据说宇宙大爆炸之前没有时间与空间，「没有时间、空间」是什么意思？ 第1页

做纪录片的人可能也不懂“宇宙大爆炸之前没有时间与空间”这句话的含义吧。这句话怎么说呢，只是一种假设，它依赖于特定的模型。我接下来详细说一说，结论我会放在最后一段。

我先捋一捋基本概念吧。大爆炸之所以叫大爆炸，是因为这个理论认为宇宙拥有一个尺度极小温度极高的早期，今天的宇宙是从那个高温的小尺度的状态膨胀演化而来的，就像是爆炸一样。这一点有来自原初核合成方面的观测证据支持，已经实锤了。最初的大爆炸理论（1948年伽莫夫等人建立的）也只将宇宙的历史追溯到原初核合成，对于原初核合成之前发生了什么，最初的大爆炸理论并没有回答。

那么“宇宙大爆炸之前是一个奇点”这个观点是怎么来的呢？答：这句话是从霍金关于宇宙学奇点的研究中引申出的，但要说明现在很多科普或者纪录片曲解了这句话。霍金的原话是这么说的（出自于他1966年在PRL发表的论文）：“如果爱因斯坦场方程成立，物质具有正常性质，并且某些合理的全局条件成立，那么时空就不可能是没有奇点的。这表明爱因斯坦的理论可能在强引力场中崩溃。”意思就是，在爱因斯坦场方程（广义相对论）的框架下，必然会推导出宇宙的时空存在一个奇点作为它的开端或终结。但是奇点这个东西意味着无穷大的时空曲率，它不应出现在现实世界当中，因此广义相对论在奇点附近失效。

也就是说，霍金想表达的是，奇点这个东西是由理论的局限性造成的。从广义相对论能推导出宇宙起源于一个奇点，说明广义相对论无法应用于宇宙起源的问题。然而，很多科普和纪录片把他的意思曲解成了：奇点这个东西是真实的，宇宙诞生之前就是这个东西。这显然是一种错误的理解。

这里我们小结一下：①最初的大爆炸理论只把宇宙的历史追溯到原初核合成，并没有回答再往前发生了什么。②霍金证明，根据广义相对论，可以推理出在原初核合成之前，宇宙起源于一个奇点，但这说明广义相对论不适用于宇宙起源的问题。

那么原初核合成之前究竟发生了什么呢？上世纪80年代，Guth等人提出一个观点，认为原初核合成之前宇宙必然经历过一个剧烈的指数膨胀的时期，这样才能解释宇宙的平坦性和宇宙微波背景辐射的均匀性。这种观点后来发展成为了所谓的“暴胀”理论，在解释了上面两个问题的同时，它还可以解释宇宙学扰动/大尺度结构/大爆炸高温的起源。可以说，我们基本能够确认宇宙在原初核合成之前的确经历过这样一个暴胀时期，尽管还缺少最后一项关键的观测证据（也就是原初引力波）。

至今为止，理论上对宇宙历史的追溯，最早也就只能追溯到暴胀时期了，再往前发生了什么我们就不知道了。当然，有很多关于前暴胀历史的理论模型，但那些只能说是猜测，没有一点观测证据。题主说的“宇宙大爆炸之前没有时间和空间”这种观点实际上是来源于80年代霍金、Hartle、Vilenkin等人提出的量子宇宙学观点。他们从惠勒-德威特方程出发，寻找特殊的边界条件，以求解出宇宙本身的波函数 作为宇宙尺度 的函数。以Vilenkin的观点为例，他的宇宙量子创生模型和量子力学的隧穿效应很像。在量子力学里面，一个粒子可以由一个位置量子隧穿到另一个位置。而在Vilenkin的理论中，宇宙是从尺度 通过量子效应隧穿到尺度不为0，由此实现宇宙的“从无到有”的产生。不过，正如我前面所说，这只是一种猜测，没有任何观测证据。也有其他的不是“从无到有”的猜测，比如反弹模型，这种理论认为宇宙大爆炸之前是另一个收缩的宇宙。总之，对于暴胀之前发生了什么，一切都是未知的。

先说这么多吧，如果看的人多的话我晚上再补充补充什么叫原初核合成。

补充：原初核合成

所谓的原初核合成，顾名思义，就是最开始形成原子核结构的过程。在原初核合成发生之前，宇宙的温度远高于十亿度。在如此之高的温度下，质子、中子之间剧烈地相互碰撞，无法形成稳定的原子核结构。随着宇宙尺度的膨胀，宇宙的温度会逐渐降低下来，粒子之间的碰撞会缓和。直到宇宙的温度降低至大约十亿度，粒子之间的碰撞才不至于将新结合成的原子核摧毁。由此，稳定的原子核结构才能够在我们的宇宙中源源不断地形成。这就是大爆炸理论对原初核合成的描述。

那么，怎么才能证明宇宙早期真的存在过如上所述的核合成过程呢？答：基于粒子物理和统计物理，我们可以计算上述的大爆炸模型中一些轻元素的宇宙学丰度，也就是它们在宇宙学中的占比。将理论的预言与天文观测值相比较就可以检验大爆炸理论的正确性。目前已经测量的，氦-4和氘的测量值和大爆炸理论的预言符合得相当好。锂-7丰度的测量值和理论预言有点对不上，目前尚不知道原因，还是研究前沿。这可能意味着大爆炸理论中用到的粒子物理理论需要做修改，也可能意味着锂元素在天体物理中存在未知的演化历史。总之，整体上看，大爆炸理论在原初核合成方面的预言和天文观测相比还是符合得比较好的，只是在一些细节上还有问题。