沒有人看到宇宙大爆炸，那么科學家怎么知道它發生了呢？

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，從宗教學者、哲學家到現代作家和宇航員，每一個人都試圖解釋萬物真正的起源。

當今科學界和學術界的主導學說是“宇宙大爆炸”學說，而鑒于有越來越多的證據證明這一不可思議的事件，許多人不再認為“大爆炸”是一種理論。然而，如果140億年前沒有人活著，我們怎么知道大爆炸是否真的發生了呢?

“大爆炸”簡介

簡單地說，大爆炸理論認為我們生活在一個不斷膨脹的宇宙中，這個宇宙大約有140億年的歷史，在宇宙誕生的最初時刻，宇宙中的所有物質都從一個被稱為奇點的無限密度點爆發出來。這種物質(亞原子粒子)是在宇宙形成的最初幾微秒內形成的，當它向外膨脹時，需要數十萬年的時間才能聚合。這些亞原子粒子形成了質子，這些質子由于引力而結合在一起形成簡單的元素，最終形成了恒星、星系、小行星、星云、衛星、樹木、河流以及宇宙中的所有其他物質。

圖解：大爆炸的各個階段

“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態理論)。然而，大爆炸的可觀測證據早在幾十年前就被發現了，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觀測到的現象，它已成為天文學領域的主流理論。

但是我們怎么知道呢?

宇宙越來越“膨脹”

有時，科學必須以退為進，發展理論來解釋觀察結果，而不是提出假設并加以檢驗。大爆炸就是一個很好的例子。當我們觀察宇宙中遙遠的星系和恒星時，一種奇特的現象出現了——它們都在遠離我們。這讓我們相信，我們生活在一個不斷膨脹的宇宙中，當你把時鐘往回撥到最初的時候，就會發現，一切都是從一個單一的點開始的，從那個奇異的時刻(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離我們，這是由于那些天體的主導“紅移”。從本質上講，當一個物體遠離我們(觀察者)時，我們探測到的光波被拉伸得更大，使它們的顏色更紅，而不是當一個物體向我們移動時變化那么大。

宇宙微波背景

當人類想到光時，它是一個相當狹窄的概念，因為可見光在整個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，對天文學家和科學家研究宇宙和了解宇宙的歷史是極其重要的。

圖解：可觀測宇宙的宇宙微波背景

在大爆炸的那一刻，大量的能量和物質被釋放出來，用光充滿了整個宇宙(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散，以一種統一的方式充滿了宇宙。通常，當我們檢測到光時，我們可以確定紅移或藍移(如上所述)，因為它來自一個固定的光源。然而，我們可以探測到強度相同、從各個方向發出的微波，這表明它們從一開始就存在。科學家們恰當地將其命名為“宇宙微波背景”。

宇宙膨脹和引力波

在大爆炸之后，一個被稱為“宇宙膨脹”的時期理論上已經發生了。在宇宙歷史的這段時間里，產生了引力波和密度波。自2015年9月24日LIGO首次探測到引力波以來，近幾個月來引力波已經成為人們關注的焦點。

引力波本質上是時空結構中的波紋，是愛因斯坦狹義相對論的重要組成部分。隨著我們探測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到現有的引力波。換句話說，我們的觀測和證據繼續支持大爆炸理論。

宇宙的成熟

現在的理論認為，最早的星系在大爆炸后大約10億年形成，從那時起，星系和星云的成熟導致了星系團和更大的恒星形成。隨著時間的推移，恒星和整個星系都會死亡和燃盡，但它們的殘余仍然可以被發現。當我們觀察宇宙中較老的區域時，相對于那些古老的星系和那些“年輕”的星系而言，我們會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，隨著時間的推移，外觀的變化非常明顯。

還有什么謎團嗎?

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

還有一些爭論點，例如宇宙的形狀和最終的命運。我們會永遠擴張，直到所有的能量都消耗殆盡（大凍結理論），還是我們會以“大坍塌”結束，宇宙中的所有物質最終都會回歸到一個奇點，重新開始整個大爆炸過程？

圖解：各種宇宙形狀理論

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