你的问题很好我们并不知道大爆炸之前是什么样。大爆炸“之前”这个问题并没有它听起来那么简单——要相信我们将来会解决这个问题的

不过在我们回答你问题之湔，我们先进行一次头脑风暴现在，让我们回到140亿年前的宇宙之初

图解:什么是宇宙大爆炸炸并不像点燃的烟花或者是金属碎片的爆炸，而是空间本身的快速膨胀

什么是宇宙大爆炸炸事实上不是一个爆炸。它不是像烟花炸开那样属于金属碎片的爆炸也不属于任何物质；反而是宇宙本身的迅速膨胀。一开始宇宙是非常小的。围绕在我们周围的东西组成了星系、恒星、星球他们与人们相互融合又形成叻著名的“奇点”。奇点的定义是指“时空中的一个普通物理规则不适用的点”

不论什么理由，奇点迅速膨胀形成了我们现在称之为家嘚宇宙

在快速膨胀之后，我们的宇宙开始冷却——形成了著名的宇宙微波背景

图解：什么是宇宙大爆炸炸后留下的辐射告诉我们宇宙是洳何开始形成的也可能会引导我们认识宇宙之前的事情。NASA/WMAP科学团队

如果是大爆炸形成了宇宙微波背景又是什么引起了什么是宇宙大爆炸炸呢？

那么时间之前的时间呢？

你的想法指明了物理学中很重要的一个思想——因果关系在世界中我们观察身边的事物，凡事有果必有因举个例子，一棵倒下的树可能是严重的风暴摧毁的，也可能是一个电锯狂人的砍伐

假使你进入到原子的量子世界（一切都是微小的），你就会有完全不同的看法在量子的世界中，有结果没原因

图解：我们宇宙的时间线。——NASA/WMAP科学团队

很久以前我们的全部宇宙是微观的——就像是一个原子。在微观世界里因为一些结果的发生是没有什么原因的所以很可能什么是宇宙大爆炸炸的发生也是同樣找不到原因！

事情开始变得越来越奇怪了。大爆炸之前时间也可能不存在所以或许就没有意义去探究“之前”都发生了什么。就比如問：“在地球上北极点的北边在哪”事实是北极点就是地球的最北端所以就没有更北边的地方。

图解：一只聪明的北极熊可能已经解决叻“北极点的北边是什么”这个难题——美国海军照片由首席约曼·阿方索·布拉格斯拍摄

但是如果大爆炸发生之前真的有什么存在又將会怎样呢？

一些科学家宣称我们的宇宙是另一个宇宙死亡坍塌循环后的结果这就是著名的“大反冲”理论（the big bounce）.坍塌宇宙会回到奇点状態然后再反弹出去，进而引发什么是宇宙大爆炸炸形成一个新的宇宙

在那种情况下，重力不仅要阻止宇宙的延伸而且汇聚一切使之形荿奇点。不幸的是目前的观察研究表明，我们的宇宙并不会按着这种走向发展因为它向外延伸的速度要比之前更快。

亦或者我们的宇宙是在黑洞的另一侧尽头处我们称之为“白洞”。我们假设黑洞的对面就是白洞白洞是释放物质到空间中而不是像黑洞一样在吸收物質。

我们的宇宙真的在黑洞的尽头一侧吗

也可能我们的宇宙是从一个更大的宇宙中像泡泡一样从中分离出来的！早期得宇宙微波背景图潒表明剩下的辐射并不是一成不变的，而是会有一块一块的最终汇聚在某个区域一些研究我们宇宙是如何开始的宇宙学家认为我们的宇宙是多元宇宙中众多宇宙之一。

事实是我们并不确定什么引起了什么是宇宙大爆炸炸。也许你就是最终回答这个问题的人如果你有发現，可以第一时间与我们分享吗

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有的答案提及什么是宇宙大爆炸炸理论不一定完全正确，诚然任何物理理论都有局限，但是目前而言大爆炸理论目前还是被普遍承认的，并不是说因为星系之间相互远离就是大爆炸理论的唯一基础CMB和原初核合成也是大爆炸理论最为坚实的后盾。简简单单的认为大爆炸是人造理论有点低估了现在宇宙学的深度和广度了。至少目前的宇宙学家自己不会質疑什么是宇宙大爆炸炸理论，而是把它当作基本事实注重于测量各项基本常数，以及恼人的暗物质暗能量去了

还有的答案里面有些概念就不能苟同了。诚然确实有可观测宇宙和真实宇宙之分，但是“真实宇宙”的大小有多大是无限的还是有限的，目前及可见的未來还是会不断有争论的（虽然普朗克卫星的最新结果支持一个非常接近甚至可以认为就是平直的宇宙）。此外如果认为在宇宙诞生开始，宇宙在奇点之外也是无穷大的那会带来无穷无尽的问题。现代宇宙学里面有一个最基本假设那就是宇宙学原理，认为宇宙是处处楿同的我们不能认为我们的可观测宇宙就是宇宙中一个特殊的点。相反对于宇宙中任意一个点，现代宇宙学也认为它们的可观测宇宙囷我们一样大同时演化。问题在于第一，宇宙既然在奇点之外也无穷无尽那么这部分之外的宇宙是怎么形成的呢？在可观测宇宙诞苼之前还是之后如果它们在一开始就存在，那么它们会不会和我们宇宙一起膨胀第二，诚然在一个无穷大的空间里面，时空在自己內部膨胀看上去没有问题但是很显然，时空如果是统一的那就不可能在自己内部膨胀了。

因此题主的问题在目前宇宙学观点看来就是囿问题的现有的理论认为大爆炸是时空的开始，在这之前谈论时间和空间这两个东西如同讨论南极点之南一样没有意义就算现有理论昰错的，对于题主关心奇点起源和之外现有的已被证实的理论对此也无法回答。而有可能回答的其他理论比如弦理论 和圈量子理论都还沒有被完全认同而更为发散的比如平行宇宙理论，子母宇宙理论循环宇宙理论，高维坍缩膜碰撞（……林林总总五花八门，比宗教那些单调的创世论不知道高到哪里去了……）它们对于这个问题可能有相应的解答但是目前我们只能称它们为猜想，离被承认的事实和嚴谨的科学还有着遥远的距离…可见的未来我们对于这个问题的争论也会一直进行下去。

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霍金「宇宙的起源」讲座全文史蒂芬．霍金按﹕着名物理学家、剑桥大学卢卡斯数学教授霍金首度访港并于2006年6月15日下午在香港科技大学以「宇宙的起源」为题发表英文演说，以下为演辞的中译全文翻译者是霍金的「徒弟」吴忠超，他于1984姩获剑桥大学博士学位亦是霍金《时间简史》中译本的译者。

（Boshongo人有个传说﹕世界太初只有黑暗、水和伟大的Bumba上帝某天，Bumba胃痛发作嘔吐出太阳。水有部分被太阳蒸发留下土地。他的胃痛未止又陆续吐出了月亮和星辰，然后吐出动物例如豹、鳄鱼、乌龟，最后是囚）宇宙从何而来﹖由神创论到自在永有这个创世记式的神话和其他神话一样，都试图回答大家的诘问﹕为何我们在此﹖我们从何而来﹖一般的答桉是人类起源应是比较近期的事﹕人类正在知识上和技术上不断地取得进步，因此它不可能存在了很久，否则人类的进步应该更大一些。这一点甚至在更早的时候就应该很清楚了

例如，按照Usher主教的说法《创世记》把世界创生定于公元前4004年10月23日上午9时。叧一方面诸如山岳和河流的自然环境，在人的生命周期里改变甚微所以人们通常把它们当作不变的背景。要麽作为空洞的风景已经存茬了无限久要麽是和人类在相同的时刻被创生出来。

但是并非所有人都喜欢宇宙有个开端的思想例如，希腊最着名的哲学家亚里士多德相信宇宙已经存在了无限久的时间。某种永恆的东西比某种创生的东西更完美他提出我们之所以看到发展处于这个情形，那是因为洪水或者其他自然灾害不断重複令文明回复到萌芽阶段。

信仰永恆宇宙的动机是想避免求助于神意的干涉以创生宇宙并启始运行。相反地那些相信宇宙具有开端的人，将开端当作上帝存在的论据把上帝当作宇宙的第一原因或者原动力。

如果人们相信宇宙有一个开端那麽很明显的问题是，在开端之前发生了什麽﹖上帝在创造宇宙之前有何事可做﹖是否在为问些这类问题的人准备地狱﹖德国哲学家康德十分关心宇宙有没有开端。他觉得不管宇宙有无开端，都会引起逻辑矛盾或者二律背反如果宇宙有一个开端，为何在它起始之前偠等待无限久﹖他将此称为正题﹔另一方面如果宇宙已经存在无限久，为什麽它要花费无限长的时间才达到现在这个阶段他把此称为反题。无论正题还是反题康德，甚至几乎所有人都是基于「时间是绝对」的假设。也就是说时间从无限的过去向无限的将来流逝。時间独立于宇宙在这个背景中，宇宙可以存在也可以不存在。

追问「宇宙开端前的时间」无意义直至今天在许多科学家的心中，仍嘫保持这样的图景然而，1915年爱因斯坦提出他的革命性的广义相对论在该理论中，空间和时间不再是绝对的不再是事件的固定背景。楿反地它们是动力量，宇宙中的物质和能量确定其形状它们只有在宇宙之中才能够定义。这样谈论宇宙开端之前的时间是毫无意义嘚。这有点儿像去寻找比南极还南的一点没有意义一样它是没有定义的。

如果宇宙随时间本质上不变正如20世纪20年代之前一般认为的那樣，就没有理由阻止在过去任意早的时刻定义时间人们总可以将历史往更早的时刻延展，在这个意义上任何所谓的宇宙开端都是人为嘚。于是情形可以是这样，这个宇宙是去年创生的但是所有记忆和物理证据都显得它要古老得多。这就产生了有关存在意义的高深哲學问题

我将採用所谓的实证主义方法来对付这些问题。在这个方法中其思想是，我们按照我们构造世界的模型来解释自己感官的输入人们不能询问这个模型是否代表实在，只能问它能否行得通首先，如果按照一个简单而优雅的模型可以解释大量的观测﹔其次如果這个模型作出可被观察检验，也可能被证伪这个模型就是一个好模型。

根据实证主义方法人们可以比较宇宙的两个模型。第一个模型宇宙是去年创生的，而另一个是宇宙已经存在了远为长久的时间一对孪生子在比一年前更早的时刻诞生，已经存在了久于一年的宇宙嘚模型能够解释像孪生子这样的事物

另一方面，宇宙去年创生的模型不能解释这类事件因此第二个模型更好。人们不能诘问宇宙是否茬一年前确实存在过或者仅仅显得是那样。在实证主义的方法中它们没有区别。

哈勃发现星系远离　宇宙正在膨胀在一个不变的宇宙Φ不存在一个自然的起始之点。然而20世纪20年代当哈勃在威尔逊山上开始利用100英寸的望远镜观测时，情形发生了根本的改变

哈勃发现，恆星并非均匀地分佈于整个空间而是大量地聚集在称为星系的集团之中。

哈勃测量来自星系的光进而能够确定它们的速度。他预料姠我们飞来的星系和离我们飞去的星系一样多这是在一个随时间不变的宇宙中应有的。但是令哈勃惊讶的是他发现几乎所有的星系都飛离我们而去。此外星系离开我们愈远，则飞离得愈快宇宙不随时间不变，不像原先所有人以为的那样它正在膨胀。星系之间的距離随时间而增大

宇宙膨胀是20世纪或者任何世纪最重要的智力发现之一。它转变了宇宙是否有一个开端的争论如果星系现在正分开运动，那麽它们在过去一定更加靠近。如果它们过去的速度一直不变则大约在150亿年之前，所有星系应该一个落在另一个上这时刻是宇宙嘚开端吗﹖

许多科学家仍然不喜欢宇宙具有开端。因为这似乎意味物理学崩溃了人们就不得不去求助于外界的作用，为方便起见可以紦它称作上帝，去确定宇宙如何起始因此他们提出一些理论。在这些理论中宇宙此刻正在膨胀，但是没有开端其中之一便是邦迪、高尔德和霍伊尔于1948年提出的稳恆态理论。

在稳恆态理论中其思想是，随星系离开由假设中的在整个空间连续创生的物质形成新的星系。宇宙会永远存在而且在所有时间中都显得一样。这最后的性质从实证主义的观点来看作为一个可以用观测来检验的明确预言，具有巨大的优点在马丁．赖尔领导下的剑桥射电观测天文小组在20世纪60年代早期调查了弱射电源。这些源在天空分佈得相当均匀表明大部分源位于银河系之外。平均而言较弱的源离得较远。

稳恆态理论预言了源的数目对应于源强度的图的形状但是观测表明，微弱的源比预訁的更多这表明在过去源的密度较高。这就和稳恆态理论的任何东西在时间中都是不变的基本假设相冲突由于这个，也由于其他原因稳恆态理论被抛弃了。

还有另一种避免宇宙有一开端的企图是建议存在一个早先的收缩相，但是由于旋转和局部的无规性物质不会落到同一点。相反物质的不同部分会相互错开，宇宙会重新膨胀这时密度保持有限。

两位俄国人利弗席兹和哈拉尼科夫实际上声称怹们证明了，没有严格对称的一般收缩总会引起反弹而密度保持有限。这个结果对于马克思主义列宁主义的唯物辩证法十分便利因为咜避免了有关宇宙创生的难以应付的问题。因此这对于苏联科学家而言成为一篇信仰的文章。

奇点　时间开端当利弗席兹和哈拉尼科夫發表其断言时我是一名21岁的研究生，为了完成博士论文我正在寻找一个问题。我不相信他们所谓的证明于是就着手和罗杰．彭罗斯┅起发展新的数学方法去研究这个问题。我们证明了宇宙不能反弹如果爱因斯坦的广义相对论是正确的，就存在一个奇点这是具有无限密度和无限时空曲率的点，时间在那里有一个开端

在我得到第一个奇点结果数月之后，即1965年10月人们得到了确认宇宙有一个非常密集開端的思想的观察证据，那是发现了贯穿整个空间的微弱的微波背景这些微波和你使用的微波炉的微波是一样的，但是比它微弱多了咜们只能将薄饼加热到摄氏负270.4度，甚至无法将薄饼解冻更不用说烤熟它。实际上你自己就可以观察到这些微波把你的电视调到一个空嘚频道去，在荧幕上看到的雪花的百分之几就归因于这个微波背景早期非常热和密集状态遗留下的辐射是对这个背景的仅有的合理解释。随着宇宙膨胀辐射一直冷却下来，直至我们今天观察到它的微弱的残馀

虽然彭罗斯和我自己的奇性定理预言，宇宙有一个开端这些定理并没有告诉宇宙如何起始。广义相对论方程在奇点处崩溃了这样，爱因斯坦理论不能预言宇宙如何起始它只能预言一旦起始后洳何演化。人们对彭罗斯和我的结果可有两种态度一种是上帝以我们不能理解的原因选择宇宙的启始方式。这是教宗若望．保禄二世的觀点在梵蒂冈的一次宇宙论会议上，这位教宗告诉代表宇宙起始之后，研究它是可以的但是他们不应该探究起始的本身，因为这是創生的时刻这是上帝的事体。我暗自庆幸他没有意识到，我在会议上发表了一篇论文刚好提出宇宙如何起始。我可不想像伽利略那樣被递交给宗教裁判厅

微观尺度还看量子理论对我们结果的另外解释，这也是得到大多数科学家赞同的解释这个结果显示，在早期宇宙中的非常强大的引力场中广义相对论崩溃了，必须用一个更完备的理论来取代它因为广义相对论没有注意到物质小尺度结构，而后鍺是由量子理论制约的所以人们预料总要进行这种取代。在通常情况下因为宇宙的尺度和量子理论的微观尺度相比较极为巨大，所以昰否取代无所谓但是当宇宙处于普朗克尺度，也就是一千兆兆兆兆兆微米时这两个尺度变成相同，必须考虑量子理论

为了理解宇宙嘚起源，我们必须把广义相对论和量子理论相结合里察．费曼对历史求和的思想似乎是实现这个目标的最佳方法。费曼是一位多姿多彩嘚人物他在帕沙迪那的脱衣舞酒吧里敲小鼓，又是加州理工学院卓越的物理学家他提议一个系统从状态A到状态B经过所有可能的路径或曆史。

每个路径或者历史都有一定的振幅和强度而系统从A到B的概率是将每个路径的振幅加起来。存在一个由兰乾酪製成月亮的历史但昰其振幅很低。这对于老鼠来说不是一个好消息

宇宙现在状态的概率可将结局为这个状态的所有历史叠加得到。但是这些历史如何起始嘚呢﹖这是一个改头换面的起源问题是否需要一个造物主下达命令，宇宙如此这般起始呢﹖还是由科学定律来确定宇宙的初始条件呢﹖

倳实上即便宇宙的历史回到无限的过去，这个问题仍然存在但是如果宇宙只在150亿年前起始，这个问题就更加急切询问在时间的开端會发生什麽，有点像当人们认为世界是平坦的询问在世界的边缘会发生什麽一样。世界是一块平板吗﹖海洋从它边缘上倾泻下去吗﹖我巳经用实验对此验证过我环球旅行过，我并没有掉下去

正如大家知道的，当人们意识到世界不是一块平板而是一个弯曲的面时，在宇宙的边缘发生什麽的问题就被解决了然而，时间似乎不同它显得和空间相分离。像是一个铁轨模型如果它有一个开端，就必须有囚去启动火车运行

摆脱时间开端的问题爱因斯坦的广义相对论将时间和空间统一成时空。但是时间仍然和空间不同它正像一个通道，偠麽有开端和终结要麽无限地伸展出去。然而詹姆．哈特尔和我意识到，当广义相对论和量子论相结合时在极端情形下，时间可以潒空间中另一方向那样行为这意味着，和我们摆脱世界边缘的方法类似可以摆脱时间具有开端的问题。

假定宇宙的开端正如地球的南極纬度取代时间的角色。宇宙就在南极作为一个起始点随着往北运动，代表宇宙尺度的常纬度的圆就膨胀诘问在宇宙开端之前发生叻什麽是没有意义的问题。因为在南极的南边没有任何东西

时间，用纬度来测量在南极处有一个开端。但是南极和其他的点非常相像至少我听别人这麽讲的。我去过南极洲没有去过南极。

同样的自然定律正如在其他地方一样在南极成立。长期以来人们说宇宙的開端是正常定律失效之处，所以宇宙不应该有开端而现在，宇宙的开端由科学定律来制约所以反对宇宙有开端的论证不再成立。

詹姆．哈特尔和我发展宇宙自发创生的图景有一点像泡泡在沸腾的水中形成

其思想是，宇宙最可能的历史像是泡泡的表面许多小泡泡出现，然后再消失这些对应于微小的宇宙，它们膨胀但在仍然处于微观尺度时再次塌缩。它们是另外可能的宇宙由于不能维持足够长的時间，来不及发展星系和恆星更不用说智慧生命了，所以我们对它们没有多大兴趣然而，这些小泡泡中的一些会膨胀到一定的尺度箌那时可以安全地逃避坍缩。它们会继续以不断增大的速率膨胀形成我们看到的泡泡。它们对应于开始以不断增加的速率膨胀的宇宙這就是所谓的暴胀，正如每年的价格上涨一样

通货膨胀的世界纪录应归一战以后的德国。在18月期间价格增大了1000万倍但是，它和早期宇宙中的暴胀相比实在微不足道宇宙在比一秒还微小得多的时间里膨胀了10的30次方倍。和通货膨胀不同早期宇宙的暴胀是非常好的事情。咜产生了一个非常巨大的均匀的宇宙正如我们观察到的。然而它不是完全均匀的。在对历史求和中稍微具有无规性的历史和完全均勻和规则历史的概率几乎相同。因此理论预言早期宇宙很可能是稍微不均匀的。这些无规性在从不同方向来的微波背景强度上引起小的變化利用MAP（Microwave Anisotropy Probe，微波各向异性）卫星已经观察到微波背景发现了和预言完全一致的变化。这样我们知道自己正在正确的道路上前进。

早期宇宙中的无规性意味着在有些区域的密度，比其他地方的稍高这些额外密度的引力吸引使这个区域的膨胀减缓，而且最终能够使這些区域坍缩形成星系和恆星请仔细看这张微波天图。它是宇宙中一切结构的蓝图我们是极早期宇宙的量子起伏的产物。上帝的确在擲骰子

始于爆炸止于黑洞在过去的百年间，我们在宇宙学中取得了惊人的进步广义相对论和宇宙膨胀的发现，粉碎了永远存在并将永遠继续存在的宇宙的古老图像取而代之，广义相对论预言宇宙和时间本身都在大爆炸处起始。它还预言时间在黑洞里终结宇宙微波褙景的发现，以及黑洞的观测支持这些结论。这是我们的宇宙图像和实在本身的一个深刻的改变

虽然广义相对论预言了宇宙来自于过詓一个高曲率的时期，但它不能预言宇宙如何从大爆炸形成这样，广义相对论自身不能回答宇宙学的核心问题为何宇宙如此这般。然洏如果广义相对论和量子论相合併，就可能预言宇宙是如何起始的它开始以不断增大的速率膨胀。这两个理论的结合预言在这个称莋暴胀的时期，微小的起伏会发展导致星系、恆星以及宇宙中所有其他结构的形成。对宇宙微波背景中的小的非均匀性的观测完全证實了预言的性质。这样我们似乎正朝着理解宇宙起源的正确方向前进，儘管还有许多工作要做当我们通过精密测量太空船之间距离，進而能够检测到引力波就会打开极早期宇宙的新窗口。引力波从最早的时刻自由地向我们传播所有介入的物质都无法阻碍它。与此相仳较自由电子多次地散射光。这种散射一直进行到30万年后电子被凝结之前

儘管我们已经取得了一些伟大成功，并非一切都已解决我們观察到，宇宙的膨胀在长期的变缓之后再次加速。对此理论还不能理解清楚缺乏这种理解，对宇宙的未来还无法确定它会继续地無限地膨胀下去吗﹖暴胀是一个自然定律吗﹖或者宇宙最终会再次塌缩吗﹖新的观测结果，理论的进步正迅速涌来宇宙学是一个非常激動人心和活跃的学科。我们正接近回答这古老的问题﹕我们为何在此﹖我们从何而来﹖