我們知道現在的宇宙來源於138.2億年前的一場大爆炸,其實這個結論是科學家們根據現有宇宙膨脹結果反推回去的一種猜想,現在所有的科學觀測都支撐宇宙大爆炸這個假說,沒有任何一個例外可以推翻它,因此成為關於宇宙來源的主流觀點。
在上世紀20年代末期,美國天文學家哈勃在對接收到的河外星系的光線光譜特徵進行分析時,發現光譜絕大部分都有向紅端移動的現象。根據光譜都卜勒效應,當光源遠離觀測者時,觀測到的光線頻率會有增加現象,從而在光譜在有向波長更長的紅端移動的趨勢;反之,當光源靠近觀測者時,光譜有向波長較短的藍端正移動的趨勢,這在物理學中分別被稱為紅移和藍移現象。哈勃的觀測結果表明河外星系中絕大部分的星體都在遠離地球,只有極少一部分表現出了與地球靠近的相對運動趨勢。
後來,哈勃給出了河外星系退行速度與其和地球之間的距離成正比的哈勃定律,這個比率被稱為哈勃常數。2013年歐洲航天局利用普朗克衛星重新修正了該常數,進一步表徵了距離地球326萬光年處的星體,其相對於地球的退行速度約為68公裡每秒。之後,科學家們利用Ia型超新星觀測、Λ-冷暗物質模型、宇宙背景輻射強度測量、引力波等技術手段,推測出宇宙的年齡為138億年,而可觀測宇宙的直徑為930億光年。
那麼,在宇宙膨脹觀點的背景之下,科學家們反推現有宇宙中的所有物質,是在138億年前來源於一個體積無限小、質量無限大、溫度無限高的點,這個點就是奇點。體積無限小、質量無限大、溫度無限高是對奇點基本屬性的推測,而這些特點也註定了奇點難以被人們所想像。體積無限小意味著突破了普朗克尺度,其中所包含的物質也必將突破現有基本粒子的極限;質量無限大意味著對應無限高的能量和無限的空間曲率,無限高的能量則奠定了現有宇宙所有物質所蘊含的所有形式的能量基礎,無限的空間曲率表明其無限大的引力將所有空間都集中到一個點上,在這個點之外不存在任何的時間與空間,也沒有維度的概念;溫度無限高則是能量無限大的一個直接體現,在無限大的引力和無限高的能量共同作用之下,奇點中所包含的物質始終處於一個被無限「壓抑」的狀態。
根據科學家們的推測,宇宙大爆炸分為幾個關鍵階段。
一個是普朗克時代,即在10^(-43)秒內奇點完成了大爆炸的主要過程,我們窮盡所有技術都無窮窺視到普朗克時間之前宇宙的真實狀態,這個時期引力開始分離,但其它三種基本作用力仍然不可區分。
第二是大一統時代,即在10^(-43)秒至10^(-32)秒之間,溫度從10^32K降至10^28K,奇點大爆炸釋放的巨大能量使得空間發生急速膨脹,空間在瞬間增長了10^50倍,夸克和輕子開始出現,強力也分離了出來。
第三是輕子時代,時間從10^(-32)秒至千分之一秒,電磁力與弱核力分離,粒子與反粒子成對出現並迅速湮滅,而重子出現的概率可能會比反重子多出幾十億分之一,就是這些差距奠定了現有宇宙物質的組成結構,這個時期宇宙空間中是以反物質和輕子為主體。
第四是等離子時代,即從千分之一秒至38萬年之後,這個時期宇宙整體溫度進一步降低,形成了自由原子和電子,但是由於正反粒子湮滅產生的光子能量極高,阻擋了原子核的形成,整個宇宙空間充斥著等離子體,光子反覆地與核子、電子發生碰撞,被完全束縛在這片等離子云之內。
五是星系形成時代,在38萬年之後,隨著溫度的進一步降低,核子與電子開始形成原子核,等離子體演化成為氣體物質,形成了原始星雲,在引力擾動下,星雲物質開始聚集坍縮,最終形成宇宙最早的一批恆星,隨後又形成由恆星和行星、衛星等共同組成的恆星系統,許多恆星系統組合在一起便形成了星系。在奇點大爆炸38萬年之後至今的漫長歲月中,科學家們又根據宇宙膨脹的速率,將其劃分為減速膨脹階段和加速膨脹階段,兩個階段的臨界時間可能在60億年之前,在減速階段主要是在引力作用下減緩了宇宙膨脹的速率,而過了這個臨界點之後,則在暗能量的驅動下,宇宙又重啟了加速膨脹的進程。
在目前關於宇宙大爆炸的推測裡,在大爆炸之前宇宙中現有的四種基本作用力還沒有分離,是一種處於統一狀態的力,我們姑且稱之為「超力」。奇點存在時,不存在什麼宇宙空間,整個世界是零維的,而就在這個零維世界中存在著量子漲落現象,那麼就有極小的概率產生正負奇點的不對稱性,我們所處的宇宙可能就是由於正奇點的分離而逐漸產生的,而推動這個分離現象的直接驅動力,有科學家表示則是存在著現有宇宙中四種基本作用力之外的另一種作用力。
關於第五種基本作用力還處於假想階段,我們根本無法判斷它的有無,因為只有在宇宙重新聚集坍縮成奇點之後才可能形成。而宇宙空間的黑洞中心的奇點,雖然與宇宙大爆炸之前的奇點性質相似,但是無論是從總體質量、運動狀態還是空間曲率上都不可同日而語,同時我們也無法從只有理論上存在的史瓦西黑洞(完全對稱坍縮成球對稱的黑洞)證實第五種作用力的存在。
雖然我們無法得知奇點大爆炸的原因,但是不可否認,在大爆炸的瞬間所釋放出的無窮能量,推動了宇宙基本粒子的形成和進一步組合,繼而在空間不斷拓展的同時產生了現有宇宙的基礎結構。