138.17亿年前宇宙大爆炸时亦是我们这个宇宙的开端，是时间的起点，空间的起点，万物的起点，以纯能量开始的宇宙从无到有创造了无数宇宙奇迹，当然更奇迹的我觉得莫过于地球生命！几乎每个人都听说过宇宙大爆炸理论的故事，但是如果你问任何人，从一个普通人到一个宇宙学家，会得到很多不同的答案。其中最常见的一种是“奇点”，奇点指的是宇宙中所有物质和能量都集中在一个点上的瞬间。
从宇宙大爆炸到现在，在宇宙膨胀的背景下，宇宙历史的一个例证，在热大爆炸之前，宇宙处于暴胀状态，但所有这些都必须在奇点之前，这一观点已经过时了。图片：NASA / WMAP SCIENCE TEAM
博科园–科学科普：宇宙的温度、密度和能量将是任意的，无限大的，甚至可以与时间和空间本身的诞生相一致。但这（上图）张照片不仅是错的，而且已经快40年了！可以说，并没有出现与大爆炸有关的奇异现象，甚至可能根本就没有空间和时间的诞生，这是我们知道的以及我们是如何知道的。
GOODS-North研究中心在图中展示了迄今为止观测到的一些最遥远星系，其中很多星系我们已经无法到达，当我们观察越来越远的距离时，发现由于宇宙的膨胀，越来越远的星系似乎正以越来越快的速度从我们身边退去。图片：NASA, ESA, AND Z. LEVAY (STSCI)
当观测今天的宇宙时，看到宇宙在各个方向不同的距离上都充满大量的星系。平均来说，也发现星系越远，它就越快从我们这里消失。这不是由于各个星系通过空间的实际运动所致；这是因为空间本身的结构正在膨胀。这是1922年由亚历山大弗里德曼首次提出的广义相对论预测，并在20世纪20年代由埃德温-哈勃和其他人的研究证实。这意味着，随着时间的推移，宇宙内部的物质扩散开来，密度降低，因为宇宙的体积增加了。这也意味着，如果我们回顾过去，宇宙会变得更密集、更热、更均匀。
如果一直往前推断，会得到更早，更热，更密集的状态，这是否最终导致了奇点出现？物理定律本身在奇点中失效？图片：NASA / CXC / M.WEISS
如果把时间推得越来越远，会开始注意到宇宙的一些重大变化：
1、将会进入这样一个时代：引力没有足够的时间把物质拉进足够大的团状物以形成恒星和星系
2、会发现宇宙是如此的热以至于不能形成中性原子
3、在其中甚至原子核都被炸开
4、物质-反物质对会自发形成
奇点是传统物理学崩溃的地方，然而在宇宙中实现任意的热、密集的状态是有后果的，而且它们中的许多不能满足观测。图片：2007-2016, MAX PLANCK INSTITUTE FOR GRAVITATIONAL PHYSICS, POTSDAM
每一步都代表着宇宙的年轻、更小、密度更大、温度更高的时候。最终，如果继续倒推，会看到这些密度和温度上升到无限的值，因为宇宙中所有的物质和能量都包含在一个点：奇点。正如最初设想的那样，大爆炸不仅是一种炽热、密集、膨胀的状态，而且代表了物理定律崩溃的瞬间。这是空间和时间的诞生：一种让整个宇宙自发形成的方式。这是创造的终极行为：与宇宙大爆炸相关的奇点。
今天看到的恒星和星系并不总是存在的，而我们离得越远，宇宙就越接近一个明显的奇异点，但这种推断是有限度的。图片：NASA, ESA, AND A. FEILD (STSCI)
然而如果这是正确的，并且宇宙在过去已经达到了任意的高温，那么今天就可以观察到一些清晰的信号。在大爆炸余辉中会有温度波动，会有非常大的振幅。波动会受到光速的限制，它们只会出现在宇宙视界的尺度上，而且更小。在早期会有剩余的高能宇宙遗迹，比如磁单极子。然而温度波动仅仅是1/30000，比单一大爆炸预测的小几千倍。超视界的波动是真实的，由WMAP和普朗克证实。磁单极子和其他超高能物质的限制非常紧密。这些缺失的特征蕴含着这样的含义：宇宙从未达到过这些任意高的温度。
宇宙微波背景波动是如此之小，如此特别的模式，它们强烈地表明宇宙开始时各处的温度都是一样，只有1 / 30000的波动，这一事实与任意的热大爆炸是不协调的。图片：ESA AND THE PLANCK COLLABORATION
相反，一定有一个界限，我们不能武断地推后到遥远的地方，到一个热和稠密的状态，达到所能预想的任何能量，有多远仍然有效地描述宇宙是有限度的。在20世纪80年代早期，有理论认为，在宇宙还没有热、稠密、膨胀、冷却、充满物质和辐射之前，宇宙就在暴胀。
宇宙暴胀的一个阶段意味着宇宙是：
1、充满了空间本身固有的能量
2、导致了快速的，指数级的膨胀
3、使宇宙变得平坦
4、赋予了在任何地方都有相同的属性
5、小振幅的量子涨落
6、延伸到所有尺度(甚至超级视界)
最后宇宙暴胀结束。
宇宙暴胀使空间呈指数增长，这很快就会导致任何预先存在的弯曲或非光滑的空间显得平坦。如果宇宙是弯曲的，它的曲率半径至少比我们所观测到的要大上百倍。图片：E. SIEGEL (L); NED WRIGHT’S COSMOLOGY TUTORIAL (R)
当发生的时候，会把之前空间固有的能量转化成物质和辐射，从而导致热大爆炸。但不会导致一个任意的热大爆炸，而是一个达到了最大温度的最大值，比奇点可能出现的尺度要小上百倍。换句话说，导致了一场由宇宙暴胀状态产生的大爆炸，而不是一个奇点。
在可观测宇宙中存在的信息，可以获取和测量，只对应于最后10^-33秒的暴胀，以及随后发生的一切。如果你想问暴胀持续了多久，那我们根本不知道。它至少持续了10-^33秒，但它是否持续了更长的时间，或者是无限长的时间，这不仅是未知的，而且是不可知的。
整个已知宇宙的历史表明，我们应该知道宇宙中所有物质的起源，以及所有的光，最终是暴胀的结束和热大爆炸的开始。从那时起宇宙经历了138亿年的宇宙演化，这一图景得到了多种来源的证实。图片：ESA AND THE PLANCK COLLABORATION / E. SIEGEL (CORRECTIONS)
那么引发暴胀原因是什么呢？关于它有大量的研究和推测，但是没有人知道。没有证据可以证明；没有我们能观测到的观测结果；没有我们能做的实验。有些人(错误地)说了类似的话：在了解通货膨胀之前，有了一个巨大的爆炸奇点，形成了一个热，稠密，膨胀的宇宙，而暴胀仅仅代表了一个中间阶段。因此顺序是这样的：先奇点，中间暴胀，最后热大爆炸。甚至有一些由顶级宇宙学家制作非常著名的图表来解释这幅图景，但这并不意味着这是正确的。
这是由暴胀结束引起的密度（标量）和引力波（张量）波动的图解。但注意，假设在暴胀之前存在一个奇点并不一定有效。图片：NASA, JPL, KECK FOUNDATION, MOORE FOUNDATION, RELATED
事实上，有很好的理由相信这是不对的！可以从数学上证明，一个暴胀的状态是不可能由奇点产生。原因如下：在暴胀期间，空间以指数速度扩张。想想指数是如何运作的：在一段时间后，宇宙的大小会翻倍。如果时间是原来的两倍，它翻了两倍，是原来的四倍大。再等三倍的时间，它翻了三倍，是原来的八倍大。
如果是原来10到100倍的时间，那些不确定的东西会使宇宙的大小是2^10或2^100倍。也就是说，如果我们以同样的量，或者两倍，或者三倍，或者10倍或100倍……回到过去，宇宙会变得更小，但永远不会达到0。分别是一半，四分之一，八分之一，2^-10，或2^-100倍……于原来的大小。但无论如何缩小，都无法达到奇点。
蓝色和红色的线代表了“传统的”大爆炸场景，所有的一切都从时间t=0开始，包括时空本身。但是在暴涨的情况下(黄色)，永远不会到达一个奇异点，在这个奇异点上空间会变成一个奇异的状态；相反它只能在过去变得任意小，而时间则是无限。图片：E. SIEGEL
宇宙学有个著名的理论，表明暴胀状态是不完整的。很明显这意味着，如果有任何粒子存在于膨胀的宇宙中，如果回溯时间，它们最终会相遇。然而这并不意味着一定有一个奇点，而是说，通货膨胀并不能描述宇宙历史中发生的一切，就像它的诞生一样。我们也知道，例如暴胀不能从单一状态产生，因为暴胀区域必须总是从有限的大小开始。
时空本身在量子尺度上的波动在暴胀期间在宇宙中被拉伸，导致密度和引力波的缺陷。暴胀是否起源于最终的奇点，目前还不得而知。图片：E. SIEGEL, WITH IMAGES DERIVED FROM ESA/PLANCK AND THE DOE/NASA/ NSF INTERAGENCY TASK FORCE ON CMB RESEARCH
每当你看到一个图表、一篇文章或一个故事谈论“大爆炸奇点”或任何一种在暴胀之前存在的大爆炸/奇点，你就会知道你正在处理的是一种过时的思维方式。大爆炸奇点的概念在我们意识到有一个不同的状态（暴胀状态）之前并建立了热大爆炸早期的，热和密集的状态之后就消失了。可能在空间和时间的一开始就有一个奇点，之后就会出现宇宙暴胀，但这并不能保证。在科学中，有一些我们可以测试、测量、预测、确认或反驳的东西，就像一个引发热大爆炸的宇宙暴胀状态，还有其他的吗？
博科园-科学科普
文：Ethan Siegel/Forbes Science/S.W.A.B
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