“大爆炸是宇宙的起點(diǎn)”，這句話幾乎寫進(jìn)了所有人的常識(shí)里。

宇宙在膨脹，這是觀測(cè)事實(shí)。既然今天在變大、在變冷，那反推回去，過(guò)去就一定更小、更熱、更密。再往前推，很多人會(huì)自然地走到一個(gè)結(jié)論：一切起源于一個(gè)無(wú)限致密、無(wú)限高溫的奇點(diǎn)。

在很長(zhǎng)一段時(shí)間里，“熱大爆炸”和“初始奇點(diǎn)”幾乎是綁定在一起的概念，仿佛說(shuō)起一個(gè)，就必然包含另一個(gè)。

但這個(gè)綁定，其實(shí)并不牢靠。

從上世紀(jì)七十年代開始，物理學(xué)家逐漸意識(shí)到一個(gè)問(wèn)題：如果宇宙真的從一個(gè)奇點(diǎn)開始，那么我們今天看到的宇宙，有不少性質(zhì)是解釋不通的。

這并不是哲學(xué)爭(zhēng)論，而是和觀測(cè)數(shù)據(jù)直接沖突。

于是，在八十年代，一個(gè)新的理論框架被提出并逐步完善，它把“熱而致密的早期宇宙”與“宇宙的絕對(duì)起點(diǎn)”這兩個(gè)概念，第一次拆開了。

這個(gè)理論叫宇宙暴脹

在這個(gè)框架里，熱大爆炸并不是一切的開始。在那之前，宇宙經(jīng)歷過(guò)一個(gè)完全不同的階段。

而且，今天我們已經(jīng)掌握了一條非常硬的證據(jù)，指向這一點(diǎn)。

我們對(duì)早期宇宙有一個(gè)非常確定的描述：它曾經(jīng)非常熱、非常密，充滿了物質(zhì)和輻射，并且在快速膨脹。

這套描述來(lái)自熱大爆炸模型，本身沒(méi)有問(wèn)題。

問(wèn)題在于一個(gè)細(xì)節(jié)：宇宙并不是完全均勻的

哪怕在最早期，物質(zhì)分布也存在細(xì)微的不均勻。有些地方略密，有些地方略稀。

正是這些微小的不均勻，后來(lái)在引力作用下被不斷放大，最終形成了星系、星系團(tuán)、宇宙網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

這些“最初的不均勻”，今天并沒(méi)有完全消失。

它們以另一種形式被保留下來(lái)，印在一張我們非常熟悉、也非常重要的“宇宙照片”上。

這張照片就是宇宙微波背景輻射

微波背景來(lái)自宇宙大約 38 萬(wàn)歲的時(shí)候。

那時(shí)宇宙溫度已經(jīng)降到足夠低，電子和原子核可以結(jié)合成中性原子，光終于不再被頻繁散射，開始自由傳播。

今天我們看到的微波背景，本質(zhì)上就是那一刻的“宇宙快照”。

它的平均溫度幾乎處處相同，但在百萬(wàn)分之一的水平上，存在著微小的溫度起伏。

這些起伏不是儀器誤差，而是真實(shí)存在的物理信號(hào)。

而且，它們和當(dāng)時(shí)宇宙中物質(zhì)密度的起伏是一一對(duì)應(yīng)的。

密度略高的地方，引力勢(shì)阱更深，光爬出來(lái)會(huì)損失一點(diǎn)能量，看起來(lái)更“冷”；密度略低的地方，則顯得更“熱”。

今天的大尺度結(jié)構(gòu)，正是從這些早期起伏一路演化而來(lái)。

問(wèn)題來(lái)了。

這些最初的起伏，是從哪來(lái)的？

如果你堅(jiān)持“宇宙從奇點(diǎn)直接誕生”，那你只能接受一個(gè)設(shè)定：

宇宙一出生，就自帶一套初始不均勻性。

這些起伏沒(méi)有更深的來(lái)源，只是初始條件的一部分。

而在暴脹理論里，故事完全不同。

在暴脹階段，宇宙處在一種能量密度幾乎不變、但空間尺度指數(shù)級(jí)擴(kuò)張的狀態(tài)。哪怕極其微小的量子漲落，也會(huì)被迅速拉伸到天文尺度。

原本發(fā)生在亞原子尺度的隨機(jī)量子擾動(dòng)，被“吹大”成遍布整個(gè)宇宙的密度起伏。

后來(lái)，暴脹結(jié)束，宇宙進(jìn)入熱大爆炸階段，這些起伏就成了結(jié)構(gòu)形成的種子。

這兩種圖景，在概念上差別很大。

但更重要的是，它們對(duì)宇宙留下的痕跡，并不完全一樣

宇宙有一個(gè)基本限制，叫視界

簡(jiǎn)單說(shuō)，就是從熱大爆炸開始，到某一時(shí)刻為止，光最多能傳播多遠(yuǎn)。

在這個(gè)范圍之外，任何物理信號(hào)都來(lái)不及互相影響。

如果宇宙真的直接從奇點(diǎn)開始，那么所有起伏都必須位于這個(gè)“因果視界”之內(nèi)。

超出視界的尺度上，不該存在相關(guān)結(jié)構(gòu)。

但在暴脹模型里情況不同。

暴脹可以把原本彼此接觸的區(qū)域，迅速拉到彼此遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)視界的尺度。

結(jié)果就是：宇宙中會(huì)存在“超視界尺度”的起伏

這是一個(gè)非常干脆的分界線。

有，就支持暴脹。
沒(méi)有，就支持無(wú)暴脹的奇點(diǎn)宇宙。

問(wèn)題是，我們能不能真的看到它？

微波背景的溫度圖，確實(shí)在大尺度上顯示出起伏。

但這里有一個(gè)麻煩。

大尺度溫度起伏，并不一定來(lái)自早期。

宇宙在后期演化過(guò)程中，引力勢(shì)阱會(huì)變化，光子在進(jìn)出這些勢(shì)阱時(shí)，會(huì)發(fā)生能量變化，這也會(huì)制造大尺度的冷熱斑。

也就是說(shuō)，溫度信息本身是“摻雜”的

單靠它，無(wú)法區(qū)分這些起伏到底是早期暴脹留下的，還是后期結(jié)構(gòu)演化產(chǎn)生的。

這時(shí)，就需要另一條信息。

微波背景的光，不只有溫度，還有偏振

偏振模式主要分為兩類，其中一種叫 E 模。

關(guān)鍵不在于單獨(dú)看偏振，而在于看偏振和溫度之間的相關(guān)性

這是一個(gè)非常具體、非常技術(shù)性的檢驗(yàn)，但結(jié)論極其干脆。

理論給出的預(yù)言是這樣的：

在視界以內(nèi)，兩種模型的預(yù)言幾乎一致。
在接近視界的尺度上，相關(guān)性會(huì)接近零。
但在視界之外的尺度上，兩種模型給出的相關(guān)性符號(hào)完全不同。

無(wú)暴脹模型只會(huì)給出一個(gè)正相關(guān)的峰。
而暴脹模型，會(huì)額外給出一段明顯的負(fù)相關(guān)結(jié)構(gòu)。

這不是“看趨勢(shì)”，而是“看有沒(méi)有”。

2003 年，WMAP 衛(wèi)星首次公布了溫度-偏振交叉相關(guān)的數(shù)據(jù)。

結(jié)果非常清楚：那段負(fù)相關(guān)，出現(xiàn)了。

而且不是一點(diǎn)點(diǎn)，是清晰地落在暴脹模型預(yù)測(cè)的位置上。

后來(lái)，更精確的 Planck 衛(wèi)星對(duì)整個(gè)天空進(jìn)行了多次掃描，把誤差壓得更低。

最終結(jié)果比 WMAP 更干凈、更明確。

超視界起伏，確實(shí)存在。

這意味著什么，不需要太多修辭。

如果宇宙只是從一個(gè)熱大爆炸奇點(diǎn)開始，那么我們不該看到這些信號(hào)。

但我們看到了。

這條證據(jù)本身，就足以否定“無(wú)暴脹的奇點(diǎn)起源模型”。

它告訴我們：熱大爆炸并不是宇宙的最初狀態(tài)。

在那之前，宇宙經(jīng)歷過(guò)一個(gè)暴脹階段，而正是這個(gè)階段，設(shè)定了我們今天看到的一切初始條件。

當(dāng)然，這并不意味著我們已經(jīng)“看到了”暴脹開始的那一刻。

所有這些證據(jù)，都被限制在可觀測(cè)宇宙之內(nèi)。

在更早、更遠(yuǎn)的階段發(fā)生了什么，目前我們還無(wú)法直接接觸。

但在現(xiàn)有條件下，這已經(jīng)是一個(gè)非常干凈、非常難以回避的結(jié)論。

宇宙，并不是從熱大爆炸那一刻才開始的。

如果把這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)放在整個(gè)物理學(xué)史里看，它完全配得上最高級(jí)別的獎(jiǎng)項(xiàng)。

只是它太安靜了，沒(méi)有煙花，沒(méi)有爆炸，也沒(méi)有一個(gè)具體的“起點(diǎn)時(shí)刻”可以畫成一張圖。

但宇宙，從來(lái)不按人類的直覺(jué)行事。