宇宙大爆炸之前有什麼？科學家發現了強有力的證據

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宇宙大爆炸是我們對宇宙起源和演化的最佳理論。根據這個理論，我們的宇宙曾經處于一個非常年輕、密集、熱辣的狀態，然后以極快的速度膨脹和冷卻。通過觀測遺留下來的微波背景輻射，我們可以回溯到距今138億年前，當時宇宙只有38萬年左右。但是，我們能否繼續回溯到更早的時期呢？甚至回溯到大爆炸本身呢？

很多人可能會認為，大爆炸就是一切事物開始的時刻，當時所有的能量都壓縮在一個無限小、無限密、無限熱的奇點中。然而，這其實是一個錯誤的想法。因為奇點并不是一個真實存在的物理狀態，而是我們目前理論失效的標志。當我們試圖將廣義相對論和量子力學結合起來描述極端條件下的物質和空間時，就會出現奇點。這意味著我們需要一種新的理論來取代或者修正現有的理論。

幸運的是，科學家們已經提出了一些可能性，并且正在尋找觀測證據來支持或者排除這些可能性。其中最有前途也最流行的一個可能性就是暴脹理論。暴脹理論認為，在大爆炸之前，存在著一個非常短暫但非常強勁的膨脹階段，使得原本非常小、平坦、均勻、各向同性、沒有擾動和異常點（即奇點）等特征的宇宙被快速地拉伸到了我們今天看到的巨[[大尺度]]。這個暴脹階段可以解決一些大爆炸理論無法解釋的難題，比如宇宙為什麼如此平坦、均勻和各向同性，以及為什麼沒有觀測到磁單極子等。

暴脹理論還預言了一些可以被觀測到的效應，比如在微波背景輻射中產生特定模式的溫度漲落，以及在原初引力波中產生特定模式的偏振信號。這些效應都是由于暴脹期間量子漲落被放大到巨觀尺度所導致的。如果我們能夠在微波背景輻射中檢測到這些效應，那麼就可以證實暴脹理論，并且推斷出暴脹發生時的能量和時間。

目前，科學家們已經在微波背景輻射中發現了溫度漲落，并且與暴脹理論預言相符合。但是，要想找到更有力的證據，就需要尋找原初引力波產生的偏振信號。原初引力波是由于暴脹期間空間本身震蕩而產生的，在傳播過程中會對微波背景輻射造成偏振影響。這種偏振信號有兩種模式：E模式和B模式。E模式比較容易被檢測到，因為它不僅可以由原初引力波產生，還可以由普通物質密度擾動產生。而B模式則只能由原初引力波產生，因此是暴脹理論最直接和最強有力的證據。
然而，在尋找B模式偏振信號時，科學家們面臨著很多困難和挑戰。首先，B模式偏振信號非常微弱，需要非常精確和靈敏的探測器才能捕捉到。其次，B模式偏振信號會受到很多干擾和污染，比如來自銀河系或者其他星系團的塵埃、磁場、自由電子等。因此，要想從微波背景輻射中提取出B模式偏振信號，就需要非常精確地消除或者減小這些干擾和污染。

宇宙不僅均勻膨脹，而且內部存在微小的密度缺陷，這使我們能夠隨著時間的推移形成恒星、星系和星系團。在均勻背景之上添加密度不均勻性是了解當今宇宙的起點
為了實現這個目標，科學家們設計了一些專門用于探測B模式偏振信號的實驗裝置，比如南極望遠鏡（BICEP）、背景輻射偏振實驗（POLARBEAR）、歐洲空間局的普朗克衛星等。其中最引人注目的是2014年由BICEP2團隊宣布的發現，他們聲稱在微波背景輻射中檢測到了B模式偏振信號，并且推斷出暴脹發生時的能量約為10^16 GeV，相當于質子質量的10萬億倍。這個結果如果被證實，將是一個巨大的突破，因為它不僅證明了暴脹理論，還揭示了我們無法直接探測到的極高能量物理。

暴脹期間發生的量子漲落確實在整個宇宙中被拉伸，後來，較小規模的漲落疊加在較早的、較大規模的漲落之上。從理論上講，這也應該產生比宇宙視界更[[大尺度]]的波動：超視界波動。這些場波動會導致早期宇宙中的密度缺陷，進而導致我們在宇宙微波背景中測量到的溫度波動。
然而，在隨后的幾年里，這個結果遭到了很多質疑和反駁。首先，其他實驗裝置沒有復現BICEP2團隊的發現。其次，普朗克衛星團隊指出，BICEP2團隊沒有充分考慮銀河系塵埃產生的偏振信號對結果的影響。經過重新分析數據后，發現銀河系塵埃可以完全解釋BICEP2團隊觀測到的信號，并且不能排除原初引力波產生的信號為零的可能性。因此，BICEP2團隊的發現被認為是不成立的，或者至少是沒有說服力的。

盡管如此，科學家們并沒有放棄尋找B模式偏振信號的努力。他們正在改進和升級實驗裝置，以提高探測靈敏度和消除干擾噪聲。他們還在合作和分享數據，以增加觀測精度和可靠性。他們希望在未來幾年內能夠找到更有力的證據來支持或者否定暴脹理論。
如果暴脹理論被證實，那麼我們就可以窺探到大爆炸之前宇宙的樣子。根據暴脹理論，宇宙大爆炸之前并不是一個奇點，而是一個具有有限溫度、密度、體積和能量的狀態。這個狀態可能是由于另一個宇宙坍縮而產生的，也可能是由于多個宇宙之間相互碰撞而產生的。這些可能性都涉及到了多元宇宙（Multiverse）的概念，即存在著許多不同參數、不同歷史、不同物理定律的平行宇宙。