宇宙很大，非常非常大。但如果關(guān)于宇宙的起源，我們的理論是正確的，那么宇宙就曾經(jīng)很小，非常非常小。事實(shí)上，它一度并不存在。大約在138億年前，物質(zhì)、能量、時間和空間從無中自發(fā)地產(chǎn)生出來，這就是我們所說的“大爆炸”。

那么，這是如何發(fā)生的？換句話說：萬物的起源是什么？

這是典型的起源之謎。對于歷史上大多數(shù)人來說，唯一可信的答案就是“神造出了萬物”。在很長一段時間里，甚至連科學(xué)也回避這個問題。20世紀(jì)初的物理學(xué)家們普遍相信，宇宙是無限和永恒的。表明宇宙并非如此的第一條線索出現(xiàn)在1929年。當(dāng)時，埃德溫·哈勃發(fā)現(xiàn)各個星系就像榴霰彈爆炸后的彈片一樣彼此飛離。

合乎邏輯的結(jié)論是，宇宙必定在膨脹，因此，它過去一定更小。通過反向設(shè)想它的膨脹，就像倒著放映電影一樣，天文學(xué)家們得出了另一個相當(dāng)奇特的邏輯結(jié)論：宇宙必定有一個開端。

終極開端

起初，許多科學(xué)家都對終極開端這個想法感到不滿，于是提出了不需要終極開端的其他解釋。其中最著名的也許是1948年提出的穩(wěn)恒態(tài)宇宙假說。根據(jù)這一假說，宇宙一直存在，并且在任何時候看起來都一樣。天文學(xué)家們很快就找到了方法對這個假說進(jìn)行檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)它并不成立。有些天體，比如類星體，只有在距離我們很遠(yuǎn)的地方才能找到，這表明宇宙并非在任何時候看起來都一樣。盡管如此，支持穩(wěn)恒態(tài)宇宙的理論家們還是給我們留下了一份持久的遺產(chǎn)，那就是“大爆炸”——而最初創(chuàng)造這個詞卻是為了諷刺主張宇宙有一個終極開端的理論。

致命的一擊發(fā)生在1965年，人們意外發(fā)現(xiàn)有一種微弱的輻射遍布所有空間。對這種宇宙微波背景的解釋是，它是一個比今天的宇宙更為致密和熾熱的宇宙的“余暉”。

這些觀察很快就得到了理論的支持。史蒂芬·霍金和羅杰·彭羅斯認(rèn)為，如果廣義相對論是正確的，那么必定存在一個奇點(diǎn)，在那個點(diǎn)上，宇宙無限致密，時空曲率為無限大——時間本身正是從這里開始的。

“大爆炸”現(xiàn)在是主流科學(xué)。宇宙學(xué)家們相信他們可以將宇宙的演化從爆炸發(fā)生后的一剎那追溯到現(xiàn)在，包括一個被稱為“暴漲”的短暫的高速膨脹期以及最早的恒星的誕生。然而，實(shí)際的創(chuàng)世時刻在很大程度上仍然是猜測性的。在那一點(diǎn)上，我們關(guān)于現(xiàn)實(shí)的理論開始崩潰。為了取得進(jìn)步，我們需要研究如何調(diào)和廣義相對論與量子理論。盡管有數(shù)十年艱苦的思想嫁接，物理學(xué)家們?nèi)匀辉谶@個問題上卡住了。不過，對于如何回答大爆炸理論核心處的那個惱人的問題，我們的確有些想法。

不是大爆炸

大爆炸是對宇宙起源的主流解釋，但它自身并沒有發(fā)言權(quán)。一個可選方案是，那不是一次爆炸，而是一次反彈。在這個劇本中，將我們的宇宙倒回去，使我們經(jīng)由它致密和熾熱得難以想象的開端，從另一邊出來，進(jìn)入前一個宇宙致密和熾熱得難以想象的結(jié)尾。另一個可選方案是，此爆炸是許多次爆炸中的一次。根據(jù)多重宇宙理論，我們的宇宙只是沸騰的宇宙泡沫中的一個泡泡。然而，這兩種說法都暗示了宇宙沒有開端。這個概念要比宇宙只是憑空跳出來的概念更難把握。

大爆炸或大反彈：萬物的開端，抑或回到前一個宇宙？

果可以對某個事物進(jìn)行某種操作，之后它看起來和之前一樣，就可以說這個事物是對稱的。根據(jù)這個定義，“無”是完全對稱的：你可以隨意對它做什么，它仍然是“無”。

正如物理學(xué)家了解到的，對稱注定是要被打破的，當(dāng)它們被打破時，會對宇宙產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

事實(shí)上，量子理論告訴我們，不存在“空”這種東西。它的對稱性太過完美，以致無法持續(xù)，生生滅滅的粒子所組成的沸騰起伏的湯會將其打破。

如何從“無”中生出有？

這導(dǎo)致了一個違反直覺的結(jié)論：盡管有熵，但“有”是一種比“無”更自然的狀態(tài)。在這個意義上，宇宙中的一切事物都只是量子真空的激發(fā)罷了。

這是一個很合理的問題，因?yàn)橐恍┗镜奈锢韺W(xué)定理表明，宇宙是極不可能存在的。熱力學(xué)第二定律說，混亂或者熵總是傾向于隨時間而增加。熵衡量的是重新排列一個系統(tǒng)的組成部分而不改變其整體外觀有多少種方式。例如，在整體溫度和壓力不變的情況下，可以按照許多方式來排列熱氣體中的分子，所以氣體是一個高熵系統(tǒng)。而如果對生命體的分子排列多一點(diǎn)干涉，就會把它變成一個死的東西，因此我們是低熵系統(tǒng)。

也許真是某種類似的東西應(yīng)為宇宙本身的起源負(fù)責(zé)？這似乎很有道理。也許大爆炸只是“無”在行自然之事，是一次導(dǎo)致整個宇宙誕生的量子漲落。

空間和時間之外

根據(jù)同樣的邏輯，“無”是最高的熵狀態(tài)；你可以隨心所欲地對它進(jìn)行組合，它看起來仍然什么都沒有。

當(dāng)然，這引出了一個問題：大爆炸之前有什么，以及這種狀態(tài)持續(xù)了多久。不幸的是，在這一點(diǎn)上，像“之前”這樣的常識性概念變得毫無意義。

根據(jù)這一定律，很難看出“無”怎么能變成某種東西，更不用說變成宇宙了。但熵只是故事的一部分，另一部分是被物理學(xué)家稱為“對稱”的性質(zhì)——它并不完全等同于我們在日常生活中與形狀聯(lián)系在一起的對稱。對物理學(xué)家來說，如這也引出了一個更加困難的問題：這種對創(chuàng)世的理解依賴于物理學(xué)定律的有效性，但這意味著這些定律得先于宇宙而存在。

物理學(xué)定律如何存在于空間和時間之外而沒有自身的起因？換句話說，為什么有某種東西而不是一無所有？