如何证明宇宙大爆炸真的发生过？

在138亿年前，整个可观测的宇宙是一个极其微小的点，温度超过一万亿度。这是一个非常简单但非常大胆的理论，但它也不是一个轻松或简单的理论。事实上，即使是在一百年前，这听起来也完全是荒谬的，但我们现在却在说，这没什么大不了的。但就像科学上的任何东西一样，像这样的简单语句都是由大量独立的证据构成，它们都指向同一个结论——在这种情况下便是宇宙大爆炸，我们的宇宙历史模型。那如何证明宇宙大爆炸真的发生过？有5个大爆炸的证据：

起初，宇宙膨胀得非常非常快，图片：Flickr/Jamie, CC BY-SA

Top1、夜空是黑暗的

想象一下，我们生活在一个完全无限的宇宙中，时间和空间都是如此。这些闪闪发光的恒星集合永远在每个方向上运行，而宇宙只是一直存在，而且永远都是。那就意味着无论你在天空中看到什么，只要随便找个方向，然后盯着看——你一定会在某个地方找到一颗星星。这是无限宇宙的必然结果。如果这个宇宙一直存在，那么就有足够的时间从那颗恒星发出光，以相对缓慢的c速度穿过宇宙，到达你的眼球。

即使有任何干涉的尘埃的存在，也不会减少从无限大宇宙中扩散出来恒星累积光。因此，天空应该闪耀着众多星星的光芒。相反它是黑暗、空虚、空白、黑暗的。德国物理学家海因里希·奥尔伯斯可能不是第一个注意到这一明显的悖论的人，但他却坚持了这个观点：这就是众所周知的Olbers悖论。简单的决议？要么宇宙不是无限的，要么它不是无限的、或者是没有？（显然是有的）。

Top2、类星体存在

在20世纪50年代和60年代，研究人员发明了灵敏的射电望远镜，在天空中发现了奇怪的无线电波。通过重大的天文调查，科学家们确定这些准恒星射电源“类星体”，是非常遥远但非常明亮的活跃星系。对于这个讨论来说，最重要的是这个结论“非常遥远”的部分。因为光从一个地方到另一个地方需要时间，所以我们不像现在这样看到恒星和星系，但就像成千上万或几十亿年前一样。这意味着更深入地观察宇宙也会更深入地观察过去。在遥远的宇宙中看到许多类星体，这意味着这些天体在数十亿年前是非常普遍的。但在我们本地的最新社区里几乎没有类星体。它们在遥远的宇宙中是很常见的，应该在周围看到更多。简单的结论是：宇宙的历史与今天不同。

Top3、越来越大

我们生活在一个不断膨胀的宇宙中。平均而言，星系离所有其他星系越来越远。当然，一些小型的局部碰撞是由剩余的重力作用产生的，比如银河系将在几十亿年后与仙女座星系发生碰撞。但在很大程度上，这种简单、扩张性的关系是正确的。这是天文学家埃德温·哈勃在20世纪早期发现的，在发现“星系”实际上是一件事之后不久在膨胀的宇宙中，规则很简单。每个星系都在从(几乎)每个星系中后退。来自遥远星系的光将会被红移——它们释放光的波长将会变得更长，因此从其他星系的角度来看会更红。你可能会想，这是由于单个星系在宇宙中运动的缘故，但是数学并没有增加。

一个特定星系的红移量与它的距离有关。更近的星系会有一定程度的红移。一个两倍远的星系会得到两倍的红移。四倍的距离?没错，是红移的四倍。为了解释这一点，仅仅是星系在绕着旋转，必须有一个非常奇怪的阴谋，宇宙所有的银河系公民都同意在这个非常特定的模式中移动。相反，有一个更简单的解释：星系的运动是由这些星系之间的空间延伸造成的。我们生活在一个动态的、演化的宇宙中，它在过去更小，将来会更大。

Top4、残留辐射

让我们玩一个游戏：假设过去的宇宙更小，这意味着它的密度会更大更热，对吧？对——宇宙的所有都将被捆绑在一个更小的空间里，更高的密度意味着更高的温度。在某些时候，当宇宙比现在小一百万倍时，所有的东西都会被打碎，变成等离子体。在这种状态下，电子将脱离它们的核宿主而自由地游动，所有这些物质都沐浴在强烈的高能辐射中。但是，随着婴儿宇宙的膨胀，它会冷却到一个点，在这个点上，电子会突然在原子核周围稳定地稳定下来，形成第一个完整的氢原子和氦原子。

在那一刻，疯狂强烈的辐射会在新的透明的宇宙中畅通无阻。随着宇宙的膨胀，开始白热的光会冷却，冷却，冷却到绝对零度以上的温度，将波长固定在微波范围内。当我们把微波望远镜对准天空时，看到了什么？一个背景辐射的沐浴，四周环绕着我们。婴儿的宇宙照片，从一个早已逝去的时代寄来的明信片，一段时间的光，几乎和宇宙本身一样古老。

Top5、元素

把时钟往回推，甚至比宇宙微波背景的形成还要早，在某种程度上，事情是如此强烈，如此疯狂以至于连质子和中子都不存在。这只是它们的基本部分，夸克和胶子的汤。但是，当宇宙膨胀并从它存在的最初几分钟冷却下来的时候，最轻的核，像氢和氦，凝结形成。现在有一个相当不错的核物理处理方法，可以利用这些知识来预测我们宇宙中最轻的元素的相对数量。预测：凝结的汤应该产生大约四分之三的氢，四分之一的氦和少量的“其他”。

然后挑战天文学家，他们发现了什么？宇宙由大约四分之三的氢、四分之一的氦和更少的“其他”组成。当然，还有更多的证据。但这只是我们现代宇宙大爆炸的起点。多个独立的证据线都指向同一个结论：我们的宇宙大约有138亿年的历史，开始于一个微小的点！

博科园-科学科普｜文：Paul Sutter/Live Science