我们有没有想过宇宙诞生时时间是否存在？

在当今先进的科学技术中，当我们集中精力研究宇宙时，基于科学理论，我们可以非常肯定，宇宙不是自古不变的，而是在十多亿年的历史中逐渐发展成现在的形态。通过观察和研究宇宙的远近，我们可以推断出早期的宇宙是什么样子，以及它是如何演变成今天的样子的。

当我们思考宇宙的起源时，我们会问最基本的问题:“这一切从何而来？”半个世纪前，科学家们首次对大爆炸作出了粗略的推断，这导致了目前的印象，即宇宙起源于138亿年前的一个高温稠密的状态。但是在探索时间起点的过程中，我们已经知道时间并不是从大爆炸开始的。事实上，时间可能根本没有起点。

大爆炸后，宇宙几乎均匀分布，充满了物质、能量和辐射，并处于快速膨胀状态。随着时间的推移，宇宙不仅产生了元素、原子、星系团和星系团，形成了许多恒星和星系，并在后来继续膨胀和降温。没有什么比得上它，但是宇宙没有告诉我们它的全部历史，包括(尤其是)它诞生的早期。(美国宇航局戈达德太空飞行中心)

当我们思考世界上的一切时，我们通常会带着人类的思维逻辑。如果我们想知道大爆炸的起源，我们将尽可能用专业术语来描述它，然后推断出是什么导致了大爆炸并建造了宇宙。我们不断寻找证据来帮助我们理解大爆炸的起源。毕竟，这也是一切的起源:大爆炸给了一切一个开始。

但是宇宙有起点的假设可能是不正确的。很长一段时间，我们不知道这个假设是否正确。宇宙有它的起源吗，或者在那之前什么都不存在？还是宇宙是永恒的？像一条无限延伸到两端的线？或者，我们的宇宙也有可能不断循环，就像一个无限循环往复的圆圈。

时间在宇宙中运行的方式主要有三种，即时间存在于过去和未来的宇宙中。如果我们往回推，我们会发现时间只存在于有限的一段时间内，时间是周期性的，会不断重复，没有起点和终点。大爆炸似乎给我们提供了一个关于时间的答案，但它后来被取代了，这使时间的起源陷入了不确定性。(伊森·西格尔)

一段时间以来，许多矛盾的理论与我们的观察结果是一致的。

1.一个膨胀的宇宙可能起源于一个奇点——一个太虚空的现象，所有的一切都是从这个奇点开始的，时间也是从这个奇点出现的。

2.宇宙继续膨胀，因为它一直在收缩，并将再次收缩，显示出向后摆动的样子(宇宙振荡)

3.最终，膨胀的宇宙可能保持一种永恒的状态，也就是说，宇宙将在过去、现在和未来继续膨胀，并且宇宙中将不断产生新的物质以保持密度不变。

这三个例子代表了三种主流观点:宇宙起源于起点，宇宙本质上是循环的，或者宇宙是永恒的。然而，在20世纪60年代，科学家发现了一种低能量微波辐射，覆盖了一整天，改变了以前的预测。

根据彭齐亚斯和威尔逊的初步观察，银河平面已经发出了一些天体物理辐射源(辐射中心)，但在银河平面之上和之下，有一个近乎完美和均匀的辐射背景。经过测量，这种辐射的温度和光谱与大爆炸的预测惊人地一致。(美国航天局/威尔金森微波各向异性探测器研究小组)

这种辐射在各个方向和任何地方都具有相同的强度。它的温度仅比绝对零度高几度，这与早期宇宙的热压缩状态一致，并随着膨胀而逐渐冷却。

科学技术的发展和高新技术的出现带来了更准确的数据。我们知道这种辐射有一种特殊的光谱:近乎完美的黑体。黑体是一种能完全吸收外部辐射并释放特定热辐射的吸收体。如果宇宙在膨胀和冷却期间(即在绝热条件下)不改变其熵，那么从黑体光谱开始的物体即使在冷却后仍将是黑体。这种辐射与大爆炸留下的光波一致，但与老化的光线和反射的星光不一致。

我们推测在大爆炸中有残余的辐射波从四面八方散射到整个宇宙。辐射温度略高于绝对零度，其大小在任何地方都是相同的，符合完美的黑体光谱。这些预测得到了令人惊讶的证实，排除了其他替代理论，如稳态理论的可行性。(美国航天局/戈达德航天飞行中心/空间背景探测器(主)；普林斯顿集团，1966年(插入)

根据大爆炸理论，宇宙曾经更热、更密、更均匀、更小。我们今天看到的宇宙的一些特征是，它已经膨胀、冷却并经历重力的影响很长时间了。因为辐射的波长也随着宇宙的膨胀而拉长，所以在一个更小的宇宙中，辐射的波长越短，意味着能量越多，温度越高。

几十亿年前，宇宙的温度如此之高，以至于即使是中性原子也不可能在没有爆炸的情况下形成。甚至在此之前，微波辐射能量一直保持到今天，已经足够以至于它可以支配宇宙中所有具有丰富能量的物质。更早些时候，原子核迅速爆炸并分裂。时间在流逝，即使稳定的质子和中子也无法产生。

膨胀宇宙的可探测历史还包括大爆炸期间的热致密状态以及随后框架的形成和增长。一套完整的数据，包括对光元素和宇宙微波背景的观察，表明大爆炸是我们看到的一切的起点。随着宇宙膨胀，其温度逐渐降低，产生离子、中性原子，甚至分子、气体云、恒星，最终产生星系。(美国航天局/ CXC /魏斯先生)

如果我们继续推测，直到我们到达一个反复无常的高温、最小距离和高密度的状态，你可以直觉地知道这几乎是真实宇宙的开始。如果你尽可能把时间往后推，我们今天看到的构成宇宙的所有空空间都会被压缩成一个奇点。

现在，如果你在这些极端条件下，把今天宇宙中的所有物质和能量压缩到一个足够小的空，物理定律就会被打破。你可以试着计算它的各种属性，但你只能得到一些荒谬的答案。我们是这样描述奇点的:时间和空没有意义的“点”。如果你从数学计算开始，你会发现奇点一定存在，不管什么样的物质支配着宇宙的能量。

纵轴上宇宙的尺度是横轴上时间的函数。无论宇宙是由空之间的物质(红色)、辐射(蓝色)还是固有能量(黄色)组成，随着时间的推移，宇宙的大小将逐渐减小到零。(伊森·西格尔)

我们推测主宰宇宙的万有引力——爱因斯坦的广义相对论——对奇点没有影响。相对论是描述时间和空间空的理论。然而，在奇点中，在空和时间维度之间的维度不再存在。然后问“时间开始前发生了什么”这个问题就像问“我在哪里”这个问题一样没有意义，因为没有空这样的东西。

事实上，包括保罗·戴维斯在内的许多人都提出了这一观点，声称大爆炸是起点。当然，如果你坚持认为大爆炸是时间的起点，这是毫无意义的重复。但是有趣的是，我们已经知道大爆炸不是时间的起点。既然我们已经对宇宙进行了现代而详细的测量，我们就知道这个关于奇点的猜想一定是错误的。

宇宙微波背景是大爆炸的余辉，但它并不均匀。有一些小缺陷，温度在几百μK(开尔文)之间波动。这在重力增加后起了很大作用，只有不到0.01%的早期宇宙和今天的大宇宙是不均匀的。普朗克已经探测并计算了一个更精确的波动范围，甚至揭示了宇宙中微子对它的影响。这些波动的性质有力地证明了宇宙在可观测范围内的膨胀。(欧洲航天局和普朗克合作公司)

特别是，我们已经观察到早期热压缩状态存在的残余辐射，其中波动的模式和幅度为我们提供了大量有关宇宙重要性质的信息。由此我们知道暗物质和正常物质(质子、中子和电子)中存在多少物质。这些数据帮助我们测量宇宙在空之间的曲率，暗物质的存在和中微子的作用。

但是这些数据也告诉我们一些非常重要但经常被忽略的事情:宇宙早期是否有最高温度。根据WMAP(威尔金森微波各向异性探测器)和普朗克的数据，宇宙中的温度不高于1029开尔文。这个数字很大，但是将它等同于奇点所需的温度要小1000多倍。

理论上，我们已经知道了很多关于宇宙的整个历史，但这只是一个定性分析。通过观察，我们已经确定了宇宙中的各种状态，例如第一批恒星和星系的形成时间，以及宇宙是如何随着时间的推移而膨胀的，这样我们就逐渐地、真正地了解了我们的宇宙。宇宙中留下的一些痕迹来自大爆炸前的膨胀状态，这为我们研究宇宙的历史提供了一种独特的方式。(NICOLE RAGER FULLER/国家科学基金会)

早期宇宙的独特性质留下的痕迹为我们研究物理反应过程打开了一扇窗。它们不仅告诉我们奇点不能直接从大爆炸中推导出来，而且还表明了大爆炸之前宇宙的存在:宇宙飙升的时期。

在飞速发展的过程中，宇宙中存在着巨大的能量，这导致了宇宙的快速膨胀，其膨胀速度呈指数级增长。这一时期的飞升发生在大爆炸之前，为宇宙的最初发展提供了条件，并留下了一系列独特的特征供人们探索。在探索之前，理论已经预言了这些特征的存在。从各种数据来看，这一时期的繁荣非常成功。

繁荣时期产生的量子波动遍及整个宇宙，当繁荣停止时，它们变成密度波动。然而，这已经跨越了很长一段时间，导致了今天宇宙的大规模结构和宇宙微波背景中的温度波动。这些预测有力地证明了微调机制和新的主要理论的有效性，即这个繁荣时期是大爆炸的起源。(西格尔，图片来源于欧空局/普朗克和美国能源部/美国航天局/国家科学基金会宇宙航行局研究机构间工作队)

但这背离了我们对宇宙起源的看法。我已经展示了一张宇宙随时间变化的地图。这张图表显示了如果宇宙在早期被物质(红色)、辐射(蓝色)或自身(例如繁荣期、黄色)所主宰，它将如何以不同的方式膨胀。但是我没有给你看这张图表的全部内容。

你看，我省略了原始图表中的一些内容，删除了正时间轴和有限时间轴。换句话说，我在时间线到达零之前将其截断。如果我们继续往回推，材料和辐射曲线在特定的时间点t=0时将会变成奇点。这是我们最初提出大爆炸概念的基础。但是在飞速发展的宇宙中，它的尺度只能接近零，但永远不会达到零。无论是在t=0的特定时间，还是在任何早期，无论它被推回多长时间。

蓝线和红线代表传统的大爆炸假设，在这种情况下，t=0是一切的起点，包括空本身之间的空间。然而，在宇宙飞速膨胀的情况下(黄色)，我们不能推断奇点——一个奇异的状态将在空之间进入其中；相反，如果我们无限期地推后时间，我们只会得到宇宙的大小曾经是任意小的答案。哈特-霍金无限条件和博德-古思-维伦金理论对这种状态的持续时间表示怀疑，但这两种理论不一定是正确的。(伊森·西格尔)

像其他伟大的科学发现一样，这一理论引起了科学家们提出了大量有趣的新问题，包括:

1.这段飞速增长的时期是恒定的吗？我们不知道宇宙是否到处都在以同样的速度翱翔，或者它是否已经翱翔了很长时间。不管宇宙的飞速发展速度是否一直在快速变化，也不管不同地方的膨胀速度是否不同，它也可能具有我们今天所观察到的性质。

2.随着时间的推移，繁荣会永远持续下去吗？这种激增显然有可能成为一种永恒的状态；我们相信，在某些领域，它不会以大爆炸结束，而是会永远持续到未来。但是有没有可能它也永远存在于过去呢？我们必须考虑到没有什么能阻止它扩大的可能性。

3.激增是否与同样呈指数增长的暗能量有关？尽管两者在规模和大小上不同，早期的宇宙繁荣期和随后的暗物质导致了宇宙的指数膨胀。这两个阶段之间有什么联系吗？未来的膨胀会像某种宇宙周期一样加强和更新宇宙吗？

暗能量将使未来以不同的方式进化。保持不变或增加强度(变成一大滴眼泪)可以恢复宇宙的活力，而缩小宇宙将导致大崩溃。在两种情况之一中，时间可能是循环的，但是如果两者都不正确，那么时间要么是有限的，要么是无限的(美国航天局/CXC/魏斯)

根据我们目前的观察，我们无法知道上述所有问题的答案。在我们观察的宇宙中，只有繁荣期最后30秒左右的信息。在此之前发生的一切——包括任何能告诉我们繁荣是如何开始的或持续了多长时间的东西——我们所能观察到的都将从繁荣本身的本质中抹去。

理论上，我们的情况也好不到哪里去。博德-古思-维伦金的理论告诉我们，如果时间被推后足够长的时间，我们会发现宇宙中所有的点都会融合在一起，而膨胀不能描述一个完整的时间空。然而，这并不一定意味着这种激增不会永远持续下去。这只能意味着我们目前的物理规则不能在早期准确描述宇宙。

时间在宇宙中如何运作的三种可能性包括时间一直存在于过去和未来。如果我们往回推测，我们会发现时间只存在于有限的一段时间内。或者时间是一个循环，没有起点和终点。今天，我们无法从宇宙中获得足够的信息来从这些可能性中找到正确的答案。(伊森·西格尔)

即使我们可以追溯到宇宙大爆炸开始时的历史，我们也不知道时间是如何(或是否)开始的。再往后看，直到宇宙大爆炸结束，我们可以知道大爆炸是从哪里来的以及它是如何开始的，但是我们不能观察到任何与之前发生的事情相关的信息。宇宙飞速发展的最后一刻是我们知识的终结。

关于时间如何开始，我们提出了三种主流观点——即时间将永远存在，而时间曾经只存在一段有限的时间。时间一次又一次地流逝——几千年后，我们离答案还远着呢。无论时间是有限的、无限的还是循环的，在我们能观察到的宇宙中，我们都无法获得足够的信息来回答这个问题。除非我们找到一种新的方法来获取关于这个深刻的判断性问题的信息，否则答案总是会超出我们已知的极限。

作者:伊森·西格尔

财政年度:邢燕

如果有任何侵犯相关内容，请联系作者在30天内删除它。

复制也需要授权，应该注意保持完整性和指出来源。