喬治-伽莫夫曾這樣講：宇宙只用了短短一小時就制造出了原子，百萬年時間就制造出了恒星，卻花了50億年時間才制造出了人類！
科學(xué)家們通過大爆炸理論告訴我們，宇宙并非永恒不變，而是有一個明確的起點，今日所見之萬物皆是億萬年進(jìn)化的產(chǎn)物。而此理論的提出，不僅與我們對宇宙的觀察結(jié)果不謀而合，還提供了對宇宙起源的種種預(yù)見。
那么，大爆炸理論的可信度究竟有多大？宇宙是否一直存在？首先，讓我們探尋一下宇宙的構(gòu)成。
夜空之下，群星閃爍，僅我們所在的銀河系便星辰億億。但仰賴哈勃太空望遠(yuǎn)鏡，我們得以洞察到遙遠(yuǎn)的宇宙深處，星系如珍珠般散落在星際空間。而我們擁有多種技術(shù)手段測量這些星系與我們的距離。
最直觀的方法便是通過觀測星系中的單個恒星來進(jìn)行測距。
為此，我們需要深入了解恒星的工作原理。新星、變星、乃至壯觀的超新星爆發(fā)，它們無一不昭示著恒星的內(nèi)在亮度和表觀亮度。通過測量恒星的內(nèi)在亮度以及它在我們眼中的亮度，我們便能計算出恒星的距離。
還有多普勒效應(yīng)，它使得向我們靠近的物體發(fā)出的光偏向藍(lán)端，而遠(yuǎn)離我們的物體發(fā)出的光偏向紅端。通過分析星系的光譜線，我們可以得知星系是在靠近我們還是在遠(yuǎn)離我們，并測量它們的移動速度。
通過對星系距離和紅移關(guān)系的觀察，我們發(fā)現(xiàn)星系距離我們越遠(yuǎn)，其遠(yuǎn)離我們的速度就越快?；蛘哒f，更準(zhǔn)確地，越遠(yuǎn)的星系其紅移值越大。盡管哈勃本人未能揭示星系遠(yuǎn)離我們的原因，但我們現(xiàn)已知曉這一規(guī)律在宇宙各向同性區(qū)域，超過十億光年以外的星系中普遍適用。僅此一點，便足以否定一個恒穩(wěn)態(tài)的宇宙模型。
那么，究竟是什么導(dǎo)致了物體距離我們越遠(yuǎn)，其光的紅移越明顯呢？這一現(xiàn)象本身提供了多種可能的解釋，包括：
光在傳播過程中會逐漸疲勞，失去能量；
宇宙可能在進(jìn)行周期性的振動，收縮與擴(kuò)張交錯；
宇宙常數(shù)，如光速或引力常數(shù)，可能隨時間發(fā)生變化；
宇宙在高速旋轉(zhuǎn)，遠(yuǎn)離我們的星系帶有未被觀測到的大規(guī)模平移運動。
以上種種理論都預(yù)示了不同的現(xiàn)象，原則上這些預(yù)測是可以通過觀察來驗證的，并能幫助我們將這些理論相互區(qū)分。而在20世紀(jì)40年代，喬治·伽莫夫和他的學(xué)生拉爾夫·阿爾弗、羅伯特·赫爾曼卻提出了一個與眾不同的觀點。
伽莫夫的理論認(rèn)為，紅移是由宇宙的膨脹引起的，且過去宇宙的膨脹速度更快。隨著時間推移，宇宙會逐漸降溫、膨脹并減速。
與上述理論一樣，伽莫夫的理論也做出了若干驚人的預(yù)測。如果我們追溯至過去，宇宙的密度和溫度將不斷升高，會發(fā)生什么呢？
實際上，如果我們追溯得足夠遠(yuǎn)，宇宙的高溫將會使得原子無法形成穩(wěn)定的中性狀態(tài)！然而在一個膨脹的宇宙中，那些曾電離原子的輻射如今應(yīng)已降溫，并均勻分布在整個空間中，這些輻射在光譜上會表現(xiàn)為微波輻射。此外，遺留的輻射應(yīng)呈現(xiàn)出一種非常特殊的光譜類型，即黑體光譜。
盡管在20世紀(jì)40年代觀測技術(shù)尚顯原始，但伽莫夫的預(yù)言并未因此停步。
我們先前討論了單個原子。那么單個原子核呢？在一定溫度下，原子核同樣會被輻射能量瓦解，在這樣的高溫下，宇宙中不會形成比單個質(zhì)子、中子或電子更為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。
然而，宇宙的膨脹和降溫是持續(xù)不斷的，在某個時刻，隨著溫度的下降，宇宙的第一步便是質(zhì)子和中子結(jié)合，形成了氘?？梢岳斫鉃?，在適當(dāng)?shù)臏囟群兔芏认?，宇宙在某個時間段內(nèi)進(jìn)行了簡單的核聚變，通過向氘添加更多的質(zhì)子和中子，制造出更重的元素。
或許，宇宙中的豐富元素便是由此產(chǎn)生。
實際上，宇宙模型究竟如何？大爆炸理論和許多其他理論曾在科學(xué)界引發(fā)長時間的討論。因為理論是預(yù)測可能發(fā)生的事件的工具，但一個理論是否正確必須依靠觀察和實驗數(shù)據(jù)的支持，或者這些數(shù)據(jù)可以幫助我們確定哪些理論是最佳和最有效的。
在貝爾實驗室工作的阿諾·彭齊亞斯和鮑勃·威爾遜（上圖）使用喇叭天線研究宇宙中的微波輻射。他們發(fā)現(xiàn)，雖然銀河系平面上存在某些特定的微波輻射，但整個天空中卻充滿了低溫噪聲。他們甚至清理了天線口的大量鳥糞，趕走了周圍的鳥，但噪聲依舊存在。
他們對遍布天空的低溫噪聲感到困惑，不確定其成因。這正是伽莫夫預(yù)言的宇宙大爆炸的遺留輻射。但輻射的光譜是怎樣的呢？直到20世紀(jì)90年代的COBE任務(wù)、以及之后的WMAP和普朗克巡天計劃中，通過精確測量微波輻射，我們才得到了準(zhǔn)確的驗證。
大爆炸理論以不可辯駁的精確度，預(yù)言了均勻分布在整個天空、充滿宇宙的微波輻射。
最后一個部分，大爆炸理論所預(yù)言的輕元素豐度如何呢？我們的預(yù)測是，大爆炸會形成一個由大約75%的氫、23%的氦、少量的氘、氦-3以及極少量的鋰組成的宇宙。在微波輻射的光譜中，我們看到了什么？
大爆炸理論自20世紀(jì)40年代起開始成形，其預(yù)測能力與觀測結(jié)果極為吻合。根據(jù)廣義相對論，我們可以在宇宙的大規(guī)模結(jié)構(gòu)中考慮各種奇特現(xiàn)象，如磁單極子、宇宙弦、磁疇壁、宇宙常數(shù)、中微子、暗物質(zhì)、暗能量、空間曲率，以及原子和光子。所有這些現(xiàn)象在大規(guī)模結(jié)構(gòu)中都會呈現(xiàn)出獨特的觀察結(jié)果。
通過對微波背景波動的測量，我們發(fā)現(xiàn)宇宙初期存在一些暗物質(zhì)，有宇宙常數(shù)，少量的中微子，剩下的主要是原子和光子。這與大爆炸理論的預(yù)測不謀而合。
大爆炸理論的初始條件似乎不需要精細(xì)調(diào)節(jié)便能產(chǎn)生一個充滿如此眾多物質(zhì)的宇宙？那么，宇宙中的物質(zhì)是如何來的？
解決之道便是宇宙暴漲理論，它可以解釋大爆炸的發(fā)生。
大爆炸理論是目前為止最為成功的宇宙理論。其他所有理論都在過程中遭遇挫折，包括光的疲勞理論、霍伊爾的穩(wěn)態(tài)理論以及阿爾文的等離子宇宙學(xué)。
謹(jǐn)慎地說，如果要給出一個概率的話，從宇宙的誕生至今，大爆炸有99.9%的可能是正確的。這就是為什么我們深信，一切皆始于一場偉大的爆炸！
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