人们在关于宇宙学的对话和讨论中涉及的一些更深层次的回归问题与大爆炸之前发生的事情以及最初引发大爆炸的原因有关。换句话说，某物是如何从无到有的？

带着这些问题，我们将发现自己处于科学的边缘，接近宇宙学和哲学的交叉点。

一些宇宙学家认为，在我们遥远的未来，一个寒冷、黑暗、空洞的宇宙可能是我们大爆炸的源头。BBC宇宙纪录片中天文学家关于宇宙的晚年描述到:“最后一颗星会慢慢冷却并消失。随着它的消逝，宇宙将再次变成一片虚无，没有光，没有生命，也没有意义。”

最后一颗恒星的消逝将只是一个无限漫长的黑暗时代的开始。所有物质最终都会被巨大的黑洞吞噬，而黑洞又会蒸发成最暗淡的微光。空间将不断向外扩展，直到即使那微弱的光线也变得过于分散而无法相互作用。届时，一切宇宙活动将停止。

但在开始之前，让我们先看看“物质”或者说理物质是如何产生的。如果我们的目标是解释由原子或分子组成的稳定物质的起源，那么大爆炸时肯定没有这种物质，而且之后的数十万年也没有。事实上，我们确实非常详细地了解了当条件冷却到足以使复杂物质稳定下来时，第一个原子是如何由更简单的粒子形成的，以及这些原子后来如何融合成恒星内部较重的元素。但这种理解并没有解决某物是否从无到有的问题。

所以让我们再往回想一想。大爆炸之后第一个诞生的物质粒子应该是质子和中子，它们共同构成了原子核。它们在大爆炸后的万分之一秒左右出现。在那之前，一切都是没有意义的。但是物理学让我们继续追溯时间线——追溯到任何稳定物质之前的物理过程。

这将我们带入了所谓的“大一统时代”。到目前为止，我们已经进入了推测物理学的领域，因为我们无法在实验中产生足够的能量来探索当时正在发生的那种过程。但一个似是而非的假设是，物理世界是由一堆短命的基本粒子组成的，包括夸克，这是质子和中子的基石。而物质和“反物质”的数量大致相等：每种物质粒子，例如夸克，都有一个反物质“镜像”伴粒子，它与自身几乎相同，仅仅在一个方面不同。然而，物质和反物质在相遇时会在能量闪光中湮灭，这意味着这些粒子不断地被创造和毁灭。

但是这些粒子最初是如何存在的呢？量子场论告诉我们，即使是真空，即对应于空无一物的时空，也充满了能量波动形式的物理活动。这些波动会导致粒子弹出，但很快就会消失。这听起来像是一个灵异现象，而不是真正的物理学，但科学家在无数实验中都发现了这样的粒子。

真空量子涨落的可视化

假设我们问：时空本身是从哪里来的？然后我们可以继续将时钟拨回更远的时间，进入真正古老的“普朗克时代”，这个时代只发生在大爆炸之后的万亿分之一秒，这是如此的早——早到我们现在最先进的物理理论都会崩溃。在这一点上，空间和时间本身开始受到量子涨落的影响。物理学家通常分别研究支配粒子微观世界的量子力学和适用于大宇宙尺度的广义相对论。但要真正理解普朗克时代，我们需要一个完整的量子引力理论，将两者结合起来。

我们仍然没有完美的量子引力理论，但有一些尝试——比如弦理论和圈量子引力。在这些尝试中，普通的空间和时间通常被视为涌现的，就像深海表面的波浪一样。我们所体验的空间和时间是在更深、微观层面运行的量子过程的产物——这些过程对我们作为植根于宏观世界的生物来说没有多大意义。

在普朗克时代，我们对空间和时间的常识已经崩溃，所以我们也不能再依赖对因果的常识了。尽管如此，所有候选的量子引力理论都描述了普朗克时代发生的一些物理现象——普通空间和时间的一些量子先驱。但那是从哪里来的呢？

即使因果关系不再以任何普通方式适用，仍然有可能用另一个来解释普朗克时代宇宙的一个组成部分。不幸的是，到目前为止，即使是我们最好的物理学也无法完全提供答案。在我们朝着“万物理论”取得进一步进展之前，我们将无法给出任何确定的答案。在这个阶段，我们最多可以自信地说，到目前为止，物理学还没有发现任何无中生有的确定实例。

要真正回答事物如何从无到有的问题，我们需要解释普朗克纪元开始时整个宇宙的量子态。所有这样做的尝试仍然是高度推测性的。他们中的一些人像设计师一样吸引了超自然的力量。但其他候选解释仍在物理学领域内——例如多元宇宙，其中包含无限数量的平行宇宙，或宇宙的循环模型，正在重生和重生。

2020 年诺贝尔物理学奖获得者罗杰彭罗斯提出了一个有趣但有争议的循环宇宙模型，称为“共形循环宇宙学”。Penrose 的灵感来自于一个有趣的数学联系，即宇宙的一个非常热、致密、小的状态——就像在大爆炸时一样，和一个极冷、空洞、膨胀的宇宙状态——就像在遥远的未来。他解释这种对应关系的激进理论是，当达到极限时，这些状态在数学上变得相同。看似矛盾的是，完全没有物质可能会导致我们在宇宙中看到的所有物质。

按照这种观点，大爆炸几乎是从无中产生的。这就是当宇宙中的所有物质都被黑洞吞噬后剩下的东西，黑洞又沸腾成光子——消失在虚无中。因此，整个宇宙起源于某种东西——从另一个物理角度来看——非常接近于一无所有。但是，无物仍然是一种东西。它仍然是一个物理宇宙，尽管它是空虚的。

同一个状态怎么可能从一个角度看是寒冷、空旷的宇宙，而从另一个角度看是热致密的宇宙呢？答案在于称为“共形重新缩放”的复杂数学过程，这是一种几何变换，实际上改变了物体的大小但保持其形状不变。

在共形循环宇宙论中，解释方向由老、冷到年轻、热：热密态因冷空态而存在。但是这个“因为”并不是我们熟悉的“因为”——一个因果及时发生的原因。在这些极端状态下，不仅大小不再重要：时间也是如此。冷空态和热密态实际上位于不同的时间线上。从观察者的角度来看，冷空状态将在其自身的时间几何中永远持续下去，但它所产生的热致密状态有效地占据了一个新的时间轴。

这可能有助于理解以某种非因果方式从冷空状态产生的热致密状态。或许我们应该说，热密态是从冷空态中产生，或以冷态为基础，或由冷态、空态实现。这些独特的形而上学思想已经被科学哲学家广泛探索，尤其是在量子引力的背景下 ，普通的因果关系似乎被打破了。在我们的知识范围内，物理学和哲学变得难以区分。

共形循环宇宙学为我们的大爆炸从何而来这个问题提供了一些详细的、尽管是推测性的答案。但即使彭罗斯的观点被宇宙学未来的发展所证实，我们可能认为我们仍然无法回答更深层次的哲学问题——一个关于物理现实本身从何而来的问题。整个循环系统是如何产生的？然后我们最终得到了一个纯粹的问题，即为什么存在而不是没有——这是形而上学最大的问题之一。

但我们这里的重点是仍在物理学领域内的解释。对于周期如何开始这一更深层次的问题，存在三种广泛的选择。它可能根本没有物理解释。或者可能存在无限重复的循环，每个循环都是一个独立的宇宙，每个宇宙的初始量子态都可以用之前宇宙的某些特征来解释。或者可能存在一个单一的循环和一个单一的重复宇宙，该循环的开始可以用它自身结束的某些特征来解释。后两种方法避免了对任何无因事件的需要——这给了它们独特的吸引力。没有什么是物理学无法解释的。

物理学家彭罗斯对此设想了一系列无穷无尽的新循环，部分原因与他自己偏爱的量子理论解释有关。在量子力学中，一个物理系统同时存在于许多不同状态的叠加中，当我们测量它时，只会随机“选择一个”。对于彭罗斯来说，每个周期都涉及以不同方式发生的随机量子事件——这意味着每个周期都将与其前后的不同。这对实验物理学家来说实际上是个好消息，因为它可以让我们通过普朗克卫星看到的大爆炸遗留下来的微弱痕迹或异常现象，瞥见产生我们宇宙的旧宇宙。

彭罗斯和他的合作者认为他们可能已经发现了这些痕迹，将普朗克数据中的模式归因于先前宇宙中超大质量黑洞的辐射。然而，他们声称的观察结果受到了其他物理学家的质疑，目前尚无定论。

宇宙微波背景辐射图

无尽的新循环是彭罗斯自己愿景的关键。但是有一种自然的方法可以将共形循环宇宙学从多循环形式转换为单循环形式。然后，物理现实包括一次循环，通过大爆炸到遥远未来的最大空状态——然后再次循环到同一个大爆炸，再次产生同一个宇宙。

后一种可能性与量子力学的另一种解释一致，称为多世界解释。多世界解释告诉我们，每次我们测量一个处于叠加状态的系统时，这种测量都不会随机选择一个状态。相反，我们看到的测量结果只是一种可能性——在我们自己的宇宙中出现的可能性。其他测量结果都在多元宇宙的其他宇宙中发挥作用，有效地与我们自己的宇宙隔绝。因此，无论某事发生的几率有多小，如果它的几率不为零，那么它就会发生在某个量子平行世界中。在其他世界也有像你一样的人，他们中了彩票，或者被一场反常的台风卷入云中，或者自燃，或者同时做了这三件事。

有些人认为，在宇宙学数据中也可以观察到这样的平行宇宙，这是另一个宇宙与我们的宇宙碰撞造成的印记。

多世界量子理论给共形循环宇宙学带来了新的转折，尽管彭罗斯并不认同这一观点。我们的大爆炸可能是一个单一的量子多元宇宙的重生，其中包含无限多不同的宇宙，所有这些宇宙同时发生。一切可能发生——然后它一次又一次地发生。