“宇宙不到一小時就造出了原子，幾百萬年就造出了恒星和行星，而造出人類卻用了50億年！”——喬治·伽莫夫

大爆炸宇宙模型告訴我們宇宙是有起源的，萬物是經(jīng)過數(shù)億年的演化發(fā)展至今的。而這個模型的提出也給出了我們很多關(guān)于宇宙起源的預(yù)測，并與我們的觀察結(jié)果相符！

那么大爆炸模型的正確幾率有多大？還是說宇宙一直都存在？我們就先來看看宇宙中有什么？

宇宙中有什么

我們的夜空中布滿了恒星，而僅在我們的銀河系就有數(shù)千億顆恒星。但是在恒星之外，我們現(xiàn)在很容易用哈勃太空望遠(yuǎn)鏡看到，有大量的星系散布在宇宙空間中！我們目前也有許多可操作性的技術(shù)來測量宇宙中的星系離我們有多遠(yuǎn)。

最簡單的一方法就是哈勃本人發(fā)現(xiàn)的，通過觀察星系中的單個恒星來測量星系的距離。

我們首先要對恒星做大量的研究工作，知道恒星是如何工作的！從新星到各種類型的變星，再到壯觀的超新星爆發(fā)，它們都有一個共同的特點(diǎn)！就是內(nèi)稟亮度和表觀亮度。所以我們通過觀察一顆恒星首先知道它本身有多亮（內(nèi)稟亮度），然后測量這顆恒星看起來有多亮（表觀亮度），根據(jù)距離和光度關(guān)系，我們就可以算出這顆恒星離我們有多遠(yuǎn)。

還有一點(diǎn)就是多普勒效應(yīng)，向我們移動的物體發(fā)出的光會向光譜的藍(lán)端移動，而遠(yuǎn)離我們的物體發(fā)出的光會向紅端移動，通過測量星系的光譜線，從而發(fā)現(xiàn)星系是在向我們移動還是在遠(yuǎn)離我們，以及移動的速度有多快。

通過對星系光度的測量我們發(fā)現(xiàn)了什么？以及一些可能的理論

通過觀察星系的距離和紅移關(guān)系，我們發(fā)現(xiàn)星系離我們越遠(yuǎn)，遠(yuǎn)離我們的速度就越快！或者，更準(zhǔn)確地說離我們越遠(yuǎn)的星系觀測到的紅移越大。哈勃本人并不知道星系為什么會遠(yuǎn)離我們，但這個關(guān)系（哈勃定律）我們現(xiàn)在已經(jīng)知道在宇宙各個方向上，超過10億光年以外的星系都是成立的。就這一點(diǎn)我們就可以否定一個穩(wěn)恒態(tài)的宇宙，也就是永恒存在的宇宙。

那么是什么原因造成了物體離我們越遠(yuǎn)，光的紅移越明顯？就其本身而言，這一觀察結(jié)果就提供了許多可能的解釋，包括:

• 光會疲勞，隨著時間的推移會失去能量，
• 宇宙在振蕩，隨著時間的推移會收縮和膨脹，而我們只是正好處在膨脹的階段，
• 宇宙常數(shù)，比如光速，或者引力常數(shù)，隨著時間的推移發(fā)生了變化，
• 宇宙穩(wěn)定而均勻地膨脹，并隨著膨脹而產(chǎn)生新的物質(zhì)
• 宇宙在快速旋轉(zhuǎn)，而遠(yuǎn)離我們的星系有很大的、無法觀察到的平移運(yùn)動。

以上的思想都預(yù)測了不同的現(xiàn)象，而這些預(yù)測在原則上是可以通過觀察來檢驗的，并使我們能夠把這些思想彼此區(qū)分開來。但在20世紀(jì)40年代，喬治·伽莫夫以及他的學(xué)生拉爾夫·阿爾弗和羅伯特·赫爾曼所提出來的想法與以上的思想都不同。

喬治·伽莫夫的大爆炸模型，以及一些預(yù)測

伽莫夫的想法是：紅移是因為宇宙在膨脹，而且過去宇宙的膨脹速度更快！隨著時間的推移宇宙會冷卻、膨脹和減速。

和其他的想法一樣，伽莫夫的理論做出了一些驚人的預(yù)測。如果我們回到過去，讓宇宙變得密度、溫度越來越高，會發(fā)生什么？

實(shí)際上，如果我們往回追溯得足夠遠(yuǎn)，宇宙就會因為溫度太高，而無法形成穩(wěn)定的中性原子！但在一個膨脹的宇宙中，電離這些原子的輻射，現(xiàn)在應(yīng)該是溫度很低，并且均勻的散布在整個空間中，這些輻射會紅移到光譜的微波部分。不僅如此，殘留的輻射應(yīng)該有一個非常特殊的光譜類型，被稱為黑體光譜。

盡管在20世紀(jì)40年代觀測的技術(shù)還比較落后，但伽莫夫的預(yù)測并沒有止步于此！

剛才說了單個原子！那么單個原子核呢？從某種程度上說，其實(shí)跟單個原子一樣，隨著溫度的增加，原子核也會被輻射能量炸開，在這種溫度下宇宙不會形成比單個質(zhì)子、中子或電子更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)！

但是我們要記住，宇宙一直在膨脹和冷卻的，在某一時刻，宇宙溫度降低就可以邁出第一步：質(zhì)子和中子結(jié)合在一起產(chǎn)生了氘。也可以理解為宇宙在某一時間段內(nèi)，在合適的溫度和密度下進(jìn)行了簡單的核聚變，通過向氘添加更多的質(zhì)子和中子來制造更重的元素！

也許，宇宙中豐富的元素就是這樣產(chǎn)生的！

其實(shí)關(guān)于宇宙模型到底是怎樣的？包括大爆炸在內(nèi)的很多對立的理論被科學(xué)家認(rèn)真考慮了一段時間。因為理論是預(yù)測可能發(fā)生事情的工具，但是一個理論是否正確必須依靠觀察和實(shí)驗的數(shù)據(jù)來做支撐，或者這些數(shù)據(jù)可以幫助我們確定哪些理論是最好和最有效的！

1964年是一些理論開始被終結(jié)。為什么呢？對預(yù)測的驗證

阿諾·彭齊亞斯（Arno Penzias）和鮑勃·威爾遜（Bob Wilson）為貝爾實(shí)驗室（Bell Labs）工作，（上圖）使用喇叭天線是為了研究宇宙中的微波輻射。他們發(fā)現(xiàn)，雖然銀河系平面上有一些特殊的微波輻射，但整個天空中充滿了低溫噪音，他們甚至清理了天線口中大量的鳥糞，趕走了周圍的鳥，還是無法消除這些低溫噪聲！

說實(shí)話，他們對充滿全天空的低溫噪聲感到十分困惑，并不確定是什么原因造成的。這其實(shí)就是伽莫夫預(yù)言的宇宙大爆炸遺留下來的余暉。但是這個輻射的光譜是什么呢？直到20世紀(jì)90年代的COBE任務(wù)、以及后來的WMAP和普朗克巡天計劃中，通過對微波輻射的精確測量，人們才真正得到了準(zhǔn)確的驗證！

大爆炸以令人難以置信的、無可爭辯的精度，預(yù)言了充滿全天空、分布均勻的宇宙微波輻射！

那么最后一部分呢？大爆炸預(yù)言的輕元素豐度？我們預(yù)測大爆炸會形成一個質(zhì)量大約為75-77%的氫、23-25%的氦、少量的氘、氦-3和非常非常少量的鋰組成的宇宙。我們在微波輻射的光譜中看到了什么？

大爆炸理論在20世紀(jì)40年代才開始成形，但它預(yù)測能力與觀測結(jié)果非常一致！根據(jù)廣義相對論，我們可以把各種奇異的東西扔到宇宙的大規(guī)模結(jié)構(gòu)中，例如：磁單極子、宇宙弦、磁疇壁、宇宙常數(shù)、中微子、暗物質(zhì)、暗能量、空間曲率，以及原子和光子。所有這些都會在大規(guī)模結(jié)構(gòu)中導(dǎo)致截然不同的觀察結(jié)果。

通過微波背景的波動。我們發(fā)現(xiàn)宇宙初期有一些暗物質(zhì)，有宇宙常數(shù)，少量的中微子，剩下的只是原子和光子。這和大爆炸的預(yù)測是一致的。

難道大爆炸的初始條件不需要微調(diào)就能得到一個充滿這么多物質(zhì)的宇宙？意思就是說宇宙中的物質(zhì)咋來的？

解決的方案就是宇宙暴漲理論，它可以導(dǎo)致大爆炸的發(fā)生。

大爆炸是迄今為止最成功的宇宙理論。所有的其他的選擇都在中途失敗了，包括光的疲勞，霍伊爾的穩(wěn)態(tài)理論，以及阿爾文的等離子宇宙學(xué)。

保守地說，如果要給出一個概率的話，從宇宙的誕生到現(xiàn)在大爆炸有99.9%的可能是正確的。這就是為什么我們真的認(rèn)為一切都始于一聲巨響！