為什么這會成為一個問題?難道宇宙在各個方向上看起來一樣不是很自然的事情嗎?也許有某個現(xiàn)在還不為人所知的規(guī)律在支配大爆炸的物理變化,保證只有幾乎是均勻的宇宙才能產(chǎn)生。但是現(xiàn)在我們還沒發(fā)現(xiàn)有任何物理理論能夠預言這一現(xiàn)象的跡象,所以至少需要考慮如下的可能,就是宇宙誕生之時不同區(qū)域之間可能存在巨大的溫度差異,比如在早期宇宙中,一半的溫度可能是另一半溫度的兩倍。那么這樣如何產(chǎn)生我們現(xiàn)在觀察到的宇宙的均勻性呢?熱量沒有時間流動到宇宙中冷的部分,甚至沒有時間在兩個區(qū)域之間以光速發(fā)送一個消息。在這種環(huán)境下,原始的不平衡不可能被修正;而實際上,這些互相遠離毫無關聯(lián)的區(qū)域卻是非常相似的。
我們的兩個星系現(xiàn)在是互相遠離。但是宇宙在非常年輕時要小得多,而在兩邊的物體有可能互相接觸從而交換熱量,達到今日所見的均勻性?,F(xiàn)在的問題是,這個早期階段的宇宙到底有多大?出乎意料地,答案相當簡單。
到目前為止我們只討論過一種能夠在天文距離上起作用的力,就是萬有引力。它本質上是一種把物體拉到一起的吸引力。引力本身會減緩膨脹的速度。我們可以嘗試從現(xiàn)在反推出宇宙的大小隨時間是如何變化的,而我們發(fā)現(xiàn)宇宙同謀的問題一直到早期宇宙都存在。換句話說,宇宙從來沒有小到過能夠讓光從一側運動到另一側的程度。所以從來沒有小到能夠使得溫度差被平坦掉的程度。這個推論是建立在引力是唯一影響膨脹速度的力的基礎上的,所以如果我們要解決同謀問題,就必須放棄這個觀點。
瘋狂的暴脹
現(xiàn)在流行的解決方案在一定程度上增加了大爆炸理論的復雜度。大多數(shù)宇宙學家們現(xiàn)在相信曾有一個異常短暫的快速膨脹期,稱為暴脹。在大爆炸后10-35秒到10-32秒之間,宇宙擴展了幾十億倍。在暴脹階段的最后,膨脹回到了一個比較穩(wěn)定的速度,和今天觀測到的一致。
如果沒有暴脹時期,我們所看到的宇宙中相對側的區(qū)域就既沒有時間來交換熱量,也沒有可能達到充分的平衡。假設的這種快速膨脹使我們能夠認為宇宙開始時要小得多,從而可以在加速膨脹開始之前達到溫度均衡。剩余的少量不均勻性被尺度上的巨大增加所消除。這個迷人的快速暴脹帶來的一個結果就是我們所觀測到的區(qū)域只是整個宇宙的極小的一部分。即,我們只能觀察到實際上是我們周圍局部的一點變化,而這注定是非常有限的。用一個日常的比喻,我們知道地球從珠穆朗瑪峰峰頂?shù)阶钌畹暮系牡撞坑泻艽蟮母叨茸兓?。暴脹的等價效果就是把你腳尖下的一小塊地方擴展到整個地球這么大,或者等效地把我們縮小到比最小的病毒還小很多的地步,那么在我們能夠到達和探索的范圍里,高度的變化將是微乎其微的。對于宇宙中的溫度起伏,暴脹也帶來了同樣的效果。