沒有人看到宇宙大爆炸，那么科學(xué)家怎么知道它發(fā)生了呢？

生活中很少有東西比宇宙的廣闊無垠更能引起人們的好奇心和迷戀，縱觀歷史，從宗教學(xué)者、哲學(xué)家到現(xiàn)代作家和宇航員，每一個(gè)人都試圖解釋萬物真正的起源。

當(dāng)今科學(xué)界和學(xué)術(shù)界的主導(dǎo)學(xué)說是“宇宙大爆炸”學(xué)說，而鑒于有越來越多的證據(jù)證明這一不可思議的事件，許多人不再認(rèn)為“大爆炸”是一種理論。然而，如果140億年前沒有人活著，我們?cè)趺粗来蟊ㄊ欠裾娴陌l(fā)生了呢?

“大爆炸”簡(jiǎn)介

簡(jiǎn)單地說，大爆炸理論認(rèn)為我們生活在一個(gè)不斷膨脹的宇宙中，這個(gè)宇宙大約有140億年的歷史，在宇宙誕生的最初時(shí)刻，宇宙中的所有物質(zhì)都從一個(gè)被稱為奇點(diǎn)的無限密度點(diǎn)爆發(fā)出來。這種物質(zhì)(亞原子粒子)是在宇宙形成的最初幾微秒內(nèi)形成的，當(dāng)它向外膨脹時(shí)，需要數(shù)十萬年的時(shí)間才能聚合。這些亞原子粒子形成了質(zhì)子，這些質(zhì)子由于引力而結(jié)合在一起形成簡(jiǎn)單的元素，最終形成了恒星、星系、小行星、星云、衛(wèi)星、樹木、河流以及宇宙中的所有其他物質(zhì)。

圖解：大爆炸的各個(gè)階段

“大爆炸”一詞第一次被使用是在1949年的一次廣播中，最初的意思是對(duì)該理論的批判(演講者不同意“大爆炸”的概念，而是更喜歡宇宙的穩(wěn)態(tài)理論)。然而，大爆炸的可觀測(cè)證據(jù)早在幾十年前就被發(fā)現(xiàn)了，阿爾伯特·愛因斯坦(Albert Einstein)等天才也使之廣為流傳。由于它解釋了宇宙中絕大多數(shù)觀測(cè)到的現(xiàn)象，它已成為天文學(xué)領(lǐng)域的主流理論。

但是我們?cè)趺粗滥?

宇宙越來越“膨脹”

有時(shí)，科學(xué)必須以退為進(jìn)，發(fā)展理論來解釋觀察結(jié)果，而不是提出假設(shè)并加以檢驗(yàn)。大爆炸就是一個(gè)很好的例子。當(dāng)我們觀察宇宙中遙遠(yuǎn)的星系和恒星時(shí)，一種奇特的現(xiàn)象出現(xiàn)了——它們都在遠(yuǎn)離我們。這讓我們相信，我們生活在一個(gè)不斷膨脹的宇宙中，當(dāng)你把時(shí)鐘往回?fù)艿阶畛醯臅r(shí)候，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，一切都是從一個(gè)單一的點(diǎn)開始的，從那個(gè)奇異的時(shí)刻(大爆炸)開始，一切都在向外膨脹。

膨脹的宇宙

我們知道宇宙中幾乎所有的東西都在遠(yuǎn)離我們，這是由于那些天體的主導(dǎo)“紅移”。從本質(zhì)上講，當(dāng)一個(gè)物體遠(yuǎn)離我們(觀察者)時(shí)，我們探測(cè)到的光波被拉伸得更大，使它們的顏色更紅，而不是當(dāng)一個(gè)物體向我們移動(dòng)時(shí)變化那么大。

宇宙微波背景

當(dāng)人類想到光時(shí)，它是一個(gè)相當(dāng)狹窄的概念，因?yàn)榭梢姽庠谡麄€(gè)光譜中只占很小的一部分。然而，其他形式的光，如x射線、紅外光和微波，對(duì)天文學(xué)家和科學(xué)家研究宇宙和了解宇宙的歷史是極其重要的。

圖解：可觀測(cè)宇宙的宇宙微波背景

在大爆炸的那一刻，大量的能量和物質(zhì)被釋放出來，用光充滿了整個(gè)宇宙(最初是很小的)。在過去的138億年里，光或多或少一直在膨脹和擴(kuò)散，以一種統(tǒng)一的方式充滿了宇宙。通常，當(dāng)我們檢測(cè)到光時(shí)，我們可以確定紅移或藍(lán)移(如上所述)，因?yàn)樗鼇碜砸粋€(gè)固定的光源。然而，我們可以探測(cè)到強(qiáng)度相同、從各個(gè)方向發(fā)出的微波，這表明它們從一開始就存在。科學(xué)家們恰當(dāng)?shù)貙⑵涿麨椤坝钪嫖⒉ū尘啊薄?/p>

宇宙膨脹和引力波

在大爆炸之后，一個(gè)被稱為“宇宙膨脹”的時(shí)期理論上已經(jīng)發(fā)生了。在宇宙歷史的這段時(shí)間里，產(chǎn)生了引力波和密度波。自2015年9月24日LIGO首次探測(cè)到引力波以來，近幾個(gè)月來引力波已經(jīng)成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。

引力波本質(zhì)上是時(shí)空結(jié)構(gòu)中的波紋，是愛因斯坦狹義相對(duì)論的重要組成部分。隨著我們探測(cè)引力波的能力的提高，我們有可能從大爆炸后的幾秒鐘就探測(cè)到現(xiàn)有的引力波。換句話說，我們的觀測(cè)和證據(jù)繼續(xù)支持大爆炸理論。

宇宙的成熟

現(xiàn)在的理論認(rèn)為，最早的星系在大爆炸后大約10億年形成，從那時(shí)起，星系和星云的成熟導(dǎo)致了星系團(tuán)和更大的恒星形成。隨著時(shí)間的推移，恒星和整個(gè)星系都會(huì)死亡和燃盡，但它們的殘余仍然可以被發(fā)現(xiàn)。當(dāng)我們觀察宇宙中較老的區(qū)域時(shí)，相對(duì)于那些古老的星系和那些“年輕”的星系而言，我們會(huì)看到他它們基本的差異。

這表明宇宙仍在成熟和變化，回顧大爆炸年代就像翻閱年鑒一樣，隨著時(shí)間的推移，外觀的變化非常明顯。

還有什么謎團(tuán)嗎?

盡管過去一個(gè)世紀(jì)的許多觀測(cè)和發(fā)現(xiàn)有助于支持大爆炸理論，但仍有一些方面讓現(xiàn)代天文學(xué)家感到困惑。例如，暗能量和暗物質(zhì)的作用還沒有被完全理解，但人們懷疑它們與觀測(cè)到的宇宙膨脹加速度有關(guān)。(是的，我們不僅向外擴(kuò)張，而且還在加速)。

還有一些爭(zhēng)論點(diǎn)，例如宇宙的形狀和最終的命運(yùn)。我們會(huì)永遠(yuǎn)擴(kuò)張，直到所有的能量都消耗殆盡（大凍結(jié)理論），還是我們會(huì)以“大坍塌”結(jié)束，宇宙中的所有物質(zhì)最終都會(huì)回歸到一個(gè)奇點(diǎn)，重新開始整個(gè)大爆炸過程？

圖解：各種宇宙形狀理論

我們可以肯定，關(guān)于大爆炸以及未來會(huì)有更多的問題，但我們每年都在尋找更多的答案。隨著我們的技術(shù)不斷進(jìn)步，我們的觀測(cè)也不斷驗(yàn)證我么的理論，我們幾乎不可能否認(rèn)生命、宇宙和一切的起源……那么大爆炸就是有意義的!