一切都起源于138億年前，宇宙大爆炸理論是真的嗎？

宇宙大爆炸理論并非一開始就被人們所接受，事實(shí)上在20世紀(jì)初，包括愛因斯坦在內(nèi)的主流科學(xué)界，都堅(jiān)信宇宙是“靜態(tài)”的、永恒的、無始無終的。

最早提出這個(gè)“異端”理論的人，是一位身份非常特殊的比利時(shí)人喬治·勒梅特，他既是一位嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奈锢韺W(xué)家、數(shù)學(xué)家，也是一位虔誠的天主教神父。

1927年，勒梅特在愛因斯坦廣義相對(duì)論的框架下，推導(dǎo)出了一個(gè)驚世駭俗的觀點(diǎn)：宇宙正在膨脹。既然它在膨脹，那么反過來推演，它在過去必定更小、更熱、更致密，如果將時(shí)間倒退到極致，宇宙的起點(diǎn)必然是一個(gè)被他稱為“原始原子”的、無限小的點(diǎn)。

勒梅特的想法在當(dāng)時(shí)遭到了無情的嘲諷，愛因斯坦本人在聽聞他的理論后，也評(píng)價(jià)道：“你的數(shù)學(xué)計(jì)算是正確的，但你的物理學(xué)直覺卻是糟透了”，甚至“大爆炸”這個(gè)詞，也是由反對(duì)該理論的物理學(xué)家弗雷德·霍伊爾在一次BBC廣播中，帶著嘲諷的意味“發(fā)明”出來的。

但勒梅特的理論，即將被來自遙遠(yuǎn)星系的觀測(cè)證據(jù)所證實(shí)，因?yàn)殛P(guān)于大爆炸理論的科學(xué)性，最直接、最無可辯駁的證據(jù)，來自對(duì)遙遠(yuǎn)星系光線特征的研究。

1929年，美國(guó)天文學(xué)家埃德溫·哈勃在威爾遜山天文臺(tái)，利用當(dāng)時(shí)最強(qiáng)大的望遠(yuǎn)鏡，進(jìn)行了一項(xiàng)改變?nèi)祟愑钪嬗^的觀測(cè)，他發(fā)現(xiàn)幾乎所有星系都在遠(yuǎn)離我們，遙遠(yuǎn)星系的光譜顏色，比近處星系的要稍微“紅”一些，因?yàn)楣獠ㄔ谶h(yuǎn)離我們時(shí)波長(zhǎng)會(huì)被拉長(zhǎng)，這在物理學(xué)上被稱為“紅移”現(xiàn)象，更驚人的是星系的距離越遠(yuǎn)，它就顯得越紅，意味著它遠(yuǎn)離我們的退行速度就越快。

哈勃的這個(gè)重大發(fā)現(xiàn)，一錘定音地奠定了現(xiàn)代宇宙學(xué)的基礎(chǔ)，它證明了宇宙確實(shí)在膨脹，這個(gè)發(fā)現(xiàn)也反過來印證了勒梅特的理論，如果宇宙正在膨脹，那么它必然存在一個(gè)膨脹的起點(diǎn)，那個(gè)被嘲笑了近十年的“原始原子”理論，一夜之間從神學(xué)猜想，變成了物理學(xué)的前沿。

那么大爆炸的時(shí)候到底發(fā)生了什么？

我們無法“觀測(cè)”那個(gè)瞬間，但物理學(xué)允許我們“回溯”，讓我們把時(shí)間撥回到138億年前，去看那場(chǎng)起源的黎明。

普朗克時(shí)代（0 - 10^-43秒）：

在宇宙誕生最初的1/萬億億億億億秒內(nèi)，宇宙的溫度高達(dá)10^32 開爾文，能量密度大到我們已知的物理學(xué)（包括廣義相對(duì)論和量子力學(xué)）全部失效。時(shí)間與空間的概念在此刻沒有意義，這是一個(gè)物理學(xué)無法描述的“奇點(diǎn)”。

暴漲時(shí)期（10^-36秒 - 10^-32秒）：

普朗克時(shí)代結(jié)束后，宇宙開始膨脹并冷卻。時(shí)空結(jié)構(gòu)在極其短暫的時(shí)間內(nèi)，經(jīng)歷了一場(chǎng)指數(shù)級(jí)的、遠(yuǎn)超光速的瘋狂擴(kuò)張，這就是著名的“暴漲時(shí)期”。這場(chǎng)暴漲如同一次創(chuàng)世的“神之呼吸”，它將宇宙從一個(gè)亞原子大小的點(diǎn)，瞬間“吹”到了一個(gè)宏觀的尺度，并將宇宙的溫度和結(jié)構(gòu)拉伸得極其均勻。

粒子時(shí)代（10^-32秒 - 3分鐘）：

當(dāng)宇宙降溫至約10^27 開爾文時(shí)，能量開始“凝結(jié)”成物質(zhì)。最初的粒子誕生了，夸克、輕子、光子在能量的海洋中翻騰。這些夸克迅速結(jié)合成質(zhì)子（氫原子核）和中子，它們成為了宇宙的第一批“磚石”。

核合成時(shí)期（3分鐘 - 20分鐘）：

在“創(chuàng)世”的3分鐘之后，宇宙已經(jīng)冷卻到10^9 開爾文，這依然是一個(gè)無法想象的高溫，但已經(jīng)“涼爽”到足以讓質(zhì)子和中子開始結(jié)合，形成更穩(wěn)定的原子核。此時(shí)，宇宙中一切更重的元素都還不存在，宇宙只是一片由75%的氫原子核、25%的氦原子核，以及海量光子和電子構(gòu)成的熾熱“霧靄”。

在此后的長(zhǎng)達(dá)38萬年里，宇宙一直是一片不透明的“等離子體海洋”，在這鍋“光之湯”里，光子（光）無法自由傳播，它們每前進(jìn)一步就會(huì)立刻撞上一個(gè)自由的電子或質(zhì)子，被不斷地散射、吸收和再釋放。

直到第38萬年，一個(gè)奇跡發(fā)生了，宇宙的溫度終于降至約3000 開爾文。這個(gè)溫度已經(jīng)低到足以讓“帶負(fù)電”的電子與“帶正電”的原子核（質(zhì)子）相互吸引，并最終結(jié)合成電中性的“氫原子”，當(dāng)電子被原子核“捕獲”后，它們不再阻礙光子的去路，光子終于掙脫了束縛，獲得了前所未有的自由。

整個(gè)宇宙在瞬間變得“透明”，那些在138億年前被“解放”的、最古老的光子，至今仍在穿越宇宙。它們的身影，就是我們?cè)?965年意外探測(cè)到的“宇宙微波背景輻射”（CMB）。

1965年兩位來自美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室的工程師，阿諾·彭齊亞斯和羅伯特·威爾遜在調(diào)試一根高靈敏度的射電天線時(shí)，意外發(fā)現(xiàn)了一種奇怪的、無處不在的“背景噪音”，無論他們?cè)趺凑{(diào)整天線的方向（甚至清理了天線上的鴿子糞），這種噪音都頑固地存在。

他們發(fā)現(xiàn)的正是來自厘米波段的背景噪聲，后來經(jīng)過進(jìn)一步測(cè)量和計(jì)算，得出這種背景輻射的溫度是2|7 開爾文（即零下270.45攝氏度），這就是我們現(xiàn)在熟知的3K宇宙微波背景輻射。

這一發(fā)現(xiàn)被譽(yù)為大爆炸理論的“決定性證據(jù)”，是“創(chuàng)世”的回聲，它為觀測(cè)宇宙學(xué)開辟了一個(gè)全新的領(lǐng)域，被列為20世紀(jì)60年代天文學(xué)的四大發(fā)現(xiàn)之一，彭齊亞斯和威爾遜也因此獲得了1978年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

之后宇宙雖然變得透明，但也進(jìn)入了一段長(zhǎng)達(dá)數(shù)億年的、沒有“新光源”的“黑暗時(shí)代”，沒有恒星沒有行星，只有冷卻的氫氣和氦氣，在廣闊的虛空中漂浮，直到幾億年后，在引力的緩慢而耐心的作用下，這些氣體云開始坍縮，第一批恒星在黑暗中被點(diǎn)燃，它們撕開了宇宙的黑幕，將宇宙“重新照亮”。

這些“初代恒星”是真正的巨獸，它們龐大、熾熱、短命，它們以最原始的氫和氦為燃料，當(dāng)它們?nèi)紵M并爆炸為超新星時(shí)，才在核聚變的熔爐中，鍛造出了更重的元素，碳、氧、鐵、硅，這些“星辰的灰燼”，最終構(gòu)成了第二代、第三代恒星（如我們的太陽），構(gòu)成了行星、大地、海洋，也構(gòu)成了我們身體中的每一個(gè)原子。

宇宙就這樣，從最初那一個(gè)不可思議的量子漲落，最終演化成了今天億萬星系的宏偉圖景，如今的我們知道，宇宙不僅仍在膨脹，而且在“暗能量”這股神秘力量的驅(qū)動(dòng)下，正在加速膨脹。它像一股無形的風(fēng)，將星系彼此推離。

最終的結(jié)局也許是“熱寂”：所有星系都遠(yuǎn)離彼此，直至夜空變得空無一物，所有恒星熄滅，能量均勻分布，溫度趨近絕對(duì)零度，也許是“大坍縮”，宇宙在引力下重新收縮歸于一點(diǎn)，也許是“大撕裂”，宇宙被加速膨脹的力量撕成基本粒子。

但我們并不是宇宙的“過客”，我們是由138億年前那場(chǎng)大爆炸的“原材料”構(gòu)成的，我們是大爆炸的“見證者”。