物理与数学：物质、时空和宇宙的起点

撇开太初引力波不谈，暴胀理论基本上可说是非常成功的。可是我们必须谨记在心的是——造成今天宇宙大尺度结构种子的暴胀量子起伏，曾在太始之初被快速放大。若把时间往回推并估算这些量子起伏的大小，我们会发现它们都源自于比普朗克长度（Planck length，大约等于10-35米）还小的结构，然后被宇宙膨胀所扩大。这就产生了一个新的问题：在那么小的时空结构里，量子起伏非常大，那空间应该有什么样的结构？物质和空间的关系究竟是什么？我们并不知道，也没有一套理论告诉我们该如何处理这样的基本问题。可是现在从理论计算所得出的预测，却是假设不管发生什么事，这些量子起伏都可以无缝接轨地变成现有理论的初始条件。这是很令物理学家困扰的，除了显现出理论的不足外，也凸显了引力理论与量子理论在微观世界的格格不入。

一般而言，我们都认为在普朗克长度的极细微范畴内，应该有一套新的理论，也就是量子引力论，作为探索的凭借。因为爱因斯坦的广义相对论联结了物质与时空，而量子理论告诉我们物质在那么小的时空结构下是测不准的、有很大起伏的，所以在小于普朗克长度大小的时空区块里，空间应该也有类似的量子现象。如果否定这种想法，那我们就要反问，若在小尺度下物质能量起伏很大，而空间结构却可以照旧不受影响，那又如何解释大尺度下的物质与时空联结的广义相对论呢？

有趣的是，目前理论的假设就是——即使不晓得在那个阶段发生了什么事情，这些量子起伏都可以安然度过该尴尬的时期，被宇宙膨胀所放大到目前理论可以运作的大小。而这样的理论假设所预测的结果，却又可以很好地解释宇宙背景辐射上所遗留的信息。虽然暴胀很成功地帮我们理解了很多宇宙现象，但是超普朗克（Trans-Planckian）长度的问题还是很耐人寻味。(www.xing528.com)

即使撇开超普朗克问题不谈，更基本的问题则直指宇宙的起点。既然宇宙在膨胀，那往回推就会回到宇宙创生的那一刻，那一定是雷霆万钧的，可是为什么有起点呢？起点之前又是什么状态？宇宙是否一直持续地重复相同的创生、演化、结束的过程？或者我们的宇宙在创生之前，什么都不是？不管如何，那一刻都是需要量子论的，所以我们需要量子宇宙学来帮我们解除疑惑。这是目前很多人投入的领域，详情请参阅本书第六章由余海礼与许祖斌所著的《时间、广义相对论及量子引力》一文。