宇宙大爆炸理論有沒有證據(jù)支持？

創(chuàng)世，還有比這個(gè)更有趣的問題嗎？

1979年諾獎(jiǎng)得主斯蒂芬·溫伯格喜歡和上帝辯論，關(guān)于創(chuàng)世，他曾如此幽了上帝一默。

“「起初神創(chuàng)造天地。」(創(chuàng)世紀(jì)1:1)

但當(dāng)時(shí)沒有人在現(xiàn)場(chǎng)看。”

但這也表明，宇宙的起源，吸引著所有人類偉大的宗教家，哲學(xué)家和科學(xué)家的不斷追求。世界上幾乎所有宗教，不同文明都曾經(jīng)給過不同的解釋，包括現(xiàn)代科學(xué)。

到了今天，許多科學(xué)家的范式共識(shí)是：宇宙是由大約137億年前發(fā)生的一次大爆炸形成的。尤其經(jīng)過諾貝爾獎(jiǎng)的多次加持，這個(gè)理論已經(jīng)被廣泛接受，深入人心。

那一個(gè)瞬間，一個(gè)無比光輝的時(shí)刻，在那一個(gè)體積無限小，密度無窮大，溫度無窮高，時(shí)空曲率無限大的奇點(diǎn)，一切的物質(zhì)和能量，空間、時(shí)間，都從中產(chǎn)生。所有的語言都難以形容這一歷程。

僅僅為了理解爆炸的最初一秒鐘，已經(jīng)耗盡了許多物理學(xué)家一生的精力。直到今天，依然是理論物理學(xué)家們的熱門研究課題。

在大爆炸后 38萬年的時(shí)間，電子和原子核結(jié)合成為原子，宇宙開始放晴，光終于能夠在其中自由傳播，這個(gè)輻射的殘跡就形成了今天的宇宙微波背景輻射。

「神說，要有光，就有了光。」(創(chuàng)世紀(jì)1:3)

宇宙38萬歲時(shí)，還沒有太陽月亮星星，沒有恒星星系星云，就有了光，

宇宙的第一縷光線，直到現(xiàn)在仍然在宇宙的深處，這是創(chuàng)世的余輝。

“宇宙微波背景是我們宇宙中最古老的光，當(dāng)宇宙剛剛 380,000 歲時(shí)就刻在了天空上。它顯示出微小的溫度漲落，對(duì)應(yīng)著局部密度的細(xì)微差異，代表著所有未來的結(jié)構(gòu)，是當(dāng)今的恒星與星系的種子。”----德國(guó)馬克斯普朗克天體物理研究所托爾斯滕博士（En?lin, Dr. Torsten）。

在波瀾壯闊的創(chuàng)世后，我們終于可以看見這樣一個(gè)宇宙，一個(gè)瑰麗壯美的世界。

03大爆炸的證據(jù)

大爆炸理論描繪的圖景很美很動(dòng)人，但證據(jù)呢？

1929年，天文學(xué)一代宗師埃德溫·哈勃發(fā)現(xiàn)：天空中的所有星系（除我們自己的星系以外）都在離我們遠(yuǎn)去（多普勒紅移），也在彼此分離。而且星系距離越遠(yuǎn)、紅移越大，也就是說，越遠(yuǎn)的星系正以越快的速度飛馳而去，它們的速率和距離完全成正比，這就是著名的“哈勃定律”。

從那時(shí)起到今天，無數(shù)的天文學(xué)家，沒有最先進(jìn)只有更先進(jìn)的望遠(yuǎn)鏡，更多的實(shí)測(cè)觀察，無一例外都發(fā)現(xiàn)，宇宙就在我們眼前“自我膨脹”。這是一個(gè)極其震撼的發(fā)現(xiàn)。

一個(gè)合乎邏輯的推理和暗示就是：如果讓時(shí)光倒流，宇宙會(huì)收縮而不是膨脹，一直倒流回去，就會(huì)存在一個(gè)叫作大爆炸的時(shí)刻。

1931年，比利時(shí)的天主教神父勒梅特(Georges Lemaitre)首次提出宇宙誕生于某個(gè)粒子，在某一時(shí)間爆炸，當(dāng)時(shí)是離經(jīng)叛道之語。

1948年，俄國(guó)出生的美國(guó)物理學(xué)家伽莫夫?qū)⑾鄬?duì)論和宇宙膨脹論相結(jié)合，提出了宇宙大爆炸理論的“原始火球模型”，他先知般地預(yù)言了宇宙空間應(yīng)該充滿著殘余輻射（宇宙微波背景輻射 ），正如一個(gè)火爐雖然不再有火了，但還可以冒一點(diǎn)熱氣。

好玩的是，雖然伽莫夫預(yù)測(cè)對(duì)了，“但是他們最初的計(jì)算，在細(xì)節(jié)上沒有一個(gè)是正確的”，“在數(shù)學(xué)上很荒謬”（史蒂文·溫伯格（Steven Weinberg）《最初的三分鐘》（The First Three Minutes））

讀到這，你一定滿肚子狐疑，宇宙微波背景輻射到底是什么鬼？

微波背景輻射（英語：CMB, cosmic microwave background，又稱3K背景輻射）是宇宙大爆炸的最重要證據(jù)之一，這些大爆炸后的殘余輻射充滿整個(gè)宇宙，是宇宙的“年輪”。

伽莫夫做出的理論預(yù)言很快就被遺忘在科學(xué)文獻(xiàn)的浩瀚海洋里，直到十幾年后的1964年，才有些物理學(xué)家拼命想去尋找，包括普林斯頓的幾個(gè)著名物理學(xué)家，但遺憾的是，由于各種原因，他們沒有發(fā)現(xiàn)。

幸運(yùn)垂青了貝爾實(shí)驗(yàn)室的兩個(gè)工程師，阿爾諾·彭齊亞斯（Arno Penzias）和羅伯特·威爾森（Robert Wilson）。1964年，他們倆為了改進(jìn)衛(wèi)星通訊，建了高靈敏度天線，可是不斷受到一個(gè)溫度為3.5K（1965年，他們又訂正為3K）的不明信號(hào)的干擾，不論怎么改進(jìn)探測(cè)儀器，即使清理掉微波電線上的鴿子糞便，信號(hào)也依然存在,它日日夜夜一刻不停,而且來自天空的各個(gè)方位。

限于他們的宇宙學(xué)知識(shí)，彭齊亞斯和威爾遜實(shí)在搞不定，但他們還是發(fā)表了這個(gè)發(fā)現(xiàn)。普林斯頓大學(xué)的幾位著名物理學(xué)家（其中一個(gè)就是皮布爾斯）最終確認(rèn)了這就是他們眾里尋她千百度的宇宙微波背景輻射。

這將整個(gè)宇宙都浸潤(rùn)其中的輻射是原初宇宙高熱的遺跡，是原初宇宙火球正在暗淡下去的最后光芒。

宇宙微波背景全天圖，由威爾金森微波各向異性探測(cè)器9年成果繪制

兩個(gè)工程師無意中揭開了現(xiàn)代天文500年來最偉大的發(fā)現(xiàn)之一，并為此獲得1978年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，不愧是諾貝爾獎(jiǎng)史上最幸運(yùn)的兩個(gè)得主。

宇宙微波背景輻射的發(fā)現(xiàn)為宇宙大爆炸模型提供了最強(qiáng)有力的證據(jù)，是一個(gè)檢測(cè)大爆炸宇宙模型的里程碑，并且與類星體、脈沖星、星際有機(jī)分子一道，并稱為20世紀(jì)60年代天文學(xué)的“四大發(fā)現(xiàn)”。

04宇宙學(xué)中最成功的模型

詹姆斯·皮布爾斯今年拿獎(jiǎng)時(shí)84歲，在得獎(jiǎng)之前，他已經(jīng)在宇宙微波背景輻射領(lǐng)域工作了近六十年。

這個(gè)在很荒謬的數(shù)學(xué)計(jì)算基礎(chǔ)上被預(yù)測(cè)，以非常偶然機(jī)會(huì)被發(fā)現(xiàn)的宇宙微波背景輻射，有什么巨大的魔力讓許多頂尖的物理學(xué)家耗費(fèi)普通人幾乎一生的光陰？

雖然皮布爾斯的團(tuán)隊(duì)沒有第一個(gè)發(fā)現(xiàn)宇宙微波背景輻射以致和1978年的諾獎(jiǎng)擦肩而過，但是他們隨后發(fā)表的幾篇里程碑式的論文成為物理宇宙學(xué)的起點(diǎn)。

在這個(gè)他們開創(chuàng)的全新領(lǐng)域中，皮布爾斯被廣泛認(rèn)為是世界領(lǐng)先的理論宇宙學(xué)家。在他畢生的努力下，探索宇宙的結(jié)構(gòu)、起源和演進(jìn)過程的宇宙學(xué)成為了嚴(yán)謹(jǐn)可量化的物理學(xué)分支。正如邵逸夫天文學(xué)獎(jiǎng)評(píng)價(jià)中說得那樣：“他的理論和觀察為幾乎所有現(xiàn)代宇宙學(xué)研究奠定了基礎(chǔ)，將高度猜測(cè)性的領(lǐng)域轉(zhuǎn)變?yōu)榫芸茖W(xué)。

到目前為止，宇宙學(xué)中最成功的模型是ΛCDM模型（英語：ΛCDM Model或Lambda-CDM Model），這是所謂Λ-冷暗物質(zhì)（Cold Dark Matter）模型的簡(jiǎn)稱。其中Λ為宇宙學(xué)常數(shù)，是解釋當(dāng)前宇宙觀測(cè)到的加速膨脹的暗能量項(xiàng)，它在大爆炸宇宙學(xué)中經(jīng)常被稱作索引模型.

ΛCDM模型最重要的創(chuàng)始人之一便是詹姆斯·皮布爾斯，他的三本風(fēng)靡全球的教科書《物理宇宙學(xué)》《宇宙的大尺度結(jié)構(gòu)》和《物理宇宙學(xué)原理》已經(jīng)成為宇宙學(xué)領(lǐng)域重要的參考文獻(xiàn)。

根據(jù)皮布爾斯的模型，結(jié)合美國(guó)發(fā)射的威爾金森微波各向異性探測(cè)器耗時(shí)七年對(duì)宇宙微波背景在不同方向上漲落的測(cè)量，科學(xué)家推測(cè)出宇宙的年齡是137±1億年，宇宙物質(zhì)的72.8%是暗能量，22.7%是暗物質(zhì)，4.5%是通常物質(zhì)。

2013年，在太空持續(xù)運(yùn)行了4.5年的普朗克衛(wèi)星將觀測(cè)宇宙學(xué)的精度再次提升到了一個(gè)嶄新的高度，它測(cè)出的數(shù)據(jù)是，68.3%的暗能量、26.8%的暗物質(zhì)、以及4.9%的通常物質(zhì)。

宇宙目前的膨脹速度是每秒71公里每百萬秒差距，宇宙空間是近乎于平坦，它經(jīng)歷過暴脹的過程，并且會(huì)一直膨脹下去。

在現(xiàn)代宇宙學(xué)的每一項(xiàng)巨大的理論成就中，幾乎都能看到皮布爾斯的身影。

“絕非夸張，現(xiàn)代宇宙學(xué)的一大部分是由皮布爾斯的腳注組成的。”