138億年前，我們的宇宙出現(xiàn)在一個“奇點”——一個無限密集、熾熱且極其微小的點。在一聲巨響后，宇宙開始了。
這就是“宇宙大爆炸”理論，大部分宇宙學家和理論物理學家都贊同這一理論，因此也成了宇宙起源和演化的最被接受的宇宙學模型。而且有充分的證據(jù)表明，宇宙確實經歷了早期的快速膨脹——在萬億分之一秒內，宇宙膨脹了10^78倍。即使是現(xiàn)在，宇宙仍在以不斷加速的速度膨脹。
然而，宇宙真的是從一個奇點開始的嗎？當科學家逆向推理時，發(fā)現(xiàn)我們有一個不同的狀態(tài)：宇宙膨脹先于并建立了大爆炸的早期、熾熱而密集的狀態(tài)。簡單來說，大爆炸不再是宇宙的開始。
宇宙大爆炸理論的一些證據(jù)！
大爆炸理論成為解釋宇宙起源和演化的主流理論，有很多證據(jù)。
首先是哈勃–勒梅特定律，大爆炸本質上是空間本身的膨脹，它確實釋放了大量的物質和輻射，接著產生了亞原子粒子和原子。最后引力最終將它們拉在一起，形成了數(shù)百萬年的恒星和星系。同時定律指出，星系正以與其距離成正比的速度遠離地球。而一個星系越遠，它的光越紅移，它的移動速度就越快。
其次就是宇宙微波背景輻射（CMBR）。在1965年，貝爾電話實驗室的兩名科學家阿諾·彭齊亞斯（Arno Penzias）和羅伯特·威爾遜（Robert Wilson）建造無線電接收器時發(fā)現(xiàn)存在一些他們無法消除的信號。無論他們將接收器指向哪里，它都會出現(xiàn)，似乎信號從四面八方傳來。最終，他們意識到這個信號是宇宙的背景輻射，因此獲得了1978年的諾貝爾物理學獎。
其他證據(jù)是，宇宙中氦、氫、氘、氚、鋰和其他微量元素的含量正是理論上認為的：如果發(fā)生大爆炸，宇宙中的氦含量約為25%。事實上，氦占太空中原子的25%。
根據(jù)模擬，星系的形成和演化也可以被認為是大爆炸理論的證據(jù)，主要是因為它們將自己組織成大型結構的方式，例如星團和超星系團。還有其他證據(jù)，但對空間紅移、CMBR、大量輕元素和星系演化的觀察被科學家稱為“大爆炸的四大支柱”。
大爆炸的時間表！
使用大爆炸理論，宇宙可以分為幾個發(fā)展階段。
首先，有一個初始奇點，宇宙的所有能量和時空都被“困”在一個極其密集、熾熱的斑點中。此時，理論上宇宙僅跨越10^-35米，溫度超過10^32°C（普朗克溫度）。量子漲落導致了一段超熱的宇宙膨脹，被認為是宇宙超快速指數(shù)膨脹的開始。
宇宙膨脹也建立了宇宙的初始屬性。正是在這些階段，夸克結合形成強子、電子和質子碰撞形成中子和中微子，中子和中微子重新形成新的質子-電子對等。
隨著宇宙進一步冷卻，質子和中子被束縛在氫、氦和鋰等元素的輕原子核中。這被稱為大爆炸核合成（BBN），它發(fā)生在大爆炸后大約10秒到20分鐘之間。CMBR的中性原子和光子起源較晚，在一個名為“重組”的時期。
大約20分鐘后，宇宙的溫度和密度已經下降到核聚變無法繼續(xù)的地步。
隨著宇宙的溫度和密度繼續(xù)下降，電離的氫和氦原子捕獲電子形成中性原子。隨著電子與原子結合，宇宙最終變得對光透明。同時，光子從與電子和質子的相互作用中釋放出來，可以自由移動。我們可以在CMBR中檢測到的正是這些光子。
接著到了一個通常被稱為“黑暗時代”的時期，因為此時第一個原子已經形成，但它們還沒有合并成恒星。盡管存在光子，但沒有恒星可以發(fā)出可見光。直到大爆炸后大約4億年，第一顆恒星形成為止，它一直保持這種狀態(tài)，這一時期也稱為再電離。
此時，較稠密的氣體區(qū)域在自身引力的作用下坍塌，變得稠密和熱到足以引發(fā)氫原子之間的核聚變反應，形成恒星和星系。這種恒星形成發(fā)出的紫外線使周圍的中性氫氣重新電離，使宇宙對紫外線變得透明。較大的恒星是短暫的，隨著時間的推移，較小的恒星會形成，而更大體積的物質會坍縮形成星系、星團和超星系團。
然后到了現(xiàn)在，宇宙加速膨脹，這是一個宇宙加速期 ，更遠的星系正在以更快的速度后退。根據(jù)一些計算，我們在大約50億年前就進入了這個時期。
宇宙暴脹在先，大爆炸在后？
我們當下“可觀測的宇宙”是冷的、擴散的和膨脹的，而在數(shù)十億年前，可觀察到的宇宙更年輕、更密集、更熱。如果我們可以將大爆炸追溯到大約 138 億年前，一直追溯到宇宙不到 1 秒的時候，我們會發(fā)現(xiàn)什么呢？
這時我們會發(fā)現(xiàn)一個問題，如果宇宙是從一個奇點開始的，那么它一定是在其中的“物質”，物質和能量的結合精確到平衡膨脹率的情況下出現(xiàn)。假如物質再多一點點，初始膨脹的宇宙現(xiàn)在已經重新坍縮；而假如物質稍微少一點，膨脹速度太快，以至于宇宙會變得更大。但科學家觀察到的是，宇宙的初始膨脹率以及其中的物質和能量總量達到了“完美平衡”。
如果大爆炸是從一個奇點開始的，并且宇宙在過去達到了任意高溫，那么我們今天可以觀察到許多明確的跡象。大爆炸的余輝中會有溫度波動，其幅度會非常大，我們看到的波動會受到光速的限制。同樣，一個達到任意高溫的宇宙預計會擁有剩余的高能遺跡，如磁單極子，但我們沒有觀察到任何遺跡。
因此有人提出了“暴脹理論”。
根據(jù)暴脹理論，宇宙是在一種不穩(wěn)定的能量狀態(tài)下產生的，這迫使宇宙在其早期迅速膨脹。在大爆炸初期，宇宙經歷了一次非常迅速的膨脹，約從10^33秒開始，宇宙膨脹了10^26倍，相當于從一個原子狀態(tài)膨脹到一個星系的規(guī)模。
相比大爆炸理論，暴脹理論解釋了天文觀測中發(fā)現(xiàn)的一些令人費解的特征，其中包括宇宙在大尺度上奇特的幾何平坦度、宇宙遙遠角落之間的明顯聯(lián)系以及絕對缺乏奇異的單極子等問題。換句話來說，大爆炸理論能解釋和不能解釋的問題，暴脹理論都能解釋。
這樣就會出現(xiàn)一個有意思的事情，如果根據(jù)暴脹理論往回推理，空間也只會接近無限小的尺寸和無限的溫度和密度；它永遠不會到達它。這意味著，暴脹不是不可避免地導致奇點，而是絕對不能達到奇點。
結語：
事實上，宇宙在暴脹之前是什么樣，這是科學家無力解釋的謎。而宇宙在暴脹之后才是一切的開始，才是我們所謂的“大爆炸”。但如果從那一刻再往前推理，就只能通過廣義相對論，從數(shù)學上推出一個“奇點”——源于使用愛因斯坦的引力方程，沒有任何物理意義。我們只需知道一點，宇宙是不斷膨脹的。
