轰然巨响，宇宙诞生之谜，众多星系亿万年演变之迹。震撼人心的大爆炸理论，它为我们开启了探寻宇宙诞生的种种猜想，并且与我们的观测结果不谋而合。

那么，大爆炸理论的真实性究竟有多大？难道宇宙自古就存在？那么就让我们先来看看宇宙中都有哪些存在？

夜幕降临，漫天星辰闪烁，而在我们所处的银河系中，则散布着亿万颗恒星。但若借助哈勃太空望远镜，我们会惊奇地发现，星系的海洋在宇宙的浩渺空间中蔓延。同时，我们还发展出了许多切实可行的技术来测量这些星系与我们的距离。

其中一个简单而有效的方法便是哈勃本人所发现的，通过观测星系中的单颗恒星来计算距离。

我们需要首先对恒星进行深入研究，理解它们是如何运作的！从新生的星体到各种变星，再到壮观的超新星爆发，它们都拥有一个共通之处——内在的亮度和观察到的亮度。因此，通过观察一颗恒星的内在亮度和观察到的亮度，我们就可以根据亮度与距离的关系计算出恒星与我们的距离。

另一个关键点是多普勒效应，向我们移动的物体发出的光会移向光谱的蓝端，反之则移向红端。通过测量星系的光谱线，我们可以判断星系是在靠近我们还是在远离我们，并了解其移动速度。

通过对星系距离与红移关系的观测，我们发现星系越远，远离我们的速度越快！或者说，越远的星系红移越大。哈勃本人当时并不清楚为何星系会相互远离，但这个关系（即哈勃定律）现在我们知道，在宇宙的每个方向上，超过十亿光年之外的星系都是适用的。这一发现足以否定一个永恒不变的宇宙模型。

那么，究竟是什么原因导致物体越远，光的红移越明显呢？这一现象本身引出了多种可能的解释，包括：

光随着时间的推移而疲劳，失去能量；

宇宙在波动，周期性地膨胀和收缩，而我们恰逢膨胀期；

宇宙常数，比如光速或者万有引力常数，随时间变化；

宇宙稳定且均匀地膨胀，伴随新的物质生成；

宇宙在高速旋转，远离我们的星系存在巨大且无法观测的平移运动。

这些理论都预示着不同的现象，而这些现象原则上是可以通过观察来验证的，这有助于我们区分这些理论。但在20世纪40年代，伽莫夫和他的学生们阿尔弗和赫尔曼提出了一个与众不同的理论。

伽莫夫的大爆炸模型，及其若干预测

伽莫夫的理论是，红移是因为宇宙在膨胀，且曾经的膨胀速度更快！宇宙随着时间的推移会冷却、膨胀并减速。

与之前的理论一样，伽莫夫的理论也带来了一些惊人的预测。如果将时间回溯至过去，让宇宙的密度和温度逐渐升高，会发生什么？

事实上，如果我们回溯得足够远，由于温度过高，宇宙无法形成稳定的中性原子！但在一个膨胀的宇宙中，那些曾经使原子电离的辐射，现在应该温度极低，并在宇宙空间中均匀分布，这些辐射的波长会红移到微波波段。而且，这些残余的辐射应该拥有一种非常特殊的光谱类型，即黑体辐射谱。

尽管在20世纪40年代观测手段尚显落后，但伽莫夫的预测并未就此停步！

说到单个原子，那么单个原子核呢？在某种程度上，随着温度上升，原子核也会被辐射能量炸开，在这样的高温下，宇宙无法形成比单个质子、中子或电子更为复杂的结构！

但我们必须牢记，宇宙一直在膨胀并冷却，在某个时刻，随着温度降低，宇宙迈出了第一步：质子和中子结合，生成了氘。也可以理解为，在适当的温度和密度下，宇宙在某个时段内进行了简单的核聚变，通过添加质子和中子来制造更重的元素！

也许，宇宙中各种元素就是这样诞生的！

事实上，关于宇宙模型的真相，包括大爆炸理论在内的多个对立理论，曾有一段时间被科学家们认真考虑过。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的数据来支持，这些数据可以帮助我们确定哪些理论是最好的和最有效的！

1964年，一些理论开始走向终结。为什么？验证预测的时刻到了。

阿诺·彭齐亚斯和鲍勃·威尔逊在贝尔实验室工作，他们使用喇叭天线来研究宇宙中的微波辐射。他们发现，尽管银河系平面上有一些特殊的微波辐射，但整个天空都弥漫着低温的噪声，即使他们清理了天线口的大量鸟粪，赶走了附近的鸟，这些低温噪声依然存在。

事实上，他们对遍布全天空的低温噪声感到困惑，并不知道其成因。这正是伽莫夫预言的宇宙大爆炸留下的余晖。但是这个辐射的光谱如何呢？直到20世纪90年代的COBE任务、以及随后的WMAP和普朗克巡天计划中，通过对微波辐射的精确测量，人们才真正得到了确凿的验证！

大爆炸以其令人难以置信的、无可争辩的精确性，预言了遍布全天空、分布均匀的宇宙微波辐射！

那么关于轻元素丰度的预言呢？我们预计大爆炸会形成一个主要由大约75%的氢、23%的氦、少量的氘、氦-3和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？

大爆炸理论在20世纪40年代刚刚成形，但它的预测能力与观测结果非常吻合！根据广义相对论，我们可以将各种奇异物质添加到宇宙的大规模结构中，例如：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。所有这些物质在大规模结构中会产生截然不同的观测现象。

通过微波背景辐射的波动。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，其余的主要是原子和光子。这与大爆炸理论的预测相符。

难道大爆炸的初始条件不需要微调就能得到一个充满这么多物质的宇宙？意味着宇宙中的物质从何而来？

解决方案是宇宙暴涨理论，它能够引发大爆炸。

大爆炸理论是迄今为止最成功的宇宙理论。其他所有的理论都在途中败下阵来，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，如果给出一个概率，从宇宙的诞生至今，大爆炸有99.9%的可能性是正确的。这就是为什么我们真心相信，一切皆始于那个惊天动地的巨响！