宇宙诞生于138亿年前的一次大爆炸,那么大爆炸之前又是什么?

美国科学家哈勃在上世纪二十年代,首次观测到星系间的红移现象,由此打开了近代宇宙学的大门,历经一个世纪的发展,天文学家已经从多个方面证实宇宙现阶段处于膨胀当中,而且是加速膨胀。

加速膨胀的宇宙正好可以修正爱因斯坦认为的稳态宇宙模型,因为爱因斯坦认为的稳态宇宙,在引力作用下是不可能实现平衡的,为了解释宇宙膨胀,科学家又引入暗能量和暗物质的概念。

假设宇宙大爆炸模型是正确的,那么我们沿着时间的反方向行进,就会发现我们宇宙在138亿年前是一个无限小的点,称之为宇宙奇点,时间和空间在这里似乎都消失了,人类的想象力也在这里终结,我们无法直接想象宇宙大爆炸之前的场景。

但是科学家孜孜不倦的探索精神,还是试图窥探宇宙的终极奥秘,发展出许多高深的理论,有些理论非常边缘化,有的甚至只能叫做假说,比如超弦理论、膜宇宙理论、泡泡宇宙假说等等。

超弦理论认为我们宇宙由细小的弦组成,这些弦以不同方式震动就构成了不同的基本粒子,该理论认为我们宇宙有十个维度;而膜宇宙理论是超弦理论的延伸,认为我们能观测到的空间实际上处于一个四维超曲面上,宇宙最多拥有11个维度,而其他维度蜷缩在极小的空间内。

就如一根电线,当我们在很远观看时,电线似乎只有长度,此时电线可以理解为一维,只有当我们近距离观看时,才发现电线有直径有细节;高维度蜷缩在普朗克尺度内,比一个氢原子直径还要小1亿亿亿倍,所以我们根本感知不到高维度的存在。

根据膜宇宙理论的解释,我们能感知的宇宙处于一个四维超膜上,而且这样的膜还有无数个,我们可以理解为其他膜宇宙,膜宇宙理论还认为引力子是闭弦的,闭弦可以不受膜的约束,所以四种基本力当中只有引力子可以在不同宇宙膜之间传递,这也是引力比其他基本力弱很多的原因,因为引力的相互作用在其他维度上散开了。

如果两个膜相互接近并碰撞,就会发生剧烈的能量释放,在膜当中的看来就是一次宇宙大爆炸,如果相邻宇宙膜在某个地方出现临时的连接通道,在膜当中看来就是一个虫洞(爱因斯坦-罗森桥)。

广义相对论并没有对宇宙维度做限制,但是广义相对论认为,空间中物质和能量的分布影响着空间的曲率,如果一个空间中一无所有,那么空间的曲率就是零,此时空间是平坦的。

蜷缩的高维空间将以什么形式存在呢?

在1954年,意大利几何科学家卡拉比提出一个猜想,他认为存在一个封闭,但是没有任何物质分布的引力场;直到1976年,数学家丘成桐才证明了卡拉比猜想,而且只有卡拉比-丘成桐空间才能满足这一猜想;该空间拥有六维维度,并蜷缩在很小的尺度内。

我们无法在三维空间中展现这个六维空间,不过我们可以想象,处在这个六维空间当中绝对是非常奇妙的,也许你在同一个地方朝不同的方向看,你可以看到你的后脑勺,看到的背部,甚至是清楚地看到你的心脏,你的血管和大脑;计算机可以模拟出这个六维空间在三维空间的投影,其中一个投影如下图:

卡拉比—丘成桐空间的发现给物理学注入了新的活力,与超弦理论等高维空间理论不谋而合;但这些理论由于涉及艰深的数学知识,导致理论的发展极其缓慢。

比如蜷缩的卡-丘空间将对其他维度产生很大影响,并决定展开维度宇宙的性质,但是卡-丘空间至少拥有上万种,每一种都能产生不同的宇宙规律,这么一看似乎又回到了人择原理,又来到了哲学的范畴。