宇宙大爆炸：坚实的理论，但谜团依然存在
这张图显示了基于宇宙大爆炸理论和膨胀模型的宇宙时间线。
大多数科学家说，大爆炸是我们所知道的宇宙的开始。但这是第一次开始吗？这会是最后一次吗
早期宇宙的一张流行图片想象了一次大爆炸，之后太空像一个巨大的气泡一样迅速膨胀。但另一种理论认为，我们生活在一个11维的宇宙中，在这个宇宙中，所有粒子实际上都是由微小的振动弦组成的。由于循环中的重复，这可能会创建一个陷入大爆炸和大挤压循环的宇宙。
哪种情况更接近真相还有待观察，但科学家们表示，正在进行的新实验可能很快会提供更多答案。
大爆炸
根据宇宙大爆炸理论，宇宙开始时温度极高，密度极高。大约140亿年前，太空本身膨胀和冷却，最终使原子形成并聚集在一起，形成了我们今天看到的恒星和星系。
在这一点上，大多数科学家都表示赞同。
宾夕法尼亚大学粒子物理学家Burt Ovrut在谈到大爆炸理论时说：“我想说，真的有100%的共识。”“有压倒性的证据表明，所有的预测都是真实的。”
例如，这一理论预测，今天的宇宙将充满宇宙大爆炸遗留下来的普遍光。这种被称为宇宙微波背景辐射的辉光是在1964年被发现的，距离预测已经过去了将近20年。
然而，是什么导致了宇宙大爆炸，在那一刻发生了什么，以及紧接着发生的事情，更容易引起争论。
一个巨大的泡沫
将大爆炸和我们今天发现的宇宙之间的点联系起来的一个主导思想叫做通货膨胀。这是一个概念，在最初大约10到34秒（0000000000000000000000000000000001秒）的时间里，宇宙经历了指数膨胀，大小至少翻了90倍。在这个早期阶段，物质的状态与现在大不相同。
这一理论可以解释宇宙大爆炸带来的一些主要难题：为什么宇宙看起来基本上是平的，有大约相同数量的物质在各个方向上平稳地分布
加州大学戴维斯分校的理论物理学家、通货膨胀的发起者之一安德烈亚斯·阿尔布雷奇特说：“如果你想象物质在早期宇宙中处于不同的状态，整个故事就会发生变化。”“物理可以为你创造平滑。通货膨胀也会让它变得平坦。这一切都很好地融入了通货膨胀所讲述的故事。”
但阿尔布雷奇特和其他人承认，这一理论还不能解释全貌。
加拿大安大略省周长理论物理研究所所长、理论物理学家Neil Turok说：“膨胀很容易成为宇宙学中最流行的理论。”“这是一个很好的理论，但也有一些弱点。它无法描述宇宙大爆炸的时刻。”
宇宙大爆炸理论设想宇宙从奇点开始，奇点是一个无限温度和无限密度的数学概念，包含在一个空间点中。但科学家们并不认为这是实际发生的事情。
“它不会真的是无限的，”物理学家保罗·斯坦哈特解释道，他是新泽西州普林斯顿大学普林斯顿理论科学中心的主任，也是通货膨胀的另一位设计师。“无穷大只是意味着数学崩溃。这是一种说法，你不应该把你的方程外推那么远，因为它们只是在你面前爆炸了。”
大爆炸理论和通货膨胀理论都无法描述当时发生了什么。
在一些人看来，通货膨胀还有其他问题。由于量子波动，宇宙的不同部分可能以不同的速度膨胀，形成比其他区域大得多的“泡沫宇宙”。我们的宇宙可能只是多元宇宙中的一个，在多元宇宙中，不同的尺度和物理定律占据主导地位。
“这意味着一切和任何可能发生的事情都会发生，”斯坦哈特告诉太空网。“所以基本上一切都可能是通货膨胀的前兆。对我来说，这是一个根本问题，我们不知道如何摆脱它。”
其他人说，虽然通货膨胀可能还没有完全，但它仍然是我们描述宇宙起源的最有用的东西。
阿尔布雷奇特说：“即使所有的事情都是可能的，但事实证明，有些事情比其他事情更有可能，而且你仍然可以预测。”“对我来说，真正令人兴奋的是，有这么多数据支持通货膨胀，这真的让我觉得值得思考这些问题。”
周期和周期
2001年，Steinhardt和Turok提出了一个称为循环模型的想法，这是基于他们与Ovrut共同构想的早期概念，即火山宇宙。
在这种情况下，宇宙经历了一个无休止的“砰砰”和“嘎吱”的序列，即膨胀期和收缩期。在每次跃迁时，宇宙都会有一些有限的温度和密度，而不是角的无穷大，膨胀和收缩会相对缓慢，这与膨胀提出的指数级快速膨胀相反。
这个想法是基于M-理论的，M-理论是弦理论的一个版本，它表明每个粒子实际上都是一个微小的弦环，其振动模式决定了它将是什么类型的粒子。然而，M-理论要求宇宙具有11个维度。到目前为止，我们只能探测到四个维度，即空间的三个维度和时间的一个维度。但支持者表示，也许其他七个都是隐藏的。
科学家们将宇宙的四维部分称为膜，并认为在这个11维空间内也可能存在其他四维膜。
奥夫鲁特说：“如果你有另一种生活在更高维度的膜，它极有可能移动并撞击我们自己的膜。”“你有一层与我们现实世界结构完全相同的膜，还有其他可能袭击我们的膜，碰撞宇宙的所有能量都会发挥作用。天哪，对我来说，这听起来很像宇宙大爆炸。”
该想法的支持者表示，它提供了一种令人兴奋的方式来解决是什么引发了大爆炸的问题，并避免了通货膨胀的一些影响。
图洛克解释道：“在循环理论中，你不仅在描述上一次爆炸，而且在描述之前的爆炸。”“这是一个更大的画面，更完整，希望在逻辑上更一致。”
但其他研究人员表示，循环模型还不足以提供一个真正的通胀替代方案。
阿尔布雷奇特说：“当你试图让大局更好地发挥作用时，通货膨胀就会遇到麻烦，但我不认为周期性的人真的那么努力地让大局变得更好。”“我认为他们的手上满是技术问题。”
测试模型
幸运的是，科学家们可能不需要等太久就可以知道哪种理论是更好的选择。这些模型对当今可以测量的宇宙的某些方面做出了不同的预测。
例如，通货膨胀可能会造成引力波“由引力引起的时空扭曲”，这应该是可以观察到的。
一些新的仪器，如2009年发射的普朗克卫星，以及南极洲南极望远镜建造的一种名为偏振仪的仪器，可以测量这些波。
Steinhardt说：“如果我们观察到这些引力波，就会扼杀循环热弹理论。”“这将与通货膨胀的想法非常一致。”
然而，找不到波动并不会真正给这两种理论敲响丧钟，因为某些版本的通货膨胀不需要引力波。科学家们说，无论哪种方式，它都应该是令人兴奋的。
阿尔布雷奇特说：“天文数据的质量直线上升。”“这些数据可能会在未来五到十年内收集，你可以看看会发生什么。”