我们无法穿越到138亿年前，科学家怎么知道宇宙大爆炸发生了？

相信很多人都听说过哲学三问：我是谁？我从哪里来？又要到哪里去？

每一个问题都堪称宇宙的终极奥秘，起码目前人类还无法给出让所有人都信服的答案。而在这三个问题中，“我从哪里来？”这个问题是最备受关注的，其中“我”不仅仅指狭义上的“某个人”，而是“万物的起源”，也就是宇宙的起源。

浩瀚无垠的宇宙，总是能唤起无数人的好奇心和探索欲望，自从人类诞生以来，人们探索宇宙起源的脚步就没有停止过。

在人类古代社会，由于缺乏先进的科学探测仪器，人们对宇宙起源这个终极问题的认知总是充满神秘色彩，“神创造了一切”成为了主旋律，这在很多神话故事中充分得到了体现。

随着人类进入近现代文明，科学家探索宇宙的手段越来越丰富，也有越来越多的高科技手段更好地认知宇宙。在这种大背景下，宇宙大爆炸理论成为了当今科学界关于宇宙起源的主流理论。该理论认为，宇宙认为宇宙诞生于138亿年前的一次大爆炸。我们无法穿越到138亿年前，那么科学家科学家又是怎么知道宇宙大爆炸真的发生了呢？

首先简单了解下何为“宇宙大爆炸”。

宇宙大爆炸，并非真的是一场“爆炸”，只是一种形象的比喻，更严谨的说法是“膨胀”，我们生活在不断快速膨胀的宇宙里。在大约138亿年前，宇宙诞生于一个体积无限小，密度温度无限高的奇点，如今我们看到的所有物质都是从奇点中迸发出来的。宇宙大爆炸其实就是奇点的突然急剧膨胀。

所有的亚原子粒子都是在宇宙大爆炸开始后瞬间产生的，这个瞬间非常短，只有几微秒。然后随着宇宙温度一步步冷却，亚原子粒子开始形成质子，中子等粒子，在引力作用下结合成简单的元素，之后开始了漫长的演化史，星系，恒星，行星等宇宙结结构开始形成。

“宇宙大爆炸”的观点最早出现在1949年，刚出现时其实是带有讽刺意味的，是对“大爆炸理论”的讽刺和批判，当时的理论学家更倾向于稳态宇宙理论，认为宇宙的存在是一成不变的。但是没想到的是，这种讽刺和批判到最后真的成了宇宙起源的主流理论。

那么，科学家是如何知道宇宙大爆炸发生了呢？都有哪些证据呢？

哈勃定律

任何科学理论都离不开“证据”两字，否则就是“空中楼阁”，当然宇宙大爆炸理论也不例外。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经出现了。当埃德温-哈勃通过望远镜观察宇宙中遥远的星系和恒星时，发现了一种奇特的现象：遥远的星系和恒星都在加速远离地球，他发现了遥远星系的红移现象，当然有理由相信宇宙在不断的膨胀中。

光谱的红移现象意味着遥远的星系在加速远离银河系，而且距离银河系越远的星系，红移就越明显，这表明星系的远离速度越快。星系距离与远离速度呈现线性关系，这就是“哈勃定律”！而哈勃定律也是宇宙大爆炸理论的重要证据。

如果我们把时钟往回拨，让时间倒流，一直到宇宙诞生的时刻，就会出现相反的情况：宇宙一直在收缩，最终收缩到一个点，也就是宇宙大爆炸发生的时刻：奇点。

为何远离我们的星系会发生红移现象呢？

这是很简单的原理。当一个物体逐渐远离我们视野时，物体发出的光的波长就会被拉伸，波长变大，颜色就会变红，发生红移现象。相反，如果一个物体逐渐向我们靠近，光的波长就会被压缩变短，颜色就会变蓝，所谓的“蓝移”！

宇宙微波背景辐射

我们通常所说的光，一般都是指可见光，也就是我们肉眼能看到的光。但事实上可见光只是光谱中非常狭窄的一部分，光谱中的大部分光我们用肉眼都无法看到，比如说红外光，X射线，紫外线，还有微波等，而这些不可见光在人类认知宇宙和大自然中起着非常重要的作用。

何为宇宙微波背景辐射？

在大爆炸瞬间，巨大的能量被释放出来，充满整个宇宙。在138亿年的宇宙演化史，宇宙一直在加速膨胀，这也意味着宇宙中的光不断地被拉伸，波长不断变长。在上世纪60年代，科学家们探测到了从各个方向发出的强度相同的微波，这表明这些微波一开始就是存在的，宇宙大爆炸开始后的第一缕光，这些光穿越漫长的时间空间后成为了微波，这些微波充满了整个宇宙空间，并且均匀地分布在浩瀚宇宙，就好像宇宙的“背景”，具有各向同性，其实就是宇宙大爆炸的遗址，也被称为“宇宙微波背景辐射”，是上世纪60年代天文学上四大发现之一。

宇宙中的元素丰度

元素丰度，简单讲就是宇宙中元素的占比。在地球上，我们都知道元素的大致构成。地壳中的氧铁铝硅钙等元素的丰度比较高，而大气层中主要是氮和氧，但浩瀚的宇宙的元素丰富并非如此，与地球有很大不同。

拿太阳来说，太阳质量占据了整个太阳系总质量的99.86%，拥有绝对的统治地位，太阳主要是由氢和氦两大元素构成，总占比达到了99%，其他元素只占了1%。科学家进一步研究表明，宇宙中其他恒星和星系的元素丰度也都基本如此，氢占了大约75%，氦占了24%，这样的结果与宇宙大爆炸的预言完全一致。

根据宇宙大爆炸理论的诠释，在大爆炸发生几分钟的时间里，氢原子核和中子能够大量形成，两者又会结合成氦原子核（太初核合成），而其他重元素没有合成的条件，重元素都是在恒星核聚变以及超新星爆发的过程中形成的。

按照质量比例，太初核合成产生的氢和氦的比例为3:1，该预言与科学家的观测结果一直。所以说，宇宙中的元素丰度也是宇宙大爆炸的一个有力证据。

引力波的发现

根据宇宙大爆炸理论诠释，大爆炸发生后，宇宙一直在急剧膨胀，在这段时间里，会产生引力波。引力波其实就是时空涟漪，时空结构的波纹，也是爱因斯坦相对论的重要组成部分，随着人类探测引力波能力的一步步提升，科学家有可能从宇宙大爆炸后的几秒钟就能探测到现有的引力波。在6年前的2015年9月24日，科学家终于首次探测到了引力波的存在，引力波的发展在科学界引起了巨大反响，也成为宇宙大爆炸理论又一有力证据。

虽然有这么多证据，但宇宙大爆炸并不是完美的理论，但不可否认大爆炸理论是目前诠释宇宙起源演化最好的理论！