不要问大爆炸之前发生了什么，时间和空间是在一瞬间突然产生的，因而提出那样的问题并不恰当。但是是什么使大爆炸得以发生，物理定律又是从哪里来的？

科学能解释宇宙如何创生吗？即便是对这种科学机制的一些建议，都引起社会各界的愤怒反响。宗教界人士把这类意见看作是最后抛弃上帝和造物主的一个步骤；无神论者为此同样表现出震惊。因为宇宙突然从无产生这样的概念，在他们看来有基督从无中创世之嫌。对这种愤慨的一般感触，作家F · 韦尔登作了很好的表述：“谁去关心大爆炸之后半秒钟的事！”1991年她在一家报纸上撰文攻击科学的宇宙学。“半秒钟以前又怎样？”这个问题问得好。简单的回答是，按照宇宙创始的标准图景，并没有“半秒钟以前”这样的时刻。

要问为什么是这样，就需要对这个标准图景作更为仔细的分析。首先要搞清，为什么大家都认为宇宙是在一个有限时间瞬息中创始的，我们怎么知道它不是从来就一直存在着？大部分物理学家之所以排除这种可能，是由于热力学第二定律的严格性。应用第二定律于整个宇宙，它表明：宇宙单向地趋向最大无序或最大熵状态，不可逆变化（如太阳和恒星逐渐消耗燃料）使宇宙必然最后耗尽它的有效能源。由此推得，宇宙无法凭借这个有限的有效能量原料维持亘古千秋。

基本证据

说宇宙在一次大爆炸中创性，其直接证据来自三方面的观察结果。第一，也是最直接的，宇宙现在还在膨胀；第二，存在弥漫着的热辐射。它被简洁地解释为伴随大爆炸产生原始炽热体暗淡下去的余辉；第三，化学元素的相对丰度。它可以用大爆炸后热凝聚态的核过程来加以正确说明。

然而是什么原因使大爆炸得以发生？爆炸中心在哪里？宇宙边缘在哪里？为什么大爆炸没有形成黑洞？每当我讲述这个题目时，那些茫然发愣的听众总是提出这些问题。他们的发问似乎很中肯，其实他们的问题完全是以错误的大爆炸图景为基础的。要懂得正确的图景，首先要对宇宙膨胀的内涵有一个清晰的概念。与通常观念相反，它不是众多星系从一个公共中心猛烈扩散到无限真空的深处去。最好的思考方法是把它设想成星系之间空间的膨胀或弥散。

空间可以拉伸，或者可以挠曲，这是爱因斯坦广义相对论的中心预言。承认这一理论的专业宇宙学家已经对它作过足够有

效的检验。根据广义相对论，时-空不是静止的表演场地而是引力场的一种形式。引力场体现为时-空的弯曲。当它成为大尺度宇宙结构时，这样的挠曲就以空间随时间一起拉伸开来的形式出现。

对膨胀宇宙有一种有用的二维模拟，它是一只表面粘着纸斑的气球。纸斑扮演星系，当气球膨胀时，它们相互移动开来。注意，那是气球的表面，不是里面的容积；容积代表的是三维宇宙。

现在，设想把宇宙影片倒过来放，使得气球皱缩而不是膨胀开来。如果气球是理想的圆球（无限薄橡胶空心球），在过去的某一时间里，整个气球会皱缩成一个小点。这就是开始。

把模拟翻译成关于真实宇宙的陈述，我来描写这样一个起始点：在这里，空间本身在大爆炸中产生，从无开始膨胀成为越来越大的容积。宇宙包容的物质和能量在同样或接近于起始点处创始，整个时间里处处是宇宙的占有。必须着重指出，出现空间的那个小点并不是定位在任何物体之上的；它不是一种被虚无包围着的物体，它是被无限压缩了的空间本身的创始点。注意，小点也不是在一个无限持续的时间里一直驻留在那里的，它即时从无中出现，并立即膨胀。这就是它与为什么不坍缩成黑洞的问题无关的原因所在。按照相对论，的确没有可能让小点通过时间而存在，因为时间本身就是在这个小点上开始的。

这大概就是大爆炸理论最关键和最难理解的地方。物质宇宙与时间同时产生而不是在时间中产生，这样的概念从15世纪圣奥古斯丁时代至今已经有一段很长的历史了。然而爱因斯坦给予这个概念以科学的尊严。相对论的关键特征是，空间和时间是物质宇宙的要素，而不仅仅是一种宇宙出现的无可解释的背景场地。所以物质宇宙的创始点也必须包含空间和时间的创始点。

然而我们到哪里去寻找这样的创始点呢？相对论允许空间和时间具有各种边缘，专业上称为奇点。有一类奇点存在于黑洞中心。这是另一种边界，与过去在大爆炸中的空间和时间边界相当。概念是这样的：当你按时间回溯，宇宙就越来越缩小，0寸-空曲率无限增大，直到奇点处成为无穷大。粗略地说，它类似于圆锥的锥顶，圆锥结构逐渐变细，直到一个无限尖的点而中止。空间和时间就从这里开始。

这个概念一经接受，那么“大爆炸之前发生了什么”这样的问题显然是没有意义的了。未曾有过“大爆炸之前”这样的时期，因为时间与大爆炸一起开始。不幸，这个问题经常被用这样简单化的话来回答：“大爆炸之前什么都没有。”这种回答迄今引起了较多的误解。许多人把“什么都没有”解释成一无所有的空间。但是正像我已经竭力指明的那样，空间并不先于大爆炸存在。

绝对的无

难道这里的“无”指的是空间从其中浮现的某种更微妙的有如“前空间”的东西，或者某种抽象的状态？正像斯蒂芬 · 霍金谈到的，“北极的北边是什么地方？”这个问题也可以用“无”来回答；不是因为那里有某个神秘的“无极陆地”，而是因为所提到的区域压根不存在；不只是物理学上不存在，而且也是逻辑上“不存在”。所谓大爆炸之前的时期，情况亦复如此。

我看到，人们得知这种情况时感到心烦意乱。他们推测，是科学家解释不了宇宙的终极创始，就只好求助于像时间的起始这样暧昧的模糊概念去掩人耳目。他们认为他们在语言和逻辑上都被愚弄了。由这种气愤的反对意见所反映的思维方式是可以理解的：我们头脑是用原因和结果这种因果链来思考的。由于正常的物理因果关系是在时间中发生的，因而有一种自然倾向是，设想有一个按时间往回伸展的因果链，它在形而上学的“第—推动力”中，或“无前因的原因”中，或“原动机”中，既没有起点，也没有另外的终点。但是现在宇宙学家要求我们把宇宙的创始仔细设想为：它没有正常意义上的先验原因——并不是因为它具有非正常的或者超自然的先验原因，而是因为根本没有一个让居先的因果关系可以运作的先验时期。

不过宇宙学家还没有用排除任何先验时期的简单手段来解释宇宙的创始，到底为什么时间和空间突然地“打开’’（开关）的？最新的思想是，时间和空间的同时创生是量子力学的自然结果。量子力学是物理学的分枝，它适用于原子和亚原子粒子，其特点为海森堡的测不准原理所表征。按照这个原理，在所有可观察的量中都发生突然的非预示涨落。量子涨落不是任何原因造成的，它们是真正自发产生的，是自然界最深层面上所固有的禀性。

不可能预示

例如，取一堆经历着放射性衰变的铀，衰变是因原子核的量子过程引起的。衰变中存在一个有限的时间周期，即半衰期，在此一时期之后，现有的核会衰减一半。但是按照海森堡理论，不可能预示某一个原子核在何时衰变。如果你问，你看见一个原子核衰变了，那么为什么这个衰变事件在这一时刻发生而不在别的时刻发生？这并没有什么更深层的理由，没有什么潜在的原因来说明它。它碰巧就是发生了。

宇宙学家的关键步骤是将这个观念不仅应用到物质而且应用到空间和时间上。因为时-空是引力的一种形式，这就要求把量子理论应用到宇宙的引力场上去。把量子力学应用到场上去是物理学家合理的常规做法，那里有着与引力相关的特殊技术难题尚待解决。所以关于宇宙创生的量子理论，其基础还不稳固。

虽然有这些技术障碍，但完全可以说，一旦空间和时间服从量子理论，就立刻出现空间和时间“打开”（开关）即突然产生的可能性，不须要先验的原因，完全依据于量子物理学的法则。

这个过程的详细情况是微妙而有争议的，在某种程度上它取决于空间和时间之间的相互关系。爱因斯坦证明，空间和时间是紧密交织在一起的，但是在相对论里它们仍然有区别。量子力学引入新的特征；空间和时间的独立本体能够以超微尺度“涂抹”或“污染”。1992年由霍金和美国物理学哈特尔（J · Hartle）提出的理论中，这种涂抹意味着，越靠近创始点，时间就可能越来越多地采取一个空间维的性质，而越来越少具有时间的特性。这种转变不是突然发生的，而是被量子物理的测不准原理所“染污”的。这样，在霍金和哈特尔理论里，时间不是突然“打开”（开关），而是不断地从空间里浮现出来的；并没有时间起始的第一时刻，但时间也不是向后延伸至永远。

遗憾的是，宇宙的量子创生这个论题包藏着混乱。因为所公布的以量子真空不稳定性为基础的大爆炸理论是初级的；在我看来在整体上是不能解决问题的。1973年，E · 特里昂（E · Tryon）首次根据这个可选择的理论提出如下意见以供讨论：空间和时间是永恒的，然而物质不是。空间和时间因量子真空涨落而突然出现在“前存在”和没有解释的空虚之中。在这样的理论里，主张宇宙从无创生，的确包藏着一连串用词不当——一个时-空背景下的量子真空当然不是无。

定律止于其自身

然而如果物质爆炸现象有一个有限的几率，那么它应当已经在无限时间里出现。特里昂理论和别的与它相同的理论，像许多古老的无穷宇宙的模型那样，碰上同样的热力学第二定律难题。

我所说的解释宇宙创生的尝试，显然是以物理定律应用为基础的。取宇宙的一些基本定律作为已知的出发点，科学上这么做是正常的。但是当涉及终极问题时，我们就应当询问有关这些基本定律的情况，这也是很自然的。人们必须抵制如下设想的诱惑：物理定律（包括描绘宇宙的量子状态定律）以某种方式存在于宇宙之前。正像不存在北极的北边那样，这些定律也不存在，事实上，物理定律根本不存在于空间和时间之中。它们描述世界，它们却不是“在世界之中。”然而这并不是说物理定律同宇宙一起产生。如果它们是这样，即是说，如果整个宇宙加上定律是从无中突然出现的，那么我们就不能求助于定律来解释宇宙的创生。因此要掌握科学地理解宇宙创生的一切机会，我们就不得不假定物理定律具有一种抽象的永恒特征。这样的选择就是把创生隐蔽起来或者放弃它。

直截了当地取物理定律作为已知的、事情并没有了结。因为可能会有人反对；定律是从哪里来的？为什么是这些定律而不是另外一套定律？这种反对是正当的。我论证过，我们必须避开传统的因果链而集中注意于解释链。但是这样一来我们就不可避免地要面对“第一推动力”的等同物——解释链的起始。

我的意见是，用定律那样的原理作基础来解释世界是物理学的本分。科学家对于如何解释原理本身这个形而上学问题，采取不同的态度。有些科学家耸耸肩，简单地说，我们就是必须接受定律这个严酷的事实。另一些则提出，定律一定是由逻辑需要产生的。还有些认为，存在着很多个宇宙，每一个有它不同的定律，只有很小的一个宇宙子集，如果出现生命和像我们这样能思考的人，它就拥有它所需要的稍许特殊的定律。还有些怀疑论者则把全部的讨论都看作废话，宣称物理定律无论如何不是真实存在，它们只是人类的发明，设计出来帮助我们去弄懂世界。很难明白，怎么可以用这样一种观点来解释宇宙的创生。

据我所知，几乎所有研究基本问题的物理学家都承认物理定律具有某种独立的现实性。用这个观点就可能论证 :物理定律在逻辑上先于他们所描述的宇宙。这就是说，物理定律建立在合理的解释链基础之上。同理，欧几里得的公理建立在我们称之为几何学的逻辑方案之上。当然，人们无法证明，物理定律一定是解释方案的出发点，但是任何合理解释世界的尝试都必须有某个出发点。对于大多数科学家来说，物理定律似乎是非常满意的一个。同样，人们不需要承认欧几里得公理是几何学的出发点，像毕达哥拉斯定理那样的一组定理，同样可以作为出发点。但是，科学（和数学）的目的是用尽可能简洁而经济的方式去解释世界，欧几里得公理和物理定律正是这样的尝试。

事实上，应用一种叫算法信息理论的数学分枝就可能从数量上去确定简洁性和实用性的程度。很明显，一个物理定律对世界的描述比它所描述的现象要简洁得多。比如，可以比较一下牛顿定律的简明性和一套行星位置天文表的复杂性。虽然，由于哥德尔（Godel）著名的逻辑不完全定理，人们不能证明一组给定的物理定律或者数学公理就是最简洁的组合，但是人们能够进行数学研究，看是否存在别的逻辑上自洽的定律组合。人们还可以测定表征其所观察宇宙的这组定律，在与别的可能宇宙作对照时，是否有某种不寻常的或者说特殊的东西。也许已经知道的那些定律是某种意义上的最佳组合，它展示物理形式的最大丰富性和多样性；它甚至暗示生命和智能的存在以某种方式联系着这种特殊性。这些都是悬而未决的问题。但是我相信，它们形成了科学和神学的交叉领域一比之拘泥于“大爆炸之前发生了什么”的可疑概念，它更富成效，

[New Scientist，1996年4月19日]

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· 本文作者是阿德劳德大学理论物理学教授，他所著《关于时间》一书已由斯堪的纳维亚出版社出版。