如上图所示的哈勃极深场(XDF)，已经揭示了宇宙中数千个星系的体积，这些星系只占天空的百万分之一。但是，即使有哈勃的所有力量，所有引力透镜的放大，仍然有一些星系在我们所能看到的之外，还有一些我们无法收集到的信息。
说到雄心壮志，除了对宇宙的一切了如指掌之外，我们很难再要求更多了。这是终极的科学梦想:不仅要尽可能全面和深入地理解控制现实的规律，而且要理解从宇宙诞生的那一刻到今天存在的每一个粒子是如何表现的。
但这个梦想不一定是我们能够实现的，即使有任意好的设备和理想的观测方法。尽管宇宙浩瀚无垠，但无论是现在还是将来，我们能观测到的那一部分仍然是有限的。在我们可观测的宇宙中，粒子数量有限，能量也有限，我们能收集到的信息也是有限的。以下是我们所知道的关于知识的科学极限。
大爆炸之后，宇宙几乎是完全均匀的，充满了物质、能量和辐射，处于快速膨胀的状态。随着时间的推移，宇宙不仅形成元素、原子、团簇和星团，形成恒星和星系，而且在整个时间里膨胀和冷却。没有其他选择可以与之媲美，但它并不能教会我们一切，包括(尤其是)最开始的时候。
想想宇宙大爆炸，以及我们今天居住的宇宙起源于一个膨胀和冷却的热的密集状态。回想一下这个时刻，大约138亿年前。尽管空间结构本身正在扩张，即使光线能够以最终的宇宙速度极限（光速）在太空中移动，但我们可以看到的距离有限。
无论空间结构的扩展速度有多快，光速的速度有多快，也不知道自大爆炸以来已经过了多少时间，这些属性都无穷无尽。因此，我们只能看到有限的距离，并且只有可见宇宙中包含的有限数量的物质。我们可以访问的信息量是有限的。
从我们的观点来看，可观察到的宇宙可能在所有方向上都是460亿光年，但是肯定有更多，不可观测的宇宙，甚至可能是无限的宇宙，就像我们之外的那样。随着时间的推移，我们将能够看到更多，最终显示出我们目前可以看到的大约2.3倍的星系。即使对于我们从未见过的部分，也有一些我们想要了解的内容。这似乎不是一项毫无结果的科学努力。
我们历史上的许多发现使我们能够更好地了解我们周围的宇宙。即使我们不了解一切，但仍有大量的知识来源使我们能够对我们的宇宙作出深远的结论。我们知道它在物质，能量，辐射等方面的构成。
我们知道在我们的银河系中有多少恒星（约4000亿）以及整个可见宇宙中存在多少个星系（约2万亿）。我们知道宇宙如何聚集成星系团，星团和细丝，以及它们如何被巨大的宇宙空隙分开。我们知道定义这些结构的宇宙距离的规模，以及宇宙如何随着时间的推移而演变。
由重子声振荡引起的聚类模式的图示，其中在距离任何其他星系一定距离处发现星系的可能性由暗物质，正常物质和包括中微子在内的所有类型的辐射之间的关系控制。随着宇宙的扩展，这个特征距离也会扩展，使我们能够随着时间的推移测量哈勃常数，暗物质密度和其他宇宙学参数。大规模结构和普朗克数据必须达成一致。
这是一个非凡的故事，在大爆炸和广义相对论的框架内完美地融合在一起。当我们发现星系的测量距离与我们的明显衰退速度相关时，它提供了一种有趣且具有革命性的可能性。也许星系并非都在远离我们的位置，但太空结构本身正在扩大。
如果是这种情况，那么宇宙不仅应该扩张而是冷却，因为随着时间的推移，光的波长会被拉伸到越来越低的能量。我们应该看到一种剩余的光芒，其特征可以追溯到最早的时期：宇宙微波背景。我们应该看到一个不断发展的宇宙结构网络。我们应该看到，最早的天然气云应该具有特定比例的轻元素，根本不存在重元素。
宇宙膨胀的视觉历史包括被称为大爆炸的热的密集状态以及随后的结构的生长和形成。全套数据，包括对轻元素和宇宙微波背景的观察，只留下大爆炸作为我们所见所有人的有效解释。随着宇宙膨胀，它也会冷却，使离子，中性原子，最终分子，气体云，恒星，以及最终形成星系。
所有这些预测以及更多关于早期宇宙的预测和验证。这导致了当前宇宙事务的状态，在那里我们了解到我们的宇宙开始于一个更热，更密集，更均匀和更迅速扩张的状态：这就是我们所知道的热门大爆炸。
因此宣称大爆炸是开始是非常诱人的。你可能会认为，如果我们能够理解起点和管理现实的规律，我们就能知道所有存在中发生的一切。我们所需要做的就是采用物理定律并推断出来。但是，当我们天真地推断回到宇宙的早期阶段并将我们期望的东西与我们观察到的东西进行比较时，会有一些重大的惊喜。
如果宇宙的密度稍微高一些（红色），它就会重新坍塌; 如果它只有一个稍低的密度，它会扩大得更快，变得更大。宇宙大爆炸本身没有解释为什么宇宙诞生时的初始膨胀率如此完美地平衡了总能量密度，根本没有留下空间曲率的余地。我们的宇宙在空间上看起来非常平坦。
你可以看到，如果你试图在宇宙开始的任意热，密集状态的框架内一直回到最初，那么就会出现一些重大谜题。
除非初始膨胀率和初始能量密度完全平衡，否则宇宙将几乎立即扩展为遗忘或重新叠加，永远不会形成恒星或星系。
宇宙会在不同的方向上产生不同的温度 - 据说它没有 - 除非某些东西导致温度达到相同的温度。
宇宙中充满了从未被发现的高能量遗物，这是过去任意外推的结果。
然而，当我们观察宇宙时，它确实有恒星和星系，它在各个方向都是相同的温度，它没有这些高能量的遗物。
在顶部面板中，我们的现代宇宙具有相同的属性（包括温度），因为它们来自具有相同属性的区域。在中间面板中，可能具有任意曲率的空间被膨胀到我们今天无法观察到任何曲率的点，从而解决了平坦度问题。在底部面板中，预先存在的高能量文物被冲走，为高能量遗物问题提供了解决方案。这就是通货膨胀如何解决大爆炸无法解释的三大难题。
这些问题的解决方案是宇宙膨胀理论，它用一个指数膨胀空间的时期取代了奇点的概念，并预测了大爆炸本身所不具备的那些初始条件。此外，通货膨胀对我们在宇宙中看到的内容做了六个其他预测：
1.在大爆炸中达到的最高温度远低于普朗克能量等级。
2.自大爆炸以来，超级地平线波动的存在，或大于光的尺度上的温度/密度波动可能已经遍历。
3.密度波动是100％绝热和0％异质性。
4.几乎完美的尺度不变的密度波动，但在大尺度上比小尺度略大。
5.一个几乎完全平坦的宇宙，量子效应产生0.01％或更低的曲率。
6.一个宇宙充满了原始的引力波背景，它应该印在宇宙大爆炸的剩余光芒上。
其中前五个已经过我们观察能力的最佳验证或验证，而第六个仍然低于我们的检测阈值。
宇宙微波背景辐射的涨落,以COBE(大尺度),威尔金森微波各向异性探测器(中间尺度),和普朗克(小尺度),都是符合不仅带来一组尺度不变的量子涨落,但如此之低的大小,他们不可能出现从任意热,密集的国家。水平线表示(来自膨胀的)初始波动谱，而波动谱表示引力和辐射/物质相互作用如何在早期形成膨胀的宇宙。宇宙背景拥有一些支持宇宙膨胀的最有力的证据。
但现在，我们遇到了一个问题。就知道关于我们存在的一切的想法而言，这是一个大的，存在主义的，持有电话的问题。我们今天能够看到周围的宇宙，并利用现有的证据来构建宇宙大爆炸的概念，然后做出新的预测来为我们自己测试大爆炸。
大爆炸未解决的问题和无法解释的难题为我们发展宇宙膨胀铺平了道路，宇宙膨胀再现了宇宙大爆炸的成功，解释了这些难题，然后自己做出了具有可观察结果的新预测。
所有这些都是科学成功的一个壮观例子。但它应该让你想要更多。当然，关于我们起源的下一个逻辑问题就变成了：宇宙通货膨胀来自哪里？
我们的整个宇宙历史在理论上是很好理解的，但只是定性的。通过观察确认和揭示我们宇宙过去的各个阶段，就像第一个恒星和星系形成时，以及宇宙如何随着时间的推移而扩展，我们才能真正了解我们的宇宙。在炎热的大爆炸之前，我们的宇宙中存在的遗物签名来自通货膨胀状态，这给我们提供了一种独特的方式来测试我们的宇宙历史。
宇宙膨胀是一种过去永恒的状态，意味着它没有起源并且一直存在，直到它结束并创造了大爆炸的那一刻？
通货膨胀是一个暂时的暂时状态，它在过去的某个有限时间内从非通货膨胀的时空出现了吗？
通货膨胀是一个周期性状态的一小部分，时间从一个遥远的未来状态回到自身，宇宙将再次开始膨胀？
这些听起来像有趣，困难，引人注目的问题，以及引人入胜的有趣可能性。当然，知道我们宇宙的来源不仅仅涉及大爆炸，而是知道大爆炸的来源。如果答案是宇宙膨胀，那么我们就想知道宇宙膨胀来自哪里。
从膨胀到宇宙微波背景的B模极化所留下的引力波的贡献具有已知的形状，但其幅度取决于具体的膨胀模型。这些来自通货膨胀引力波的B模式尚未被观察到：通货膨胀的六大预测中唯一没有强有力的观测证据对其有利。
但我们无法知道。这就是我们遇到宇宙中包含的信息的基本限制的地方，这是我们必须了解宇宙本身的唯一方式。在我们的宇宙中，我们无法观察到任何东西，它们使我们能够区分这三种可能性。
除了最人为的通货膨胀模型之外（其中一些已被排除），只有最后10到33秒左右的通货膨胀才会影响我们的宇宙。通货膨胀的指数性质消除了之前发生的任何信息，将它与我们可以观察到的任何信息分开，并将其膨胀到我们可以观察到的宇宙部分之外。
从通货膨胀和大爆炸的开始，我们可以追溯我们的宇宙历史。暗物质和暗能量是今天必需的成分，但是当它们起源尚未确定时。这是我们的宇宙如何开始的共识，但它总是需要修改更多更好的数据。请注意，在我们可观察的宇宙中，通货膨胀的开始，或者在最后10 ^ -33秒之前有关通货膨胀的任何信息都不再存在。
我们剩下的是一个巨大的可观察宇宙：
半径460亿光年，
包含大约2万亿个星系，
共有大约10个24星，
10 80个原子，
和近10 90个光子。
所有粒子，反粒子，辐射量子，甚至空间空间本身的能量总量总计约10 54公斤，包括暗物质和暗能量。
但那些天文数字大的数字仍然是有限的。此外，它们没有关于在通货膨胀的最后一小部分之前宇宙中发生的事情的信息。大多数可行的通货膨胀模型都没有留下通货膨胀开始的可测试的，可观察的特征，因此我们无法知道宇宙是如何 - 或者甚至 - 如何开始的。
概述目前已知的基本基本（和复合）粒子和力。这里提出的一些想法仍然是推测性的。如果我们的目标是了解我们宇宙的一切，我们很遗憾只有我们自己的宇宙观察才能尝试获取这些信息。如果宇宙本身的动力已经消除了必要的信号，那么这样的事实对我们来说可能永远是模糊的。
宇宙中我们所能获得的信息总量是有限的，因此，我们所能获得的知识总量也是有限的。我们能获得的能量是有限的，我们能观察到的粒子和我们能进行的测量也是有限的。这并不意味着我们已经完成了，或者我们不应该努力学习我们绝对可以学习的一切。只有我们才能把知识的前沿尽可能地推回去。
还有很多东西需要学习，还有很多科学尚未揭示。如果我们继续看下去，许多目前未知的东西可能在不久的将来就会消失。但可知的是有限的，这意味着必然有一些事情我们可能永远不会知道。宇宙也许是无限的，但我们对它的认识永远不会是无限的。
