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我們永遠無法窺見宇宙開端,它早已被抹去

我們曾經以為大爆炸啟動了一切,後來才意識到,在大爆炸之前還存在著別的東西,它抹去了先前存在的一切。

膨脹的宇宙充滿星系和今日所見複雜結構,源自於一個更小、更熱、更密、更均勻的狀態。 20世紀帶給我們廣義相對論、量子物理學和大爆炸,伴隨驚人的觀測與實驗成功,失敗於數據的替代理論紛紛退場。但至少對大爆炸而言,仍有一些未解之謎,要求我們看得比最初框架更遠。當我們越過它的邊界,得出了一個令人不安、至今仍在消化的結論:關於宇宙開端的任何訊息,都已不在我們可觀測的宇宙之中。相反,它被催生大爆炸本身的過程抹去了。

回溯可知,宇宙在膨脹、冷卻、密度降低,若反向推演,則過去必然更小、更熱、更密。這項推理催生了20世紀最重大的想法之一:熱大爆炸。它做出四項可被觀測驗證的預言,包括更遙遠星系更小更密、重元素隨回溯減少、存在中性原子無法形成的極熱時期遺留的冷輻射背景、以及核合成遺留的氫氦同位素混合。這四項預言在1920世紀陸續被證實,其中1960年代發現的宇宙微波背景常被稱為支持大爆炸的” smoking gun”。

但大爆炸本身留下若干謎題:為何因果斷開的區域溫度相同?為何膨脹率與能量密度精確平衡到小數點後五十多位?為何沒有留下極高溫的遺跡? 1979年,年輕理論家Alan Guth提出宇宙暴脹理論作解答。暴脹認為,在大爆炸之前存在著一個由空間自身能量主導的狀態,使宇宙指數級膨脹,直到暴脹結束,空間能量轉化為物質與輻射,開啟熱大爆炸。

暴脹也做出與無暴脹大爆炸不同的新預言,至今數據都偏向暴脹。但這也意味著,大爆炸並非一切的終極開端,而只是我們所熟悉宇宙的開端;在它之前,是名為宇宙暴脹的狀態。

然而,暴脹留下的可觀測印跡,只對應它最後極小的一段瞬間,或許僅約10的負32次方秒。暴脹按其本性,抹去了前暴脹宇宙的一切,只留下這最後瞬間的痕跡。當暴脹結束,只有極小體積的空間會成長為我們的可觀測宇宙。其餘一切,包括能讓我們重建更早歷史的訊息,永遠超越我們的觸及範圍。

這帶來一個深刻的哲學迴響:我們或許永遠無法知道宇宙真正起於何時,因為那段歷史已被暴脹徹底洗掉。可觀測宇宙只是暴脹結束後恰好落入我們視界的那一小塊空間,它的邊界之外,是無數個我們永遠聯繫不上的區域。 科學能告訴我們大爆炸如何展開、結構如何生長,卻把”在此之前”的答案永遠封存。比起失落,這更像一種謙卑:宇宙的絕大部分過往,根本不在我們所能觸及的信息之內,而我們所能做的,只是在這場被抹去的開端之後,盡力讀懂餘下的一切。

我們永遠無法窺見宇宙開端,它早已被抹去

讀報知天下事:我們永遠無法窺見宇宙開端,它早已被抹去