时间有起始点吗？
Gabriele Veneziano
弦理论指出，大爆炸并非宇宙的起点，而是其前一存在阶段的结果。
大爆炸真的是时间的起点吗？抑或宇宙在大爆炸之前就已经存在？如果在10年前提出这样的问题，那简直是对宇宙学大逆不道了；绝大多数宇宙学家会认为，思考大爆炸以前的时间，就像打听北极以北的地方在哪里一样。然而，理论物理学的发展，尤其是弦论的出现，大大改变了宇宙学家的视角，大爆炸前的宇宙已成了宇宙学的研究前沿。
探索大爆炸之前发生过什么的新思潮，其实只是数千年来的理性钟摆的最新一次摆动。几乎在每一种文明中，终极起源的问题都会让哲学家和神学家忙个没完没了。它所关怀的问题让人应接不暇，其中著名的一个出现在Paul Gaugin（高更）1897年的名画中： “我们从哪里来？我们是什么？我们往哪里去？”这幅作品描绘了生老病死的轮回：每个人的起源、身份与宿命，而这份对个人的关怀，直接连系着宇宙的命运。人类可以寻根，追溯自身的血统，穿越世世代代，回到我们的动物祖先，再溯及生命的早期形式和初始生命，然后回到原生宇宙中合成的元素，再到更早期空间中的飘渺能量。我们的谱系树是否可以这样一直无休止地延伸下去呢？抑或它会终止于某处？宇宙是否也像人类一样，并非永恒的？
古希腊人曾就时间的起源有过激烈的争论。亚里斯多德主张“无”不能生“有”，而站在了时间“没有起点”的阵营。如果宇宙不能“无中生有”，那它过去必然是一直存在的。基于这些理论，时间必定是朝着过去和未来两端无限延伸。而基督教神学家则倾向于相反的观点。奥古斯丁坚决主张，神存在于空间和时间之外，而且创造了时空和整个世界。有人问道：“神在创造这个世界之前在做什么？”奥古斯丁答道：“时间本身就是神创造的产物之一，所以根本就没有‘之前’可言！”
爱因斯坦的广义相对论，引导当代宇宙学家得出了几乎一样的结论。广义相对论认为，空间和时间是柔软可塑的实体。在大尺度上，空间本质上是动态的，会随时间而膨胀或收缩；它承载物质的方式，就像海浪承载浮物一样。1920年代，天文学家观测到遥远的星系正在彼此远离，从而证实宇宙正在膨胀。接着，物理学家Stephen Hawking（霍金）与Roger Penrose（彭若斯）在1960年代证明，时间不可能一直回溯下去。如果你把宇宙历史一直往回倒退，所有的星系终会挤到一个无穷小的点（称为即奇点）上，这与它们掉进黑洞的意思差不多。每个星系或其前身都被压缩到零尺寸，而密度、温度和时空曲率等物理量则变成无穷大。奇点就是宇宙万物的起点，超过这一界限，我们的宇宙谱系树就无法再往前延伸了。
宇宙是均匀的？
这个无法避免的奇点，给宇宙学家带来了令人不安的严重问题。特别是，奇点与宇宙在大尺度上所展示的高度均匀性及各向同性似乎有矛盾。由于宇宙在大尺度上到处都相同，因此在相距遥远的区域之间，必以某种方式传递信息，以协调彼此的性质。然而，这与旧的宇宙学规范相抵触。
具体来说，不妨想一下从宇宙微波背景辐射释放后，这137亿年来发生的事情：由于宇宙的膨胀，星系间距离增大了1000倍，而可观测宇宙的半径，则增大了10万倍之多（由于光速超过宇宙膨胀速度）。我们今天看到的宇宙，有很大一部分是我们在137亿年所看不到的。的确，在宇宙历史上，现在那些来自最遥远星系的光，还是第一次到达银河系。
尽管如此，银河系与那些遥远星系的性质，竟然基本上是一样的。这就好比你参加一个聚会，发现自己穿的衣服与十多位好友的一模一样。如果只有两人衣着相同，用巧合还可以解释得过去。可是如果十几个人衣着都相同，那八成是他们事先约好了。在宇宙学中，这个数字不是十几个，而是数万个——这是全天域微波背景中的天区数量，它们彼此独立，但统计上却完全等同。
一种可能性是，这些空间区域诞生伊始便被赋予了相同的性质，换言之，均匀性只不过是个巧合。然而，物理学家想出了两种更自然的途径来摆脱僵局：让早期宇宙要么比标准宇宙小得多，要么老得多。任一条件（或者两者一起），都有可能实现各个空间区域之间的相互联系。
当前最流行的是第一种途径。假设宇宙在早期历史中曾经历一次快速膨胀，称为暴胀。在暴胀之前，星系或其前身全都紧密地挤在一起，因此可以容易地协调它们的性质。在暴胀阶段，由于光速赶不上暴胀的速度，它们便彼此失去了联系。暴胀结束后，膨胀速度开始放慢，因此各星系间又逐渐恢复了联系。
物理学家将暴胀所迸出的能量，归因于大爆炸之后约10*-35秒一个新的量子场“暴胀子”中所储存的势能。势能与静质能和动能不同，它可以产生引力排斥效应。通常的物质引力会减慢宇宙膨胀，但暴胀子却会加速宇宙膨胀。暴胀理论于1981年问世，至今已经解释了众多的精确观测结果[参见本刊1984年第9期Alan H·Guth与Paul J·Steinhardt所著《爆胀宇宙》和2004年第4期的专题报道《打开宇宙的四把钥匙》]。不过，还有一系列潜在的理论问题没有解决，首当其冲的是，暴胀场子究竟是什么？以及如此巨大的初始势能从何而来？
第二种途径较不为人所知，那就是避开奇点。如果时间不是始于大爆炸，如果在目前的膨胀开始之前，宇宙就已经存在很长一段时间了，那么物质就有充裕的时间把自己的分布安排得比较平滑。因此研究人员已开始重新检视导出奇点的推导过程。
推导过程中假设相对论始终有效，看来是大有问题的。在接近一般认定的奇点时，量子效应必定越来越重要，甚至起到主导的作用。正统的相对论没有考虑到这类效应，因此，认定奇点不可避免，无疑是过份相信了相对论。要弄清真正发生的情况，物理学家必须把相对论纳入到量子引力理论中。这个任务让爱因斯坦以后的物理学家伤透脑筋，直到1980年代中期，进展还几乎等于零。
