：我們一開(kāi)始對(duì)世界的固有思維認(rèn)知就錯(cuò)了：為什么萬(wàn)事萬(wàn)物必須有一個(gè)開(kāi)端呢？沒(méi)有哪條大自然法則表明萬(wàn)物必須有一個(gè)開(kāi)端。
其實(shí)從“證偽”和“不可證偽”的角度來(lái)講，“萬(wàn)物都必須有一個(gè)開(kāi)端”也不一定站得住腳，或者說(shuō)是沒(méi)有太大現(xiàn)實(shí)意義的。
因?yàn)椴豢勺C偽的存在其實(shí)就等同于不存在，也可以理解為沒(méi)有現(xiàn)實(shí)意義。
卡爾薩根就有一個(gè)關(guān)于龍的著名比喻：
你：我家的車(chē)庫(kù)里有一條會(huì)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(kāi)大門(mén)你也看不到，事實(shí)上，這條龍,只有我能看到。
我：那它不是能?chē)娀饐?？可以測(cè)試一下你們車(chē)庫(kù)的溫度有沒(méi)有升高啊。
你：非常遺憾，我這條龍噴出來(lái)的火是冷的，它并不能提高車(chē)庫(kù)的溫度。但是，這條龍的確存在。
我：......那你能不能讓我往車(chē)庫(kù)里面噴漆，龍如果存在的話，身上一定會(huì)沾上一點(diǎn)油漆，從而就現(xiàn)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(guò)請(qǐng)相信我，它真的存在！
我：......
看出來(lái)了嗎，上面對(duì)話中，我提出的每一個(gè)試圖推翻你說(shuō)法的測(cè)試，都會(huì)被你用一個(gè)前提條件來(lái)規(guī)避掉，結(jié)果就是，我永遠(yuǎn)沒(méi)有辦法推翻你的說(shuō)法。也就是說(shuō)，你的說(shuō)法通過(guò)增加無(wú)限條件而變得不具有可證偽性。在科學(xué)上，這類(lèi)命題是無(wú)意義的，這就是奧卡姆剃刀原理的體現(xiàn)：如無(wú)必要勿增實(shí)體！
我們同樣可以用這個(gè)原則來(lái)理解我們的宇宙，理解宇宙大爆炸和奇點(diǎn)之前之外的問(wèn)題。正是因?yàn)槲覀兊恼J(rèn)知被限定在可觀測(cè)宇宙內(nèi)，我們總結(jié)出來(lái)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(lèi)的問(wèn)題其實(shí)就沒(méi)有現(xiàn)實(shí)意義了，因?yàn)檫@種問(wèn)題無(wú)論如何都不可能通過(guò)觀測(cè)進(jìn)行驗(yàn)證。
當(dāng)然，這只能說(shuō)明我們不能通過(guò)“科學(xué)手段”去理解那些問(wèn)題，但科學(xué)并不是萬(wàn)能的，也不是認(rèn)識(shí)宇宙的唯一方式，還有其他方式，比如說(shuō)哲學(xué)和宗教或者神學(xué)，前者在邏輯上是自洽的，而后者更簡(jiǎn)單，是主觀信仰。
當(dāng)然，人類(lèi)要做的是用科學(xué)的手段詮釋宇宙，畢竟如今人類(lèi)文明取得的成就幾乎全部都是科學(xué)的力量。想用科學(xué)手段詮釋宇宙起源問(wèn)題，就要求我們必須突破傳統(tǒng)思維的枷鎖，甚至是四維時(shí)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。
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