科学家并没有穿越到138亿年前，他们怎么知道宇宙大爆炸发生了？

或许，世间最大的困惑莫过于那古老的哲学三问——“我是谁？”“我从哪里来？”“我要去往何方？”

这三问的每一个都涵盖了宇宙的终极奥秘，至今仍无定论，让众人信服。在这其中，“我从哪里来？”这个问题无疑是最受瞩目的，它不仅仅是针对个体的发问，更是对“万物起源”，亦即宇宙之源的探索。

这无垠的星空，总能激起人们的无穷好奇心与探索欲望。自从人类降临这个世界，对于宇宙的起源之谜，我们始终没有停止过探索的脚步。

在人类的远古时期，因缺乏科技设备，我们对宇宙起源的认知充满了神秘色彩，“神创万物”的说法成为了一种主流，在众多的古代神话传说中可见一斑。

随着人类步入近现代文明，科学家们探索宇宙的手段愈发先进，科技助力我们更好地解码宇宙。在这一历史大潮中，宇宙大爆炸理论成为了现代科学界的主流观点。该理论认为，宇宙起源于大约138亿年前的一次剧烈爆炸。尽管我们无法穿越回138亿年前，但科学家们是如何得知宇宙大爆炸确实发生过的呢？

来简要介绍下“宇宙大爆炸”。

其实，“大爆炸”并非字面意义上的爆炸，这只是一种形象的说法，更准确的称谓应是“膨胀”——我们生活在一个不断膨胀的宇宙中。在大约138亿年前，宇宙从一个体积无限小、密度与温度无限高的奇点中诞生，我们今天所见的万物皆源自此。所谓的大爆炸，其实就是这个奇点的突然膨胀。

在宇宙大爆炸发生后一瞬间，所有的亚原子粒子纷纷涌现，紧接着随着宇宙温度的逐渐下降，亚原子粒子开始结合成质子、中子等基本粒子，并在引力作用下结合为简单的元素。随后，漫长的演化历程拉开帷幕，星系、恒星、行星等宇宙结构逐步形成。

“宇宙大爆炸”这一概念最早于1949年被提出，起初带有讽刺色彩，是用来嘲笑“大爆炸理论”的。当时的理论学者更倾向于稳态宇宙理论，认为宇宙的存在恒久不变。然而，出人意料的是，这一讽刺最终演变成了关于宇宙起源的主流理论。

那么，科学家们是如何确定宇宙大爆炸确实发生过的呢？这些证据又有哪些呢？

哈勃定律

任何科学理论都离不开“证据”二字，不然只能是“空中楼阁”，宇宙大爆炸理论自然也不例外。事实上，在上世纪二三十年代，宇宙大爆炸理论的可观测证据就已出现。埃德温-哈勃通过望远镜观察遥远的星系与恒星时，发现了一个奇特的现象：这些天体似乎都在加速远离地球，他发现了遥远星系的红移现象，自然可以推断出宇宙正在膨胀。

星系红移现象表明，遥远的星系正在加速远离银河系，并且距离银河系越远的星系红移越明显，说明远离速度越快。星系与银河系的距离与远离速度呈线性关系，这就是著名的“哈勃定律”。哈勃定律是宇宙大爆炸理论的关键证据之一。

如果我们将时间逆流，倒回到宇宙诞生之时，我们将看到相反的景象：宇宙在不断收缩，最终汇聚于一点——奇点，也就是宇宙大爆炸发生之时。

为何远离我们的星系会产生红移现象呢？

这个原理其实很简单。当一个物体逐渐远离我们的视线时，它发出的光的波长会被拉长，波长变大，颜色也会变红，从而发生红移现象。反之，如果一个物体正朝我们靠近，它发出的光的波长则会被压缩变短，颜色会变蓝，即所谓的“蓝移”。

宇宙微波背景辐射

我们通常所说的光，指的是可见光，即人眼可感知的那部分光。但实际上，可见光仅占光谱中很小的一部分，大部分光都是我们肉眼无法看见的，如红外光、X射线、紫外线、微波等。这些不可见光对于我们认知宇宙和大自然至关重要。

那么，什么是宇宙微波背景辐射呢？

在大爆炸发生的一瞬间，巨大的能量被释放出来，充斥整个宇宙。在宇宙漫长的演化史中，宇宙一直在加速膨胀，这也意味着宇宙中的光被不断地拉伸，波长逐渐变长。上世纪60年代，科学家们探测到了从各个方向均匀发出的微波，这表明这些微波自宇宙诞生起就存在。它们是宇宙大爆炸后第一缕光穿越时间空间后转变而来的，它们充满了宇宙空间，均匀地分布在宇宙的各个角落，就像是宇宙的“背景”。这些微波被称为“宇宙微波背景辐射”，是上世纪60年代天文学四大发现之一。

宇宙中的元素丰度

所谓的元素丰度，即宇宙中各元素的相对含量。在地球上，我们熟知的是地壳中氧、铁、铝、硅、钙等元素的丰度较高，而大气层中主要为氮和氧。然而，宇宙中的元素丰度与地球存在显著差异。

以太阳为例，太阳的质量占整个太阳系总质量的99.86%，其中氢和氦两大元素占比高达99%，其他元素仅占1%。科学家进一步研究发现，宇宙中其他恒星和星系的元素丰度也大体相同，氢约占75%，氦约占24%，这一结果与宇宙大爆炸理论的预测完全吻合。

根据大爆炸理论，在大爆炸后的几分钟内，大量氢原子核和中子形成，并结合成氦原子核（即太初核合成）。由于条件所限，其他重元素无法在此时合成，它们大多在恒星的核聚变及超新星爆发中产生。

按照质量比例，太初核合成产生的氢和氦的比例为3:1，这一预测与科学家的观测结果相符。因此，宇宙中的元素丰度也是宇宙大爆炸理论的一个重要证据。

引力波的发现

根据宇宙大爆炸理论，大爆炸发生之后，宇宙持续快速膨胀，在此过程中会产生引力波。引力波即时空的涟漪，是爱因斯坦相对论的重要组成部分。随着人类探测引力波技术的进步，我们有可能在宇宙大爆炸后的几秒钟内探测到现存的引力波。2015年9月24日，科学家们首次探测到了引力波，这一发现在科学界引起了巨大反响，并成为宇宙大爆炸理论的又一有力证据。

尽管宇宙大爆炸理论拥有众多证据，但它并非完美无缺。不可否认的是，它是目前解释宇宙起源与演化最为成功的理论！