我們無法穿越到138億年前，科學(xué)家怎么知道宇宙大爆炸發(fā)生了？

相信很多人都聽說過哲學(xué)三問：我是誰？我從哪里來？又要到哪里去？

每一個(gè)問題都堪稱宇宙的終極奧秘，起碼目前人類還無法給出讓所有人都信服的答案。而在這三個(gè)問題中，“我從哪里來？”這個(gè)問題是最備受關(guān)注的，其中“我”不僅僅指狹義上的“某個(gè)人”，而是“萬物的起源”，也就是宇宙的起源。

浩瀚無垠的宇宙，總是能喚起無數(shù)人的好奇心和探索欲望，自從人類誕生以來，人們探索宇宙起源的腳步就沒有停止過。

在人類古代社會(huì)，由于缺乏先進(jìn)的科學(xué)探測儀器，人們對宇宙起源這個(gè)終極問題的認(rèn)知總是充滿神秘色彩，“神創(chuàng)造了一切”成為了主旋律，這在很多神話故事中充分得到了體現(xiàn)。

隨著人類進(jìn)入近現(xiàn)代文明，科學(xué)家探索宇宙的手段越來越豐富，也有越來越多的高科技手段更好地認(rèn)知宇宙。在這種大背景下，宇宙大爆炸理論成為了當(dāng)今科學(xué)界關(guān)于宇宙起源的主流理論。該理論認(rèn)為，宇宙認(rèn)為宇宙誕生于138億年前的一次大爆炸。我們無法穿越到138億年前，那么科學(xué)家科學(xué)家又是怎么知道宇宙大爆炸真的發(fā)生了呢？

首先簡單了解下何為“宇宙大爆炸”。

宇宙大爆炸，并非真的是一場“爆炸”，只是一種形象的比喻，更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼f法是“膨脹”，我們生活在不斷快速膨脹的宇宙里。在大約138億年前，宇宙誕生于一個(gè)體積無限小，密度溫度無限高的奇點(diǎn)，如今我們看到的所有物質(zhì)都是從奇點(diǎn)中迸發(fā)出來的。宇宙大爆炸其實(shí)就是奇點(diǎn)的突然急劇膨脹。

所有的亞原子粒子都是在宇宙大爆炸開始后瞬間產(chǎn)生的，這個(gè)瞬間非常短，只有幾微秒。然后隨著宇宙溫度一步步冷卻，亞原子粒子開始形成質(zhì)子，中子等粒子，在引力作用下結(jié)合成簡單的元素，之后開始了漫長的演化史，星系，恒星，行星等宇宙結(jié)結(jié)構(gòu)開始形成。

“宇宙大爆炸”的觀點(diǎn)最早出現(xiàn)在1949年，剛出現(xiàn)時(shí)其實(shí)是帶有諷刺意味的，是對“大爆炸理論”的諷刺和批判，當(dāng)時(shí)的理論學(xué)家更傾向于穩(wěn)態(tài)宇宙理論，認(rèn)為宇宙的存在是一成不變的。但是沒想到的是，這種諷刺和批判到最后真的成了宇宙起源的主流理論。

那么，科學(xué)家是如何知道宇宙大爆炸發(fā)生了呢？都有哪些證據(jù)呢？

哈勃定律

任何科學(xué)理論都離不開“證據(jù)”兩字，否則就是“空中樓閣”，當(dāng)然宇宙大爆炸理論也不例外。事實(shí)上，在上世紀(jì)二三十年代，宇宙大爆炸理論的可觀測證據(jù)就已經(jīng)出現(xiàn)了。當(dāng)埃德溫-哈勃通過望遠(yuǎn)鏡觀察宇宙中遙遠(yuǎn)的星系和恒星時(shí)，發(fā)現(xiàn)了一種奇特的現(xiàn)象：遙遠(yuǎn)的星系和恒星都在加速遠(yuǎn)離地球，他發(fā)現(xiàn)了遙遠(yuǎn)星系的紅移現(xiàn)象，當(dāng)然有理由相信宇宙在不斷的膨脹中。

光譜的紅移現(xiàn)象意味著遙遠(yuǎn)的星系在加速遠(yuǎn)離銀河系，而且距離銀河系越遠(yuǎn)的星系，紅移就越明顯，這表明星系的遠(yuǎn)離速度越快。星系距離與遠(yuǎn)離速度呈現(xiàn)線性關(guān)系，這就是“哈勃定律”！而哈勃定律也是宇宙大爆炸理論的重要證據(jù)。

如果我們把時(shí)鐘往回?fù)埽寱r(shí)間倒流，一直到宇宙誕生的時(shí)刻，就會(huì)出現(xiàn)相反的情況：宇宙一直在收縮，最終收縮到一個(gè)點(diǎn)，也就是宇宙大爆炸發(fā)生的時(shí)刻：奇點(diǎn)。

為何遠(yuǎn)離我們的星系會(huì)發(fā)生紅移現(xiàn)象呢？

這是很簡單的原理。當(dāng)一個(gè)物體逐漸遠(yuǎn)離我們視野時(shí)，物體發(fā)出的光的波長就會(huì)被拉伸，波長變大，顏色就會(huì)變紅，發(fā)生紅移現(xiàn)象。相反，如果一個(gè)物體逐漸向我們靠近，光的波長就會(huì)被壓縮變短，顏色就會(huì)變藍(lán)，所謂的“藍(lán)移”！

宇宙微波背景輻射

我們通常所說的光，一般都是指可見光，也就是我們?nèi)庋勰芸吹降墓狻５聦?shí)上可見光只是光譜中非常狹窄的一部分，光譜中的大部分光我們用肉眼都無法看到，比如說紅外光，X射線，紫外線，還有微波等，而這些不可見光在人類認(rèn)知宇宙和大自然中起著非常重要的作用。

何為宇宙微波背景輻射？

在大爆炸瞬間，巨大的能量被釋放出來，充滿整個(gè)宇宙。在138億年的宇宙演化史，宇宙一直在加速膨脹，這也意味著宇宙中的光不斷地被拉伸，波長不斷變長。在上世紀(jì)60年代，科學(xué)家們探測到了從各個(gè)方向發(fā)出的強(qiáng)度相同的微波，這表明這些微波一開始就是存在的，宇宙大爆炸開始后的第一縷光，這些光穿越漫長的時(shí)間空間后成為了微波，這些微波充滿了整個(gè)宇宙空間，并且均勻地分布在浩瀚宇宙，就好像宇宙的“背景”，具有各向同性，其實(shí)就是宇宙大爆炸的遺址，也被稱為“宇宙微波背景輻射”，是上世紀(jì)60年代天文學(xué)上四大發(fā)現(xiàn)之一。

宇宙中的元素豐度

元素豐度，簡單講就是宇宙中元素的占比。在地球上，我們都知道元素的大致構(gòu)成。地殼中的氧鐵鋁硅鈣等元素的豐度比較高，而大氣層中主要是氮和氧，但浩瀚的宇宙的元素豐富并非如此，與地球有很大不同。

拿太陽來說，太陽質(zhì)量占據(jù)了整個(gè)太陽系總質(zhì)量的99.86%，擁有絕對的統(tǒng)治地位，太陽主要是由氫和氦兩大元素構(gòu)成，總占比達(dá)到了99%，其他元素只占了1%。科學(xué)家進(jìn)一步研究表明，宇宙中其他恒星和星系的元素豐度也都基本如此，氫占了大約75%，氦占了24%，這樣的結(jié)果與宇宙大爆炸的預(yù)言完全一致。

根據(jù)宇宙大爆炸理論的詮釋，在大爆炸發(fā)生幾分鐘的時(shí)間里，氫原子核和中子能夠大量形成，兩者又會(huì)結(jié)合成氦原子核（太初核合成），而其他重元素沒有合成的條件，重元素都是在恒星核聚變以及超新星爆發(fā)的過程中形成的。

按照質(zhì)量比例，太初核合成產(chǎn)生的氫和氦的比例為3:1，該預(yù)言與科學(xué)家的觀測結(jié)果一直。所以說，宇宙中的元素豐度也是宇宙大爆炸的一個(gè)有力證據(jù)。

引力波的發(fā)現(xiàn)

根據(jù)宇宙大爆炸理論詮釋，大爆炸發(fā)生后，宇宙一直在急劇膨脹，在這段時(shí)間里，會(huì)產(chǎn)生引力波。引力波其實(shí)就是時(shí)空漣漪，時(shí)空結(jié)構(gòu)的波紋，也是愛因斯坦相對論的重要組成部分，隨著人類探測引力波能力的一步步提升，科學(xué)家有可能從宇宙大爆炸后的幾秒鐘就能探測到現(xiàn)有的引力波。在6年前的2015年9月24日，科學(xué)家終于首次探測到了引力波的存在，引力波的發(fā)展在科學(xué)界引起了巨大反響，也成為宇宙大爆炸理論又一有力證據(jù)。

雖然有這么多證據(jù)，但宇宙大爆炸并不是完美的理論，但不可否認(rèn)大爆炸理論是目前詮釋宇宙起源演化最好的理論！