10^-33秒內，宇宙膨脹了1億億億倍，科學家追溯暴脹期歷史
根據目前的理論，我們的宇宙誕生於一次138億年前的大爆炸。通過這次大爆炸，我們的宇宙演化成了今天的模樣。
（圖片説明：宇宙大爆炸模型）
科學家指出，在大爆炸之前，我們宇宙中所有的能量和物質都集中在一個奇點內。因為沒有體積，因此奇點的密度無限大，時空曲率也無限大。
大約138億年前，由於一個未知的原因，這個奇點突然發生了大爆炸，所有的物質和能量噴薄而出。經過了大約138億年的時間，宇宙的直徑已經膨脹到了940億光年，並且完全沒有停止的跡象。
你可能會問：宇宙中的光速是不可超越的，為什麼宇宙膨脹速度卻可以？這難道不違背相對論嗎？
科學家指出：作為有質量的物質，的確不可能達到光速。但是作為空間本身，因為既沒有能量又不攜帶任何信息，因此空間的膨脹是不受這個限制的。而在這個空間裏的天體也並不是本身超過了光速，只是隨着空間本身進行着移動，所以超過光速也是沒什麼違揹物理定律的。
實際上，宇宙的膨脹速度遠遠超過了我們的想象。尤其是在大爆炸初期，它還經歷了一個非常特殊的時期，那就是所謂的暴脹期。
暴脹期持續的時間非常非常短，科學家目前認為暴脹期開始於大爆炸後的10^-36秒，到了大爆炸後10^-33秒時間就結束了。這個時間比所謂的一瞬間還要短不知多少個數量級，但宇宙在這麼短的時間內卻膨脹了1億億億倍！
如今的宇宙膨脹速度，已經比暴脹時期慢得多了，今天的宇宙之所以能如此巨大，與暴脹期有着密不可分的關係。
然而，暴脹期持續的時間太短了，而且又十分遙遠，這讓我們很難了解這段時期真正發生的事情。更重要的是，當時的宇宙處於非常非常極端的物理學狀態，更加給我們的研究帶來了巨大的挑戰。
宇宙的演化，尤其是暴脹期的演化，一直是科學家們最最好奇的問題之一，日本國家天文台（NAOJ）的宇宙學家Masato Shirasaki也不例外。最近，他帶領着自己的團隊通過計算機模擬的方式，嘗試瞭解這段不為人知的歷史。憑藉着一台超級計算機的強大運算能力，他們模擬了4000個虛擬宇宙，從而實現宇宙時間的倒帶，帶領我們看到最遙遠的宇宙歷史。
他介紹説：“我們希望能夠進行一些嘗試，從最新的圖片中推測我們的宇宙在嬰兒時期的模樣。”
根據天文學家的觀測，我們的宇宙看起來並不是在每一個位置上都絕對均勻的，有一些區域分佈着由大量星系所組成的星系團甚至超星系團，但在某些區域也存在着大尺度的空曠地帶，星系密度遠遠小於宇宙的平均值。這個現象看起來有點詭異，就好像你在吃口香糖吹泡泡時，發現吹出來的泡泡形狀完全不規則一樣。
科學家認為，造成這種現狀的根本原因，來自於早期宇宙。在宇宙大爆炸的時候，就已經在部分區域出現了輕微的量子漲落，或者説是能量的隨機性的小範圍變化。
然而，隨着宇宙不斷膨脹，空間越來越大，這樣的小範圍變化也會在空間尺度上被放大。在這個過程中，那些密度較大的點被拉成了絲，向周圍的空間延伸，就像是抻面一樣。這些擁有物質或能量更多的絲就成了其他物質的附着點，星際物質會聚集到這裏，形成一個一個的星系，構成了星系團或者是超星系團。
這個過程看起來好像已經很清晰了，但由於引力的作用實際上非常複雜，所以這個過程中仍然有很多科學家難以理解的地方。為了能夠還原宇宙在嬰兒時期的模樣，科學家們不得不在方程中將這些引力擾動給去除掉。
（圖片説明：宇宙膨脹歷程演化圖，本次研究則是從右往左，即從今天向過去倒序推演）
慶幸的是，研究人員已經找到了一種重建的方法。也就是説，通過他們的方法，我們可以將今天的宇宙進行反推，追溯到早期宇宙，這對於我們瞭解宇宙演化歷史來説無疑是一個好消息。然而隨後的問題是：該如何驗證呢？
其實很簡單，那就是運行一遍。雖然在真實的宇宙中，這是不可能的，但是通過計算機，我們還是有望來進行一次倒帶的。
在日本國家天文台，有一台名為ATERUI II的超級計算機，研究人員就是利用它來進行測試的。在測試過程中，他們一共創建了4000個虛擬的宇宙，它們在模擬過程的起點分別有着不同的密度波動。
接下來，他們開始運行模擬過程，讓這些虛擬的宇宙自由膨脹、發展。在模擬結束後，研究人員將自己的重建工具代入到超級計算機中，然後對這4000個膨脹後的宇宙進行倒推模擬，看看它們是否能夠恢復到最初的模樣。
結果令人非常興奮，正如Shirasaki所説的那樣：“我們發現，有一種重建的方法能夠減少引力對我們所觀測到的星系分佈所造成的影響，這就使得我們能夠通過一種非常有效的渠道，從我們這個宇宙的初始條件中挖掘出有用的信息。”
他還介紹道：其實這樣的重建方法已經在現實宇宙中的星系數據得到了應用，而根據他們這一次的模擬可以證明，該方法同樣適用於對宇宙暴脹期的歷史追溯。
接下來，這項研究還會應用於宇宙中真正的網狀結構的研究，隨着像斯隆數字巡天這樣先進的觀測加入進來，我們將會對宇宙的演化歷史有更加深入的瞭解。宇宙的形成和早期演化，正在一點點地抽絲剝繭，呈現在我們的面前。