宇宙小毛球动漫，宇宙大爆炸是一切的最先吗？或许并不是！

太阳系，比我们想象的要陌生很多！

太阳系有多特别？太阳系有多特殊？天文学历史大多是从太阳系有秩序的世界观到我们并不特别的世界观的单项的旅程。我们太阳系的行星，曾经被认为是在完美圆圈中运行，现在却偏离了圆形轨道。所以，前年，科学家发现了一组模式，这些模式似乎统治着我们自己以外的行星系统

　　虽然每个人都听说过宇宙大爆炸，但没有人能自信地说出它是什么样子的。究竟，重述时间的最先不仅仅是要找到准确的词语，而是找到准确的物理–自从大爆炸进入盛行词汇以来，物理就一直是个模糊的看法。 　　功于在已往几年中泛起的一种探索宇宙靠山的不寻常的方式。在这种看法中，空间和时间的本质可以存在于宇宙的局限之外，然则在一种杂乱的状态下我们无法识别。大爆炸不是一个艰难而快速的最先，而是一个深刻变化的时刻 – 与我们大多数人想象的完全差别。 　　虽然经常被误以为是美国天文学家埃德温·哈勃(Edwin Hubble)，但大爆炸的基本思想可以追溯到比利时牧师和天文学家乔治·莱马特(Georges Lema?tre)，他在20世纪20年代末观察到宇宙正在膨胀。莱马特想象出一个“原始原子”，会膨胀成我们今天所看到的一切。 　　这个原始原子是什么，它来自那里？若是没有一些惊慌，就不能提出这样的问题。斯蒂芬·霍金(Stephen Hawking)提出了一个著名的论点，：就是问大爆炸之前发生了什么，就像问北极以北是什么。他以为，既然时间自己是在那一刻缔造的，因此先前起源的问题毫无意义。 　　这并没有阻止物理学家们试图把它拆开。莱马特自己也提出了凤凰宇宙的可能性，它的膨胀减缓、逆转，最终溃逃为一个新的原始原子，然后再向外发作，进入新的生命状态。 　　在本世纪初，普林斯顿大学的保罗·斯坦哈特(Paul Steinhardt)，剑桥大学的尼尔·图洛克(Neil Turok)，以及其他人提出了一个更为详尽的版原本注释这个周期性的故事。在他们的火劫假说中，我们宇宙的早期黑点漂浮在另一个维度，最终破坏到另一个宇宙，释放出无数的能量，并引发爆炸性的增进。
　　只管这听起来很疯狂，但有些提议却变得更疯狂了。以宇宙膨胀为例，这是一种获得普遍支持的理论，据说它注释了原始原子是若何从无穷小的物体中爆炸出来的，然后以我们今天所看到的更为悠闲的速率膨胀。这种增进是由量子场中的随机涨落引起的，类似的事情可能在任何时间、任何地址发生。这不仅意味着其他宇宙可能在看不见的情况下从我们的宇宙中分离出来，而且也解释我们自己的宇宙可能是一个无限古老的多元宇宙的一个分支。 　　然而，无论我们使用的是火劫照样无限膨胀，试图将宇宙大爆炸作为永恒重现的时刻来注释并不能让我们更准确地形貌在谁人关键时刻发生了什么。 　　大爆炸降生于我们最好的引力理论，广义相对论。在这里，空间和时间被统一为时空。恒星和行星会变形时空，这种扭曲会发生引力。我们从天文观察中得知时空正在膨胀，因此凭据广义相对论，它一定曾经是一个无限细小，无限浓密的点，称为奇点。 　　就现在而言，这是很好很整齐的。但它没有形貌时空中的所有器械，这些器械是由量子理论支配的。这个最乐成的理论处置的是小而有限的：粒子和能量块。“有限”是这里的关键词。退回到量子宇宙，你会看到星系崩塌，恒星降生，原子分解成原子核和随同的电子。当空间异常慎密的时刻，你会看到所有的自然气力，除了引力，统一成一个整体的迹象。但这种气力仍然是成块状的，这就是量子理论所能带我们走的路。它可以做得异常小，但不像时空，它不能平滑地变为零。 　　正是这种冲突使得明白大爆炸变得云云棘手。在已往的几十年里，生长量子引力理论是一个显而易见的前进方向。这就需要将固有的延续时空画布分解成离散的线–“空间的原子”，马里兰大学的理论家贝洛克·胡(BeiLok Hu)这样称谓它们。 　　环量子引力，这些空间原子是由数学界说的虚无环。也有其他的理论，但大多数都专注于准确地形貌空间原子，假设时空的连贯量子形貌，包罗大爆炸，将会落实到位。
　　十多年来，胡一直支持弥合这一鸿沟的起劲。正是在这一探索中，泛起了一种对大爆炸的潜在的令人满意的形貌。 　　想象一下把一桶水倒在你的头上。水是由最终受量子理论支配的分子组成的，然则你不需要知道细节就知道你会被浸湿。你甚至可以用流体力学的科学精确地盘算出水是若何级联的，这门科学早在量子理论之前就已经存在了。若是流体力学允许我们形貌流体，而不必忧郁分子的细微细节，

木星大红斑开始萎缩 “脸色”也悄悄发生改变……

作为太阳系内最引人注目的风暴之一，大红斑一度规模巨大，足以吞噬三个地球。在木星上咆哮了300年后，大红斑正不断萎缩。此外，它的圆度和高度不断提高，颜色也随时间推移发生改变。哪些因素导致了这些变化？对大红斑的未来命运又意味着什么？所有这些还都是未知数。

那就应该有可能从空间原子缔造时空，而无需首先完善对这些原子的形貌。 　　胡的类比远不止于此。在已往的几年里，物理学家们行使流体建立了时空扭曲区域的模子，并发现两者惊人地相似。再加上数学基础上的相似之处，胡嫌疑时空不只是像一种流体–它就是一种流体。 　　要知道他的意思是什么，想想水的三个熟悉的阶段：冰，液态水和蒸汽。所有的水分子都是由水分子组成的，但水分子相互作用的方式各不相同。在蒸汽中，他们飞快地走来走去，做着自己的事。然而，若是它们撞到冰凉的窗玻璃上，它们就会最先挤在一起，从气体凝聚成液体。胡以为时空也会履历类似的相变。若是没有像凝聚这样的器械，空间的原子就会像一些模糊的阴影一样存在，失去了时间和几何学。 　　德国波茨坦的马克斯普朗克引力物理研究所的理论家丹尼勒·奥里蒂(Daniele Oriti)在年轻时有时发现了这条推理门路。它提供了一种新的、诱人的方式来明白时空，包罗他以为的宇宙大爆炸。但他无法立刻明白若何将这一类比转化为一个可以用数学来表达的看法。 　　在2006年，那时的理论家托马斯`科诺普卡(Tomasz Konopka)、福蒂尼`马科普卢(Fotini Markopoulou)和李斯莫林(Lee Smolin)都在加拿大滑铁卢的周界研究所事情，他们将时空形貌为一个庞大的数学节点网络，每个节点都毗邻在其他节点上。虽然太抽象了，不适合胡的凝聚类比，但节点仍然可以履历一个有序的相变，酿成类似空间的器械，具有我们以为天经地义的基本特征，好比几何学。
　　受到这个效果的启发，奥里蒂最先探索是否有可能使用对空间原子的更成熟的形貌来实现类似的壮举。他首先对这些原子举行了循环量子引力的形貌。然则，他随后使用了第二个数学框架，称为群场理论，这是量子理论的一个版本，用来形貌正常原子，来展示它们是若何凝聚的。 　　他花了七年时间整理自己的想法，2013年，与马克斯·普朗克研究所的洛伦佐·辛多尼(Lorenzo Sindoni)和汉诺威大学的斯特芬·吉伦(Steffen Gielen)一起，奥里蒂证明了群场理论可以凝聚他的空间原子。诚然，他们不知道泛起的流体看上去是否很像我们的宇宙，但它似乎至少有一个巨细和一个形状。 　　这是个很大的突破。奥利提说，在将空间原子凝聚成时空方面，“我以为我们是第一个”。去年，他与辛多尼和他的同事爱德华·威尔逊·尤因举行了更详细的盘算。这一次，泛起的器械看上去就像我们宇宙中不停膨胀的时空。令人惊讶的是：时空流体不喜欢在大爆炸发生时被注入奇异点。相反，它想要向外反弹，就像凤凰宇宙。 　　莱马特会很喜悦的。但这并不是故事的竣事，甚至不是故事的最先。到现在为止，这项事情依赖于某些近似值，奥里蒂以为，一旦对这些近似值举行更仔细的研究，宇宙最先时的大事件很有可能既不是爆炸，也不是反弹。 　　他说，在这样的极端条件下，时空很可能已经从一个阶段转变为另一个阶段，这意味着它基本没有一个明确的劈头。我们所以为的大爆炸只是凝聚的时刻。 　　那么，宇宙另一端的时空是什么样子的呢？在这里，语言是失败的，由于每一个问题，都以基本不存在的看法为条件。奥利提说：“必须思量这些空间原子而不将它们存在于太空的某个地方，或者在某个时间进化。时间和空间的看法必须以它们为基础。” 　　伦敦帝国学院的乔奥·马古悠(Joo Magueijo)也对这项事情示意赞赏，但他说奥利提和他的同事们需要让他们的想法具有可验证性。他说：“他应该勇敢地面临难题，并实验对大规模的结构做出展望，这将清扫其他理论。”
　　奥利提还没有做到这一点，但更普遍的看法，即时空就像一种流体，可以接受考验。2014年，意大利里雅斯特国际高级研究学院的斯特凡诺·利伯拉蒂和德国慕尼黑路德维希·马西米兰大学的卢卡·麦克西奥尼研究了蟹状星云的高能光子，寻找它们穿越了液态空间的迹象。虽然效果并不是决定性的，但实验确实提出了一条测试的途径。 　　要真正捉住缔造的那一刻，奥利提必须找到一个一致的数学形貌空间的自由原子，存在于我们所知的时空之前。这是一项令人费解的义务，由于时间、空间和几何学的看法都是固定在我们的大脑中的。奥利提说“从这个意义上说，这是你能想到的最激进的事情。”