宇宙大爆炸剛開始之時是什么樣的？

經由過程不雅察我們今天的宇宙，我們不僅看到了各類各樣的恒星和星系，我們還看到了一種奇異的關系：遙遠的星系離我們越遠，它遠離我們的速度越快。這意味著宇宙空間正在膨脹，跟著時候推移，所有的星系和星系團之間的距離越來越遠。在曩昔，宇宙更熱，更致密，宇宙中的一切聯系更慎密。

若是我們盡可能地將時候往回推，我們會達到第一個星系形當作之前的某個時候；達到第一顆恒星燃燒之前；達到中性原子或原子核，甚至不變物質存在之前。在最早的時刻，那時宇宙熾熱、密集、平均地布滿物質，阿誰時刻也被稱為“宇宙年夜爆炸”。下面來領會它最初若何起頭的。

有些人可能會問，“年夜爆炸不是時候和空間的降生嗎？”是的，這是最初的構思。此刻的宇宙有必然的巨細和春秋，若是往回倒退，最終會來到一個奇點，即空間和時候的降生。

只是，有年夜量的證據表白我們的宇宙有一個非奇異的發源。我們從來沒有達到過那種極端高溫，存在一個限制。相反，對宇宙最好的描述是，在年夜爆炸之前有一個暴脹期間，而年夜爆炸是在暴脹竣事時所發生的后果。讓我們來看看這是什么樣子。

在暴脹時代，宇宙是完全空的。沒有粒子，沒有物質，沒有光子，只有空蕩空間自己。這個空蕩空間里有年夜量的能量，跟著時候推移，能量的切確量會有輕細的波動。這些波動被擴展到更年夜的規模，而新的小規模的波動又在這之上發生。

只要暴脹繼續下去，這種環境就會持續下去。可是，暴脹將會隨機地竣事，且不會同時呈現在所有的處所。事實上，若是我們糊口在一個暴脹中的宇宙中，我們可能會發現四周一個區域的暴脹竣事，而我們和它之間的空間呈指數增加。在一個短暫剎時，在阿誰區域消逝之前，我們會看到年夜爆炸起頭時的環境。

在一個最初相對較小的區域中，它也許沒有一個足球年夜，但也許會更年夜，其空間固有的能量轉化為物質和輻射。轉換過程相對較快，年夜約需要10^-33秒擺布，但不是瞬時的。跟著空間中的能量被轉化為粒子、反粒子、光子等等，溫度起頭敏捷上升。

因為轉化的能量極其之年夜，所有事物的活動速度都將接近光速。它們都將表示為輻射，非論粒子是有質量仍是無質量都一樣。這種轉換過程被稱為再加熱，暗示當暴脹竣事時，被稱為“熱年夜爆炸”的階段起頭了。

在暴脹的宇宙中，空間指數式擴張，跟著時候推移，更遠的區域加快消逝。但當暴脹竣事，宇宙從頭升溫，熱年夜爆炸起頭時，隨時候推移，更遙遠區域遠離的速度減慢。從整體角度來看，暴脹竣事的宇宙部門，膨脹速度下降了，而四周正在暴脹的區域速度并沒下降。

從概率的角度來看，若是我們處于正在暴脹的任何區域，我們極有可能會多次看到四周地域的暴脹竣事。這些暴脹竣事的處所將很快布滿物質、反物質和輻射，并且比那些仍在暴脹的區域的膨脹速度要慢得多。這些區域將膨脹遠離那些仍呈指數暴脹的區域，這意味著它們將很快從視野中消逝。在尺度的暴脹環境下，因為膨脹速度的轉變，發生分歧熱年夜爆炸的兩個宇宙幾乎不會發生碰撞或彼此感化。

最后，我們將要糊口的區域獲得了宇宙級幸運，暴脹竣事了。空間自己固有的能量被轉化當作一個熾熱，密集，幾乎平均的粒子海洋。獨一的不完美，以及獨一違反一致性的誤差，合適暴脹時代存在（并在宇宙間延長）的量子漲落。正漲落對應于最初的超密度區域，而負漲落則對應最初的低密度區域。

我們現在無法不雅察到宇宙初度履歷熱年夜爆炸時的密度波動。我們無法獲得那么早的視覺特征，我們接觸到的第一個來自于那之后的38萬年，在它們履歷了無數次的彼此感化之后。即便如許，我們也可以揣度出最初的密度波動是什么，并發現與宇宙暴脹很是一致的工具。宇宙最初的溫度波動，即宇宙微波布景，使我們確認了宇宙年夜爆炸是若何起頭的。

我們或許可以不雅察到來自暴脹竣事和熱年夜爆炸起頭遺留下來的原初引力波。暴脹發生的引力波以光速標的目的各個偏向移動，但與視覺特征分歧的是，任何彼此感化都無法減緩它們的速度。它們從各個偏向持續達到，穿過我們的身體和我們的探測器。若是想要領會我們的宇宙是若何起頭的，我們所需要做的就是找到一種直接或間接探測這些引力波的方式。固然很多設法和嘗試觸目皆是，但到今朝為止還沒有一個當作功探測到。