Hur blev universum att bli?
Det är kanske det största Great Mystery och roten till alla andra. Mänsklighetens största frågor - Hur började livet? Vad är medvetande? Vad är mörk materia, mörk energi, gravitation? - härrör från det.
"Alla andra mysterier ligger nedströms om denna fråga," sade Ann Druyan, författaren och änkan av astronomen Carl Sagan. "Det betyder för mig eftersom jag är mänsklig och inte gillar att inte veta."
Även när teorierna som försöker lösa detta mysterium blir allt mer komplexa, spöks forskare av möjligheten att några av de mest kritiska länkarna i deras resonemang är fel.
Grundläggande mysterier
Enligt standard Big Bang-modellen föddes universum under en inflationsperiod som började för cirka 13,8 miljarder år sedan. Som en snabbt expanderande ballong svällde den från en storlek mindre än en elektron till nästan sin nuvarande storlek inom en liten bråkdel av en sekund.
Ursprungligen genomsyrades universum endast av energi. En del av denna energi samlades in i partiklar, som samlades i lätta atomer som väte och helium. Dessa atomer klumpade först in i galaxer, sedan stjärnor, inuti vars eldiga ugnar alla andra element smiddes.
Detta är den allmänt överenskomna bilden av vårt universums ursprung som avbildats av forskare. Det är en kraftfull modell som förklarar många av de saker som forskarna ser när de ser upp på himlen, till exempel rymdtidens anmärkningsvärda jämnhet på stora skalor och jämn fördelning av galaxer på motsatta sidor av universum.
Men det finns saker med den här historien som gör vissa forskare oroliga. För det första kan idén att universum genomgick en period av snabb inflation tidigt i dess historia inte testas direkt, och den förlitar sig på att det finns en mystisk form av energi i universums början som sedan länge har försvunnit.
"Inflation är en extremt kraftfull teori, och ändå har vi ingen aning om vad som orsakade inflation eller om det till och med är rätt teori, även om det fungerar extremt bra," sa Eric Agol, en astrofysiker vid University of Washington.
För vissa forskare är inflation ett klumpigt tillskott till Big Bang-modellen, en nödvändig komplexitet som bifogas för att den ska passa med observationer. Detta skulle inte vara det sista tillskottet.
"Vi har också lärt oss att det måste finnas mörk materia i universum, och nu mörk energi," sa Paul Steinhardt, en teoretisk fysiker vid Princeton University. "Så sättet som modellen fungerar idag är att du säger:" OK, du tar lite Big Bang, du tar lite inflation, du stämmer in det för att ha följande egenskaper, sedan lägger du till en viss mängd mörk materia och mörk energi. " Dessa saker är inte kopplade till en sammanhängande teori. "
Steinhardt oroar sig för att kosmologer agerar mer som ingenjörer än forskare. Om en observation inte matchar den nuvarande modellen, kopplar de en annan komponent eller tänker på befintliga för att passa. Komponenterna är inte anslutna och det finns ingen anledning att lägga till dem förutom att matcha observationer. Det är som att försöka fixa en gammal bil genom att lägga till nya delar från nyare men olika modeller. Dessa delar kan fungera på kort sikt, men så småningom behöver du en ny bil.
Ett ageless universum
Under de senaste åren har Steinhardt arbetat med Anna Ijjas, en teoretisk fysiker vid Harvard University, på ett radikalt alternativ till standard Big Bang-modellen.
Enligt deras idé, kallad studsande kosmologi, föddes universum inte bara en gång, utan möjligen flera gånger i oändliga cykler av sammandragning och expansion. Teorin ersätter "big bang" med en "big Bounce", som smidigt förbinder perioder med sammandragning och expansion av universum och löser många av de problem som plågar inflationsteorin.
Paret hävdar att deras ekpyrotiska, eller "cykliska" teori skulle förklara inte bara inflationen, utan även andra kosmiska mysterier, inklusive mörk materia, mörk energi och varför universum verkar expandera vid ett ständigt accelererande klipp.
Medan kontroversiell, studsande kosmologi höjer möjligheten att universum är ageless och självförnyande. Det är kanske ännu mer otrolig inspirerande än ett universum med en bestämd början och slut, för det skulle betyda att stjärnorna på himlen, även de äldsta, är som kortlivade eldflugor i det stora tingen.
"Jag skulle vilja hoppas att den ansträngning som samhället strömmar in i vetenskaplig forskning gör oss närmare de grundläggande sanningarna och inte bara ett sätt att göra användbara verktyg", säger Kaliforniens tekniska institut för astronom Richard Massey. "Men jag är lika livrädd för att ta reda på att allt jag vet är fel och hoppas i hemlighet att jag inte gör det."
Denna artikel uppdaterades 27 juni 2019 av Live Science-bidragsgivaren Tim Childers.
