如何證明宇宙大爆炸真的發生過？

在138億年前，整個可不雅測的宇宙是一個極其細小的點，溫度跨越一萬億度。這是一個很是簡單但很是斗膽的理論，但它也不是一個輕松或簡單的理論。事實上，即使是在一百年前，這聽起來也完滿是荒謬的，但我們此刻卻在說，這沒什么年夜不了的。但就像科學上的任何工具一樣，像如許的簡單語句都是由年夜量自力的證據組成，它們都指標的目的統一個結論——在這種環境下即是宇宙年夜爆炸，我們的宇宙汗青模子。那若何證實宇宙年夜爆炸真的發生過？有5個年夜爆炸的證據：

開初，宇宙膨脹得很是很是快，圖片：Flickr/Jamie, CC BY-SA

Top1、夜空是暗中的

想象一下，我們糊口在一個完全無限的宇宙中，時候和空間都是如斯。這些閃閃發光的恒星調集永遠在每個偏向上運行，而宇宙只是一向存在，并且永遠都是。那就意味著無論你在天空中看到什么，只要隨便找個偏向，然后盯著看——你必然會在某個處所找到一顆星星。這是無限宇宙的必然成果。若是這個宇宙一向存在，那么就有足夠的時候從那顆恒星發出光，以相對遲緩的c速度穿過宇宙，達到你的眼球。

即使有任何關涉的塵埃的存在，也不會削減從無限年夜宇宙中擴散出來恒星累積光。是以，天空應該閃爍著浩繁星星的光線。相反它是暗中、空虛、空白、暗中的。德國物理學家海因里希·奧爾伯斯可能不是第一個注重到這一較著的悖論的人，但他卻對峙了這個不雅點：這就是眾所周知的Olbers悖論。簡單的抉擇？要么宇宙不是無限的，要么它不是無限的、或者是沒有？（顯然是有的）。

Top2、類星體存在

在20宿世紀50年月和60年月，研究人員發現了活絡的射電千里鏡，在天空中發現了奇異的無線電波。經由過程重年夜的天文調查，科學家們確定這些準恒星射電源“類星體”，長短常遙遠但很是敞亮的活躍星系。對于這個會商來說，最主要的是這個結論“很是遙遠”的部門。因為光從一個處所到另一個處所需要時候，所以我們不像此刻如許看到恒星和星系，但就像當作千上萬或幾十億年前一樣。這意味著更深切地不雅察宇宙也會更深切地不雅察曩昔。在遙遠的宇宙中看到很多類星體，這意味著這些天體在數十億年前長短常遍及的。但在我們當地的最新社區里幾乎沒有類星體。它們在遙遠的宇宙中是很常見的，應該在四周看到更多。簡單的結論是：宇宙的汗青與今天分歧。

Top3、越來越年夜

我們糊口在一個不竭膨脹的宇宙中。平均而言，星系離所有其他星系越來越遠。當然，一些小型的局部碰撞是由殘剩的重力感化發生的，好比銀河系將在幾十億年后與仙女座星系發生碰撞。但在很年夜水平上，這種簡單、擴張性的關系是準確的。這是天文學家埃德溫·哈勃在20宿世紀早期發現的，在發現“星系”現實上是一件事之后不久在膨脹的宇宙中，法則很簡單。每個星系都在從(幾乎)每個星系中撤退退卻。來自遙遠星系的光將會被紅移——它們釋放光的波長將會變得更長，是以從其他星系的角度來看會更紅。你可能會想，這是因為單個星系在宇宙中活動的緣故，可是數學并沒有增添。

一個特心猿意馬星系的紅移量與它的距離有關。更近的星系會有必然水平的紅移。一個兩倍遠的星系會獲得兩倍的紅移。四倍的距離?沒錯，是紅移的四倍。為領會釋這一點，僅僅是星系在繞著扭轉，必需有一個很是奇異的陰謀，宇宙所有的銀河系公平易近都贊成在這個很是特心猿意馬的模式中移動。相反，有一個更簡單的詮釋：星系的活動是由這些星系之間的空間延長造當作的。我們糊口在一個動態的、演化的宇宙中，它在曩昔更小，未來會更年夜。

Top4、殘留輻射

讓我們玩一個游戲：假設曩昔的宇宙更小，這意味著它的密度會更年夜更熱，對吧？對——宇宙的所有都將被綁縛在一個更小的空間里，更高的密度意味著更高的溫度。在某些時辰，當宇宙比此刻小一百萬倍時，所有的工具城市被打壞，釀成等離子體。在這種狀況下，電子將離開它們的核宿本家兒而自由地游動，所有這些物質都洗澡在強烈的高能輻射中。可是，跟著嬰兒宇宙的膨脹，它會冷卻到一個點，在這個點上，電子會俄然在原子核四周不變地不變下來，形當作第一個完整的氫原子和氦原子。

在那一刻，瘋狂強烈的輻射會在新的透明的宇宙中通順無阻。跟著宇宙的膨脹，起頭白熱的光會冷卻，冷卻，冷卻到絕對零度以上的溫度，將波長固心猿意馬在微波規模內。當我們把微波千里鏡瞄準天空時，看到了什么？一個布景輻射的洗澡，周圍環抱著我們。嬰兒的宇宙照片，從一個早已逝去的時代寄來的明信片，一段時候的光，幾乎和宇宙自己一樣古老。

Top5、元素

把時鐘往回推，甚至比宇宙微波布景的形當作還要早，在某種水平上，工作是如斯強烈，如斯瘋狂以至于連質子和中子都不存在。這只是它們的根基部門，夸克和膠子的湯。可是，當宇宙膨脹并從它存在的最初幾分鐘冷卻下來的時辰，最輕的核，像氫和氦，固結形當作。此刻有一個半斤八兩不錯的核物理處置方式，可以操縱這些常識來展望我們宇宙中最輕的元素的相對數目。展望：固結的湯應該發生年夜約四分之三的氫，四分之一的氦和少量的“其他”。

然后挑戰天文學家，他們發現了什么？宇宙由年夜約四分之三的氫、四分之一的氦和更少的“其他”構成。當然，還有更多的證據。但這只是我們現代宇宙年夜爆炸的起點。多個自力的證據線都指標的目的統一個結論：我們的宇宙年夜約有138億年的汗青，起頭于一個細小的點！

博科園-科學科普｜文：Paul Sutter/Live Science