宇宙是如何开始的?

肥牛于田揖

按进化论的角度来往回推，最后地球上的由一个单细胞生物进化而来，单细胞生物又由无机成分演变而来，那么最早的无机成分哪里而来呢？地球，亦或是宇宙是怎么从无到有的呢？
作者：一点资讯

廊桥遗梦504

创世纪：物质战胜了反物质



0秒

宇宙诞生

138亿年前，大爆炸发生，宇宙从中诞生。那时的时间、空间、能量处于一种目前物理学无法描述的不可分的纠缠状态。


10^-40秒

基本力开始作用

第一种力——引力——开始出现。接下来是另外三种力：电磁力、强力和弱力，它们将支配粒子的行为。


10^-30秒

物质和反物质出现

空间突然暴胀，在其内部形成物质粒子和反物质粒子（完全相同，但携带的电荷相反）。当物质颗粒遇到与它对应的反物质时，二者湮灭在一道光束里。


10^-27秒

中微子打破宇宙平衡

日本一项实验的首批数据表明，一些粒子衰变时可能发生了微弱的不平衡，它们就是重中微子。这种作用使轻子（电子、μ介子、τ介子）或反轻子诞生，但比例不对称：对应着100000个反轻子，形成了100001个轻子。所以物质略多于反物质。这个微弱差异将成为关键。


我们的世界诞生



10^-11秒

这种不平衡被传递给夸克

轻子转化为夸克，反轻子转化为反夸克……中微子导致的不平衡被传递下去：夸克略多于反夸克


10^-6秒

再传给质子和中子

温度降到足够低，使夸克能够转化为质子（p）和中子（n），即原子核的组成成分。反夸克则形成反质子和反中子……不平衡一直传递下去。


10^-4秒

发生大湮灭

物质和反物质湮灭（发光）。中微子不对称反应产生的多余量成为决定性因素：剩下了一丁点物质。更精确地说，每10立方米的宇宙有1个核子（质子或中子），而在湮灭以前，每立方厘米有1040个核子。


10^-3秒

只剩下物质

所有反粒子被摧毁。只剩下物质颗粒，它们逐渐形成原子，然后形成恒星、行星……
如果没有发生反应 大爆炸可能形成数量完全相等的粒子和反粒子。它们相遇、湮灭，每次施放一道光。宇宙的历史可能短暂结束：大爆炸过后10-3秒，宇宙就完全不存在任何物质，只留下光，而光也将随着宇宙膨胀逐渐减弱。一个无聊的世界……

如果反应有利于反物质
或将形成一个反世界，即我们世界的完美镜像：反原子、反分子、反恒星……不过，如果反物质是“反引力”的呢？因为我们今天还无法得知，反物质是否像物质一样陷入时空，还是产生相反结果。反粒子可能不会相互吸引，而是相互排斥。如果情况如此，在反物质组成的宇宙中，粒子可能相互远离。比起没有反应也好不了多少……


撰文 Mathieu Grousson
编译 周佩琼

bdlove

题主的问题分两个部分：
1. 宇宙是如何诞生的？（类比于小鸡破壳的一瞬间是怎样的因果过程）
2. 在诞生之后，宇宙是如何演化成我们今天观测到的模样？（类比于小鸡孵化后是如何成长为成年鸡的过程）

第一个问题
如果题主所言的“从无到有”的疑问是指第一个问题，那么很遗憾，目前最靠谱的回答是“不知道”。任何超越这个回答的答案都是“猜想”（或者“胡说”）。而且对于这个问题本身，还有两种观点的哲学在交锋：
a. 这是一个有意义的问题。因果链的连续性保证了宇宙诞生之前必须有原因使它诞生（类比小鸡孵化前鸡蛋中的生化过程）。此类观点在学术领域不多见，多见于民科讨论。
b. 这是一个无意思的问题。如果“宇宙”所指的即是一切，那么一切的开始之前就是什么都没有。宇宙诞生的瞬间就是时空的原点，数域里不存在绝对值比零更小的点。此类观点在学术论文领域不多见，多见于口头讨论和非正式文集。
关心这个问题的人，到此就可以不用往下看了。

第二个问题
如果题主更加关心的是宇宙诞生之后的演化过程，亦即第二个问题，那么物理学可以描述相当长时间的宇宙历史。
鄙人老板所言：正确的物理是可以通过数学精确描述的，好的主意是不需要数学也能表达的。所以在行文中，我将尽量减少数学符号的出现。

物理宇宙模型
现代物理宇宙模型（广义相对论和哈勃定律诞生之后）按照时间顺序，依次经历了早期的“大爆炸模型”（来自法国天文学家勒梅特）和如今的“暗能量-暗物质暴胀宇宙模型”。后者是对前者的补充，基本上没有对前者造成本质的改动。

标准大爆炸理论。目前所观测的宇宙由大约130亿-140亿年前的一个极热、极密的点膨胀而来。这个理论说了三件事情：宇宙诞生于130多亿年前；诞生时宇宙中的物质很热也很密；宇宙经历膨胀过程。这个理论没说的事情是：宇宙中原初物质的来源（它们一开始就在那里）；宇宙膨胀的原因（宇宙一开始就在膨胀）。所以这个理论实际上是“没有大爆炸的大爆炸理论（bangless big bang theory）”。
暗能量-暗物质暴胀宇宙模型。在标准大爆炸理论基础之上，补充了三点：一、暴胀（Cosmic Inflation）。宇宙在极早期（大约是宇宙诞生后秒），宇宙经历了极短期（大约秒）的剧烈膨胀过程，在这个时间里，宇宙至少膨胀了倍；二、冷暗物质（Cold Dark Matter）。宇宙中的所有能量，约4%以可见物质（参与电磁相互作用的寻常物质）存在，约26%以不可见（不参与电磁相互的物质）的、运动缓慢的暗物质存在；三、暗能量（Dark Energy）。宇宙约70%的能量以类似于宇宙常数（Lambda）的负压强形式存在，它们提供的“负引力”推动今天的宇宙加速膨胀。这个版本的宇宙模型因此也被称为(Lambda-Cold Dark Matter)模型。
目前宇宙中物质组成。

补充一点科学史，早期观测得到的哈勃常数比如今公认的数值（取自Particle Data Group）大了约7倍（误差来自对不同种类造父变星的混淆），导致估计出的宇宙年龄只有约20亿年，明显与地质学家估计的地球年龄（约47亿）不相容。因此，无限长历史的“稳态宇宙模型”存在了相当长一段时间，支持者包括著名的天文学家Hoyle，Burbidge等人。

模型的预言
如果关心宇宙的演化历史，那么自然会问“模型能否描述我们观测的宇宙？”
未知的起源
假设从宇宙诞生的瞬间（尽管无法知道宇宙“为什么”诞生）开始观察，我们能发现什么？很遗憾，最初的秒里发生了什么，我们不知道。可以肯定的是，那时的宇宙温度和密度是如此之高，所有的一切（物质和场）都处在极高的能量之上。而如今所有靠谱的物理理论都无法自洽地描述它们的状态和动力学过程。这是我们对此目前未知的原因，也是某些人拼命想造更强加速器的理由。

不可思议的暴胀过程
宇宙学对我们可观测的宇宙所做的两个基本假设是：这个宇宙在大尺度（大于数百万个秒差距）上是均匀的，以及宇宙是各项同性的。架起天线，从天空的各个角度都能收到一个波长大约为1毫米的电磁波信号（准确说，是2.7K的黑体辐射谱）。根据大爆炸理论，这些信号来自宇宙诞生后的38万年，宇宙诞生时刻余晖跨越了140亿年展现在我们眼前，如下图（来自欧洲天文局的Planck卫星）。

这幅宇宙背景图上的斑点，代表了在平均值附近百万分之一左右的偏差！可以说，至少在1/100,000的误差水平上来看，宇宙在各个方向上都是一样的。这样各个角落、各个角度上看起来都相同的宇宙必须经历至少一次热平衡状态，才有机会让整个系统混合得足够均匀。但如果按照今天的膨胀速度，把宇宙反演回140亿年前，那将会发现整个宇宙仍然“不够小”——信息没有足够的时间在宇宙的每个角落传递，因为它不能逾越光速的限制。如果真是这样，宇宙为何能达到热平衡状态将无法解释。Alan Guth在20世纪80年代提出假设：早期的宇宙肯定要更小，也就意味着它曾经历过更加剧烈的膨胀过程——暴胀。

宇宙诞生之后约秒，宇宙的尺寸在秒之内突然增加了至少倍。举个形象的例子，这相当于在十亿亿亿亿分之一秒内，从一个原子核大小变成了一个太阳系大小。这就是暴胀的含义。

暴胀模型不仅仅可以解释宇宙为何在大尺度上如此均匀，也能解释为什么宇宙空间是平的，以及为何宇宙中没有充斥着磁单极子。一个解释同时回答三个问题，暴胀模型的吸引力正是如此。
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未完待续。

掌舵的鱼1987

宇宙很大，非常非常大。但如果关于宇宙的起源，我们的理论是正确的，那么宇宙就曾经很小，非常非常小。事实上，它一度并不存在。大约在 138 亿年前，物质、能量、时间和空间从无中自发地产生出来，这就是我们所说的「大爆炸」。
那么，这是如何发生的？换句话说：万物的起源是什么？
这是典型的起源之谜。对于历史上大多数人来说，唯一可信的答案就是「神造出了万物」。在很长一段时间里，甚至连科学也回避这个问题。20 世纪初的物理学家们普遍相信，宇宙是无限和永恒的。表明宇宙并非如此的第一条线索出现在 1929 年。当时，埃德温·哈勃发现各个星系就像榴霰弹爆炸后的弹片一样彼此飞离。
合乎逻辑的结论是，宇宙必定在膨胀，因此，它过去一定更小。通过反向设想它的膨胀，就像倒着放映电影一样，天文学家们得出了另一个相当奇特的逻辑结论：宇宙必定有一个开端。
终极开端

起初，许多科学家都对终极开端这个想法感到不满，于是提出了不需要终极开端的其他解释。其中最著名的也许是 1948 年提出的稳恒态宇宙假说。根据这一假说，宇宙一直存在，并且在任何时候看起来都一样。天文学家们很快就找到了方法对这个假说进行检验，发现它并不成立。有些天体，比如类星体，只有在距离我们很远的地方才能找到，这表明宇宙并非在任何时候看起来都一样。尽管如此，支持稳恒态宇宙的理论家们还是给我们留下了一份持久的遗产，那就是「大爆炸」——而最初创造这个词却是为了讽刺主张宇宙有一个终极开端的理论。
致命的一击发生在 1965 年，人们意外发现有一种微弱的辐射遍布所有空间。对这种宇宙微波背景的解释是，它是一个比今天的宇宙更为致密和炽热的宇宙的「余晖」。
这些观察很快就得到了理论的支持。史蒂芬·霍金和罗杰·彭罗斯认为，如果广义相对论是正确的，那么必定存在一个奇点，在那个点上，宇宙无限致密，时空曲率为无限大——时间本身正是从这里开始的。
「大爆炸」现在是主流科学。宇宙学家们相信他们可以将宇宙的演化从爆炸发生后的一刹那追溯到现在，包括一个被称为「暴涨」的短暂的高速膨胀期以及最早的恒星的诞生。然而，实际的创世时刻在很大程度上仍然是猜测性的。在那一点上，我们关于现实的理论开始崩溃。为了取得进步，我们需要研究如何调和广义相对论与量子理论。尽管有数十年艰苦的思想嫁接，物理学家们仍然在这个问题上卡住了。不过，对于如何回答大爆炸理论核心处的那个恼人的问题，我们的确有些想法。

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ylzhang

宇宙是如何开始的？
宇宙是永恒的存在，没有开始也没有结束，只是在交替变换运动形式而已。我们现在说的宇宙起源于大爆炸也好，起源于混沌也好，仅仅是四维时空物质的起源。四维时空是膨胀运动势力支撑起来的，没有膨胀势力就没有四维时空物质世界。没有四维时空的宇宙是一个混沌状态的宇宙。混沌状态的物质就是自由运动的能量没有形态。自由运动决定了它是一个多维时空物质世界。
这样的话，宇宙就有可能是两种运动状态在交替进行。一种状态是自由运动的聚集过程，一种是膨胀运动的扩散过程。宇宙在前一种状态就是一团自由运动的能量，没有形态，没有显物质。自由运动的过程导致大聚集，就像自由市场经济财富大聚集一样。大聚集引发大膨胀，一大半自由运动的能量变成了膨胀运动势力，膨胀运动带动着自由运动的能量膨胀且旋转起来，才开始出现颗粒和波粒二象性运动，才有了四维时空物质世界。这个四维时空物质世界就是我们看到的显物质世界。我们现在的科学技术只能看到这个显物质世界，还不知道占据宇宙90%左右的暗物质暗能量是怎么回事。
中国人通过类似练气功这样的方法认识到了人体的多维时空物质，称之为“元气”。宇宙本原之气的意思。如果按照中国哲学的这个宇宙观，元气操控粒子形成一个微系统就是量子；元气操控分子就形成了生命运动系统。元气在人体运行的轨迹就是经络系统。生命的灵性就是元气的多维时空属性，是超四维时空属性。详细论述请看一下我写的《宏观物理学基本原理》和《系统逻辑思维~中国人的智慧》。前者亚马逊海外有售，后者团结出版社正版图书网上有售。留一个邮箱给你发电子版的。