宇宙如何开始？（4）

尽管如此，众所周知的大统一理论是解释宇宙在普朗克时刻之后的运作的有力候选者。在一个持续时间比整个普朗克时刻长1000万倍的时间内，宇宙膨胀并冷却，但这正说明了一切起源的密度是多么巨大，即使在这段时间结束时，整个可观测宇宙仍然比一个夸克小，这个宇宙的潜在能量被压缩到如此微小的空间中，温度达到了1000000万兆开尔文，比大型强子对撞机所能达到的温度高出了数万倍。

这些是宏观统一纪元的条件，由嵌套的电强力支配，以及由此产生的奇特相互作用。微小的宇宙充满了经历极端身份危机的粒子，光子自发地转化为物质反物质对，创造夸克和轻子，但这些新生粒子的寿命非常短暂，几乎在形成之后立即迅速衰变回光子。强电通信介子只会使情况变得更加复杂，它们帮助夸克转化为轻子，轻子转化为夸克，物质转化为反物质，反之亦然，在宏观统一的混乱规则下，这是一个能量和物质自由竞争的状态，有虚拟和真实的粒子参与其中。直到宇宙开始之后的一兆兆兆秒，温度下降到仅为一千兆兆度，足够低以至于强力可以解放出来，两种力变为三种，一切再次发生变化，但是这里存在一个问题。虽然这些理论可以很好地描述大爆炸后最早时刻粒子的行为，但却无法解释最终形成的宏观宇宙。

事实上，当将初始条件与宇宙最终结果进行比较时，宇宙大爆炸似乎是有缺陷的。到2022年7月，标志性的詹姆斯·韦伯太空望远镜已在距离太阳一百五十万公里的轨道上稳定运行，终于准备开始其正式科学任务。但当它将其18个金色镜子对准可观测宇宙的最深处时，科学家们对返回的图像感到震惊。美国天体物理学家艾莉森·柯克帕特里克在《自然》科学杂志上写道，她发现自己在凌晨三点躺在床上，想知道自己所做的一切是否错误。一个月内，这些图像和柯克帕特里克的评论引发了广泛的讨论。光速的固定意味着随着我们对空间的深入探索，我们所看到的时间也越往前，对应于万物开始之后仅2亿年的距离，詹姆斯·韦伯太空望远镜已经看到了星系，不仅如此，这些星系的结构比任何人认为的都更加有序，星体和星系的形成序列无法解释这一点，而柯克帕特里克对此非常关注。

不幸的是，不久后她的担忧被推广到了大爆炸本身，一些媒体声称下一代望远镜在其首批图像中就证明了这个里程碑理论的错误。幸好这些担忧是不必要的，柯克帕特里克只是关注现有的星系形成理论，并非整个宇宙的创造。早期星系的无法解释的结构意味着我们对宇宙的理解中存在一块缺失的拼图，而不是我们所知的一切都是错误的。这只是宇宙中的一场小风波，所以大爆炸至少在这一点上是安全的。但是我们对现代宇宙如何形成的完整解释一直面临着更加严峻的威胁，而且已经有很长时间了。当我们观察当今宇宙的大尺度结构时，有一些现象一开始并不完全吻合。即使恒星以几百万摄氏度燃烧，而真空的温度仅比绝对零度高几度，我们在一个方向上观测到的平均温度与宇宙中的任何其他地方都非常相似，为2.7开尔文。宇宙直径为930亿光年，如何在14亿光年之外的两点之间平均值没有超过光速？现在我们看到如此热同质性意味着宇宙最早的时刻也存在热同质性，这一事实似乎极其不可思议，考虑到早期宇宙紧凑的量子涨落的本质。

这被称为均匀性问题或地平线问题，但爱因斯坦的广义相对论描述了质量物体如何在时空中创建曲线，进而控制着该时空中物质的运动和演化。恒星、星系和黑洞在局部尺度的时空结构中留下了凹陷和凸痕。但当我们放大到更大的尺度时，这些不完美之处会平均掉，留下一个更加平滑的结构，就像宇宙的平均温度一样，似乎变化很小。从最大尺度上看，宇宙似乎是平坦的。如果宇宙中的物质总密度足够大，时空将呈现出所谓的正曲率，就像球体的表面一样，会弯曲回来。这意味着最终宇宙中所有物质施加的引力将足够强大，可以减缓并最终逆转膨胀趋势，使宇宙崩塌成所谓的大坍缩。相比之下，如果总密度要低得多，将导致时空呈现负曲率，向外弯曲，就像马鞍的表面一样。在这种几何形状下，引力永远无法克服膨胀，宇宙将继续无限增长。这些整体几何形状中的哪一种是正确的对我们宇宙未来演化的影响巨大，因此天文学家一直致力于测量宇宙的整体曲率。

令人难以置信的是，我们所能看到的宇宙曲率竟然完全是平的，就像地平线问题一样，这种可能性非常小，相当于抛硬币并让它完美地竖立在边缘上。因为明显的原因，这被称为平坦性问题。此外，我们对宇宙的理论还存在另一个问题，在宇宙诞生的前一万亿分之一秒内，似乎根本没有磁单极子存在。在整个宇宙中，存在着正负电荷成对存在，相互抵消，形成一个稳定的中性带电体。类似地，磁铁上同时存在北极和南极，它们之间有磁场线相互流动，形成一个稳定和平衡的整体。然而，虽然正电荷和负电荷都可以单独存在，例如孤立的质子或电子，但磁铁却不存在这样孤立的极点。无论我们在宇宙中的任何地方寻找，我们都还没有找到孤立的单极子，没有与之相对的配对。