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正如故事所說，艾薩克·牛頓爵士坐在一棵樹下思考自己的事情，當一個蘋果莫名其妙地掉在他的頭上時，這位科學家非但沒有詛咒這棵樹的危險行為，反而懷疑：是什麼使蘋果掉了下來？為什麼蘋果沒有升上去呢？是什麼導致它撞到自己頭上，而不是簡單地飄向雲層？是什麼力量把它拉下來？他推測一定有什麼奇怪的東西在起作用。這一思路最終導致了物理學中最重要的發現之一——引力。
今天，我們全心全意、無條件地接受引力的存在。是引力讓我們所有人都站在地面上。這種力量確保我們堅定地停留在地球上，而不是漂向太空。從跳傘到蹦極再到過山車，所有這些令人興奮的運動都是引力的功勞。甚至行星圍繞太陽的運動，月球圍繞地球的旋轉，以及天體的形成都是由於引力的持續作用而發生的。
但是，引力真的一直存在嗎？時間之前是怎樣的呢？在時空出現之前呢？在大爆炸之前就已經出現了嗎？為了回答這些問題，我們需要了解一些基本的概念。
引力是什麼？
根據艾薩克·牛頓爵士的觀點，引力是存在於任何兩個物體之間的吸引力——天體或其他物體。宇宙中的每一個物體都在對其他物體施加引力，其強度與物體的質量成正比。
牛頓發現引力背後的故事（圖片來源：比哈·戈蘭/沙特·斯道克）
例如，當牛頓坐在那棵樹下，蘋果落在他的頭上時，蘋果對地球施加了引力，但由於地球質量更高，因此在這場拔河中獲勝。事實上，我們的星球自遠古以來就一直在與我們所有人的拔河比賽中獲勝。這讓我們想到一個問題，這場拔河比賽是在大爆炸之前和期間出現的嗎？
大爆炸
大爆炸的階段（圖片來源：塔沙萊克斯/福託利亞）
根據著名科學家史蒂芬·霍金的說法，宇宙中的所有物質都在自己的頂部被摺疊和壓縮，被限制在一個極其微小的空間上。這個具有無限密度和溫度的空間被稱為引力奇點。在字面意思裡，它包含了宇宙的所有質量，是一個熱而緻密的球，大小相當於一個人頭。這一質量膨脹得像一個巨大的氣球，膨脹速度比光速還快，這種現象被稱為大爆炸。
現在你們可能在想，等一下……比光速還快？
你們可能已經聽過無數次了，沒有什麼比光速更快的了。你是對的。愛因斯坦的相對論認為光速是恆定的，但這一定理只對穿越時空的物體有效。
在大爆炸的情況下，會與穿越時空存在區別：宇宙的爆炸意味著空間本身的擴展，而不是質量通過空間的移動。例如，想像空間是一艘船，宇宙中所有的物體都是這艘船上的乘客。愛因斯坦的相對論指出，船上所有乘客的限速是光速。船上的任何人的運動都不能超越光速。
然而，愛因斯坦的理論並沒有提到飛船本身的速度。這艘船可以比光速更快地移動，而且它本身仍然保持著速度限制。因此，在不違反任何物理定律的情況下，大爆炸創造了我們今天居住的宇宙。
引力出現在大爆炸之前？
讓我們把時鐘倒轉到大爆炸前一秒，停在歷史的車輪開始轉動之前。如前所述，整個宇宙被限制在一個極小的空間中，稱為奇點。它的周圍空無一物。問題是，整個宇宙是如何設法保持在這樣一個受限的空間內的？一定有某種力量將其凝聚在一起。
藝術家對宇宙大爆炸前幾秒鐘的印象（奇點）（照片來源：沃爾/沙特斯道克）
在這種情況下，最明顯的答案就是重力。一個無限大的引力施加於所有的物質上，使所有的宇宙都保持在引力奇點中。當然，這只是個理論。
奇點的概念只是基於愛因斯坦的相對論提出的，是對大爆炸之前存在的物質的解釋之一。一些科學家批評了這一觀點，因為它沒有考慮量子力學。當我們測量比人類頭髮寬度小一百萬倍的粒子時，我們進入了量子領域，這可能不一定受傳統物理定律的制約。
基本上說，大爆炸之前的任何時間都有點模糊。無論我們預測大爆炸之前的什麼時間，都是一個近似值，永遠不能100%準確。然而，我們所能做的是在大爆炸的第一時間——當所有的時空都爆發出來時——做一個更知情的預測。
引力波
愛因斯坦聲稱，人們可以通過尋找引力波來證明大爆炸期間引力的存在。這些波可以理解為由宇宙中一些最劇烈和最有活力的事件產生的漣漪。
由宇宙中的災難性事件引起的漣漪（圖片來源：NASA）
愛因斯坦的理論表明，巨大的災難性事件可能破壞時空結構，並產生輻射「波」。事件越劇烈，破壞就越大，引力波也就越大。什麼是比大爆炸本身更大的宇宙學事件？當然，宇宙以比光更快的速度膨脹也會導致相當強的引力波。
然而，由於宇宙已經超過140億年了，探測到一個可能在很久以前發生的事件的漣漪幾乎是不可能的。需要一些極其敏感的設備才能檢測到這些古老的漣漪。事實上，很久之前起源於大爆炸的引力波會降低大約十億倍的強度。科學家聲稱，這種舊波造成的破壞將小於原子核的破壞力。
利戈——這項實驗一勞永逸地證明了這一點
直到2015年，探測引力波才成為可能。2015年9月14日，利戈——一個致力於觀察引力波的實驗室——成功地與引力波進行了物理接觸。他們的敏感儀器能夠檢測到13億光年以外兩個黑洞碰撞造成的輕微破壞！
利戈實驗室經營兩個探測器地點，一個在華盛頓東部漢福德附近，另一個在路易斯安那州利文斯頓附近。 這張照片顯示了利文斯頓探測器的位置（圖片來源：加州理工學院/維基媒體）
利戈檢測引力波的實驗最終給出了引力波存在的證明。這種具體的證據使科學界能夠推斷出由第一次災難性事件——大爆炸引起的這些漣漪的存在。同樣的探測器正在等待著捕捉大約140億年前起源於大爆炸的第一次引力波。因此，我們可以合理地確定，引力確實存在於大爆炸中，這具有140億年歷史的漣漪的最初跡象最終會支持這一觀點。
另一方面，引力是否存在於大爆炸發生時刻之前，仍然不能決定性地證實，因為我們還沒有找到一個明確的理論來解釋宇宙出現在時空之前。我們可能不得不等待下一個愛因斯坦提出一套新的開創性方程，這些方程可以解釋宇宙的狀態和「空間」的概念。
大爆炸之前的引力
自大爆炸以來，引力一直是宇宙中最基本的力量。如前所述，它的強度取決於物體的質量。我們自身可能無法像地球那樣強大地發揮引力場的作用，但我們是帶著自己的個人引力場走來走去的，與世界上的每一個其他物體相互作用。這提醒我們，我們真的都是相互聯結的！
作者：sciabc - John Staughton
FY：董美慧
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