01 大爆炸就是时间的开始吗？
加拿大圆周理论物理研究所物理学家，著有《时间重生》。
在我对基础物理学和宇宙学的研究中，我认为最应该被淘汰的观点就是：大爆炸就是时间的开始。
关于大爆炸，最流行的说法有两层含义。第一，大爆炸宇宙学是一个假说，它解释了从138亿年前起，宇宙如何从一个极端高温、高度稠密的原始状态不断膨胀至今的过程，而这个原始状态比任何恒星内部或其他任何地方都要极端得多。对此，我毫无异议。这是不争的科学事实，而且已经阐述得很清楚了：高温稠密的等离子体一致向外膨胀，逐步演化成为我们的家园——这个复杂多样、美丽多变的世界。所有已知结构的起源，大到星系、恒星、行星，小到生命的分子构造，我们都有详细的理论解释，也都通过了大量观测结果的验证。正如所有良好的科学理论一样，大爆炸理论中心有一些悬而未决的观点存在，例如，在整个理论体系中起到重要作用的暗物质、暗能量，其精确性质到底如何？又如，宇宙以指数级暴胀的前期阶段是否真的存在？这些都是很有意思的问题。但是这些问题的存在并不意味着整个理论体系是站不住脚的。
真正让我寝食难安的是大爆炸的另一层含义，即宇宙从一个温度极高、密度极大的点爆发开来的那一刹那，就是时间的起点。根据这个假设，任何事物都不可能在138亿年前存在。在这个点之前根本就没有时间，探究宇宙在大爆炸之前是什么，更是没有任何意义。
于是问题就来了。作为一种科学假说，这一层含义不太能够令人信服，毕竟其中有太多未解之谜。从这个假设出发，我们的宇宙只能是从一个极端特殊的状态演变为世间万物的状态。而“时间有起点”这个假设实在太一般、太没有约束力了，由此推演出的宇宙从无到有那一刻的状态可能有无穷多种。这一点也可以从史蒂芬·霍金（Stephen Hawking）和罗杰·彭罗斯（Roger Penrose）证明过的定理
中得到印证——只要广义相对论正确，时间的起点几乎在任何一个宇宙中都存在。另外，我们的宇宙在早期一定是非常均匀、对称的，可是如果大爆炸就是时间的起点，又怎么能找到一个时间起点的“前世”来对此作出科学的解释呢？这时候，神学家就登场了，他们开始在科学的大门口兜售这样的理念：上帝创造了宇宙，并把宇宙变成如今这个样子。
如果大爆炸就是时间的起点，科学还是无法解释自然规律是如何被选择出来的。人择宇宙原理（anthropic multiverse）应运而生，但由于人们无法观测其他宇宙，也无法提出什么预测的结果来证实或证伪，这个理论目前还很难自圆其说。
然而，科学还是有机会解答这些问题的，假设大爆炸并不是时间的开始，而是从“前生的”宇宙到我们这个宇宙的转换阶段，对这个前生宇宙，我们照样可以进行科学研究，因为正是那时发生的一切造就了今世。
对于大爆炸之前发生了什么，彭罗斯-霍金定理不再起作用。其实这也有其必然性：广义相对论没有考虑量子论，对自然万物的描述是不完全的。对基础物理学家来说，将量子物理和广义相对论统一起来是一个巨大的挑战，其理论发展在过去的30年里取得了长足的进步。尽管决定性的结论还没有出现，但是人们可以看到，量子宇宙学的模型已经给出了确凿的证据，在广义相对论中导致时间戛然而止的无穷奇点不再是必须的了，“大爆炸”成了“大反弹”，时间之河在大爆炸之前仍然流动，只是流向过去而已。更深层次的量子模型指出，宇宙的前世来源于一次坍缩，其密度极速增大，但当增大到无穷大之前，量子过程就已经将坍缩反弹，宇宙又转向了暴胀，新的纪元从此开启。
目前正在研究的理论有很多，这些理论都试图解释大爆炸之前到底发生了什么，这些事又是如何演变为我们的暴胀宇宙的。其中两种理论以量子反弹为前提，并形成两个分支：“圈量子宇宙论”和“几何化溯源模型”。另外两种理论，分别由罗杰·彭罗斯、保罗·斯坦哈特（Paul Steinhardt）和尼尔·图洛克（Neil Turok）提出，描述了新旧宇宙循环的场景。第五种理论则认为，新宇宙的诞生是由量子效应激发黑洞奇点导致的。这些假说都给我们提供了新的思考途径，或许可以用来洞悉君临宇宙的自然法则是怎样被确定的，或许也可以解释宇宙之初的混沌是如何从上一个宇宙那里转变而来的。尤为重要的是，每一个假说都能以可操作的、可观测的、可靠的、排他的手段来证伪。
关于暴胀宇宙的“最初三分钟”，我们已经在20世纪里了解很多了。展望本世纪，我们翘首以待，前世宇宙“最后三分钟”的科学证据会被挖掘出来，我们必将知晓宇宙大爆炸创世的物理奥秘。
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注：本文作者李·斯莫林的《时间重生》已由湛庐文化策划，浙江人民出版社出版。