主题：信息篆（0）引言 -- 唵啊吽

“无极生太极，太极生两仪，两仪生四象，四象生八卦……”“一生二，而生三，三生万物”。先侃侃信息还没有出世之前的宇宙。

今天我们认识的宇宙的科学假设，为科学届主流接受的假设，就是大爆炸理论。大爆炸理论认为，在宇宙爆炸之初，我们这个宇宙就是一个数学奇点。注意，这是数学奇点，和我们一般理解的三维空间中一个体积为零的“空间点”不同，和我们一般理解的时间流逝过程中一个时间间隔为零的瞬间的“时间点”不同，在大爆炸理论中我们的宇宙源于一个数学奇点，即我们整个宇宙的空间体积为零，时间还不存在。这时候宇宙就是一个没有时间和空间的一个“能量点”。

大爆炸理论不是信仰和价值，而是一个假设，这个假设解释我们对宇宙的观察。宇宙大爆炸是一个理论，其事实根据是天文学观察到的所有星星的退行现象。就是说，我们无论往宇宙的哪个方向去看，星星都是离开我们越来越远，也就是说，我们这个人类居住的银河星系是越来越孤独，左邻右舍越来越难交通。读者会说了，星星是恒星，我只看到星移斗转，怎么就看不到退行呢？原来，这个退行是从星星的光谱分析中得出来的结论。光谱是原子的指纹，如氢原子由其特征的谱线，有几组可以用简单公式描述的分立的谱系。氢原子是量子力学中有精确数学解的模型，其谱线的规律由核子和电子的运动精确规定下来的。天文观测中发现一些谱系，很像我们在地球上观测到的原子特征光谱，只是波长稍微长了一点点，科学家认为，宇宙中所有电子和核子应该是一样的，即牛郎星的氢原子应该和地球上的氢原子是一样的，如果牛郎星上边氢原子的特征谱系的波长比地球上氢原子的特征谱系波长长一点点，那么不是牛郎星的氢原子与地球上的氢原子不同，而是由于牛郎星相对于地球退行，由于退行的多普勒效应，使得其特征谱系都变红了一些。什么是多普路效应呢？如果你过铁路时路闸拦了下来，你不得不等火车过了以后才能过铁路，就会体验到火车打你面前经过的那一刹那，高音的火车呼啸声立即变成低音的火车呼啸声。这就是多普勒效应。火车迎面来的时候，我们听到的声波的波长要比坐在火车上的人听到的短（或者说听到的声音偏向高音），而火车离我们而去的时候我们听到的声波的波长比坐在火车上的人听到的声波波长要长一些（或者说听到的声音偏向低音）。光波也是一样，当牛郎星里我们而去的时候，我们看到的特征光谱就比牛郎星上边的动物（如果有的话）看到的光波波长要长一点（红一点）。这是观测到的现象，无论是用大爆炸理论来解释，还是用其它理论来解释，都是用来描述我们观测到的宇宙：宇宙处于膨胀的过程。这个宇宙膨胀不是一个体积在空间里的膨胀，而是宇宙空间的体积在膨胀，即随着空间的流逝，我们宇宙有越来越大的空间。如果我们回溯宇宙膨胀的历史，就会遇到大爆炸之初的数学奇点。

大爆炸假设还用了能量守恒，物质守恒和质能转换等基于观察的假设。十八世纪法国科学家安托万－洛朗·拉瓦锡演示了燃烧过程的物质守恒定律，推翻了炼丹术的燃素说，奠定了现代化学。物质守恒成为现代科学的坚强基石。十九世纪焦耳演示了机械能转换为热能的实验，证实了热力学第二定律：能量守恒。而爱因斯坦著名的质量与能量比率为光速的平方的等价关系源于狭义相对论。

狭义相对论主要解释光速测量的问题。光速很快，而大家知道声波的速度在刚性越好的材料中速度越快，按照经验，科学家们认为光速一定是在刚性很强的媒介中传播才能有如此快的速度，并把这种媒介称为“以太”。今天计算机局域网就用“以太网”来命名。但是，何以刚性如此坚硬的物质我们却看不见摸不着实验仪器探测不到呢？爱因斯坦的狭义相对论解释了许多光学物理实验的谜团，提出了光速不变的假说。光速不变是与坐标系而论的。我们经常有这种体验，在火车站里坐在火车上，看着火车一边窗口外的另一个火车的时候，忽然觉得自己的火车好像开动了，再一看火车另外一边的窗口，才发现开动的旁边那辆火车而不是自己这辆火车。即以月台为坐标系，自己坐的火车速度为零，而以旁边那辆火车为坐标系，自己坐的火车的速度不为零。参照系不同，火车速度就不同。但还光和火车不一样，无论什么参照系，测量的光速都是一样的，这就是著名的光速不变假设。这个假设给物理学带来革命性的观念变化，其一是时空变化，即时间和空间是有关连的，宇宙是思维时空宇宙。这个观念对我们理解大爆炸数学奇点非常重要。我们说，这个数学奇点不是空间中一个体积为零的点，而是宇宙空间本身体系为零。读者回问了，那么宇宙外边是什么呢？宇宙外边没有空间吗？答案是宇宙没有外边。宇宙包括了全部物质，也包括了容纳物质的空间和物质运动的时间。要理解这一点，我们可以拿地球表面来说明。地球表面是有限的，所以人类面临人口爆炸的难题。如果地球表面是无限的，那么地球住多少人都没问题，只要不断发现新大陆就可以了。地球表面是有限的，但是却没有边界，这和宇宙是有限的，但是却没有边界，也无所谓“宇宙外边”。地球表面是二维的弯曲的空间，弯曲的空间可以是有限而没有边界。按照爱因斯坦四维时空的理论，宇宙三维空间可以是这个四维空间中的一个弯曲的三维球面，没有边界，没有外边。

关于我们宇宙空间是弯曲的这个观念源于爱因斯坦的广义相对论。狭义相对论抛弃了“以太”假说，这和拉瓦锡抛弃了“燃素”假说一样，是革命性的观念变化。类似地，广义相对论抛弃了“引力”假设，在广义相对论里边，“引力”只是空间弯曲的性质。如果我们在一个电梯里边，电梯的钢索忽然被007割断了，整个电梯就会按照自由落体下坠，我我们在电梯里就会失重（感觉不到重力）。如果我们在这个电梯里做光速测量实验（以这个自由落体的电梯为参照坐标系），这是平坦空间没有引力的坐标系，光线走直线，但是，在电梯外的地面参照系看到的这个实验光线走的是曲线，因为这个参照系不是匀速运动参照系。这时候我们说光走两点之间最短的路径，由于空间是弯曲的，所以最短的路径也是弯曲的。这个道理和我们看地图的上飞机航线是弯曲的一样，航线走的是耗油最少的路径，也就是最短的路径，但是，由于地球表面是弯曲的，所以最短的路径也是弯曲的。也就是说，空间和时间本身就是物质的属性之一，没有物质就无所谓空间和时间。宇宙之外没有空间和时间，原因是宇宙之外没有物质。有天文学家观察日食时候星星的位置，观测到星光经过太阳旁边偏转的现象，验证了太阳质量弯曲了太阳周围的空间的广义相对论预言。

大爆炸之前宇宙是一个数学奇点，由于所有物质都在这个奇点上，这个巨大的产生如此巨大的引力（空间的弯曲）乃至空间就是一个体积为零的奇点。

宇宙爆炸之前就是一个无极的混沌状态，你说这个数学奇点是能量也行，说他是质量也行，反正按照爱因斯坦质能关系E＝MC^2。这个混沌状态即不能说它是一个质量奇点，也不能说它是一个能量奇点，因为不知道也不必要区别它到底是质量还是能量。熵也是零，因为熵是统计概念，对于只有一个不知道也不必要知道是能量还是质量的这样一个数学奇点的宇宙不可能有如何结构，也不可能有空间排列和时间序列，以为在大爆炸之前宇宙空间体积为零，时间为静止。所以也没有信息。宇宙之初为混沌的无极状态。大爆炸前宇宙就是一个数学奇点，没有时间和空间，也没有信息，这是宇宙的无极阶段。