我們是否想過，在宇宙的誕生之時(shí)，時(shí)間是否已經(jīng)存在了？

   在科技發(fā)達(dá)的今天，當(dāng)我們著眼于研究宇宙時(shí)，基于科學(xué)理論，我們可以非常確定宇宙不是自古以來就一成不變的，而是在超過十億年的宇宙歷史中逐步發(fā)展成如今的構(gòu)形。通過對(duì)遠(yuǎn)近范圍內(nèi)宇宙的觀察研究，我們可以推斷出早期的宇宙是什么樣的以及它是如何演變成如今的面貌的。

當(dāng)我們思考宇宙的起源時(shí)，會(huì)問一個(gè)最基本的問題：“這一切從何而來？”半個(gè)世紀(jì)前，科學(xué)家們第一次得出大爆炸的粗略推斷，這導(dǎo)致人們?nèi)缃駥?duì)宇宙的印象是它起源于138億年前的一個(gè)熱致密狀態(tài)。但是在我們探索時(shí)間起點(diǎn)的過程中，我們已經(jīng)知道時(shí)間并不是始于宇宙大爆炸。實(shí)際上，時(shí)間可能根本就沒有起點(diǎn)。

在大爆炸之后，宇宙分布幾乎完全均勻，充滿了物質(zhì)、能量和輻射，并處于快速膨脹的狀態(tài)。隨著時(shí)間的流逝，宇宙中不僅產(chǎn)生了元素、原子、團(tuán)簇和星系團(tuán)，形成了眾多恒星以及星系，并在后來持續(xù)著膨脹的狀態(tài)以及寒冷的溫度。沒有其他的事物能與之相比，但宇宙并沒有告訴我們它所有的歷史，包括（尤其是）宇宙誕生初期。（NASA戈達(dá)德太空飛行中心）

   我們思考世間萬物的時(shí)候，通常會(huì)帶上人類的思考邏輯。如果我們想要知道大爆炸的起源，我們就會(huì)盡我們所能用專業(yè)的術(shù)語去描述它，然后推理是什么導(dǎo)致了大爆炸并構(gòu)建了宇宙。我們不斷地尋求證據(jù)以幫助我們了解宇宙大爆炸的起源。畢竟這也是萬物的起源：大爆炸給了萬物一個(gè)開端。

   但宇宙有起點(diǎn)這個(gè)假設(shè)可能是不正確的。在很長(zhǎng)的一段時(shí)間里，我們都不知道這個(gè)假設(shè)是否正確。宇宙是否有起源，或者在此之前什么都不存在？又或者宇宙是永存不滅的？就像一條向兩端無限延長(zhǎng)的線？再或者，也有可能我們的宇宙是不斷循環(huán)的，像一個(gè)圓的圓周無限地循環(huán)往復(fù)。

時(shí)間在宇宙中運(yùn)轉(zhuǎn)方式主要有三種可能，即時(shí)間在過去和將來都長(zhǎng)存于宇宙中，如果我們倒推就會(huì)發(fā)現(xiàn)時(shí)間只存在于一段有限的時(shí)期內(nèi)，以及時(shí)間是有周期性的，將會(huì)不斷重復(fù)，沒有起點(diǎn)和終點(diǎn)。宇宙大爆炸似乎為我們提供了一個(gè)關(guān)于時(shí)間的答案，但后來被取代了，這使時(shí)間的起源又陷入了不確定之中。（伊桑·西格爾）

   曾在一段時(shí)間里，有許多相互矛盾的理論都與我們觀測(cè)所得到的結(jié)果相符。

1.一個(gè)不斷膨脹的宇宙可能是來源于一個(gè)奇點(diǎn)—太空中的一種現(xiàn)象—所有的空間和時(shí)間都從奇點(diǎn)中出現(xiàn)。

2.宇宙如今持續(xù)膨脹是因?yàn)樗粩嗍湛s，并將會(huì)再次收縮，呈現(xiàn)出來回?cái)[動(dòng)的樣子（宇宙振蕩）

3.最終，膨脹的宇宙可能會(huì)保持一個(gè)永恒不變的狀態(tài)，也就是宇宙在過去、現(xiàn)在以及未來都會(huì)持續(xù)膨脹，宇宙中會(huì)連續(xù)不斷地產(chǎn)生新的物質(zhì)，以保持密度恒定不變。

   這三個(gè)例子代表了三種主流觀點(diǎn)：宇宙起源于起點(diǎn)，宇宙本質(zhì)上是循環(huán)往復(fù)的，或者是宇宙是永存不滅的。然而，在二十世紀(jì)六十年代，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)一種低能級(jí)微波輻射布滿了整個(gè)天空，改變了以前的推測(cè)。

根據(jù)彭齊亞斯和威爾遜的最初觀測(cè)，銀道面發(fā)出了一些天體物理輻射源（輻射中心），但在銀道面上下，則是近乎完美、均勻的輻射背景。經(jīng)測(cè)量，這種輻射的溫度和光譜與對(duì)大爆炸的預(yù)測(cè)驚人地一致。（NASA/威爾金森微波各向異性探測(cè)器（WMAP）科研團(tuán)隊(duì)）

   這種輻射在各個(gè)方向以及任何地方都是同等量級(jí)的。它的溫度只比絕對(duì)零度高幾度，這與宇宙早期的熱致密狀態(tài)并在后來隨著膨脹而逐漸冷卻是一致的。

   科技的發(fā)展以及高新技術(shù)的出現(xiàn)帶來了更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，我們知道了這種輻射有一個(gè)特殊的光譜：近乎完美的黑體。黑體是一個(gè)可以完全吸收外來輻射并釋放特定熱輻射的吸收體。如果宇宙在膨脹和冷卻的過程中沒有改變它的熵（即在絕熱條件下），從黑體光譜開始的物體即使冷卻下來也仍然是黑體。這種輻射與宇宙大爆炸時(shí)期留下來的光波一致，卻與老化光和經(jīng)過反射的星光并不一致。

我們推測(cè)宇宙大爆炸中有殘留的輻射光波從各個(gè)方向散入整個(gè)宇宙中。這種輻射溫度稍高于絕對(duì)零度，在各處的量級(jí)都是相同的，并且符合完美的黑體光譜。這些預(yù)測(cè)得到了驚人的證實(shí)，從可行性上消除了恒穩(wěn)態(tài)學(xué)說等其他替代理論。（NASA/戈達(dá)德宇宙飛行中心/宇宙背景探測(cè)器（主要）；普林斯頓集團(tuán)，1966（插頁））

   根據(jù)宇宙大爆炸論，宇宙曾溫度更高、密度更大更均勻，體積也更小。我們?nèi)缃袼吹降挠钪娴囊恍┨匦允且驗(yàn)樗诤荛L(zhǎng)的一段時(shí)間里不斷地膨脹、冷卻，并經(jīng)受了引力的影響。由于輻射的波長(zhǎng)也隨著宇宙的膨脹而拉伸了，體積較小的宇宙中的輻射波長(zhǎng)較短，意味著其中所含的能量更多、溫度更高。

   數(shù)十億年前，宇宙中溫度曾十分之高以至于即使是中性原子不爆炸就無法形成。甚至是在那之前，殘留至今的微波輻射能量十分充足，以至于在有充沛的能量的宇宙中也能在各物質(zhì)中占主導(dǎo)地位。甚至在更早的時(shí)候，原子核迅速爆炸裂開，時(shí)間再往前，甚至無法產(chǎn)生穩(wěn)定的質(zhì)子和中子。

不斷膨脹的宇宙可探測(cè)到的歷史中也包括人們所知的大爆炸時(shí)期的熱致密狀態(tài)，以及隨后的構(gòu)架的形成和增長(zhǎng)。全套數(shù)據(jù)，包括對(duì)輕元素和宇宙微波背景的觀測(cè)，都表明大爆炸是我們所看到的一切的起點(diǎn)。隨著宇宙的膨脹，其中的溫度也逐漸冷卻下來，產(chǎn)生了離子、中性原子、甚至是分子、氣體云、恒星，最終形成了星系。（NASA / CXC / M. WEISS）

   如果我們一直往回推測(cè)，直至達(dá)到有反復(fù)無常的高溫、極小距離和高密度的狀態(tài)，你憑直覺就可以知道這幾乎就是真實(shí)的宇宙開端了。如果你將時(shí)間盡可能地后推，組成我們今日所看到的宇宙的所有空間就會(huì)被壓縮成一個(gè)奇點(diǎn)

   如今，如果你身處在這些極端的條件之下，將今天的宇宙中的所有的物質(zhì)和能量都?jí)嚎s至一個(gè)足夠小的空間里，物理定律就會(huì)被打破。你可以試著計(jì)算它的各種屬性，但只能得到一些荒謬的答案。我們是這么描述奇點(diǎn)的：一個(gè)其中時(shí)間和空間都沒有任何意義的“點(diǎn)”。如果你一開始便進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算，就會(huì)得出奇點(diǎn)是必定存在的，無論是何種物質(zhì)主導(dǎo)著宇宙能量。

縱坐標(biāo)軸上的宇宙規(guī)模是橫坐標(biāo)軸上的時(shí)間的函數(shù)。無論宇宙是由物質(zhì)（紅色）、還是輻射（藍(lán)色）或者是由空間中固有的能量（黃色）組成的，隨著時(shí)間后推，宇宙的規(guī)模會(huì)逐漸減小直至零。（伊?！の鞲駹枺?/em>

   我們推測(cè)主導(dǎo)著宇宙萬有引力—愛因斯坦的廣義相對(duì)論—在奇點(diǎn)中卻毫無作用。相對(duì)論是一門描述空間與時(shí)間的著論。但在奇點(diǎn)中，空間維度和時(shí)間維度不復(fù)存在。那么問“在時(shí)間開始之前發(fā)生了什么”這樣的問題，就和在空間不存在時(shí)問“我在哪里”這樣的問題一樣毫無意義。

   實(shí)際上，包括保羅·戴維斯(Paul Davies)在內(nèi)的許多人都提出了這一觀點(diǎn)，他們聲稱大爆炸才是起點(diǎn)。當(dāng)然，如果你堅(jiān)持大爆炸是時(shí)間的起點(diǎn)，這就是無謂的重復(fù)了。但有趣的是，我們已經(jīng)知道了大爆炸不是時(shí)間的起點(diǎn)。自從我們對(duì)宇宙進(jìn)行了現(xiàn)代化的、詳細(xì)的測(cè)量之后，我們就知道這種對(duì)奇點(diǎn)的推測(cè)一定是錯(cuò)誤的。

宇宙微波背景是大爆炸的余輝，卻并不均勻，其中有一些微小的缺陷，溫度也在幾百μK（開爾文）之間波動(dòng)。這在引力的增長(zhǎng)之后起很大的作用，并且，早期的宇宙以及如今規(guī)模龐大的宇宙都只有小于0.01%的部分是不均勻的。普朗克曾探測(cè)并計(jì)算出了更精確的波動(dòng)范圍，甚至揭示了宇宙中微子對(duì)其的影響。這些波動(dòng)的性質(zhì)有力地證明了可觀測(cè)范圍內(nèi)的宇宙的膨脹。（歐洲航天局以及普朗克合作）

   尤其是，我們觀察到了的來自早期熱致密狀態(tài)的現(xiàn)存殘余輻射，其中的波動(dòng)的模式和量級(jí)給我們提供了大量與宇宙的重要性質(zhì)有關(guān)的信息。我們從中了解到暗物質(zhì)和常態(tài)物質(zhì)（質(zhì)子、中子和電子）中存在多少物質(zhì)。這些數(shù)據(jù)幫助我們測(cè)量了宇宙的空間曲率、暗物質(zhì)的存在以及中微子的作用。

   但這些數(shù)據(jù)同時(shí)告訴了我們一些非常重要但經(jīng)常被忽略的事情：宇宙誕生初期是否存在最高溫度。根據(jù)來自WMAP（威爾金森微波各向異性探測(cè)器）和普朗克的數(shù)據(jù)，宇宙中的溫度沒有高于1029開爾文度過。這個(gè)數(shù)字是龐大的，但把它等同于奇點(diǎn)所需的溫度還小1000多倍。

在理論上，我們對(duì)整個(gè)的宇宙歷史已經(jīng)非常了解了，但這只是定性分析。我們通過觀察確定了宇宙曾經(jīng)存在過的各種狀態(tài)，如第一批恒星和星系的形成時(shí)間，以及宇宙是如何隨著時(shí)間的推移而膨脹，借此我們逐漸真正地了解了我們的宇宙。宇宙中留下的一些遺跡來自大爆炸之前的膨脹狀態(tài)，這為我們考查宇宙歷史提供了一種獨(dú)特的辦法。（NICOLE RAGER FULLER/美國國家科學(xué)基金會(huì)）

   來自宇宙早期的獨(dú)特性質(zhì)留下的痕跡為我們研究曾經(jīng)的物理反應(yīng)過程打開了一扇窗。它們不僅告知我們無法將宇宙大爆炸直接反推得到奇點(diǎn)，并且顯示了宇宙在大爆炸之前的存在狀態(tài)：一段宇宙暴漲的時(shí)期。

   在暴漲過程中，宇宙內(nèi)部存在著巨大的能量，導(dǎo)致了宇宙的快速膨脹，其膨脹速度呈指數(shù)增長(zhǎng)。這段暴漲時(shí)期發(fā)生在大爆炸之前，為宇宙最初的發(fā)展提供了條件，并留下了一系列獨(dú)特的特征供人們探索，而在探查之前，已經(jīng)有理論預(yù)測(cè)了這些特征的存在。從各項(xiàng)數(shù)據(jù)來看，這段暴漲時(shí)期是一個(gè)巨大的成功。

暴漲時(shí)期里產(chǎn)生的量子漲落拉伸到了整個(gè)宇宙中，而當(dāng)暴漲停止時(shí)，它們就變成了密度波動(dòng)。而這跨越了時(shí)間的長(zhǎng)流，導(dǎo)致了宇宙如今規(guī)模宏大的結(jié)構(gòu)，以及宇宙微波背景中的溫度波動(dòng)。這些預(yù)測(cè)有力地證明了微調(diào)機(jī)制的有效性，并證實(shí)了這段暴漲時(shí)期是宇宙大爆炸的起源這一新的主要理論。(E. SIEGEL, WITH IMAGES DERIVED FROM ESA/PLANCK AND THE DOE/NASA/ NSF INTERAGENCY TASK FORCE ON CMB RESEARCH)

   但是這卻背離了我們對(duì)宇宙的開端的設(shè)想。我在前文中展示了一張隨時(shí)間而發(fā)展的宇宙規(guī)模圖。那張圖表顯示了如果宇宙在早期是由物質(zhì)（紅色）、輻射（藍(lán)色）或者空間本身（如暴漲期，黃色）主導(dǎo)的話，其膨脹方式會(huì)有什么不同。但是我并沒有向你展示這個(gè)圖表的所有內(nèi)容。

   你看，我省略了原圖表中的一些內(nèi)容，刪減了其中正向且有限的時(shí)間軸。換句話說，我在時(shí)間軸達(dá)到零之前截?cái)嗔怂?。如果我們繼續(xù)反推，物質(zhì)和輻射曲線的確會(huì)在t=0這一特定的時(shí)間點(diǎn)上成為奇點(diǎn)。這就是我們最初提出宇宙大爆炸這一設(shè)想的依據(jù)。但是在暴漲的宇宙中，其規(guī)模只能漸近零，但永遠(yuǎn)無法達(dá)到零。不管是在t=0的特定時(shí)刻，還是任何早期的時(shí)刻，無論反推多久。

藍(lán)色和紅色的線代表傳統(tǒng)的大爆炸設(shè)想，這種情況下，t=0是一切事物的起點(diǎn)，包括空間本身。但是在宇宙暴漲的設(shè)想（黃色）中，我們無法推得奇點(diǎn)—存在于其中的空間會(huì)進(jìn)入一個(gè)奇異的狀態(tài)；相反，如果將時(shí)間無限地后推，我們只會(huì)得到宇宙的規(guī)模曾是任意小的答案。哈特爾—霍金無邊界條件與Borde-Guth-Vilenkin理論對(duì)這個(gè)狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間表示了懷疑，但這兩個(gè)理論并不一定正確。（伊?！の鞲駹枺?/em>

就像科學(xué)界的其他偉大發(fā)現(xiàn)一樣，這一理論引起科學(xué)家們提出了大量有趣的新問題，包括：

1.這段暴漲的狀態(tài)是持續(xù)不變的嗎？我們并不知道宇宙是否各處都以相同的速度暴漲，或者是否它持續(xù)暴漲了很長(zhǎng)的一段時(shí)間。宇宙的暴漲速度是否每時(shí)每刻都在快速變動(dòng)，是否不同的地方的膨脹速度也都不同，它可能也具有我們?nèi)缃裼^察到的性質(zhì)。

2.隨著時(shí)間的向后推移，暴漲是否永遠(yuǎn)存在？暴漲顯然有可能成為一種永恒的狀態(tài)；我們認(rèn)為在某些區(qū)域，它不會(huì)以大爆炸結(jié)束，而是會(huì)永遠(yuǎn)持續(xù)到未來。但它是否可能在過去也是永恒存在的？我們必須考慮到?jīng)]有任何事物會(huì)阻止它膨脹這一可能性。

3.暴漲與同樣是以指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)的暗能量有關(guān)聯(lián)嗎？雖然兩者在規(guī)模和量級(jí)上是不同的，但早期的宇宙暴漲期以及后來的暗物質(zhì)都使宇宙指數(shù)級(jí)膨脹。這兩個(gè)階段是否有相關(guān)之處，以及未來的膨脹是否會(huì)加強(qiáng)并使宇宙重新煥發(fā)活力，就像某種宇宙循環(huán)？

暗能量則會(huì)使未來進(jìn)化成不同的樣子。保持不變或者增加強(qiáng)度（成為大撕裂）可能會(huì)使宇宙恢復(fù)活力，反之，若使宇宙收縮則會(huì)導(dǎo)致大崩墜。在這兩種設(shè)想的情景之一中，時(shí)間可能是循環(huán)的，但如果這兩者均不正確，那么曾經(jīng)的時(shí)間要么是有限的，要么是無限的(NASA/CXC/M.WEISS)

   根據(jù)我們目前的觀測(cè)，我們無法得知以上所有問題的答案。在我們的觀測(cè)范圍內(nèi)的宇宙中只有來自暴漲時(shí)期最后10–30秒左右的信息。在這之前所發(fā)生的一切—包括任何能告訴我們暴漲是如何開始的，或者它的持續(xù)時(shí)間的事情—我們所能觀察到的都會(huì)被暴漲自身的本質(zhì)抹掉。

   理論上，我們的處境也好不到哪里去。Borde-Guth-Vilenkin理論告訴我們，如果將時(shí)間向后推的夠久，就會(huì)發(fā)現(xiàn)宇宙中所有的點(diǎn)都會(huì)融合在一起，而暴漲無法描繪出一個(gè)完整的時(shí)空。但這并非一定意味著暴漲的狀態(tài)不會(huì)永遠(yuǎn)持續(xù)；這僅能表示我們目前的物理規(guī)則無法準(zhǔn)確地描述早期階段的宇宙。

關(guān)于時(shí)間在宇宙中的運(yùn)轉(zhuǎn)方式的三大可能性包括時(shí)間在過去和未來都一直存在；如果我們往回推測(cè)，會(huì)發(fā)現(xiàn)時(shí)間只存在于一段有限的時(shí)期里；或者時(shí)間是不斷重復(fù)著循環(huán)的，沒有起點(diǎn)，也沒有終點(diǎn)。我們現(xiàn)今無法從宇宙中獲得足夠的信息來從這些可能性中找到正確的那一個(gè)答案。（伊?！の鞲駹枺?/em>

   即使我們能一直往回追溯到大爆炸最初時(shí)期的宇宙歷史，也無法得知時(shí)間是如何（或者是否）開始的。再往前追溯，直至宇宙暴漲的末期，我們能夠知道宇宙大爆炸是從何而來以及是如何開始的，但我們觀測(cè)不到任何與發(fā)生在這之前的事情相關(guān)的信息。宇宙暴漲的最后一瞬間是我們知識(shí)的終點(diǎn)。

   在我們提出關(guān)于時(shí)間是如何開始的三種主流觀點(diǎn)—即時(shí)間會(huì)一直存在，時(shí)間曾只存在于一段有限的時(shí)期內(nèi)；時(shí)間是循環(huán)往復(fù)的—之后的幾千年后，我們也沒有離答案更近一步。無論時(shí)間是有限的，還是無限的，又或者是循環(huán)的，在我們可以觀測(cè)的宇宙中，我們得不到足夠的信息來回答這個(gè)問題。除非我們找到一種新的方法來獲取能夠有關(guān)這個(gè)深刻的、判斷存在的問題的信息，否則這個(gè)答案永遠(yuǎn)是超出我們已知的極限的。