分类：教育/科学-理工学科-天文学
问题：宇宙大爆炸之前的"宇宙"是什么样的这之前有时间概念吗 
这之前有时间概念吗
回答：所谓大爆炸, 指的是宇宙经历过一个高温高密度的时期, 关于这一点目前已经有大量充分的证据, 并且已经被界普遍接收.从大爆炸演化到今日的宇宙也有相当详细的理论, 如果想了解这些方面的知识, 不妨去读读科普书. 在这方面, 我推荐 Silk写的 The Big Bang. 这比霍金的书内容多的多而且更贴近观测, 读完后对现代宇宙学就会有一个基本的了解(霍金的书读完后却没有这种效果--你还是不懂), 特别适合有一定物理学基础但对宇宙学了解不多的读者. 另外, John Barrow, Alan Guth, Lawrence Krauss, Martin Rees 等人也都写了关于宇宙学的科普书, 也可一读(这几人都是宇宙学方面的大家). 此外, 搞超弦的人(如Brian Greene, M. Kaku) 和搞引力的人(Roger Penrose, Kip Thorne, Lee Smolin, John Wheeler)写的科普书也常介绍这方面的内容. 宇宙学近几年有好几个重大的突破, 因此读科普书时应先读最近两三年出的. 但是目前的物理理论还不能描述能量密度极高的极早期宇宙--并不是没有理论, 而是有很多可能的理论, 但没有哪一种完全令人满意. 所以, 对大爆炸之前究竟发生了什么,或者这个"之前"是不是还有意义, 就只能是猜测了. 目前比较广为人知讨论较多的猜想有这样几种: 1. 暴涨理论(inflation theory) 这是目前的标准理论, 宇宙早期发生过的加速膨胀.这个理论能够解释宇宙的各向同性, 它的两大预言, 即宇宙空间上平直, 和宇宙中的原始扰动为尺度不变的高斯分布的密度扰动也基本被证实. 暴涨理论有很多种, 根据其中由林德(Linde)提出的混沌暴涨理论(chaotic inflation theory), 宇宙一直处在涨落中, 其中一部分有时会满足暴涨的条件, 于是暴涨发生, 这一块原来很小的空间涨成我们所处的宇宙, 但是其它部分依然存在. 关于这个理论, 可参看暴涨理论的提出者Alan Guth 写的 Inflation 一书 (科普读物). 2. 量子宇宙, 认为早期宇宙比须用量子时空来描述. 一个例子是霍金和Hartle的无边界理论. 这个理论认为早期空间和时间都要用量子理论来描述,在量子涨落中有一种无边界解, 谈论大爆炸"以前"没有意义, 因为这时经典的时间概念已经没有意义了. 3. 前大爆炸--弦宇宙学(pre-big bang----string cosmology) 这是Veneziano(弦论创始人之一)和他的学生提出的一个理论. 它的出发点是弦论中的对偶性(duality), 认为当一种理论失效时, 这个理论的微扰态不再适合描述实际的物理. 但是这些难以用此理论描述的非微扰态却可以用与之对偶的另一理论的微扰态来描述. Veneziano 认为, 如果我们考虑大爆炸的逆过程, 当我们上溯到越来越接近大爆炸时, 按我们的理论能量密度越来越高,时空尺度越来越小, 但是到一定时候就应换对偶理论, 从这个理论看尺度越来越大, 能量越来越低, 所以没有问题. 不过, 这个理论最简单版本的某些预言与观测不符.另一个基于对偶性的理论是Brandenberger和Vafa的膜气(brane gas)理论, 认为大爆炸之前有一些多维膜, 后来其中少数由于拓扑上的原因使其中三维涨大, 这就解释了为什么有三维空间的原因. 4. 烈火重生 (Ekpyrotic)理论. 这是Steinhardt, Turok 以及他们的学生去年提出的一个基于 M-理论 的模型, 认为高维空间的两个膜本来处于相互平行的基态, 后来发生碰撞形成大爆炸. 5. 循环 (cyclic) 模型. 这是最古老的想法, 在古代就有很多宇宙多次创生又毁灭的想法. 在现代, 宇宙学的创始者们如 Friedman, Tolman, Dicke 等人都考虑过这个模型,即宇宙现膨胀再收缩再反弹膨胀如此循环往复. 过去的一个难题是怎样从收缩反弹到膨胀, 最近Steinhardt和Turok等人把他们的烈火重生理论用上, 试图通过高维膜碰撞来解决此问题. 6. 黑洞宇宙理论. 这理论有很多版本, 大概意思是当物质塌缩成黑洞时在其内部形成宇宙. 此外, 还有许许多多理论, 难以尽述. 总之,除了暴涨理论有一定观测支持外(但混沌暴涨也只是猜想), 都还处于纯粹猜想阶段, 也都有很多困难. 科学家根据哈勃照片推测大爆炸前宇宙很安静 长期以来，我们习惯于听天文学家讲述早前宇宙是多么混乱，持续不断的粒子风暴，星系之间互相撕扯，总之，一切都杂乱无序。可是新近的观测表明，其实早期的宇宙非常安静。 　　澳大利亚国立大学的天体物理学家阿利斯特博士在详细研究了一系列星系的照片后认为，真实的情况与人们多年来的猜测可能正好相反。这些星系距离地球约1亿光年，所有的 图片均由哈勃天文望远镜携带的广角行星照相机-2拍摄的。阿利斯特解释说，早期的碰撞活动还不到先前估计的十分之一。许多科学家曾认为，只有经过频繁的碰撞才有可能形成现在这样大小的星系核，但根据阿利斯特博士的计算，事实上只需一次碰撞便足以造就一颗星系核。 尽管以前曾有人根据构造理论指出，宇宙在其演化过程中可能并不需要太多的碰撞，但长期以来这一观点一直缺乏有效的支持。现在，阿利斯特博士的观测首次从事实上肯定了上述理论。他表示：“新的观测数据与我们现在构建的宇宙模型非常吻合。如果能够观测到10次左右的星系碰撞，我们便会发现星体的总质量会有所减少。其总量要超过星系中央黑洞总质量的10倍。在许多星系的中心都存在着巨大的黑洞，而不是由可见的星体组成的核心。这表明，并不是每一个黑洞都要通过吞噬其附近的星体来维持自身的成长。除此之外，我们还观测到了两个庞大星系融合后其星系核遭到破坏的情况。” 需要指出的是，尽管我们的银河系也捕获了众多的小型星系，但从其目前的形状来看，它以前可能并未经受过全面的碰撞。因为如果出现过大碰撞，我们现在就不会在晴朗的夜晚看到一条飘过苍穹的“银河”，呈现在我们眼前的将会是均匀分布的满天星斗。据测算，大约在30亿年后，我们的银河系将会与庞大的螺旋形星系——仙女座发生全面碰撞。 科学家提出新观点 大爆炸毁灭了宇宙 　　南方网讯 现在的科学界对于宇宙形成的普遍观点是，100亿到200亿年前的宇宙大爆炸创作了宇宙，但是现在科学界存在一种新的理论，一些天体物理学家认为事实上那次大爆炸是摧毁了宇宙。 　　夏威夷国家天文台的Tycho Solaris教授说：“我们一直在考虑宇宙大爆炸这个问题，逐渐认识到几乎所有的爆炸都是毁灭性的，并不像我们以前认为的那样富有创造性和革命性。在大爆炸之前，宇宙一定是一种令人惊异的景象，但现在剩下的尽是些银河间的灰尘和碎石，而且正以极高的速度被从大爆炸的中心向外抛出。” 　　“生命像是以前那个完美的宇宙所留下的完美的碎片，这或许能够解释生命为何还有着种种不尽人意和不完善之处。想到宇宙的毁灭真是让人沮丧的事情，这些宇宙空间的碎石将继续它们孤寂的旅行，相距越来越远，直到有一天我们天空里的星星变得黯淡无光并最终消失。当然，这种事情在最近几十亿几百亿年里都不会发生。” 　　尽管回到大爆炸之前的宇宙是不可能的，但科学家们计划用超型计算机推测宇宙被毁灭之前的景象，并希望知道到底是什么导致了那次毁灭性的大爆炸。 　　Solaris博士说，“我们不必为此灰心失望，假如我们知道大爆炸的原因，或许就能在未来避免这种灾难的再次发生。”