宇宙是如何开始的？这是科学家和哲学家在历史上一直在思考的一个问题，他们看着头顶的星空。天文学和天体物理学的工作就是提供答案。然而，这不是一个容易解决的问题。

1964年，天空中首次出现了答案的曙光。就在那时，天文学家阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊发现了一个微波信号，该信号隐藏在他们用来寻找回声气球卫星反射信号的数据中。他们当时认为这只是不必要的噪音，并试图过滤掉信号。

然而，事实证明，他们所检测到的是来自宇宙诞生后不久的一段时间。虽然当时他们并不知道，但他们已经发现了宇宙微波背景（CMB）。CMB是由一种叫做“大爆炸”的理论预测的，该理论认为宇宙最初是一个密集的空间热点，然后突然向外膨胀。这两个人的发现是这一原始事件的第一个证据。

大爆炸

是什么开始了宇宙的诞生？根据物理学，宇宙起源于一个奇点——物理学家用来描述违反物理定律的空间区域的术语。他们对奇点知之甚少，但已知黑洞的核心中存在这样的区域。这是一个区域，黑洞吞噬的所有质量被压缩到一个微小的点，无限大，但也非常非常小。想象一下把地球塞进一个针尖大小的东西里。奇点会更小。

然而，这并不是说宇宙起源于一个黑洞。这样的假设会提出大爆炸之前存在的某种东西的问题，这是相当投机的。根据定义，在开始之前什么都不存在，但这一事实产生的问题多于答案。例如，如果在大爆炸之前什么都不存在，那么是什么导致了奇点的产生？这是一个天体物理学家仍在试图理解的问题。

然而，一旦奇点被创造出来（不管它是如何发生的），物理学家们对接下来发生的事情有了很好的了解。宇宙处于炽热、稠密的状态，并通过一个称为膨胀的过程开始膨胀。它从非常小，非常密集，到非常热的状态。然后，它膨胀时冷却。这一过程现在被称为“大爆炸”，这一术语最早由弗雷德·霍伊尔爵士在1950年英国广播公司（BBC）的广播中提出。

虽然这个词暗示着某种爆炸，但实际上并没有爆发或爆炸。这确实是空间和时间的快速扩展。把它想象成吹气球：当有人吹进空气时，气球的外部向外膨胀。

大爆炸后的瞬间

很早的宇宙（在大爆炸开始后几分之一秒的时间）并不受我们今天所知道的物理定律的约束。因此，没有人能够非常准确地预测当时的宇宙是什么样子的。然而，科学家们已经能够构建出宇宙如何演化的近似表示。

首先，婴儿时期的宇宙最初是如此炽热和稠密，以至于质子和中子等基本粒子都不可能存在。相反，不同类型的物质（称为物质和反物质）碰撞在一起，产生纯能量。当宇宙在最初几分钟内开始冷却时，质子和中子开始形成。慢慢地，质子、中子和电子聚集在一起形成氢和少量氦。在随后的数十亿年中，恒星、行星和星系的形成创造了当前的宇宙。

大爆炸的证据

那么，回到彭齐亚斯、威尔逊和中巴。他们的发现（并因此获得诺贝尔奖）通常被描述为大爆炸的“回声”。它留下了自己的签名，就像在峡谷中听到的回声代表原始声音的“签名”。不同之处在于，大爆炸的线索不是可听见的回声，而是贯穿整个空间的热信号。宇宙背景探索者（COBE）航天器和威尔金森微波各向异性探测器（WMAP）专门研究了这一特征。他们的数据为宇宙诞生事件提供了最清晰的证据。

大爆炸理论的替代方案

虽然大爆炸理论是解释宇宙起源的最广为接受的模型，并得到了所有观测证据的支持，但也有其他模型使用相同的证据来讲述稍有不同的故事。

一些理论家认为，大爆炸理论是基于一个错误的前提——宇宙是建立在不断膨胀的时空之上的。他们认为宇宙是静止的，这是爱因斯坦广义相对论最初预测的。爱因斯坦的理论后来才被修改，以适应宇宙似乎正在膨胀的方式。而且，膨胀是故事的一个重要部分，特别是因为它涉及到暗能量的存在。最后，对宇宙质量的重新计算似乎支持了大爆炸事件理论。

虽然我们对实际事件的理解仍然不完整，但CMB数据正在帮助形成解释宇宙诞生的理论。没有大爆炸，就没有恒星、星系、行星或生命存在。

快速事实

• 大爆炸是宇宙诞生事件的名字。
• 大爆炸被认为是在大约138亿年前，一个微小的奇点开始膨胀时发生的。
• 大爆炸后不久发出的光被探测到为宇宙微波辐射（CMB）。它代表了在大爆炸发生约380000年后，新生宇宙开始发光时的光。

来源

• “大爆炸”，NASA，NASA，www.NASA.gov/subject/6890/The Big Bang/。
• NASA，NASA，science.NASA.gov/astrophysics/focus-areas/what-powered-the-big-bang。
• “宇宙的起源”，《国家地理》，国家地理，2017年4月24日，www.nationalgographic.com/science/space/Universe/originsof The Universe/。

由卡罗琳·柯林斯·彼得森更新和编辑。