宇宙是从什么时候开始的？也许根本就没有所谓的“开始”

10 月 13 日消息现实中有太多不可思议的存在，人们往往将它们与科幻作品甚至传说联系在一起。宇宙是从什么时候开始的？也许，宇宙根本就没有所谓的“开始”，而是一直都存在。近日，有研究者提出了一个新的量子引力理论，揭示了这一可能的机制。

布鲁诺・本托是英国利物浦大学的物理学家，主要从事时间本质的研究。他在研究工作中引入了一个新的量子引力理论 ——“因果集理论”。在这个理论中，空间和时间被分解成时空的离散块；在某种程度上，时空具有一个基本单位。

运用因果集理论来探索宇宙的起源会发现，宇宙可能是没有开端的，它一直存在于无限的过去，直到最近才演变成我们所说的“大爆炸”。

量子引力

量子引力或许是现代物理学面临的最令人挫败的问题。我们已经有两个非常有效的宇宙理论：量子力学和广义相对论。量子力学成功描述了自然界 4 种基本力中的 3 种（电磁力、弱力和强力），直至微观尺度。另一方面，广义相对论是迄今为止对引力最有效和最完整的描述，虽然并非描述引力的唯一理论，但广义相对论却是能够与实验数据相符合的最简洁的理论 —— 至今为止，广义相对论的预言已经通过了所有观测和实验的验证。

然而，尽管广义相对论有诸多优点，但它仍然是不完整的。在宇宙中，至少有两个特定的时空点，是广义相对论的数学原理根本无法解释的，也无法得出可靠的结果。这些时空区域被称为“奇点”，在那里，我们目前所知的物理定律都无法适用，广义相对论所用的数学工具也会失灵。在这两个奇点中，引力会在极小的尺度下变得异常强大。

因此，为了揭开奇点的奥秘，物理学家就需要结合广义相对论和量子力学，对这种强大的引力场进行量子化描述 —— 因此这也被称为量子引力理论。目前，科学家已经提出了不少量子引力理论，包括弦理论和循环量子引力理论等。

现在，科学家又提出了另一种方法，或许将完全改写我们对空间和时间的理解。

因果集理论

时空是由离散的块或时空“原子”组成的，类似于计算机图像的像素。

在所有当前的物理理论中，空间和时间都是连续的；它们形成了一种光滑的结构，构成了所有现实的基础。在这样一个连续的时空中，空间上的两点可以尽可能地接近，两个事件在时间上也可以尽可能地接近。

然而，在所谓的因果集理论中，时空被重新想象成一系列离散的块，即时空“原子”。该理论将严格限制事件在空间和时间中的距离，因为它们不可能比“原子”的大小更近。例如，如果你看着电脑屏幕阅读这篇文章时，一切似乎都是平滑和连续的；但如果通过放大镜观看同一个屏幕，你可能就会看到分割空间的像素；你会发现，让屏幕上两个图像的距离小于单个像素是不可能的。

这个物理学理论使布鲁诺・本托受到了启发。“发现这个理论让我很激动，它不仅是在做尽可能基本的尝试 —— 这实际上是一个重新思考时空本身概念的量子引力理论 —— 而且也赋予了时间某种核心作用，揭示了时间的流逝在物理上意味着什么，你的过去到底有多真实，未来是否早已存在。”本托说道。

宇宙开始的时间

因果集理论对时间本质有重要的启示。

在很大程度上，因果集哲学认为时间流逝是一种物理现象，不应该被归因于某种突发的假象，或者发生于我们大脑中，让我们认为存在时间流逝的事情；这一过程本身就是物理理论的一种表现，因此，在因果集理论中，一个因果集一次就会增加一个“原子”，并变得越来越大。

因果集方法巧妙解决了大爆炸奇点的问题，因为在该理论中，奇点是不存在的。物质不可能压缩到无穷小的点 —— 它们的大小不能小于一个时空原子。

如果没有大爆炸奇点，宇宙的起源会是什么样子？从这个问题入手，物理学家探索了因果集理论对宇宙初始时刻的解释，研究成果发表于 9 月 24 日的预印本数据库 arXiv（这篇论文尚未在同行评议的学术期刊上发表）。

这篇论文分析了因果集方法中是否一定存在开端，从经典的角度来说，在最初的因果集公式和动力学中，一个因果集从虚无中发展成为我们今天看到的宇宙。而在研究中，没有大爆炸作为开始，因为因果集对过去而言是无限的，所以总有一些事件在之前发生。

这项研究暗示宇宙可能根本就没有“开始”，而是一直存在。我们所感知的大爆炸可能只是这个始终存在的因果集演化中一个特殊的时刻，而不是一个真正的开端。当然，研究者仍有许多工作要做。这种没有“开端”的因果集理论是否允许我们用常规的物理理论来描述宇宙大爆炸期间的复杂演变，目前还没有定论。

人们仍然有疑问，因果集方法是否能以一种合理的方式来理解，或者这种动态在更广泛的意义上意味着什么，但无论如何，这样一个框架确实是可能的，至少在数学上，这是可以说得通的。

换句话说，这也是一个新的开始。

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