摘要：科学家们通过大爆炸理论告诉我们，宇宙并非永恒不变，而是有一个明确的起点，今日所见之万物皆是亿万年进化的产物。而此理论的提出，不仅与我们对宇宙的观察结果不谋而合，还提供了对宇宙起源的种种预见。

乔治-伽莫夫曾这样讲：宇宙只用了短短一小时就制造出了原子，百万年时间就制造出了恒星，却花了50亿年时间才制造出了人类！

科学家们通过大爆炸理论告诉我们，宇宙并非永恒不变，而是有一个明确的起点，今日所见之万物皆是亿万年进化的产物。而此理论的提出，不仅与我们对宇宙的观察结果不谋而合，还提供了对宇宙起源的种种预见。

那么，大爆炸理论的可信度究竟有多大？宇宙是否一直存在？首先，让我们探寻一下宇宙的构成。

夜空之下，群星闪烁，仅我们所在的银河系便星辰亿亿。但仰赖哈勃太空望远镜，我们得以洞察到遥远的宇宙深处，星系如珍珠般散落在星际空间。而我们拥有多种技术手段测量这些星系与我们的距离。

最直观的方法便是通过观测星系中的单个恒星来进行测距。

为此，我们需要深入了解恒星的工作原理。新星、变星、乃至壮观的超新星爆发，它们无一不昭示着恒星的内在亮度和表观亮度。通过测量恒星的内在亮度以及它在我们眼中的亮度，我们便能计算出恒星的距离。

还有多普勒效应，它使得向我们靠近的物体发出的光偏向蓝端，而远离我们的物体发出的光偏向红端。通过分析星系的光谱线，我们可以得知星系是在靠近我们还是在远离我们，并测量它们的移动速度。

通过对星系距离和红移关系的观察，我们发现星系距离我们越远，其远离我们的速度就越快。或者说，更准确地，越远的星系其红移值越大。尽管哈勃本人未能揭示星系远离我们的原因，但我们现已知晓这一规律在宇宙各向同性区域，超过十亿光年以外的星系中普遍适用。仅此一点，便足以否定一个恒稳态的宇宙模型。

那么，究竟是什么导致了物体距离我们越远，其光的红移越明显呢？这一现象本身提供了多种可能的解释，包括：

光在传播过程中会逐渐疲劳，失去能量；

宇宙可能在进行周期性的振动，收缩与扩张交错；

宇宙常数，如光速或引力常数，可能随时间发生变化；

宇宙在高速旋转，远离我们的星系带有未被观测到的大规模平移运动。

以上种种理论都预示了不同的现象，原则上这些预测是可以通过观察来验证的，并能帮助我们将这些理论相互区分。而在20世纪40年代，乔治·伽莫夫和他的学生拉尔夫·阿尔弗、罗伯特·赫尔曼却提出了一个与众不同的观点。

伽莫夫的理论认为，红移是由宇宙的膨胀引起的，且过去宇宙的膨胀速度更快。随着时间推移，宇宙会逐渐降温、膨胀并减速。

与上述理论一样，伽莫夫的理论也做出了若干惊人的预测。如果我们追溯至过去，宇宙的密度和温度将不断升高，会发生什么呢？

实际上，如果我们追溯得足够远，宇宙的高温将会使得原子无法形成稳定的中性状态！然而在一个膨胀的宇宙中，那些曾电离原子的辐射如今应已降温，并均匀分布在整个空间中，这些辐射在光谱上会表现为微波辐射。此外，遗留的辐射应呈现出一种非常特殊的光谱类型，即黑体光谱。

尽管在20世纪40年代观测技术尚显原始，但伽莫夫的预言并未因此停步。

我们先前讨论了单个原子。那么单个原子核呢？在一定温度下，原子核同样会被辐射能量瓦解，在这样的高温下，宇宙中不会形成比单个质子、中子或电子更为复杂的结构。

然而，宇宙的膨胀和降温是持续不断的，在某个时刻，随着温度的下降，宇宙的第一步便是质子和中子结合，形成了氘。可以理解为，在适当的温度和密度下，宇宙在某个时间段内进行了简单的核聚变，通过向氘添加更多的质子和中子，制造出更重的元素。

或许，宇宙中的丰富元素便是由此产生。

实际上，宇宙模型究竟如何？大爆炸理论和许多其他理论曾在科学界引发长时间的讨论。因为理论是预测可能发生的事件的工具，但一个理论是否正确必须依靠观察和实验数据的支持，或者这些数据可以帮助我们确定哪些理论是最佳和最有效的。

在贝尔实验室工作的阿诺·彭齐亚斯和鲍勃·威尔逊（上图）使用喇叭天线研究宇宙中的微波辐射。他们发现，虽然银河系平面上存在某些特定的微波辐射，但整个天空中却充满了低温噪声。他们甚至清理了天线口的大量鸟粪，赶走了周围的鸟，但噪声依旧存在。

他们对遍布天空的低温噪声感到困惑，不确定其成因。这正是伽莫夫预言的宇宙大爆炸的遗留辐射。但辐射的光谱是怎样的呢？直到20世纪90年代的COBE任务、以及之后的WMAP和普朗克巡天计划中，通过精确测量微波辐射，我们才得到了准确的验证。

大爆炸理论以不可辩驳的精确度，预言了均匀分布在整个天空、充满宇宙的微波辐射。

最后一个部分，大爆炸理论所预言的轻元素丰度如何呢？我们的预测是，大爆炸会形成一个由大约75%的氢、23%的氦、少量的氘、氦-3以及极少量的锂组成的宇宙。在微波辐射的光谱中，我们看到了什么？

大爆炸理论自20世纪40年代起开始成形，其预测能力与观测结果极为吻合。根据广义相对论，我们可以在宇宙的大规模结构中考虑各种奇特现象，如磁单极子、宇宙弦、磁畴壁、宇宙常数、中微子、暗物质、暗能量、空间曲率，以及原子和光子。所有这些现象在大规模结构中都会呈现出独特的观察结果。

通过对微波背景波动的测量，我们发现宇宙初期存在一些暗物质，有宇宙常数，少量的中微子，剩下的主要是原子和光子。这与大爆炸理论的预测不谋而合。

大爆炸理论的初始条件似乎不需要精细调节便能产生一个充满如此众多物质的宇宙？那么，宇宙中的物质是如何来的？

解决之道便是宇宙暴涨理论，它可以解释大爆炸的发生。

大爆炸理论是目前为止最为成功的宇宙理论。其他所有理论都在过程中遭遇挫折，包括光的疲劳理论、霍伊尔的稳态理论以及阿尔文的等离子宇宙学。

谨慎地说，如果要给出一个概率的话，从宇宙的诞生至今，大爆炸有99.9%的可能是正确的。这就是为什么我们深信，一切皆始于一场伟大的爆炸！

来源：宇宙探索