大科技杂志社|宇宙之初：大膨胀宇宙膨胀时是什么样的？
宇宙充满了物质和能量 ， 我们通过各种方式对其进行了观测 。 原子在引力的作用下 ， 经过数十亿年 ， 凝聚成片成团 ， 逐步演变为行星 ， 恒星 ， 气体云 ， 单个星系 ， 星系团等 ， 它们构成了如今这个巨大的宇宙网络——我们称之为“可观测的宇宙” 。
自“宇宙大爆炸”发生之后 ， 宇宙一直在膨胀和冷却 。 但是大爆炸并不是宇宙的开始 。 在它之前 ， 有一个称为“宇宙膨胀”的时期 ， 它出现得更早 ， 它为大爆炸的产生提供了初始条件 。
疯狂的膨胀
宇宙膨胀为我们描绘了一个与我们“可观测的宇宙”完全不同的景象 。
想象你（是一个粒子）位于时空结构中的某个位置 ， 你的对象（是另一个粒子）就在你身旁 。 现在 ， 影响你们距离的唯一因素 ， 是宇宙的膨胀 。 那么 ， 你们之间的距离会如何变化呢？
如果你们所处的宇宙充满了物质 ， 那它将以时间三分之二的功率扩展 ， 这时你们之间的距离为t2/3；
如果你们所处的宇宙充满了辐射 ， 那它将像时间的平方根一样膨胀 ， 这时你们之间的距离是t1/2；
但是 ， 当你们所处的宇宙膨胀时 ， 它的空间将呈指数增长 ， 即eHt（H是宇宙的膨胀率） 。 
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由于膨胀不仅是指数的（指空间增长速度） ， 而且是快速的（指膨胀率） ， 因此 ， 只要大约10-35秒 ， 你和你对象的距离就会增加一倍 。
但是 ， 膨胀最大的特点不是它的“快”（毕竟大爆炸的初期可能同样迅速） ， 而是它的疯狂——瞬间就会将处于其中的任何东西（你们）的距离由“咫尺”变“天涯” ， 并永远不得再见 。
经过10-35秒 ， 你们距离是最初的2倍；2×10-35秒后 ， 距离变为的4倍；3×10-35秒后 ， 距离是8倍；4×10-35秒后 ， 16倍 。
如果你还忍心 ， 可以继续算下去 。 经过10-34秒 ， 你们相隔距离是原先的1024倍；10-33秒后 ， 它将是1030倍；10-30秒后 ， 是1030000倍……
任意形状的空间
如此疯狂的膨胀 ， 它空间本身应该是什么样子的呢？
这似乎并不重要 ， 你可以想象成是各种各样的形状：球形的、打结的、扭曲的等等 。 它可能充满了拓扑缺陷 ， 并且整个过程中都有漏洞 ， 它可能以奇怪的方式在多个地方连接 ， 它甚至可能存在于微小的亚原子颗粒内……
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你如何想象都可以 ， 因为不管空间的初始形状如何 ， 膨胀期间 ， 它都会被拉伸到相对于你是无限的大 ， 以至于无论你从哪个角度看 ， 它都是平坦的（就像我们站在地球上 ， 无论怎么看 ， 地球都是平的一样） 。
膨胀如此强大的拉伸能力 ， 这股力量是从哪来的呢？它来自于空间本身固有的能量 。
膨胀会创建出新的空间 ， 而这些新的空间 ， 又同样具有相同的内在能量 。 新的空间将再创建的空间……
膨胀会结束吗？
【大科技杂志社|宇宙之初：大膨胀宇宙膨胀时是什么样的？】膨胀并非在宇宙（整个膨胀场）各个区域都会永远持续下去 ， 当每次创建新空间时 ， 它都有一定的（很小）概率会终止 。
膨胀场是一个量子场 ， 它随时间而扩展 ， 在不同区域会有不同的值 。 尽管有的区域结束了膨胀——比如我们“可观测的宇宙”所处的区域 ， 但更多区域——比如可观测宇宙之外的区域——将继续膨胀 。 所以在无限大的尺度上 ， 膨胀是永恒的 。
那么 ， 在什么情况下膨胀会结束呢？
如果把膨胀描绘成一个在山顶上缓慢滚动的球（因为整个膨胀场很多区域都在膨胀 ， 所以实际上会有很多这样的球） ， 那么 ， 当球从山顶滚入山谷时 ， 它就会结束 。 
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当膨胀创建新的空间时 ， 球就会往一侧滚动 ， 往哪一侧滚动 ， 更接近山顶还是更接近山谷 ， 它是随机的 。 如果球滚向山顶 ， 那它将继续膨胀 ， 产生新的空间 。 如果球滚入山谷 ， 那么膨胀就结束了 ， 能量随即转化为大爆炸的能量 ， 剩下的就是大爆炸的故事了 。
膨胀结束后 ， 空间固有能量又是如何转化为大爆炸能量的呢？
只要膨胀继续下去 ， 空间就会继续被各种尺度的能量波动所充满 ， 从而形成一个特别的空间结构——看起来像连续振动的网格 ， 并且会在所有尺度上产生引力波 。
最后 ， 膨胀结束（指某个区域） 。 （该区域）所有空间固有的能量 ， 在不同位置 ， 值略微不同 ， 且都在下降 。 这些能量 ， 会不断转化为物质、反物质、辐射 ， 并创建出一个温度很高、密度很大 ， 且温度和密度都处处均匀的宇宙 。 
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这种过渡被称为“宇宙再加热” ， 它标志着膨胀阶段的结束 ， 大爆炸的开始 。 这时 ， 宇宙中能量涨落变成了密度涨落 。 正是这密度涨落 ， 导致了如今我们“可观测的宇宙”大规模结构的产生 。
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