科学家为什么还要把宇宙早期的这段历史，称为“大爆炸”？
我们根本没有亲眼看见138亿年前的宇宙，那么今天的我们究竟凭什么知道。
宇宙曾经经历过一个极其炽热、极其致密的早期阶段？
其实答案并不在某颗遥远的恒星上，而在一片微弱到几乎难以察觉的光里。
它从宇宙早期出发，穿过漫长的岁月，一直来到今天。
直到今天，才被人类接收到。

宇宙正在膨胀



20世纪初，科学家开始研究遥远星系发出的光。
当科学家分析这些星系的光谱时，发现了一个奇怪的现象：很多遥远星系的光，都发生了红移。
简单来说，就是光谱中的特征线向波长更长的方向移动。
而且还有一个重要规律：星系越遥远，红移通常越明显。
1927年，比利时物理学家、天文学家乔治·勒梅特已经独立提出了类似的宇宙膨胀关系。
两年后，埃德温·哈勃根据更多星系的观测数据，把星系距离和退行速度联系起来。
结果发现：越遥远的星系，通常离我们远去得越快。
今天我们知道，这反映了宇宙在大尺度上的膨胀。
【已确认】也就是说，宇宙并不是一个永远不变的巨大空间。它一直在演化。

把宇宙倒放



既然宇宙现在正在膨胀，
那么把时间倒过来呢？
就像把一部电影倒放。
现在：星系之间距离很大。
倒放：距离越来越小。
继续倒放：宇宙中的物质和辐射越来越密集，温度也越来越高。
所以，按照现代宇宙学模型向过去追溯，
宇宙早期应该比今天：更加高温、更加致密。
【主流理论】
这就是大爆炸宇宙学最核心的出发点。
注意，这里说的不是“一颗东西爆炸”。
而是：宇宙曾经处于一个非常炽热、非常致密的早期状态，后来不断膨胀、冷却。
那么问题来了：如果早期宇宙真的这么热，它今天应该还留下什么痕迹吗？
科学家真的找到了。

宇宙留下了自己的“余温”

1940年代，物理学家乔治·伽莫夫等人开始研究早期宇宙。
他们想到：如果宇宙早期非常热，那么当时一定充满了大量辐射。而宇宙后来不断膨胀，光的波长也会被拉长，能量随之降低。
所以，早期宇宙的炽热辐射不会凭空消失。它应该随着宇宙膨胀和冷却，变成今天非常微弱的背景辐射。
而且，这种辐射应该来自天空的各个方向。
于是，一个可以被验证的预测出现了：
如果早期高温宇宙的模型是正确的，那么今天的宇宙中应该存在一种古老的“余温”。
接下来，就看能不能找到它。

一台天线发现了宇宙的“余温”



1964年，美国贝尔实验室。
阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊正在使用一台高灵敏度射电天线。
可是，他们发现天线里一直存在一种奇怪的噪声。他们反复检查设备、排除干扰，甚至清理了天线里的鸟类污物，但那个信号依然存在。
更奇怪的是：它似乎来自天空各个方向。最后他们发现，这不是设备故障，而是一种遍布天空的微弱微波背景辐射。
后来，它被称为：【已确认】宇宙微波背景辐射，简称CMB。
几十年前提出的理论预测，终于在天空中找到了对应的证据。

但这不是“大爆炸发生的瞬间”


这里非常容易误解。
我们今天看到的CMB，并不是大爆炸刚发生时的画面，它来自宇宙诞生后大约38万年。
为什么这么晚？
因为更早的时候，宇宙非常热。大量自由电子和光子不断相互作用，光很难自由传播。
简单来说，当时的宇宙就像一片非常浓的雾，光虽然存在，却很难穿过去。
随着宇宙不断膨胀、冷却，这片“雾”逐渐变得稀薄。
大约38万年后，电子开始和原子核结合形成中性原子。光受到的散射大幅减少，宇宙逐渐变得透明。
于是，这些古老的光子开始自由传播，经过漫长的宇宙旅行，最终来到今天。
只是因为宇宙一直在膨胀，它们的波长被不断拉长，最后成为我们今天观测到的微波背景。
现在测得的CMB平均温度只有：约2.725 K，也就是接近绝对零度。
所以，我们看到的不是“大爆炸现场直播”。而是宇宙大约38万岁时留下的古老光。

还有一份证据：氢和氦



如果早期宇宙真的非常热、非常密，那么除了留下辐射，还应该留下另外一种痕迹：元素。
在早期宇宙中，高温环境能够发生一系列核反应，形成氢、氘、氦等轻元素。
这个过程叫：【主流理论】大爆炸核合成。
理论可以计算：如果宇宙早期经历过高温、高密状态，这些轻元素应该大致有怎样的丰度。
然后，
科学家再去观察宇宙中金属丰度极低的气体环境。
结果发现：原初氘、氦-4等轻元素的观测结果，与标准大爆炸核合成模型的预测总体上高度一致。
不过，这里还有一个著名的问题：锂。
观测到的原初锂-7丰度，明显低于标准模型的预测，大约只有预测值的三分之一左右。这个差异至今没有得到完全令人满意的解释，
被称为：【存在争议】“原初锂问题”。
所以，大爆炸核合成并不是“每一种元素都完美吻合”。
但氘、氦-4等轻元素与理论预测之间的良好符合，仍然是支持早期高温宇宙的重要证据。
一边是：宇宙留下的古老辐射。另一边是：宇宙留下的原初元素。
它们共同指向同一个早期宇宙图景：宇宙早期曾经非常热、非常密。

宇宙大爆炸不是一场普通爆炸



现在，我们可以回答最开始的问题了。
大爆炸不是一颗炸弹爆炸。也不是所有物质，从某个宇宙中心向外飞。
“大爆炸”描述的是：【主流理论】宇宙早期处于高温、高密状态，随后经历膨胀、冷却，并逐渐演化成今天宇宙的过程。
那么，为什么没有一个特殊的“爆炸中心”？
可以先想象一张足够大的网格被整体拉伸。
网格上的任意一点，都会看到其他点之间的距离总体上在增加，并不需要存在一个特殊的中心点。
当然，真实宇宙并不是一张橡皮网格。这个理解依赖一个重要前提：在足够大的尺度上，宇宙的物质分布近似均匀、各向同性。这就是所谓的：【主流理论】宇宙学原理。
它得到了大量宇宙学观测的支持，但它本身仍然是我们建立宇宙学模型的重要假设，并不是一个从逻辑上必然成立的结论。
所以，“大爆炸”不是发生在宇宙里的某个地方，它描述的是：整个宇宙大尺度上的演化过程。

我们知道什么，又不知道什么？



到这里，我们已经可以确定几件事情。
【已确认】
宇宙在大尺度上正在膨胀。
宇宙微波背景辐射真实存在。
原初轻元素丰度可以被观测和测量。
【主流理论】
这些证据共同支持：宇宙早期曾经处于非常高温、非常致密的状态，并从那以后不断膨胀、冷却和演化。这就是今天的大爆炸宇宙学。
但有一件事必须说清楚：我们并没有直接看到宇宙“诞生的那一瞬间”。
也不能简单地说：“宇宙就是从一个小点爆炸出来的。”
我们知道的是：宇宙有一个非常炽热、非常致密的早期阶段。
至于宇宙最早期究竟发生了什么，目前仍然没有最终答案。

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