Có một trở ngại nghiêm trọng đối với việc ngoại suy phương trình Friedmann ngược dòng thời gian, đó là khoảng 13,7 tỉ năm trước phương trình trở thành kì dị. Mật độ và nhiệt độ trở nên vô hạn và lí thuyết tương đối tổng quát cổ điển bị phá vỡ. Như vậy Big Bang, cái tên mới đặt trong thời gian gần đây hơn nhiều, là điểm kì dị ban đầu của những nhà nghiên cứu buổi đầu thuộc thập niên 1920 và 1930.
Trong lí thuyết trên, chúng ta biết Big Bang là cái nên tránh. Một phản ứng thường gặp là viện dẫn cơ học lượng tử. Từ những hằng số cơ bản, tốc độ ánh sáng, hằng số hấp dẫn Newton và hằng số Planck, người ta có thể xây dựng một thời gian gọi là thời gian Planck, đó là một phần nhỏ xíu (10-44) của một giây. Người ta có thể nói vào thời gian ngắn như thế sau cái sẽ là Big Bang, lí thuyết tương đối tổng quát cổ điển phải bị phá vỡ. Sự hấp dẫn lượng tử phải giữ một vai trò nào đó nhưng cho đến nay chưa có một lí thuyết nào hoàn toàn thỏa mãn. Cho nên, người ta có thể cho rằng cơ học lượng tử là lối thoát. Thật vậy, toàn bộ một lĩnh vực gọi là vũ trụ học lượng tử đã được xây dựng dựa trên một quan niệm như thế.
Trong quyển sách này, chúng ta không đòi hỏi cơ học lượng tử theo kiểu như vậy mà sẽ khảo sát xem Big Bang có thể tránh được hay không trong một khuôn khổ cổ điển thuần túy.
____
Trước khi tiếp tục, có một giai thoại vui về xuất xứ của cái tên gọi Big Bang dường như có thể mô tả sự bắt đầu của vũ trụ. Trước khi kịch bản chúng ta vừa mô tả được xác nhận chắc chắn, một lí thuyết cạnh tranh là lí thuyết trạng thái ổn định cho rằng bất chấp sự giãn nở Hubble, vẫn có một trạng thái ổn định và không có sự bắt đầu vì sự liên tục sinh ra tự phát của những thiên hà mới. Là một cái tên chế nhạo dành cho lí thuyết kình địch, cái tên Big Bang được đặt ra bởi một nhân vật hàng đầu của lí thuyết trạng thái ổn định. Thật đáng tiếc cho Hoyle, chính lí thuyết Big Bang chứ không phải quan điểm của ông mới được những phép đo sau đó xác thực.
___
Có một quan điểm khác (chúng tôi sẽ trình bày quan điểm khác đó trong Chương 7) về Big Bang trong đó tuổi của vũ trụ cũng là vô hạn. Quá trình Big Bang, theo quan điểm đó, là cái xảy ra tuần hoàn, thật sự vô hạn, mang lại một số vô hạn những vũ trụ khác nhau trong đó vũ trụ mà chúng ta nhận thức chỉ là một. Về mặt kĩ thuật, lí thuyết này được gọi là sự lạm phát vĩnh viễn và vũ trụ thu được trở thành một đa vũ trụ vì những lí do rõ ràng.
Thật khó, nếu không nói là không thể, kiểm tra sự lạm phát vĩnh viễn vì những vũ trụ khác dường như sẽ mãi mãi ẩn mình trước tầm nhìn của chúng ta. Cơ hội tốt nhất của chúng ta có thể là thực hiện một phép xử lí xác suất của đa vũ trụ để ước tính xác suất của vũ trụ mà chúng ta quan sát có những tính chất mà nó có theo những thành phần cơ bản hay những viên gạch cấu trúc của nó. Một số nghiên cứu thật sự đang theo đuổi theo hướng này.
____
Trong quyển sách này, chúng ta sẽ giả sử sự bắt đầu của kỉ nguyên giãn nở hiện nay đã xảy ra chừng mười bốn tỉ năm trước và sau đó, như sẽ trình bày, là một thời kì lạm phát giãn nở nhanh. Thời kì lạm phát đó giải thích hai loại tính phẳng khác thường đã quan sát thấy. Chúng ta biết rằng có một sự đồng đều nhiệt độ đến một phần một trăm nghìn trong vũ trụ khi nó chỉ mới bốn nghìn năm tuổi. Rồi có một lân cận của mật độ quan sát thấy của vũ trụ đến một giá trị đặc biệt gọi là mật độ tới hạn mà nếu không có sự lạm phát sẽ đòi hỏi có sự can thiệp siêu nhiên trong vũ trụ sơ khai.
Sự lạm phát ngày nay xuất hiện trong hầu như mọi lí thuyết vũ trụ học, ở dạng này hoặc dạng khác. Như chúng tôi sẽ trình bày, nó có thể giải thích những tính chất phẳng nếu không sẽ khó hiểu của vũ trụ. Mặt khác, thật hết sức khó thực hiện những phép đo trực tiếp nhạy với một thời kì sớm như vậy, thời kì lạm phát xảy ra thậm chí còn sớm hơn một phần nghìn tỉ của một giây sau cái sẽ là Big Bang.
Những quan sát thông thường sử dụng bức xạ điện từ chỉ đi ngược đến vài trăm nghìn năm sau cái sẽ là Big Bang, hãy quá gần để cho chúng ta nghiên cứu sự lạm phát. Các nghiên cứu sự dồi dào của những nguyên tố nhẹ như helium và hydro khảo sát gián tiếp ngược đến thời điểm vũ trụ một giây sau cái sẽ là Big Bang. Các phép đo thiên văn học neutrino có khả năng khảo sát trực tiếp một thời kì ngang như vậy.
Cơ hội duy nhất quan sát trực tiếp thời kì lạm phát xuất hiện sẽ là bằng bức xạ hấp dẫn – những con sóng sinh ra bởi những trường hấp dẫn mạnh trong vũ trụ sơ khai. Khả năng quan sát bức xạ như thế phụ thuộc vào sự lạm phát xảy ra sớm bao nhiêu, càng sớm thì càng dễ phát hiện. Đối với sự lạm phát muộn, có vẻ hiện nay không thể phát hiện ra những sóng hấp dẫn như thế. Từ “hiện nay” là cần thiết, vì công nghệ sẽ phát triển và thiết bị khoa học vào cuối thế kỉ 21 sẽ cho phép những gì thật khó mà đoán trước. Đó là một bài học rút ra từ lịch sử vật lí: tuyên bố một cái gì đó là không thể là một dự đoán nguy hiểm.
