1970年,史蒂芬·霍金和罗杰·彭罗斯发表了一篇著名的论文,他们证明了,如果让时间一直倒流,那么宇宙故事的开场将是大爆炸奇点。今天,大多数人都听说过,宇宙始于约138亿年前的大爆炸,如果真的是这样,那么大爆炸又源于何处呢?
让我们先看看所谓的物理物质最初是如何产生的。如果我们的目标是解释由原子或分子构成的稳定物质的起源,那么在大爆炸时确实还没出现这样的东西。自大爆炸后,宇宙便开始膨胀和冷却。随着宇宙不断地冷却,一旦条件合适,第一批原子便会从更简单的粒子中形成,之后这些原子又会在恒星内聚变成更重的元素。我们对这些过程已经有了详尽地理解,但是这种理解并不能解决宇宙“无中生有”的问题。
这就把我们带到了所谓的大统一时期。
现在,我们已经进入了推测性物理学的范畴,因为我们还无法在实验中产生足够的能量来探测当时发生的那种过程。但一种合理的假设是,物理世界是由短寿命的基本粒子场组成的。物质和反物质的量大致相当,每种物质粒子(比如夸克)都有一个反物质的“镜像”伙伴,它们几乎相同,只在一个方面有所不同,也就是电荷相反。当物质和反物质相遇时,它们会在能量的闪光中湮灭,这意味着,这些粒子在被不断创造和毁灭。
假设我们进一步追问,时空本身是从哪里产生的?那么我们就可以继续把时钟往前拨,回到真正古老的普朗克时期。这是一段在宇宙历史上早到我们最好的物理理论都会崩塌的时期,只存在于宇宙大爆炸后一万亿分之一的一万亿分之一的一万亿分之一的一千亿分之一秒的时间里。在那一刻,空间和时间本身开始受到量子涨落的影响。物理学家通常分别利用量子力学和广义相对论进行研究,前者统治粒子的微观世界,后者则适用于巨大的宇宙尺度。
但要真正理解普朗克时期,我们需要一个完整的量子引力理论,将两者合二为一。
彭罗斯提出了一个有趣但富有争议的模型,被称为共形循环宇宙学(CCC)。彭罗斯的灵感来自一个有趣的数学联系,也就是宇宙的炽热、致密、微小的状态(比如大爆炸时的状态)和极寒、空旷、膨胀的状态(比如宇宙遥远未来的状态)两者之间的关联。他解释这种对应关系的激进理论是,当这些状态达到极限时,它们在数学上是相同的。虽然这看上去很矛盾,但他认为,完全不存在物质的状态可能已经设法产生了我们在宇宙中所见的所有物质。
对于科学哲学家来说,彭罗斯的观点非常迷人。它为解释大爆炸开辟了新的可能性,使我们的解释超越了常规的因果。甚至对于神话爱好者来说,彭罗斯的愿景同样非常美丽,它暗含着一种从远古的灰烬中诞生的无尽新世界的图景。