廣義相對論——1927年，喬治·勒梅特根據廣義相對論提出了大爆炸理論，當時還不叫這個名字——廣義相對論指出時間和空間并不是相對獨立的而是一體的。因此可以很容易的得出這個結論——空間不存在時間也不存在（當然，這讓人很難理解）。在這個意義上上述的問題就有點類似問“北極的北方有什么？”。 圣托馬斯·阿奎那（13世紀）認為時間也是上帝的造物之一，因此你如果要問在此（時間概念產生）之前有什么存在確實無法回答。對于他來說時間也是在上帝創(chuàng)造時間后才開始流動的。 但是上述觀點并不是唯一的觀點，甚至也不是正確的。事實上，如果我們讓時間倒流，并根據廣義相對論來推斷，我們最終會到達時間概念誕生之前的第一站，即零點前10 - 42秒，也就是我們所知的普朗克時間，在這里需要將廣義相對與論量子力學聯系起來分析。但問題是廣義相對論和量子力學并不能很好地結合在一起，所以我們實際上不能知道在這個時刻究竟發(fā)生了什么。 因此，在這個時候我們現有的物理學并不能幫助我們進行分析。我們需要新的理論來分析該時間的情況。至少，我們需要一個量子引力學用來分析，但這個理論還不存在。 因此，實際上回答“大爆炸之前存在什么？”這個問題的正確答案應該是“我們不知道”。我們可以委婉地說“大爆炸之前什么也沒有是可能的”或者“我們可能有一些很有趣的假定，比如白洞，大坍塌，零耗能宇宙或者其他無數的有趣的假定”。又或者簡單的說“我們不知道，因為暫時沒有分析此時狀態(tài)的理論工具?！?/p> 這就是這個問題的完整答案，而這個問題也是很合理的，沒有任何問題。 完全合理的問題 但是問題變?yōu)椤霸诖蟊ㄇ啊鞍l(fā)生”了什么？（即探尋大爆炸之前的時間點）”就沒有任何意義了，因為大爆炸前時間并不存在，因此大爆炸“前”這個時間點是不存在的。 如果問題變?yōu)樵凇按蟊ㄇ坝惺裁创嬖凇?，這就很有趣了，雖然我們無法分析發(fā)生了什么但是可以肯定在大爆炸前肯定有能量存在。為什么？因為能量無法憑空出現。 這讓我們知道了最初的能量是什么，能量就是最初的存在，沒有人去創(chuàng)造它，也沒有其他的來源，是世界上最簡單的物質。 現在，嘗試著想象一個沒有時間、空間、物質或引力存在，但只存在由無數能量組成的能量奇點，與我們熟知的量子類似。如果還要進一步了解，請繼續(xù)讀下去吧。 在大爆炸前有什么存在？ 在大爆炸前，已經有能量存在。嘗試著想象一個沒有時間、空間、物質或引力存在，但只存在由無數能量組成的能量奇點，與我們熟知的量子類似?，F在也有辦法“觀察”到這個在大爆炸前就存在并導致大爆炸產生的存在，即使我們的宇宙消失，它也始終在其原來的位置（我們現有宇宙的時空邊緣）。 為什么宇宙學家并不認可大爆炸前宇宙就有某種存在？ 用來觀測大爆炸的實驗儀器在大爆炸前并不存在。廣義相對論認為空間、時間、質量、能量和引力在138億年前的某一個時間點同時出現，但是整個理論無法解釋在這個時間點前究竟存在什么。位于大爆炸前的事件被認為是不可觀測的，因為信息都丟失了。即使面對這些障礙，宇宙學家對于宇宙是如何形成的并不是毫無頭緒。他們猜想——宇宙可能是在不停的經歷從誕生、崩潰到重生的循環(huán)，也有可能是永恒的膨脹帶來的多重宇宙之一；亦或是位于更高維度空間（超維度空間）的宇宙在我們（四維時空）維度的投影；或者是零和宇宙中包含正能量的那個（當然也存在一個負能量宇宙），兩個宇宙能量之和為0。 為什么物理學家不認為會存在一個只有純粹能量的奇點呢？ 物理學家往往只關心自己學科范圍內的事務，他們也許認為物理學是凌駕于其他學科之上的高級科學，但他們忽視了另外兩個“起源”難題是如何解決的。 進化論，已人盡皆知。 在19世紀的下半葉，科學第一次被“起源”之謎絆倒。一些英國生物學家面臨著一個看似不可能的問題：當前的生命是自誕生以來就是如此模樣，還是從其早期祖先進化而來的呢？最終他們找到了進化的證據，隨著時間推移，一系列僅有略微不同生物的種類和數量慢慢增加最終變成今天地球上各種生物。目前科學證明現代生命的祖先就是單細胞生物。而在維多利亞時代，有兩個人將這個理論與人類聯系在了一起，將進化論推到了風口浪尖。難道我們也是從原始的動物進化而來？他說是的，并且寫了一本書詳細的解釋了該問題。那關于生命如何出現的這個終極問題呢？在首個生命出現之前，只有一些普通的物質存在，因此達爾文認為在一個溫暖、有光、有電的小池塘里，一些有機物通過自我組合形成了最初的生命。 這是一把解決所有“起源”問題的鑰匙 達爾文向我們展示了如何在一系列完整的事件中如何發(fā)現不協調、不連續(xù)事實的能力。他研究新現象起源的方式就是觀察其之前存在的、更簡單的環(huán)境。按照該方法他兩次都得到了正確的答案——人類是從非靈長類動物進化而來的，而生命則來源于由普通物質構成的無生命有機化合物。 問題切入點在哪兒？ 進化論的發(fā)現啟發(fā)我們去尋找一種結構簡單、能夠誕生宇宙的母體。它擁有以下特質:1) 如果我們能夠用肉眼觀察，它應該是完全黑暗的、但是又很明顯可見的。2）構成它的物質應該很平凡，但是可以構成各種形狀。 能量守恒定律 該定律明確能量不能被創(chuàng)造或消失，只能轉移。按照該理論，宇宙的出現必然伴隨著一些初始能量。能量是無形的，但是代表著真實的物理性質。就能量的總數來說，是不會受時間影響的——按照愛因斯坦時空一致性的理論，時間和空間都是連續(xù)時空的一部分，因此任何不受時間影響的事物同樣也將不受空間的影響。能量無形且不受時間影響，但不妨礙它轉化為其他事物，甚至變成實體的存在。 質能方程 愛因斯坦發(fā)現質量和能量的轉換關系。最初，這只是一種理論分析的工具，后來實驗物理學家發(fā)現了將該理論用于質量-能量轉換的方法。原子彈和反應堆根據質能方程制造出來，通過損耗物質質量釋放了大量的能量。另一方面，速度接近光速的質子在碰撞后產生的粒子質量比參加碰撞的質子總質量還多。更復雜的是，三維物質是由受限的光速運動的能量構成。 虛空能量. 在上世紀末，天文學家發(fā)現宇宙是不斷在加速膨脹的。首次由愛因斯坦提出的一種“宇宙常數”，——一種低密度的“暗”能量是宇宙膨脹的原因。這也被稱為空間能量、虛空能量或者真空能量。這是一個棘手的問題，因為在宇宙的持續(xù)膨脹過程中，所包含的空間會越來越大。從整個宇宙來看能量不再守恒，不斷擴大的空間從未知的地方帶來了更多的能量。 量子真空 量子力學是物理學中另一個重要的理論，他描述了原子、原子核、亞原子尺度的物理現象。這與廣義相對論不一致，因為在廣義相對論中無法解釋量子效應。最典型的一個例子就是不確定性原理。量子場論認為真空是由不會消失的場填充著（該理論認為，所有的場處于基態(tài)時，定義為真空）。根據不確定性原理，沒有辦法精確知道場在空間中某一個點的值。如果這個空間點上沒有粒子（能量為0），那么這個場在空間中這個點的值就能準確測量。真空中充斥著量子漲落和虛粒子的存在。 由于他們的存在，量子真空中存在正能量，甚至是無限大的正能量。與能量密度恒定的“暗”能量不同，量子領域中尺度越小真空能量密度越大，正如波長越短頻率越高（頻率與能量成正比）一樣。從原子尺度到原子核尺度，再到原子核千分之一的尺度都代表著能量密度成數量級的幾何倍增加。一般來說，物理學家將最小尺度限制在普朗克常量，因為在這個尺度的更小的區(qū)域，現有的所有理論均不成立。而在這個尺度，真空能量密度達到了10^112ergs/cm3,而暗能量密度為10^-8ergs/cm3。真空空間中的能量密度在原子尺度和量子尺度下相差了120個數量級。這種差距告訴物理學家這兩種不同的真空并不是同一種現象。 能量奇點 能量奇點是在宇宙中一個無限小空間上其四周極厚的能量屏障，其密度遠大于物質。這個奇點在時空形成前就存在，因此在其中沒有時間和空間概念。這就是“大爆炸前”存在的東西。由于引力是時空的一種幾何性質，因此奇點雖然有著巨大的能量，但是不會對我們的宇宙產生任何的引力影響。 從能量奇點中誕生的宇宙 能量奇點誕生宇宙的第一步是創(chuàng)造時空：在沒有維度的奇點“內部”出現一個高維度的氣泡、薄膜，在如“量子漲落”等因素的自發(fā)驅動下，膨脹為一個假真空。隨之而來的就是簡單的能量向新媒介中傳播。在沒有空間的情況下，量子相互聚合形成了64種已知的基本粒子。在后續(xù)的時空現象影響下量子進一步的結合在一起形成了我們所知的三維物質。 量子現象和無人知曉的原因 最基本的物質結構不可能無中生有，也不可能消失不見。今天我們可以確認的是，宇宙絕大部分的物質最基本的組成部分是由大爆炸產生的。通過仔細觀察最小的物質塊——基本粒子、原子和分子——物理學家已經“看到”它們“溶解”成波。粒子可以在某種相互作用后重新出現，通常是與宏觀物體的碰撞，這一事件可以被稱為“測量”。這個過程中的大部分實際上是無法被觀察到的；這些波是用數學模型表示的，而且有充足的證據表明它們是“概率波”——一種數學形式對非物理層面的描述，最多存在于現實的一種特殊狀態(tài)中。這導致我們在分析這種特殊狀態(tài)時會面臨麻煩，因為處于四維時空中的人類思維方式并不能力理解這種缺乏時間和空間的特殊狀態(tài)。 違背常理的量子現象 量子現象的通俗解釋有如下的例證：量子態(tài)的物質以多個狀態(tài)的疊加而存在;它們可以同時出現在多個地方。原子中的電子可以從一個地方跳躍到另一個地方而不需要經過兩個位置間的空間。量子態(tài)的物質可以穿過屏障。如果一個人想知道一個粒子的精確位置，那么他就不能知道它的精確動量，反之亦然。量子態(tài)的物質從A點移動到B點會同時經過所有的可能路徑。糾纏的粒子可以在空間中瞬間相互作用。沒有人能夠在不干擾對象的情況下去觀測它。在這些例子中，空間、時間和物質的概念被打破了。原因是量子態(tài)的物質缺乏空間——因此缺乏傳統的物質特性——無論該量子態(tài)的物質在空間還是在物質實體中。測量過程中，觀測活動將會對觀測對象施加碰撞或阻礙等干擾，此時被觀測對象將表現出奇怪的現象。根據干擾的類型，他們將展現出波或者粒子的特性。此時用經典的標準來衡量它們的全部性質，就好像它們是真正的粒子一樣，當然這是不可能的。 量子力學中概率的起源. 量子理論——其數學表達方式表明，單個相互作用的結果是不能被預測的，比如不能預測單個電子發(fā)射到屏幕上之后，它將會在哪個位置。相反，只能提供一個可能結果的概率。概率的預測分布只有在多次進行相同的實驗之后才會出現。為什么呢？因為一個存在于非空間球體中的“非物體”并不與存在空間和時間中的物體存在一一的對應關系。 就像一只黑暗中向我們擺著造型的貓咪，有可能坐著也有可能站著。它可以舔右爪，也可以舔左爪。它可以面向我們，向我們展示它的一側或者露出尾巴。所有這些都是貓的可能性。假設現在我們有了一盞燈但只能打開一瞬間，每當我們打開的時候，它都能讓我們看一眼貓。在任何情況下，我們都不能準確的預測下一眼我們看到的貓咪是何姿勢，但我們知道結果總是上述可能性中的一種。貓的許多種姿勢——它的所有的形狀或結構——只有在多次“一瞬間”的觀測并匯總之后才會顯現出來。 量子糾纏 量子糾纏現象特別能說明一個無空間屬性的物質在時空中的行為。如果兩個電子的性質取決于對方，那么它們就會糾纏在一起——這對電子具有相同的波函數。例如，如果一個是“自旋向上”的狀態(tài)，另一個將擁有另一個“自旋向下”的狀態(tài)。當它們未被干擾（觀測）時，它們應該同時處于這兩種狀態(tài)的疊加狀態(tài)——實際上是一種與空間特征無關的非物理狀態(tài)?，F在如果把兩個電子向兩個相反方向發(fā)射，假如觀測干擾導致其中一個電子為自旋向下的狀態(tài)，那么另一個電子將肯定為自旋向上。換句話說兩個電子之間存在某種即時的聯系。為什么？因為他們這種聯系是超越空間存在的，不受空間距離的影響。 結論。四個奇點:能量奇點、宇宙、生命和人類。 生物學家使用“奇點”一詞來指單一或獨特的事件或性質，例如，生命史上的里程碑。從更廣闊的角度來說，西班牙生物化學家胡安·奧羅認為世界上有三大奇點：宇宙、生命和人類。這種說法的問題在于，有兩種相互矛盾的物理理論在競相描述奧羅的第一個奇點——宇宙。要解決這個難題，首先需要理解宇宙起源問題與達爾文所解決的其他兩個問題屬于同一范疇。通過分析更為簡單問題的解決原理，那么更復雜同類型問題就很容易解決了。接下來的問題是，這樣一個沒有空間和時間的物資如何融入現在科學的框架中。要理解它與量子力學中各種匪夷所思之處的關系是很困難的。目前的工作剛開始時是與物理學毫無關系。它的目的是設計出一種通向第四奇點——人類歷史——的科學的方法，但那是另一個故事。 作者: quora |
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