如果说速度上限是光速，那么宇宙刚开始从奇点创生的时候密度趋于无穷大，体积零为什么物质粒子能够逃逸呢？
这个问题触及了宇宙学最核心、也最令人着迷的几个概念，答案也同样复杂而深刻。要理解为什么在“奇点”这个密度无限大、体积无限小的状态下，物质粒子能够“逃逸”并最终演化成我们今天看到的浩瀚宇宙，我们需要一点点地拆解它，并且要明白，我们目前对宇宙最初时刻的理解，仍然是基于理论模型和推测，而非直接观测。
首先，我们要明确一点：“逃逸”这个词在这里可能有点误导性。 宇宙创生并不是像火箭从地球逃逸那样，是物质克服了某种引力束缚。更准确地说，是宇宙本身在创生之初就处在一个极度膨胀和“无处可逃”的状态。
让我们回到“奇点”。通常我们说的“奇点”，是指在广义相对论的描述下，一个时空点，在那里，密度、曲率等物理量都趋于无穷大。这个概念来自于我们对引力的理解，比如黑洞的中心，或者宇宙大爆炸的最初时刻。
然而，物理学家们普遍认为，我们目前的物理定律，包括广义相对论，在描述奇点的时候就已经失效了。 广义相对论是描述宏观物体在时空中运动的理论，它在处理引力极端强大、时空尺度又极其微小时，就会出现数学上的“奇点”，就像除以零一样，给出无意义的结果。
所以，当科学家们谈论“宇宙创生于奇点”时，这更像是一个数学上的终点，一个我们现有理论的“墙”。它告诉我们，要理解宇宙最初的那个时刻，我们需要一个更完善的理论，一个能够统一广义相对论（描述引力和时空）和量子力学（描述微观粒子行为）的理论，也就是量子引力理论。
那么，在没有完善的量子引力理论之前，我们是如何想象这个过程的呢？
1. 量子涨落和早期量子效应： 即使在非常小的尺度下，量子力学也允许存在“量子涨落”——能量的暂时性产生和湮灭。在宇宙极早期，能量密度极高，这些量子涨落可能非常剧烈。粒子可能不是“从”奇点“逃逸”，而是“在”那个极度活跃、混乱的时空中“产生”和“运动”。想象一下，不是一个固定的点在爆炸，而是整个时空本身就在那个极其微小的状态下，充满了能量和潜在的粒子。
2. 大爆炸的“膨胀”而不是“爆炸”： 这里的“大爆炸”是一个形象的比喻，它更准确的描述应该是“宇宙的快速膨胀”。宇宙不是在一个已有的空间中爆炸开来，而是空间本身在膨胀。在那个极小的状态下，虽然“体积”似乎是零，但你可以想象它是一个高度压缩、能量极高的“状态”，然后这个“状态”所包含的时空，开始以惊人的速度扩张。
类比： 想象一下一个充气气球。在气球充气之前，它的表面积几乎为零。当你开始吹气时，气球的表面就开始膨胀，表面的每一个点都在互相远离。宇宙的膨胀也是类似的，但这里的“表面”是整个时空。
光速限制： 光速是信息和物质在现有时空中传播的最高速度。它限制的是在时空中，一个物体相对于另一个物体的运动速度。然而，宇宙膨胀的速度，尤其是早期宇宙的暴胀，并不是物质在时空中“运动”的速度，而是时空本身的扩张速度。时空可以以任意快的速度扩张，而这并不违反相对论。
3. 暴胀理论： 为了解释宇宙如何从一个极其微小、均匀且平坦的状态快速膨胀到今天如此之大，科学家们提出了“暴胀理论”。这个理论认为，在宇宙创生后的极短时间内（大约10^36到10^32秒），宇宙经历了一段指数级的、极速的膨胀。在这段暴胀时期，宇宙的尺度在瞬间扩大了至少10^26倍。
“逃逸”的本质： 在暴胀时期，时空本身就像一个巨大的“传送带”，以远超光速的速度向外扩张。在这种情况下，任何“固定”在某个区域的粒子，都会随着时空一起被“带走”，互相远离。与其说是粒子“逃逸”了，不如说是空间本身在它们之间被“拉伸”得非常快。
4. 密度和体积的“取消”： “密度趋于无穷大，体积零”的说法，是基于广义相对论的数学推导。但正如前面所说，在这个区域，广义相对论失效了。量子引力理论可能会以不同的方式描述这个最初的状态，它可能不是一个“点”，而是一个量子涨落产生的、充满能量但具有某种“量子尺寸”的区域，然后这个区域开始快速膨胀。
想象一个“量子泡沫”： 也许宇宙最初不是一个绝对的“点”，而是充满了量子涨落的“量子泡沫”，在极短的时间内，其中一个或几个“泡沫”获得了能量，开始快速膨胀，并最终形成了我们现在的宇宙。
总结一下，为什么物质粒子能够“逃逸”（或者说，在宇宙膨胀中被分隔开）：
奇点是一个理论失效的区域： 我们对宇宙极早期的描述，是在现有理论（广义相对论）失效边界上的推测。
宇宙是时空的膨胀： 宇宙的“创生”和“膨胀”，是空间本身的扩张，而不是物质在固定空间中的运动。
暴胀理论： 解释了宇宙如何从极小尺度快速膨胀，时空的扩张速度可以超过光速。
量子效应： 在极小的尺度下，量子效应起着决定性作用，可能不是我们日常理解的经典粒子概念。
所以，与其说是粒子“逃逸”了，不如说是在宇宙自身的极端快速膨胀过程中，它们被空间分隔开来，并且随着空间继续膨胀，它们之间又产生了更大的距离。这个过程，以及宇宙最初的状态，是物理学最前沿的研究领域，需要量子引力这样的新理论来给出更精确的解答。
首先，我们要明确一点：“逃逸”这个词在这里可能有点误导性。 宇宙创生并不是像火箭从地球逃逸那样，是物质克服了某种引力束缚。更准确地说，是宇宙本身在创生之初就处在一个极度膨胀和“无处可逃”的状态。
让我们回到“奇点”。通常我们说的“奇点”，是指在广义相对论的描述下，一个时空点，在那里，密度、曲率等物理量都趋于无穷大。这个概念来自于我们对引力的理解，比如黑洞的中心，或者宇宙大爆炸的最初时刻。
然而，物理学家们普遍认为，我们目前的物理定律，包括广义相对论，在描述奇点的时候就已经失效了。 广义相对论是描述宏观物体在时空中运动的理论，它在处理引力极端强大、时空尺度又极其微小时，就会出现数学上的“奇点”，就像除以零一样，给出无意义的结果。
所以，当科学家们谈论“宇宙创生于奇点”时，这更像是一个数学上的终点，一个我们现有理论的“墙”。它告诉我们，要理解宇宙最初的那个时刻，我们需要一个更完善的理论，一个能够统一广义相对论（描述引力和时空）和量子力学（描述微观粒子行为）的理论，也就是量子引力理论。
那么，在没有完善的量子引力理论之前，我们是如何想象这个过程的呢？
1. 量子涨落和早期量子效应： 即使在非常小的尺度下，量子力学也允许存在“量子涨落”——能量的暂时性产生和湮灭。在宇宙极早期，能量密度极高，这些量子涨落可能非常剧烈。粒子可能不是“从”奇点“逃逸”，而是“在”那个极度活跃、混乱的时空中“产生”和“运动”。想象一下，不是一个固定的点在爆炸，而是整个时空本身就在那个极其微小的状态下，充满了能量和潜在的粒子。
2. 大爆炸的“膨胀”而不是“爆炸”： 这里的“大爆炸”是一个形象的比喻，它更准确的描述应该是“宇宙的快速膨胀”。宇宙不是在一个已有的空间中爆炸开来，而是空间本身在膨胀。在那个极小的状态下，虽然“体积”似乎是零，但你可以想象它是一个高度压缩、能量极高的“状态”，然后这个“状态”所包含的时空，开始以惊人的速度扩张。
类比： 想象一下一个充气气球。在气球充气之前，它的表面积几乎为零。当你开始吹气时，气球的表面就开始膨胀，表面的每一个点都在互相远离。宇宙的膨胀也是类似的，但这里的“表面”是整个时空。
光速限制： 光速是信息和物质在现有时空中传播的最高速度。它限制的是在时空中，一个物体相对于另一个物体的运动速度。然而，宇宙膨胀的速度，尤其是早期宇宙的暴胀，并不是物质在时空中“运动”的速度，而是时空本身的扩张速度。时空可以以任意快的速度扩张，而这并不违反相对论。
3. 暴胀理论： 为了解释宇宙如何从一个极其微小、均匀且平坦的状态快速膨胀到今天如此之大，科学家们提出了“暴胀理论”。这个理论认为，在宇宙创生后的极短时间内（大约10^36到10^32秒），宇宙经历了一段指数级的、极速的膨胀。在这段暴胀时期，宇宙的尺度在瞬间扩大了至少10^26倍。
“逃逸”的本质： 在暴胀时期，时空本身就像一个巨大的“传送带”，以远超光速的速度向外扩张。在这种情况下，任何“固定”在某个区域的粒子，都会随着时空一起被“带走”，互相远离。与其说是粒子“逃逸”了，不如说是空间本身在它们之间被“拉伸”得非常快。
4. 密度和体积的“取消”： “密度趋于无穷大，体积零”的说法，是基于广义相对论的数学推导。但正如前面所说，在这个区域，广义相对论失效了。量子引力理论可能会以不同的方式描述这个最初的状态，它可能不是一个“点”，而是一个量子涨落产生的、充满能量但具有某种“量子尺寸”的区域，然后这个区域开始快速膨胀。
想象一个“量子泡沫”： 也许宇宙最初不是一个绝对的“点”，而是充满了量子涨落的“量子泡沫”，在极短的时间内，其中一个或几个“泡沫”获得了能量，开始快速膨胀，并最终形成了我们现在的宇宙。
总结一下，为什么物质粒子能够“逃逸”（或者说，在宇宙膨胀中被分隔开）：
奇点是一个理论失效的区域： 我们对宇宙极早期的描述，是在现有理论（广义相对论）失效边界上的推测。
宇宙是时空的膨胀： 宇宙的“创生”和“膨胀”，是空间本身的扩张，而不是物质在固定空间中的运动。
暴胀理论： 解释了宇宙如何从极小尺度快速膨胀，时空的扩张速度可以超过光速。
量子效应： 在极小的尺度下，量子效应起着决定性作用，可能不是我们日常理解的经典粒子概念。
所以，与其说是粒子“逃逸”了，不如说是在宇宙自身的极端快速膨胀过程中，它们被空间分隔开来，并且随着空间继续膨胀，它们之间又产生了更大的距离。这个过程，以及宇宙最初的状态，是物理学最前沿的研究领域，需要量子引力这样的新理论来给出更精确的解答。
网友意见
因为空间可以膨胀！2011 年的诺贝尔奖，颁发给两个在 1998 年独立证明了宇宙在膨胀且膨胀速度在增加的团队。
想象一下我和你分别站在一个巨大的礼堂的两头，我们想要面对面说话，于是我们一起往礼堂中央走，希望能在中央面对面近距离说话。我们一边走，一边发现礼堂在膨胀，地面的每一块地砖都在向各个方向扩张。地板的扩张速度如此之快，我们奋力冲向对方也赶不上把地板把我们推开的速度，眼睁睁地看着对方离自己越来越远。
这就是宇宙大爆炸后在非常短的时间内发生的事情，空间膨胀的速度超过了光速。把我和你分别奔跑的速度看作光速的话，在上面的例子里礼堂内的一切都没有超光速运动，但礼堂的膨胀是可以超光速的。宇宙大爆炸后的超光速膨胀持续时间非常非常短，但足以把物质和能量撒开。
如果你对这个话题感兴趣，推荐你去看《The 4% Universe》：
这本书的标题的意思是，我们观察到的宇宙中的物质和能量，只占应有的物质和能量总和的 4%。剩下还有 23% 的暗物质和 73% 的暗能量，理论上它们必须存在，否则宇宙就不是现在这个样子，但暂时又没有办法证明它们存在。
P.S. 空间可以压缩膨胀是曲率引擎的理论基础。虽然有质量的物质不能超光速地在空间中运动，但空间本身可以超光速地压缩和膨胀。如果我们可以超光速地压缩前方的空间，我们就可以超光速地接近目的地。
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