我們無法穿越到138億年前，科學家怎麼知道宇宙大爆炸發生了？

相信很多人都聽說過哲學三問：我是誰？我從哪裡來？又要到哪裡去？

每一個問題都堪稱宇宙的終極奧秘，起碼目前人類還無法給出讓所有人都信服的答案。而在這三個問題中，“我從哪裡來？”這個問題是最備受關注的，其中“我”不僅僅指狹義上的“某個人”，而是“萬物的起源”，也就是宇宙的起源。

浩瀚無垠的宇宙，總是能喚起無數人的好奇心和探索慾望，自從人類誕生以來，人們探索宇宙起源的腳步就沒有停止過。

在人類古代社會，由於缺乏先進的科學探測儀器，人們對宇宙起源這個終極問題的認知總是充滿神秘色彩，“神創造了一切”成為了主旋律，這在很多神話故事中充分得到了體現。

隨著人類進入近現代文明，科學家探索宇宙的手段越來越豐富，也有越來越多的高科技手段更好地認知宇宙。在這種大背景下，宇宙大爆炸理論成為了當今科學界關於宇宙起源的主流理論。該理論認為，宇宙認為宇宙誕生於138億年前的一次大爆炸。我們無法穿越到138億年前，那麼科學家科學家又是怎麼知道宇宙大爆炸真的發生了呢？

首先簡單瞭解下何為“宇宙大爆炸”。

宇宙大爆炸，並非真的是一場“爆炸”，只是一種形象的比喻，更嚴謹的說法是“膨脹”，我們生活在不斷快速膨脹的宇宙裡。在大約138億年前，宇宙誕生於一個體積無限小，密度溫度無限高的奇點，如今我們看到的所有物質都是從奇點中迸發出來的。宇宙大爆炸其實就是奇點的突然急劇膨脹。

所有的亞原子粒子都是在宇宙大爆炸開始後瞬間產生的，這個瞬間非常短，只有幾微秒。然後隨著宇宙溫度一步步冷卻，亞原子粒子開始形成質子，中子等粒子，在引力作用下結合成簡單的元素，之後開始了漫長的演化史，星系，恆星，行星等宇宙結結構開始形成。

“宇宙大爆炸”的觀點最早出現在1949年，剛出現時其實是帶有諷刺意味的，是對“大爆炸理論”的諷刺和批判，當時的理論學家更傾向於穩態宇宙理論，認為宇宙的存在是一成不變的。但是沒想到的是，這種諷刺和批判到最後真的成了宇宙起源的主流理論。

那麼，科學家是如何知道宇宙大爆炸發生了呢？都有哪些證據呢？

哈勃定律

任何科學理論都離不開“證據”兩字，否則就是“空中樓閣”，當然宇宙大爆炸理論也不例外。事實上，在上世紀二三十年代，宇宙大爆炸理論的可觀測證據就已經出現了。當埃德溫-哈勃透過望遠鏡觀察宇宙中遙遠的星系和恆星時，發現了一種奇特的現象：遙遠的星系和恆星都在加速遠離地球，他發現了遙遠星系的紅移現象，當然有理由相信宇宙在不斷的膨脹中。

光譜的紅移現象意味著遙遠的星系在加速遠離銀河系，而且距離銀河系越遠的星系，紅移就越明顯，這表明星系的遠離速度越快。星系距離與遠離速度呈現線性關係，這就是“哈勃定律”！而哈勃定律也是宇宙大爆炸理論的重要證據。

如果我們把時鐘往回撥，讓時間倒流，一直到宇宙誕生的時刻，就會出現相反的情況：宇宙一直在收縮，最終收縮到一個點，也就是宇宙大爆炸發生的時刻：奇點。

為何遠離我們的星系會發生紅移現象呢？

這是很簡單的原理。當一個物體逐漸遠離我們視野時，物體發出的光的波長就會被拉伸，波長變大，顏色就會變紅，發生紅移現象。相反，如果一個物體逐漸向我們靠近，光的波長就會被壓縮變短，顏色就會變藍，所謂的“藍移”！

宇宙微波背景輻射

我們通常所說的光，一般都是指可見光，也就是我們肉眼能看到的光。但事實上可見光只是光譜中非常狹窄的一部分，光譜中的大部分光我們用肉眼都無法看到，比如說紅外光，X射線，紫外線，還有微波等，而這些不可見光在人類認知宇宙和大自然中起著非常重要的作用。

何為宇宙微波背景輻射？

在大爆炸瞬間，巨大的能量被釋放出來，充滿整個宇宙。在138億年的宇宙演化史，宇宙一直在加速膨脹，這也意味著宇宙中的光不斷地被拉伸，波長不斷變長。在上世紀60年代，科學家們探測到了從各個方向發出的強度相同的微波，這表明這些微波一開始就是存在的，宇宙大爆炸開始後的第一縷光，這些光穿越漫長的時間空間後成為了微波，這些微波充滿了整個宇宙空間，並且均勻地分佈在浩瀚宇宙，就好像宇宙的“背景”，具有各向同性，其實就是宇宙大爆炸的遺址，也被稱為“宇宙微波背景輻射”，是上世紀60年代天文學上四大發現之一。

宇宙中的元素丰度

元素丰度，簡單講就是宇宙中元素的佔比。在地球上，我們都知道元素的大致構成。地殼中的氧鐵鋁矽鈣等元素的丰度比較高，而大氣層中主要是氮和氧，但浩瀚的宇宙的元素豐富並非如此，與地球有很大不同。

拿太陽來說，太陽質量佔據了整個太陽系總質量的99。86%，擁有絕對的統治地位，太陽主要是由氫和氦兩大元素構成，總佔比達到了99%，其他元素只佔了1%。科學家進一步研究表明，宇宙中其他恆星和星系的元素丰度也都基本如此，氫佔了大約75%，氦佔了24%，這樣的結果與宇宙大爆炸的預言完全一致。

根據宇宙大爆炸理論的詮釋，在大爆炸發生幾分鐘的時間裡，氫原子核和中子能夠大量形成，兩者又會結合成氦原子核（太初核合成），而其他重元素沒有合成的條件，重元素都是在恆星核聚變以及超新星爆發的過程中形成的。

按照質量比例，太初核合成產生的氫和氦的比例為3：1，該預言與科學家的觀測結果一直。所以說，宇宙中的元素丰度也是宇宙大爆炸的一個有力證據。

引力波的發現

根據宇宙大爆炸理論詮釋，大爆炸發生後，宇宙一直在急劇膨脹，在這段時間裡，會產生引力波。引力波其實就是時空漣漪，時空結構的波紋，也是愛因斯坦相對論的重要組成部分，隨著人類探測引力波能力的一步步提升，科學家有可能從宇宙大爆炸後的幾秒鐘就能探測到現有的引力波。在6年前的2015年9月24日，科學家終於首次探測到了引力波的存在，引力波的發展在科學界引起了巨大反響，也成為宇宙大爆炸理論又一有力證據。

雖然有這麼多證據，但宇宙大爆炸並不是完美的理論，但不可否認大爆炸理論是目前詮釋宇宙起源演化最好的理論！