宇宙大爆炸之前（宇宙大爆炸之前的奇点怎么来的）

宇宙大爆炸之前是怎样的？

据我们所知，是大爆炸创造了时间和空间，所以根本不存在宇宙大爆炸前。

在大爆炸发生的那一刻，物理宇宙中的一切都从一个充满无限热量和无限密度的奇点开始膨胀开来。重要的是我们不能把大爆炸想象成一个发生在空间中某处的普通爆炸，因为空间本身也扩大了。同样，我们也不能把大爆炸看成是在某个时间点上发生的。空间没有在时间上扩展，空间随时间而扩展。

爱因斯坦的广义相对论使得将宇宙诞生概念化成为可能。根据相对论，空间和时间被缝合在一个称为“时空”的四维连续体中；而且，时空的结构不仅仅是物理宇宙中物质和生命体相互作用的一个平面层；时空会被质量扭曲，进而产生引力场。

此外，时空的曲率控制着粒子的运动，其中也包括没有质量的光子。正如20世纪著名物理学家约翰•惠勒（John Wheeler）所调侃的那样：物质告诉时空如何弯曲；时空告诉物质如何运动。

将时空视为物理宇宙的一个活跃部分，我们可以更容易地想象到在宇宙大爆炸时，空间和时间以及我们在宇宙中观察到的其他一切是如何形成的。

相关知识

大爆炸又称大霹雳（英语：Big Bang），是描述宇宙的起源与演化的宇宙学模型，这一模型得到了当今科学研究和观测最广泛且最精确的支持。宇宙学家通常所指的大爆炸观点为：宇宙是在过去有限的时间之前，由一个密度极大且温度极高的太初状态演变而来的。根据2015年普朗克卫星所得到的最佳观测结果，宇宙大爆炸距今137.99 ± 0.21亿年，并经过不断的膨胀到达今天的状态。

宇宙大爆炸之前是什么

宇宙大爆炸之前，宇宙的一切都浓缩都在一个密度无限小的点上，叫做“奇点”；在大爆炸发生后的10的-43次方秒时，产生了时间的最小单位，并且引力也从奇点中分离出来而能够独自存在。

宇宙一直是我们在不断探索的神秘空间，但其实宇宙的产生是因为“大爆炸”，那么大家知道宇宙在大爆炸之前到底是什么吗？下面我就给你们介绍一下！

详细内容

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物理上把一个存在又不存在的点称为奇点，空间和时间具有无限曲率的一点，空间和时间在该处完结；在具有合理物质源的广义相对论的经典理论中引力坍缩情形中的空间-时间奇性是不可避免的，在一定情形下奇点必须存在——特别是宇宙必须开始于一个奇点。

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奇点是没有大小的“几何点”，就是不实际存在的点，这是很令人难于理解的；令人难于理解的还有，没有大小的奇点物质竟然是能级无限大的物质。

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引力奇点（Gravitational singularity‎）是大爆炸宇宙论所说到的一个“点”，即“大爆炸”的起始点，该理论认为宇宙（时间－空间）是从这一“点”的“大爆炸”后而膨胀形成的；奇点是一个密度无限大、时空曲率无限高、热量无限高、体积无限小的“点”，一切已知物理定律均在奇点失效。

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而在大爆炸发生后的10的-12次方秒时，另外三种基本力全部形成（除引力外，是弱核力、强核力、电磁力）；在大爆炸发生后的0.01秒，宇宙的温度大约为1000亿度，光子、中子、电子、质子等基本粒子已经成型；10秒之后，粒子基本稳定，原子核开始大量形成；在1万年内，宇宙的主要能量是光的形式，那时是早期宇宙。

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在接下来的30万年内，由于中性原子核的大量形成，宇宙开始产生气态物质，恒星和恒星系开始大量形成；之后宇宙的物质密度开始不断缩小，整体处于膨胀状态中，直到今天也如此。

宇宙大爆炸之前发生了什么？

我们首先要理解宇宙大爆炸究竟为何物。

“宇宙大爆炸是时间的一个瞬间，而不是空间中的一个点。”加利福尼亚理工学院理论物理学家肖恩·卡罗（Sean Carroll）指出。

你想象中的宇宙大爆炸也许是这样一副情景：一个极小、极致密的点忽然爆炸，不断向虚无中扩张。现在你可以把这种想象从脑海中抹去了。卡罗指出，首先，大爆炸发生时的宇宙不一定很小。不错，如今可观测宇宙（一个直径约930亿光年的球状空间，包含至少2万亿个星系）中的一切都曾挤在一个直径不到1厘米的狭小空间中。但在可观测宇宙之外，也许还有许许多多地球人无法观测到的事物，因为光在138亿年间走不了那么远。

因此卡罗表示，大爆炸时的宇宙可能极其微小，也可能无限庞大。因为我们无法看到超出观测范围外的事物过去的样子。我们只知道当时的宇宙非常、非常致密，并且扩张的速度非常快，密度也随之迅速减小。

真正说起来，宇宙之外应该空无一物才对，因为宇宙的定义就是包罗万物。所以在大爆炸发生时，一切事物都比如今更致密、更炽热，但“在此之外”存在的事物并不比近日更多。你可能会想开上帝视角，想象自己站在一片虚空之中，看着大爆炸发生前、杂糅成一团的“婴儿宇宙”。但卡罗指出，这是不可能的，并非是宇宙向空间中膨胀，膨胀的就是空间本身。

“无论你如今在宇宙中置身何处，如果你追溯到140亿年前的自己，都会回到同样一个极度炽热、致密和迅速扩张的状态。”卡罗表示。

没人知道宇宙中究竟发生了什么事情，直到大爆炸发生1秒之后，宇宙足够冷却，让质子和中子得以相撞并结合。确实有很多科学家认为，宇宙在这一秒钟之内经历了一个以指数级扩张的“膨胀”过程。这一过程可以抚平时空纹理，也可以解释当今宇宙中的物质为何分布得如此均匀。

大爆炸之前

在大爆炸之前，宇宙也许是一条由极度炽热、致密的物质构成的无限延伸线。出于某些原因，这些物质能够一直保持稳定状态，直到宇宙大爆炸的发生。卡罗指出，这个极度致密的宇宙也许曾由极小尺度上的物理法则——量子力学主宰。而随后发生的宇宙大爆炸则代表了经典物理学取而代之、成为宇宙演化的主要推手的一瞬间。

霍金认为，这一瞬间才是关键所在。他指出，在大爆炸之前的一切事件都无法测量，因此也无从定义。霍金把这叫做“宇宙无边界理论”：他认为时间和空间都是有限的，但既无边界，又无起始点和终结点。就像地球有限、但无边一样。

“既然大爆炸之前的事件都没有造成可观测到的结果，我们不妨直接把它们从理论里砍掉，宣称时间就是从宇宙大爆炸开始的。”霍金在2018年的一次采访中表示。

还有一种可能：在宇宙大爆炸之前，也许还有其它值得我们探索的事物。有一种理论认为，宇宙大爆炸并非时间的起点，而是对称的中心点。从这种理论来看，在大爆炸之前，还存在一个和当今宇宙一模一样的宇宙，只不过熵的变化规律不是逐渐增加，而是逐渐减少。

卡罗指出，从本质上来说，熵增（即系统无序性增加）方向就是时间箭头的方向。因此在这个镜像宇宙中，时间的流逝也和现代宇宙相反。对那个宇宙而言，我们的宇宙才是过去。该理论的支持者还提出，其它宇宙特性在这个镜像宇宙中也是刚好相反的。例如，物理学家戴维·斯隆（David Sloan）曾指出，另一个宇宙中的分子和离子的不对称性（即手性）和我们的宇宙相反。

有一种相关理论认为，宇宙大爆炸并不是一切的开端，而是宇宙从收缩期向膨胀期切换的一瞬间。该“大反弹”理论认为，随着宇宙不断扩张、收缩、再扩张，还会发生无数次大爆炸。但卡罗指出，这些理论的问题在于，它们并未解释宇宙为何、或如何从扩张态转为收缩态、从高熵态转为低熵态。

卡罗和同事珍妮弗·陈（Jennifer Chen，音译）对宇宙大爆炸也提出了自己的设想。2004年，两位科学家提出，我们所知的宇宙也许是一个母宇宙的“后代”，是从母宇宙中剥落的一小块时空。

卡罗称这就像放射性原子核的衰变过程：原子核衰变时会释放出一个α或β粒子，而母宇宙也会如此，只不过释放的不是粒子，而是子宇宙，且数量也许多达无穷。“也许是某次量子波动造成了这样的结果”。卡罗表示。这些子宇宙“是真正意义上的平行宇宙”，并且不会与彼此发生相互作用、或者对彼此造成影响。

你可能觉得这些理论听起来十分魔幻，事实也的确如此，因为科学家连宇宙大爆炸的一瞬间都看不到，更别提大爆炸之前的情况了。不过卡罗指出，探索的机会还是有的。2015年探测到的、由星系剧烈相撞产生的引力波就提供了这样一种可能性，我们也许可以用引力波揭开宇宙大爆炸后关键一秒内、关于宇宙扩张的种种未解之谜。

卡罗表示，理论物理学家也有大量工作要做，比如对量子引力等量子力做出更精准的预测。

“除非我们有理论可参考，否则我们连自己在找些什么都不知道。”卡罗指出。