沒有人知道第一個空間、時間和物質是如何產生。科學家們正在努力解決更深層次的問題。如果沒有開始,那麼自然法則從何而來?宇宙為何"知道"演化?為什麼自然法則會產生一個對生命如此好客的宇宙?這些問題十分困難,科學家們正試圖用大膽的新想法和新的實驗來檢驗這些想法。

理解宇宙是如何開始的,需要發展一個空間、時間和物質相關的的理論。在物理學中,理論不是猜測或假設。這是一個數學模型,讓我們如何預測世界。例如,愛因斯坦的引力理論,準確地描述了在我們周圍的大規模世界中物質對引力的反應。我們關於微小的亞原子領域的最佳理論,稱為量子理論,在微小的距離尺度上對物質的行為做出了非常準確的預測。但是這兩種理論並不完整,無法對宇宙密度極高和極小的最初時刻做出準確的預測。
物理學中一些最優秀的人正在研究一種新的空間、時間和物質理論,稱為"弦理論",它可以幫助我們更好地理解宇宙的起源。弦理論基於尚未測試的新思想。例如,該理論假設自然界中的基本粒子不是點狀粒子,而是形狀像弦。這個理論要求——並預測——空間比我們活動的三個維度更重要。根據這個理論的一個版本,構成我們世界的粒子和力僅限於我們看到的三個維度——除了引力,引力可以"洩漏"到額外的維度中。

弦理論為宇宙的起源帶來了一些奇怪的新情況。在一個場景中,當我們自己的宇宙與由這些額外維度構成的"平行宇宙"碰撞時,大爆炸可能被觸發。像這樣的情景完全是推測出來的,因為弦理論仍在發展中,並且還沒有經過檢驗,但它們刺激了天文學家尋找新的證據形式。

宇宙的新窗口:引力波。
最有希望的線索,我們的宇宙起源可能是在大爆炸本身運動過程中啟動的微小引力波。美國當地時間2月11日上午10點30分,加州理工學院、麻省理工學院以及LIGO科學合作組織的科學家在華盛頓特區國家媒體中心宣布:人類首次直接探測到了引力波!美國宇航局為了更精確的捕獲它們,並在未來幾年內發射雷射幹涉空間天線(Laser Interferometer Space Antenna,LISA)。LISA技術將非常精確,它將測量與月球的距離的等效值,小於單個原子的寬度。LISA將與已經投入使用的地面LIGO探測器互補。

引力波非常重要,因為它們是唯一已知從大爆炸的瞬間可以到達我們沒有扭曲的信息形式。早期宇宙的不同模型對這些引力波的大小和模式做出了不同的預測。希望引力波將有助於駁斥或支持早期宇宙的一些理論。這是興盛新領域——一個有關宇宙的新窗口。
我們的宇宙是獨一無二的嗎?
也許弦理論預測和膨脹宇宙模型最令人不安和影響深遠的預測是,我們生活的宇宙可能不是獨一無二的。膨脹宇宙模型預測,大爆炸在空間的其他領域不斷發生——弦理論表明,這些其他小宇宙可能與我們不同,甚至自然規律和空間維度的數量也可能不同。
這個概念——整個宇宙可能看起來不像我們生活的部分——可能有助於解釋關於我們自己的宇宙的令人費解的謎團:為什麼自然常數和規律是一樣的,而不是不同?例如,為什麼光速是宇宙最快的速度?為什麼電子比它們在原子中運行的質子輕得多?我們所知道的是,如果這些基本定律和常數與所觀察到的稍有不同,那麼我們所知道的生命就不會存在。(例如,原子的穩定性會降低,或者恆星和行星不會形成)。
傳統上,物理學家們一直在尋求一些合乎邏輯的解釋,來解釋宇宙為什麼是現在這個樣子。但是,多個宇宙的可能性增加了自然只是玩骰子的可能性:有些宇宙有合適的生命條件,而另一些——絕大多數——則沒有。
大自然充滿了驚喜,與大自然的對話還有很長的路要走。每一代人,我們觀察到的宇宙似乎變得越來越大,越來越精彩。就在幾百年前,我們在夜空中看到的星星似乎是我們宇宙的極限。然後伽利略的望遠鏡打開了構成我們銀河系恆星的恆星的全景。
僅在一個世紀前,人類還沒有發現數十億個星系,這些星系離我們星系非常遙遠。今天,我們可以看到,只要大自然目前允許回到大爆炸的時刻,我們的想法和獨創性正在召喚一個比我們想像中更大、更多樣化的宇宙。難怪不奇怪這是一次偉大的探索嗎?