1970年，史蒂芬·霍金（Stephen Hawking）和罗杰·彭罗斯（Roger Penrose）发表了一篇著名的论文，他们证明了，如果让时间一直倒流，那么宇宙故事的开场将是大爆炸奇点 。
今天，大多数人都听说过，宇宙始于约138亿年前的大爆炸，如果真的是这样，那么大爆炸又源于何处呢？
第一批物质
让我们先看看所谓的物理物质最初是如何产生的 。
如果我们的目标是解释由原子或分子构成的稳定物质的起源，那么在大爆炸时确实还没出现这样的东西 。
自大爆炸后，宇宙便开始膨胀和冷却 。随着宇宙不断地冷却，一旦条件合适，第一批原子便会从更简单的粒子中形成，之后这些原子又会在恒星内聚变成更重的元素 。我们对这些过程已经有了详尽地理解，但是这种理解并不能解决宇宙“无中生有”的问题 。
因此，让我们再往前想想 。最早的长寿命的物质粒子是质子和中子，它们共同构成了原子核 。这些粒子在宇宙大爆炸后的万分之一秒左右出现 。在那之前，确实没有任何我们熟悉意义上的物质 。
但物理学可以让我们继续顺着时间线往回走，追溯到任何稳定物质之前的物理过程 。
大统一时期
这就把我们带到了所谓的大统一时期 。现在，我们已经进入了推测性物理学的范畴，因为我们还无法在实验中产生足够的能量来探测当时发生的那种过程 。
但一种合理的假设是，物理世界是由短寿命的基本粒子场组成的 。物质和反物质的量大致相当，每种物质粒子（比如夸克）都有一个反物质的“镜像”伙伴，它们几乎相同，只在一个方面有所不同，也就是电荷相反 。当物质和反物质相遇时，它们会在能量的闪光中湮灭，这意味着，这些粒子在被不断创造和毁灭 。
但这些粒子最初又是如何存在的呢？
量子场论告诉我们，即使是真空，也就是“空无一物”的时空，同样充满了能量涨落形式的物理活动 。这些涨落可以产生粒子，但它们很快就会消失 。这已经在无数实验中被发现 。
文章插图
量子色动力学中真空量子涨落的模拟 。| 图片来源：Wikimedia/Ahmed Neutron
时空真空状态中的粒子不断被创造并摧毁，这显然是某种意义上的“无中生有” 。但也许这一切告诉我们的其实是，量子真空是“有物”的，而非空无一物 。
普朗克时期
假设我们进一步追问，时空本身是从哪里产生的？那么我们就可以继续把时钟往前拨，回到真正古老的普朗克时期 。这是一段在宇宙历史上早到我们最好的物理理论都会崩塌的时期，只存在于宇宙大爆炸后一万亿分之一的一万亿分之一的一万亿分之一的一千亿分之一秒的时间里 。
在那一刻，空间和时间本身开始受到量子涨落的影响 。物理学家通常分别利用量子力学和广义相对论进行研究，前者统治粒子的微观世界，后者则适用于巨大的宇宙尺度 。但要真正理解普朗克时期，我们需要一个完整的量子引力理论，将两者合二为一 。
我们仍然没有一个完美的量子引力理论，但已经有了一些尝试，比如弦理论和圈量子引力 。
在这些尝试中，常规空间和时间通常被看作是涌现的，就像深海表面的波浪 。我们所体验到的空间和时间是在更深层次的微观层面上运行的量子过程的产物，而这些过程对我们这些扎根于宏观世界的生物来说可能极具颠覆性 。
在普朗克时期，我们对空间和时间的常规理解被打破了，我们也不能继续依赖我们对因果关系的常规理解 。尽管如此，所有候选的量子引力理论都描述了在普朗克时期发生的一些物理现象，也就是常规空间和时间的一些“量子前身” 。但那又是怎么来的呢？
不幸的是，到目前为止，在我们朝着万有理论的方向继续迈进之前，我们最好的物理学仍然无法给出任何明确的答案 。
几乎从无到有的循环
为了真正回答“无中生有”的问题，我们需要解释普朗克时期开始时，整个宇宙的量子状态 。所有试图做到这一点的尝试仍旧是高度推测性的 。
彭罗斯提出了一个有趣但富有争议的模型，被称为共形循环宇宙学（CCC） 。
彭罗斯的灵感来自一个有趣的数学联系，也就是宇宙的炽热、致密、微小的状态（比如大爆炸时的状态）和极寒、空旷、膨胀的状态（比如宇宙遥远未来的状态）两者之间的关联 。
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