□作者: 徐冬松

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　　讓我們回到弗利德曼的宇宙模型上來吧。所有弗利德曼的解都有一個共同的特點，那就是在大約150~200億年前，宇宙中的所有星系都聚集在一點，這就是所謂的“大爆炸”。該時刻的宇宙密度及其空間——時間的曲率均為無窮大。換言之，弗利德曼宇宙模型所依據的廣義相對論預言了宇宙中存在大爆炸奇點，在該奇點處，所有的科學定律全部失效——因為數學上無法處理無窮大數。如果大爆炸時刻前存在著事件，那麼它們不會對大爆炸之後的事件造成任何影響，而依據大爆炸前發生的事件對大爆炸後作出判斷的科學預見性也不存在。這就是說，大爆炸形成宇宙之前的時間是沒有意義的，或者說，發生在大爆炸之前的事件不可能有後果，所以並不構成我們現在宇宙模型的一部分。
　　
　　 這個結論最初很難被大多數人所接受。宇宙和時間都有個起點，這不免帶有神干涉的色彩。如同牛頓將最初使星體運動起來的“第一推動”歸功于上帝一樣，天主教抓住了這個機會，宣布“大爆炸”理論符合聖經。
　　
　　 許多人為了回避宇宙被創生這一問題，不斷地試圖尋找穩態宇宙的理論，但幾乎每一種新的解釋都存在著致命的問題。越來越多的證據顯示，“穩態理論”必須被拋棄！
　　
　　 如果早期的宇宙物質彼此靠得非常近，那麼早期的宇宙應該是異常熾熱的。1965年，美國物理學家羅伯特•狄克和詹姆斯•皮帕爾斯提出，我們應該仍然能看到宇宙早期的白熱，那是200億年前宇宙熾熱的輻射經過了漫長的旅行，恰好現在才到達地球，只不過由于宇宙的膨脹使這些光波如此厲害地被紅移，以致于只能作為微波輻射被我們觀察到。同一時間，在美國新澤西貝爾電話實驗室的阿諾•彭其亞和羅伯特•威爾遜正在做一項精密的微波測量實驗。他們接收到的噪聲比預想的大許多。他們仔細地排除可能的干擾——包括天線上的鳥糞。他們預料，當探測器傾斜指向天空時，由于光線穿過了更厚的大氣層，就將受到更多的干擾，噪聲應比探測器垂直指向天空時更強。
　　
　　 然而實驗發現，無論探測器朝什麼方向，這額外的噪聲都是一樣的。這說明噪聲來自大氣層以外。這兩位科學家無意中證明了弗利德曼關于在大尺度下宇宙各向同性、異常均勻的假設，而且更大的驚喜還在等著他們。他們听說了狄克和皮帕爾斯關于早期宇宙輻射的工作，立刻意識到自己已經找到了它——2.7K（絕對溫度）的宇宙背景輻射！
　　
　　 他們二人也因此摘取了1978年的諾貝爾獎。
　　
　　 同樣在1965年，史蒂芬•霍金後來的合作者，英國物理學家羅杰•彭羅斯證明了，在廣義相對論的基礎上，由于自身引力作用而坍縮的恆星的表面積和體積最終將縮小到零，此時物質的密度和空間——時間曲率均為無窮大，這就是我們以後將要談到的另一個奇點——黑洞。
　　
　　 彭羅斯的結果只涉及到了恆星，而並沒有涉及大爆炸奇點的問題。正在攻讀博士學位的霍金讀到了彭羅斯的關于“任何物體受到引力坍縮必須最終形成一個奇點”的定理，並很快意識到如果將該定理的時間箭頭顛倒的話，應該得出如下結論︰“任何類弗利德曼膨脹模型必須從一個奇點開始”。1970年，霍金和彭羅斯兩人合作得論文終于證明了，如果廣義相對論是正確的，我們這個膨脹著的宇宙過去必須存在著一個大爆炸奇點！
　　
　　 他們的工作遭到了相當多的反對。科學家們不喜歡奇點和宇宙、時間開端的結論。然而情緒畢竟無法勝過數學定理。隨著實驗和觀測數據的積累，人們越來越清楚地認識到，宇宙在時間上必須有個開端。
　　
　　 霍金和彭羅斯的研究顯示了廣義相對論只是一個不完全的部分理論，它無法告訴我們宇宙是如何開始的，並且開始之前是如何的。奇點定理更進一步顯示的是，在極早期的宇宙中曾有過一個時刻，那時宇宙的尺度是如此之小，以致于人們不得不考慮另一個偉大的部分理論——描述小尺度效應的量子力學。正如霍金自己所說︰“現在幾乎每個人都相信宇宙是從大爆炸奇點開始的，而我卻改變了想法，並試圖說服其他科學家︰事實上在宇宙的開端並沒有奇點——只要考慮量子效應，奇異性會消失！”