重力在大爆炸之前就存在了吗？

故事是这样的，艾萨克·牛顿爵士正坐在一棵树下，想着自己的事情，这时一个苹果莫名其妙地落在了他的头上。

这位科学家没有因为这种背信弃义的行为而诅咒这棵树，而是想知道：是什么让苹果掉下来了？为什么苹果没有上升？是什么原因让它撞到他的头上，而不是简单地飘到云端？是什么力量在拉它？他推测，一定有什么奇怪的东西在起作用。

这种思路最终导致了物理学中最重要的发现之一——引力的基本作用力。

今天，我们全心全意和无条件地接受重力的存在。正是这种力量让我们所有人脚踏实地……按照字面。正是这种力量确保我们牢牢地留在地球上，而不是漂流到太空中。从跳伞到蹦极和过山车…所有这些惊心动魄的体验只有通过重力才能成为可能。甚至行星围绕太阳的运动，月球围绕地球的盘旋和天体的形成都是由于持续的重力而发生的。

然而，重力真的一直存在吗？那么在时间之前呢？在时间和空间的概念之前？重力在大爆炸之前存在吗？要回答这些深刻而相关的问题，我们绝对应该弄清楚基础知识。

什么是重力？

根据艾萨克·牛顿爵士的说法，引力是存在于任何两个物体之间的吸引力 – 天体或其他物体。宇宙中的每一个物体都在对其他物体施加引力，其强度与物体的质量成正比。

牛顿发现引力背后的流行故事（图片来源：bilha golan/ Shutterstock）

例如，当牛顿坐在那棵树下，苹果落在他的头上时，苹果对地球施加了重力，但由于地球的质量在天文上更高，地球在这场拔河比赛中获胜。事实上，自古以来，我们的星球就一直在赢得这场针对我们所有人的持续拔河比赛，这给我们带来了一个大问题，这场拔河比赛是在大爆炸之前和期间进行的吗？

大爆炸

大爆炸的阶段（图片来源：tashalex / Fotolia）

根据著名科学家斯蒂芬·霍金（Stephen Hawking）的说法，宇宙中的所有物质都被限制在一个非常小的空间里，折叠并压缩在自身之上。这是一个密度和温度无限的空间，被称为引力奇点。它包含了宇宙的所有质量，是一个大约人头大小的热致密球。这个质量像一个巨大的气球一样膨胀，速度比光速快，这种现象通常被称为大爆炸。

现在你们中的一些人可能在想，等一下…比光速还快？

正如你可能已经听过无数次的那样，没有什么比光速更快了……你是对的。爱因斯坦的相对论建立了恒定的光速，但只对穿越时空的物体做出了这个假设。

在大爆炸的情况下，有一个微妙的区别。创造的爆炸需要空间本身的膨胀，而不是质量在空间中的运动。例如，将空间本身想象成一艘船。宇宙中的所有物体都是这艘船上的乘客。爱因斯坦的相对论指出，船上所有乘客的速度限制是光速。船上没有人能够比光速移动得更快。

然而，爱因斯坦的理论没有提到飞船本身的速度。飞船可以以比光速更快的速度移动，并且仍然可以在自身内部保持速度限制。因此，在不违反任何物理定律的情况下，大爆炸创造了我们今天居住的无限大的宇宙。

大爆炸前的重力？

让我们把时钟倒回到大爆炸前一秒的时间，就在创造之轮启动之前。如前所述，整个宇宙被限制在一个不可思议的狭小空间中，称为奇点。在它周围，一片虚无。问题是，整个宇宙是如何设法保持在这样一个受限的空间内的？一定有什么东西…一些力量将它们结合在一起。

艺术家对宇宙的印象在大爆炸（奇点）前几秒钟（图片来源：vchal / Shutterstock）

在这种情况下，最明显的答案是正确的答案…重力！对所有物质施加了无限的引力，以至于它设法将整个宇宙保持在引力奇点中。当然，这只是一个理论。

这个奇点只是基于爱因斯坦相对论的大爆炸之前存在的解释之一。一些科学家批评了这个想法，因为它没有考虑到量子力学。当我们开始测量比人类头发宽度小一百万倍的粒子时，我们进入了量子领域，这可能不一定受传统物理定律的支配。

基本上，大爆炸之前的任何时候都有点模糊。无论我们对大爆炸前的时间进行预测，都将是一个近似值，永远不可能100%准确。然而，我们能做的是在大爆炸的第一刻做出更明智的预测，当时所有的时空都爆炸了。

引力波

爱因斯坦声称，人们可以通过寻找引力波来证明大爆炸期间引力的存在。这些波可以被理解为宇宙中一些最暴力和能量的事件产生的涟漪。

宇宙中的涟漪是由宇宙中的灾难性事件引起的（图片来源：NASA）

爱因斯坦的理论表明，巨大的灾难性事件可能会破坏时空的结构，从而产生从源头辐射的各种”波”。事件越剧烈，破坏就越大，反过来，它的引力波就越大。还有什么比大爆炸本身更伟大的宇宙学事件呢？当然，宇宙以比光速更快的速度膨胀将导致非常强大的引力波。

然而，由于宇宙已有超过140亿年的历史，因此探测到一个可能在很久以前就开始了它的旅程的涟漪似乎几乎是不可能的。人们需要一些非常敏感的设备来捕捉这些古老的涟漪。事实上，这些年来，可能起源于大爆炸的引力波的强度会降低约十亿倍。科学家声称，这种旧波引起的破坏将小于原子核的大小。

LIGO：一劳永逸地证明了这一点的实验

这样的实验直到2015年才成为可能。2015年9月14日，致力于观测引力波的实验室LIGO成功地与引力波进行了物理接触。他们灵敏的设备能够检测到13亿光年外的两个黑洞碰撞造成的轻微破坏！

LIGO实验室运营着两个探测器站点，一个在华盛顿州东部的汉福德附近，另一个在路易斯安那州利文斯顿附近。这张照片显示了利文斯顿探测器网站（图片来源：加州理工学院/维基共享资源）

在LIGO探测到引力波的实验最终为引力波的存在提供了经验证据。这些具体的证据使科学界能够推断出由第一个灾难性事件 – 大爆炸引起的这些涟漪的存在。同样的探测器正在等待捕捉大约140亿年前起源于大爆炸的第一个引力波。因此，我们可以合理地确定，在大爆炸期间，引力确实存在，而这个140亿年前的涟漪的最初迹象最终将支持它。

另一方面，引力在创造的时刻之前是否存在仍然无法最终证明，因为我们还没有找到一个明确的理论来解释时空出现之前的宇宙。我们可能不得不等待下一个爱因斯坦提出一套新的突破性方程，这些方程可以在”空间”概念存在之前解释宇宙的状态。

大爆炸后的重力

自大爆炸之后的那一刻起，引力一直是宇宙中最普遍的基本力。如前所述，它在强度方面有所不同，具体取决于物体的质量。你和我可能无法发挥像地球那样强大的引力场，但想象一下，我们带着自己的个人引力场四处走动，与世界上所有其他物体相互作用，提醒我们，我们真的都是相互联系的，这真是太好了！

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