這是一個繞腦的問題，本文將為您分享一篇來自天體物理學家以及科學教育家Paul M. Sutter的關於這個問題的科普解說文章，Paul M. Sutter目前是俄亥俄州立大學天文系宇宙學研究員，也是俄亥俄州哥倫布市科學與工業中心的首席科學家。

戈特弗裡德·萊布尼茨（Gottfried Wilhelm Leibniz）寫道：“為什麼有些東西是有而不是無？充分的理由[…]存在於一種物質中，這種物質[…]是必需的，它本身具有存在的理由。”物理哲學家迪恩·裡克爾斯（Dean Rickles）認為數字和數學（或其基本定律）可能必然存在。物理學家可能得出了一種經典的結論，時間並不存在於“大爆炸”之前，而是始於大爆炸，因此可能沒有“開始”，“之前”或潛在的“原因”，而是始終存在的。有些人還認為，沒有什麼是不可能存在的，或者這種不存在可能永遠不會是一種選擇。在宇宙大爆炸開始時可能存在的量子波動（量子漲落）或其他物理定律可以為物質的發生創造條件（在量子物理學的影響下，粒子可以從潛在的量子場中出現，並且可能在大爆炸開始時就已經可能在其他存在的物理定律下出現了）。

什麼是大爆炸？

首先我們需要了解下，什麼是宇宙大爆炸？

宇宙大爆炸理論是可觀測宇宙的主流宇宙學模型，從最早的已知時期到隨後的大尺度演化。該模型描述了宇宙是如何從非常高密度和高溫狀態下膨脹的，並對包括光元素丰度、宇宙微波背景（CMB）、大尺度結構和哈勃定律在內的一系列現象進行了全面的解釋。如果把已知的物理定律外推到最高密度區域，結果就是奇點，這通常與大爆炸有關。

物理學家們還沒有決定這是否意味著宇宙是從奇點開始的，或者說現在的知識不足以描述當時的宇宙。 對宇宙膨脹率的詳細測量表明，大爆炸發生在大約138億年前，因此被認為這就是宇宙的年齡。 在初始膨脹之後，宇宙冷卻到足以可以形成亞原子粒子，以及隨後形成的簡單原子。 這些原始元素的巨雲後來通過重力在暗物質的光暈中聚結，最終形成了今天我們所見的恆星和星系。

自從喬治·勒梅特（Georges Lemaître）在1927年首次指出膨脹的宇宙可以追溯到起源的單個時間點以來，科學家們就已經建立了他的宇宙膨脹理論。 科學界曾一度被分成兩大理論的支持者，即大爆炸理論和穩態理論，但是大量的經驗證據強烈支持了現在被普遍接受的大爆炸理論。

1929年，根據對星系紅移的分析，埃德溫·哈勃得出了一個結論，星系正在遠離我們; 這是一個重要的觀測證據，符合宇宙膨脹假說。1964年，宇宙微波背景輻射被發現，這是支持大爆炸模型的重要證據，因為這個理論預言了宇宙在發現之前存在的背景輻射。最近，對超新星紅移的測量結果表明，宇宙的膨脹正在加速，這一觀察歸因於暗能量的存在。已知的自然物理定律可用於詳細計算宇宙的特徵，以及極端密度和溫度的初始狀態。

根據大爆炸理論，宇宙是由一個極緊密、極熾熱的奇點膨脹到現在的狀態。根據大爆炸理論，宇宙是由一個極緊密、極熾熱的奇點膨脹到現在的狀態。圖：WJ百科

是什麼導致了大爆炸？

在過去14億年的故事是一個關於密度的故事。宇宙是由許多種物質構成的：氫、氦、暗物質、塵埃、光子、中微子等等。所有這些物質在不同的密度下會表現的不同，所以當宇宙變得更小時，一種物質可能支配另一種物質而占主導地位，而這種物質的物理行為將會驅動宇宙中發生的任何事情。

例如，現在，宇宙主要是暗能量（無論是什麼），它的“行為”正在統治著宇宙 - 在這種情況下，它驅動著一段加速膨脹的時期。但是在幾十億年前，宇宙變得更小了，所有的物質都被緊緊地擠在了一起。

（注：暗能量促使我們的太陽系將物質聚集在一起的時候，那個時候的宇宙大約是現在大小的一半。）

暗能量時代的誕生可能看起來並不那麼引人注目，但是隨著時間的倒退——宇宙將變得越來越小——它就會變得越來越陌生。 追溯到130億年前，當時宇宙只是其當前範圍的千分之一，並且總有那麼一天宇宙將把構成整個星系的物質緊密地擠在一起，以至於甚至連原子都不能形成。它的密度如此之大，以至於每當原子核纏繞在電子中時，就會有一個粗心的高能光子撞擊它，把電子撕開。這是一個等離子體時代，在這個時期中，整個宇宙的物質都是這樣激烈的活動中。

讓我們將時間快進到今天，當宇宙冷卻並膨脹到足以讓第一個原子形成時，那個時候剩下的光目前還在繼續“撞擊”我們。 但宇宙已經變得更古老，更冷了，因此那些高能伽馬射線光子流現在已經被拉長成了微波的低能波段，它們創造了一種宇宙的背景波段——這就是我們現在說的宇宙微波背景輻射，或CMB。

CMB不僅是宇宙大爆炸的主要證據之一，而且它也是一個甚至更早的窗口時代。 在CMB形成之前，我們可能無法感知宇宙，但是那裡的物理學在那個輻射場中留下了一些痕跡。

我們越往前推，宇宙就會變得越是陌生 - 是的，這樣的宇宙場景甚至比等離子體更加奇怪。 我們把時間進一步的向後推，我們發現宇宙已經不能形成穩定的原子核了。 我們再更進一步的推，此時宇宙中的質子和中子再也不能承受其壓力並“退化”成它們的基本成分：也就是我們熟知的夸克和膠子。 如果再把時間推回去的話，好吧，這將變得極度的複雜。

大爆炸理論可以這樣概括：曾經的曾經，整個宇宙——你所知道的和你所喜愛的一切，以及地球上和天堂裡的一切——都被壓縮到一個大約只有萬億開爾文溫度的桃子球內。或者是蘋果？還或者是小葡萄柚。 不過要明確的是，這裡的水果和我要講的一點也沒關係。

如果你在幾百年前就對人們說這些，那麼它們聽起來會發現這句話非常荒謬...... 但是，就像這個概念聽起來一樣瘋狂，我們可以用我們對高能物理的知識來理解這個宇宙時代。我們可以在這個早期階段模擬宇宙的物理學，並找出後期的觀測結果。我們可以做出預測。 我們可以做科學。

在“桃子時代”，宇宙只是在一秒鐘中的一小部分（遠遠小於1秒）。 事實上，這樣的時間概念甚至比微小的分數值還要小得多——大致約為10的-36次方秒。 從那時起，我們對宇宙的運作方式就有了大致不錯的描述。當然，有些問題仍然存在的，但總的來說，我們至少有一個模糊的理解概念了。

隨著宇宙年齡的增長，我們腦子裡的畫面變得越來越清晰，但是，考慮到我們可憐的猴子大腦甚至在思考宇宙中的早期時代，這幾乎是令人恐懼的。

然而，在更早的時候，我們對宇宙的理解還是很模糊的。力、能量、密度和溫度都變得實在是太高了，因此幾個世紀以來我們拼湊在一起的物理知識根本不能解釋這一切。在極早期的宇宙中，引力在小尺度上開始變得非常重要（佔據主導地位），這就是量子引力的領域，這是現代物理學尚未被解決的一大謎團。我們只是在小尺度的情況下不了解強引力。

在時間小於10的-36次方秒裡，我們就不瞭解宇宙的本質了。大爆炸理論在描述之後的一切都很棒的，但在大爆炸之前有什麼發生過什麼，我們有點迷失了。 我們得到這個結論：在足夠小的宇宙時空尺度上，我們甚至不知道“之前”這個詞是否存在意義！ 在令人難以置信的小尺度上（我說的比你能想象的最小的東西還要小），現實的量子本性全力以赴地抬起了它那般醜陋的頭，把我們整潔、有序、友好的時空渲染成了一個由迂迴、糾結和鏽跡斑斑的尖峰組成的破碎的叢林健身房。在時間或空間上的間隔概念並不適用於這些尺度。誰知道發生了什麼事？

當然，也有一些想法——試圖描述是什麼點燃了宇宙大爆炸，或者說是什麼“播下了”宇宙大爆炸的模型，但是在這個階段，它們純粹都是猜測。 如果這些想法能提供觀測線索——例如，CMB上的一個特殊印記，那麼萬歲——我們可以做科學了！

從大爆炸到現在的（可觀察的）宇宙的時間線：它為什麼存在？圖：NASA/WMAP Science Team

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