古生物學家報告稱，他們發現了一塊扁平龜殼的化石，這塊龜殼可能被恐龍「踩過」，而恐龍的足跡則直接跨越了巖石層。這一罕見的相關化石的發現，可能將兩個過去的物種追溯至同一時間和地點。
這種方法與宇宙學家推斷宇宙歷史的方法相似。像化石一樣，天體也不是隨意散布在太空中的。更確切地說，星系等物體位置之間的空間相關性講述了古代歷史的一個詳細故事。古生物學家推斷恐龍的存在是為了對奇怪的骨骼結構做出合理的解釋，我們今天研究太空中的模式，並推斷宇宙的歷史來解釋它們。
宇宙學家幾十年來所知道的一個奇怪的模式是，宇宙中充滿了相互關聯的成對物體：在早期宇宙地圖上看到的成對熱點。今天宇宙中的星系對或星系團或超星系團；每隔一段距離就有一對。你可以通過在天空的地圖上移動標尺來看到這些「兩點相關性」。當一端有一個物體時，宇宙學家發現這增加了另一端也有一個物體的可能性。
對這種相關性最簡單的解釋是，它們可以追溯到大爆炸開始時空間指數膨脹時出現的量子粒子對。早期出現的粒子對後來移動得最遠，在今天的天空中產生了相互遠離的物體對。後來出現的粒子對分離較少，現在形成更緊密的物體對。就像化石一樣，在天空中看到的兩兩相關編碼了時間的流逝——在這個例子中，是時間的開始。
宇宙學家認為，在宇宙誕生的過程中，也應該出現過涉及三、四個甚至更多粒子的罕見量子漲落。這些可能會產生今天天空中更複雜的物體配置：星系的三角形排列，以及四邊形、五邊形和其他形狀。望遠鏡還沒有發現這些統計上微妙的「高點」相關性，但發現它們將有助於物理學家更好地理解大爆炸後的最初時刻。
然而，直到最近，理論家們才發現，即使是計算這些信號會是什麼樣子，也頗具挑戰性。在過去的四年裡，一小群研究人員用一種新的方式來研究這個問題。他們發現，這種關聯的形式直接遵循對稱性和其他深奧的數學原理。
物理學家們採用了一種被稱為「自助法」的方法。該方法只考慮自然法則本身的數學邏輯和自洽性，而不是建立在經驗證據的基礎上，從而推斷出自然法則。利用自助法哲學，研究人員推導並解決了一個簡明的數學方程，該方程指出了天空中由不同原始成分導致的可能的相互關係模式。
也許這項工作最引人注目的方面是它對時間本質的暗示。在新的引導方程中沒有「時間」變量。然而，它預測了宇宙三角形、長方形和其他各種大小的形狀，講述了一個量子粒子在時間之初產生和演化的合理故事。
這表明宇宙起源的版本可能是一種錯覺。時間可以被看作是一種「突現」的維度，一種從宇宙空間相關性中產生的全息圖，而這些相關性本身似乎來自基本的對稱性。簡而言之，這種方法有可能幫助解釋時間為什麼開始，為什麼它可能結束。
一張時間開始的地圖
1980年，宇宙學家艾倫·古斯在思考一系列宇宙學特徵時提出，大爆炸始於一次突然的指數膨脹，即所謂的「宇宙膨脹」。兩年後，世界上許多頂尖的宇宙學家聚集在英國劍橋，以解決新理論的細節問題。在為期三周的納菲爾德研討會期間，包括古斯、史蒂芬霍金和未來的皇家天文學家馬丁裡斯在內的一群人，拼湊出了時間之初短暫通脹時期的影響。到研討會結束時，幾位與會者分別計算出，宇宙膨脹期間的量子抖動可能確實以正確的速度發生，並以正確的方式演化，從而產生宇宙觀測到的密度變化。
為了理解這一過程，我們可以想像一下推動宇宙膨脹的假想能量場，即所謂的「膨脹場」。「當這個能量場為空間的指數膨脹提供能量時，成對的粒子就會在這個能量場中自發地出現。這樣的配對總是在量子場中出現，暫時借用了海森堡測不準原理所允許的能量場。通常情況下，漣漪會迅速消失，並返回能量。但這在通貨膨脹期間是不可能發生的。隨著空間的膨脹，漣漪像太妃糖一樣伸展開來，然後被扯開，它們就像密度的雙峰一樣「凍結」在田野裡。隨著這個過程的繼續，這些峰值在所有的範圍內形成了一個嵌套的模式。
在膨脹結束後(開始後的一瞬間)，空間密度變化仍然存在。對被稱為宇宙微波背景輻射的古代光的研究發現，早期宇宙的密度差異約為萬分之一——雖然不多，但已經足夠了。在此後的近138億年裡，引力將物質拉向密集的星點，從而加劇了這種反差：現在，銀河系和仙女座星系的密度是宇宙平均密度的100萬倍。
然後在20世紀80年代和90年代，宇宙學家開始思考，在宇宙膨脹期間，除了膨脹場之外，還可能存在什麼其他場，以及這些可能如何改變模式。人們知道膨脹場至少與引力場相互作用。由於場往往會在量子力學上相互滲透，當一對粒子在膨脹場中出現並被宇宙膨脹拉扯開時，偶爾其中一個會自發地變成兩個重子粒子——引力場的激發。這一對粒子，以及剩下的膨脹粒子，會繼續分離，凍結在空間中，形成能量集中的三角形排列。同時，如果一對原始粒子波動進入存在，然後每個粒子衰變成另外兩個粒子，這將產生四點相關性。
但是，雖然望遠鏡可以很清楚地看到兩點相關性，但三點和更高點的相關性預計會更少，因此更難被發現。到目前為止，這些信號一直隱藏在噪聲中，儘管未來十年將有幾架強大的望遠鏡上線，有機會將它們分辨出來。
宇宙學的化石獵人通過繪製一張宇宙地圖並在上面移動一個三角形的模板來尋找這些信號。對於模板的每個位置和方向，它們都會測量三個角上的宇宙密度，並將數字相乘。如果答案與求出的平均宇宙密度不同，則為三點關聯。在測量了天空中那個特定模板的三點相關性強度之後，他們再用其他尺寸和相對邊長的三角形模板，以及四邊形模板等等重複這個過程。宇宙關聯強度的變化作為不同形狀和大小的函數被稱為「關聯函數」，它編碼了關於宇宙誕生期間粒子動力學的豐富信息。
然後在2002年，高級研究所的理論物理學家胡安·馬爾達塞納成功地計算出了由膨脹子和引力子之間的相互作用產生的三點關聯模式。瑪爾達塞納的計算開創了一個新的領域，研究人員利用他的技術，計算出了其他暴脹模型的特徵，這些模型假定除了膨脹子和引力子之外，還有其他的相關粒子。
簡單的對稱
2014年3月，BICEP2望遠鏡的科學家們宣布，他們在宇宙膨脹期間發現了由引力子對標記的天空漩渦。漩渦模式很快被確定為來自星系塵埃，而不是來自時間之初的事件，但在崩潰的過程中，許多物理學家開始重新思考關於膨脹的問題。
結合他們的專業知識，物理學家意識到他們可以把宇宙膨脹看作是一臺超級強大的粒子對撞機。膨脹場的能量會促進大量粒子對的產生，它們之間的相互作用和衰變會產生更高的相關性，類似於歐洲大型強子對撞機碰撞時產生的粒子級聯。
通常情況下，這種重新定義是沒有用的；粒子間的相互作用可以以無數種方式進行，而預測最可能結果的標準方法是一項艱難的工作。但是粒子物理學家最近使用引導程序找到了捷徑，通過利用對稱性、邏輯原理和一致性條件，他們通常可以確定最終的答案，而不必考慮複雜的粒子動力學。這些結果暗示，粒子物理學的常規圖景——粒子在時空中運動和相互作用——可能不是對正在發生的事情最深刻的描述。某些粒子碰撞的結果非常簡單地遵循一個幾何形狀的體積，即所謂的振幅面體。
考慮到這些發現，物理學家可以對宇宙膨脹期間的動力學有一個更簡單的理解。他們利用的事實是，根據膨脹的宇宙學，指數膨脹的宇宙幾乎與「德西特空間」的幾何形狀完全一樣，德西特空間是一個有10個對稱的球形空間，或者說，它可以通過變換而保持不變。有些對稱性是我們熟悉的，今天仍然存在，比如你可以向任何方向移動或轉向，物理定律保持不變。德西特空間也尊重膨脹對稱：當你放大或縮小時，所有的物理量都保持不變，或者至多被一個常數重新標度。最後，德西特空間在「特殊保角變換」下是對稱的。
他們發現，這10種膨脹宇宙的對稱性嚴格限制了膨脹所能產生的宇宙相關性。為了找出可能凍結在宇宙中的空間模式，研究人員將德西特空間的10種對稱性轉化為簡潔的微分方程，給出了最終的答案。在2015年的一篇論文中，他們在非常窄的三角形和四邊形的「壓縮極限」中解出了這個方程，但他們無法完全解出它。
他們發現一個特定的四點相關函數是關鍵，因為一旦他們解決了描述這個函數的微分方程，他們就可以引導所有其他函數。哈佛大學宇宙學家陳新剛說：「他們基本上證明了對稱性，只需要一些額外的要求，就足以告訴你完整的答案。「
到目前為止，這些計算已經涉及到宇宙膨脹可能產生的空間模式。關於宇宙誕生的其他理論應該會有不同的高點特徵。在過去的五年裡，人們對反彈宇宙學重新產生了興趣，這種宇宙學將大爆炸重新定義為前一個時代的大反彈。新的基於對稱性的方法可能有助於區分膨脹的宇宙和反彈的宇宙之間的高相關性。
時間從何而來
從永恆幾何的角度來看，許多物理學家找到了一個解釋，認為時間一定是突生的——我們感知到的一個變量，它出現在我們對自然的粗粒度描述中，但卻沒有寫入現實的終極定律。
造成這種預感的首要原因是宇宙大爆炸。
大爆炸就是我們所知道的時間突然出現的時候。真正理解最初的時刻似乎需要一個非時間的視角。因此，物理學家們尋求永恆的數學，從而產生一個看起來像隨時間演變的宇宙。最近的研究讓我們得以一窺這是如何運作的。
物理學家從德西特空間的10個對稱開始。對於任何給定的膨脹成分，這些對稱性產生一個微分方程。該方程的解是相關函數，說明每個特定形狀的相關強度如何隨尺寸、內角和相對邊長的函數而變化。重要的是，為了得到這些表達式而解這個方程需要考慮這個方程的奇點。
這個方程通常是奇異的，例如，在四邊形的兩個相鄰邊相互摺疊的極限下，這樣四邊形就接近三角形的形狀。然而，三角形(也就是三點相關)也可以作為方程的解。因此，研究人員要求四點相關函數的「摺疊極限」與那個極限中的三點相關函數相匹配。這個需求選擇一個特定的解決方案作為正確的四點相關函數。
這個函數是振蕩的。這種振蕩有一個時間上的解釋：在膨脹場中產生的粒子對相互幹擾。當他們這樣做的時候，他們衰減的可能性隨著他們之間的時間(以及距離)的變化而變化。這使得他們在天空中留下了四點相關的振蕩模式。「既然振蕩是時間演化的同義詞，對我來說，這是時間出現的最明顯的例子，」現任阿姆斯特丹大學教授的鮑曼說。
在這個例子和其他一些例子中，時間進化似乎直接來自於對稱性和奇點。
然而，目前，自舉方程仍然是一個相當奇怪的數學和物理的混合。方程中的邊長有動量的單位，而相關函數則將不同位置的物理量聯繫起來。艾哈邁德在尋找一種更簡單、更純粹的數學幾何公式，如果找到了，就能對時間的可能出現及其背後的原理提供進一步的洞見。例如，對於由振幅面體描述的粒子相互作用，合理的結果由一種稱為正性的原則來保證，它定義了振幅面體的內部體積。
回想一下，一個膨脹的宇宙幾乎擁有德西特空間的幾何結構，但也不完全是。在完美的德西特空間中，時間沒有變化，整個向外延伸的幾何結構同時存在。隨著時間的推移，膨脹場的能量緩慢下降，引發了變化，從而打破了這種時間對稱性。鮑曼認為這是創造宇宙學的必要條件。他說:「根據宇宙學的定義，我們想要的是隨時間變化的東西。」「在德西特空間，沒有變化」。他把原始宇宙比作一個類似水或磁鐵的系統，非常接近它經歷相變的臨界點。
宇宙的幾何結構是什麼——可能是不可思議的雙曲線結構！
宇宙中有一個直徑為2.5億光年的空洞——可能是文明擴張的結果
相對論描述的時空理論——解釋了時空的真正含義