宇宙如何开始？（2）

毫无疑问，人类大脑无法真正理解这些数字，并不是对人类智力的公平评价。我们的进化使我们适应了与我们相关的尺度，所以普朗克单位可能看起来太小，或者在温度的情况下太大，以至于没有实际用途。但是，当我们思考宇宙初始时刻那个无法测量的微小瞬间，这些单位才真正发挥作用。因为我们的宇宙正在膨胀，变得不那么密集，并且在整个历史过程中一直如此。科学家并不知道我们的宇宙是否是无限的，但如果是的话，它一直都是无限大的，而不是从一个单点开始。随着时间的推移，宇宙并不会增长，而只是变得不那么密集。我们可观测的宇宙，也就是我们能够看到、相互作用的部分，受到光速和自宇宙诞生以来已经传播的距离的限制，这距离为138亿年。然而，随着时间的倒退，可观测宇宙的部分缩小并变得更加紧凑，直到最终我们回溯到一个时间点，宇宙中的一切只有一个普朗克时间的年龄，一个普朗克长度的直径，我们可观测的宇宙，包括宇宙的最初一瞬间，都被称为普朗克时刻。在时间和空间开始之后的每一秒，我们所经历的一切都受到某些不可改变的自然定律的支配，这些定律最终由四种主要力量的相互作用所控制。这四种力量是：将原子团结在一起的强力，控制某些类型的放射性衰变的弱力，将能量分布在很远距离上的电磁力和引力。正如普朗克在19世纪末预测的那样，强力、弱力和电磁力可以量子化，表示为微小的相互作用单元，类似于物质的粒子。这些所谓的信使粒子分别被称为胶子、W和Z玻色子以及光子。但是引力是不同的，通过爱因斯坦的广义相对论，他推翻了经典力学对引力的定义，将其概念化为时空的弯曲，是现实本质的一种扭曲。

通过各种大规模实验，广义相对论一次又一次地得到验证，引力诱发的时空弯曲现在被认为是宇宙固有的属性，影响其中的所有物质和能量。因此，在普朗克时刻，在任何常规自然定律产生之前，最早显现的是引力。但是问题在于，我们今天对引力运作的所有认识都基于爱因斯坦成功的理论，但是这个理论只在较大尺度上得到了测试和验证。然而，宇宙演化的早期阶段，我们整个可观测宇宙被压缩到比质子小很多万倍的区域，因此广义相对论并没有太大帮助。相反，极小尺度的动力学由量子力学统治着，在这个尺度上，我们可以将物质的个别亚原子粒子或量子化的力与能量的信使粒子考虑在内，适用一套完全不同的规则。在这个领域，物质永远不在你所期望的地方，观察的行为本身就改变了结果，量子物理学家不处理绝对的概念，而是考虑概率，而且事物从来都不会长时间保持不变。幸运的是，这个无法无天的量子世界只在纳米尺度上占主导地位，当我们达到我们更熟悉的尺度时，事物的规律就会回归我们的认知正常。但是，在普遍的纳米尺度的宇宙演化的早期阶段，量子无法被回避，这就是理解事物在那一刻实际上是如何运作的问题，广义相对论和量子力学在本质上是不兼容的，因此研究人员仍在寻找解决方案，一种被称为量子引力的理论，能够协调现代物理学中最重要的两个理论，并正确描述普朗克时刻的宇宙行为。不幸的是，这个问题无法通过实验手段合理地解决，考虑到需要产生和研究所需的巨大能量。

在对撞机设施内的其他力量信使粒子和引力在定义所有时空中所占据的高位平面，要真正探测到普朗克时刻极端情况下的引力，需要一个粒子加速器，其直径大约相当于我们整个太阳系，但这并不妨碍理论上的推测和推断。有一种观点认为，像自然界的其他基本力量一样，引力也是由一个信使粒子传递的，这个量子单位的引力已经被称为引力子。但是，作为一种力量，引力比其他力量弱得多，因此其微弱的引力子几乎不可能被检测到。另一种被称为环量子引力的理论在这方面非常不同。在这种理论中，物理学家想象时空的光滑和不断变化的几何形状在最小的尺度上最终被像素化，并通过用线或环代替点来重写爱因斯坦的广义相对论方程，量子尺度上的引力计算变得更加容易。

也许最有可能的量子引力解决方案继续在理论物理的背景中咆哮，弦理论将传统物理学的点状粒子想象为一维振动的弦，而这些弦的振动状态定义了什么是粒子，以及难以捉摸的引力力量。然而，为了使弦理论的数学成立，必须涉及不少于10或11个维度，其中许多维度将被折叠在自身或划分为二维或五维结构，被称为大脑，这是一个甚至更难以捉摸的总体理论的基本对象，简称M理论。

因此，这些关于量子引力如何实际工作的假设每一个都比上一个更令人费解，根植于数学的抽象，几乎无法形象化。