事情还没完:广义相对论不仅描述了今天的宇宙,还告诉了我们宇宙从诞生以来就在不断膨胀——它的诞生大概是在138亿年前,当时的宇宙稠密而灼热。根据方程式反向推算最远只能到这个点了——温度、密度和曲率都无穷大。这个情况用今天的术语来说就是“大爆炸”,很多物理学家都认为,宇宙其实就是从那时开始存在的。
然而,此时我们的方程失效了,这令人非常不满。事实上,当时的宇宙一定非常灼热,且密度极大。很多物理学家认为,爱因斯坦的方程在那种情况下就不成立了。而且,宇宙中的所有粒子可能非常密集地聚集在一起,以至于我们需要考虑到基本粒子(可能还有时空本身)的量子效应。目前,我们还没有对量子效应和相对论效应的满意描述,所以我们不知道大爆炸时到底发生了什么。不过,我们可以比较肯定当时发生了下面这几件事。
1)对于奇点后不到一秒的极短时间里的宇宙,“大爆炸”是描述它的绝佳范例。
2)大爆炸并未发生在某一处,而是同时发生在各处。某处发生了一次爆炸,然后从一个微小的点起,所有物质开始充塞空****的太空——这个画面是错误的,相反,当时的宇宙是高度集中的,而且哪里都是灼热的。
3)人们常听说宇宙在最初的时候“非常小”。事实上,我们并不确定是这么回事,因为我们不知道宇宙规模有限还是无限。如果它无限大,那宇宙从始至终都是无限大的,就连在大爆炸阶段也是如此,只不过当时它非常稠密和灼热而已,而且从那之后便不断膨胀和冷却了。与那时相比,宇宙已经长大了许多,但不变的是它始终都是无限大的。
4)我们不知道大爆炸之前发生了什么,甚至不清楚是否真有什么事发生。人们设想了几个可能的场景,但没有哪个场景从哪个角度来看是“确凿”的,就连“可能性大”都算不上:空间与时间确实就是从大爆炸开始存在的。这样说来,大爆炸是世上发生的头一件事,要问再之前发生了什么,就相当于问北极以北有什么——这问题完全没道理。
还有一个可能,大爆炸之前确实有事物存在,举例来说,是另一个正在坍缩的宇宙。那个宇宙因为它自身的重量不断坍缩,直到在“大坍缩”中皱成一团;然后它从那个非常稠密和灼热的状态开始“回弹”,再次膨胀,逐渐形成我们今天这个正在膨胀的宇宙。即便这为大爆炸之前的情况提供了可能,但你要问那时候用了多长时间,这种问题还是没道理;因为在猛烈收缩的阶段,关于坍缩和膨胀时期持续的时间,量子不确定性很大。
因为宇宙在急剧膨胀,我们可以相当确定,在某个阶段,宇宙曾经非常小,或者说宇宙中的所有天体曾经距离彼此非常近。但是,实际上事情没这么简单。我们对粒子是如何创造出来的了解得非常清楚,而且爱因斯坦的广义相对论方程式也对此过程有了详细的描述,即各种形态的物质是如何与弯曲时空互动的。将这个与天文望远镜在更先进、更精确的时代的天体物理学观测结果比照着看,关于宇宙中发生了什么,甚至是大爆炸后即刻发生的事,我们其实可以得到一个相当明确的结果;不过,到目前为止,刚好在大爆炸时发生的事对我们而言依然是一个谜。让我们回到宇宙刚刚产生之后,看一看据我们所知当时的情况是怎样的。
我们看看在宇宙演变的过程中它最重要的属性有哪些:
[1]1吉秒差距为10亿秒差距。
宇宙的年龄。换言之:大爆炸之后过了多久?
当时的宇宙温度大概有多高?我们在此以K(开尔文)为单位描述温度,不过你可以轻松地把这些很大的数字想成摄氏度或华氏度,这都没关系。
比例系数。当时的宇宙比今天的宇宙小多少。
宇宙当时发生了什么?宇宙中有什么类型的物质、辐射和能量?
普朗克时间阶段
0-10-43秒。实际上,我们还不清楚当时的时间是否会像通常意义上那样流逝
可能约为1032K
和时间一样,空间的概念本身在此时可能也没什么意义