從古到今，宇宙起源就是一個長年霸屏的熱搜話題，很多人都挑戰過。那宇宙起源的話題到底現在發展成什麼樣子呢？今天，我就來給你盤點一下。
宇宙學原理
如果我們從地球上望向宇宙的深處，我們常常會看到物質分佈都是成團結構，衛星繞著行星轉，行星繞著恆星轉，星團和星系繞著質心在轉。
如果我們從更大尺度（10萬光年）來看，比如：銀河系大概有1500億~4000億顆恆星組成，它就是一個盤狀結構的。
如果，我們再拉到更大尺度（1億光年以上，10^8光年）來看，物質分佈不是成團的，眾多的星系團均勻各向同性地分佈在宇宙空間中。而且隨著尺度越大，各向同性越明顯。
這麼說，你可能沒啥感覺，我們可以舉一個樹林的例子，你就明白了。如果你在森林裡單獨看一棵樹或者幾棵樹，也就是在很小的範圍裡去看，他們都不太一樣。
但如果你把鏡頭拉得足夠高，再去拍，你會發現，你根本無法區分這些樹之間的區別。這是因為在更大的尺度上，整片森林都是均勻並且各向同性的，不那麼精準的通俗理解就是：每個部分看起來都是一樣的，像是均勻地分佈著。
所以，愛因斯坦根據觀測事實，總結出了一條宇宙學原理：
在宇宙觀測尺度上，1億光年以上（10^8光年以上），宇宙中地物質始終均勻各向同性的分佈著，這就被稱為宇宙學原理。
如果非要用一句話來幫助我們理解這個原理的話，那就是地球其實在宇宙中一點都不特殊，只是普普通通的存在，適用於地球地定律也適用於宇宙，因為我們深處於整個宇宙當中。
愛因斯坦的”有限無邊靜態宇宙“模型
愛因斯坦在提出宇宙學原理時，他受到當時主流的科學觀點的影響，認為宇宙是恆定不變的，不應該隨著時間變化而變化，也就是說是靜態的。翻譯成人話就是，愛因斯坦相信宇宙是永恆不變。
所以他希望能夠從他的廣義相對論場方程，求出一個靜態宇宙模型。
可是，他發現他的廣義相對論場方程得出的結果並非是靜態的。為了得到他想要地結果，他在他的廣義相對論場方程中添加了一個宇宙常數。
有了這個宇宙常數，使得愛因斯坦最終得到了他想要的結果：有限無邊的靜態宇宙模型。
宇宙大爆炸的來源
話說愛因斯坦的相對論場方程是十個偏微分方程組成的方程，它其實特別複雜，很難進行求解，想得到結果就得先進行必要簡化。
當時有兩個人都做出了類似得簡化，他們做的簡化就是假設：空間是各向同性得流體。這種簡化也被稱為度規。
當時有個蘇聯科學家弗裡德曼採用不含宇宙常數的愛因斯坦相對論場方程推導出了動態的膨脹的宇宙模型。
後來，比利時有個叫勒梅特的神父得到了類似的膨脹或者脈動（像心臟一脹一縮）的宇宙模型。
然後羅伯遜和沃爾克給出了度規的證明，於是這四人貢獻的度規合稱：FLRW度規。
多說一句，其實這個FLRW度規告訴我們，宇宙在什麼情況下是無限大的，什麼情況下是有限大的，這個我們在之後會專門詳細講解。
這裡多說一句，所謂的“度規”可以理解成時空的形狀以及度量這個形狀所用的座標系。
舉個例子，我們初中學的平面其實，可以理解成假設空間是二維平面，而座標系可以是直角座標。有了座標系就可以量化計算。而空間的問題也是運用這個辦法來解答的，這種方法也就叫做度規。
我們說回到勒梅特，他其實是第一個提出宇宙爆炸和演化思想的人，他認為：
宇宙最初處於有序性極高，也就是熵（混亂度）極小的狀態。他管這個叫做“宇宙蛋”，然後“宇宙蛋”爆炸並不斷膨脹，混亂度不斷上增加，演化成我們今天的宇宙。
我們在來仔細理解一下勒梅特的意思，愛因斯坦認為宇宙不會隨著時間而發生變化，是靜態的。而勒梅特認為，宇宙是隨著時間在膨脹的，所以隨著時間反推，最初的宇宙應該是一個很小的點。
哈勃定律
但是到目前為止，你會發現，這就只有理論，連個證據都沒有，那誰會信呢？
就在這時出現了一位喜歡仰望星空的小夥叫做哈勃。
哈勃這位小夥子用大型望遠鏡夜觀星象，他發現，
星系的宇宙學紅移與星系與地球的距離成正比。
這也被稱為：哈勃定律。
翻譯成人話就是：離地球遠的天體，在正在遠離地球，而且是越來越遠。這正好和勒梅特的理論是相吻合的。
更深入的研究發現，現在天體離我們越來越遠不是他們自己跑路了，而是空間在變大，也就是說，無論你在哪裡，在大尺度上，星系都在離你越來越遠。
我們日常生活中感覺不到膨脹，是因為尺度太小了，而且有引力作用。這種膨脹的效應要達到1億光年以上的尺度才能夠感受到。而哈勃的觀測也成為了勒梅特等人的理論的第一個證據。
火球模型
而這些都是在1920s做的研究，當時的主流觀點還是靜態的宇宙模型。所以沒人把他們的研究當回事。
後來，弗裡德曼有個學生叫做伽莫夫，他其實是很認可老師的觀點。他通過研究核物理和量子力學的，提出了宇宙演化的火球模型。
伽莫夫的火球模型大概是這樣的：
宇宙最初是一個原始核火球，在爆炸中膨脹開來，逐漸降溫。核子和電子逐漸形成原子，分子。最初的元素以氫為主，在原始的高溫中合成了一部分氦。以氫、氦為主體的氣體物質在萬有引力的作用下，逐漸凝聚成團，形成原始恆星。原始恆星的氣態物質不斷收縮，它們的萬有引力勢能轉化為熱能，使得恆星溫度越來越高，從而點燃氫聚合成氦的熱核聚變反應，形成發光的恆星，我們的太陽其實就這樣一顆恆星。
後來，有個叫做霍伊爾的科學家，他其實是支持靜態的宇宙模型的。
他在BBC電臺做科普節目時，被問到當時科學界對於宇宙起源的說法，他使用了“big bang“這個詞彙來形容，翻譯過來也就是大爆炸。沒想到大爆炸這個詞彙一下子就成了家喻戶曉的名詞。所以，火球模型被更名為了大爆炸模型。
穩恆態宇宙模型的破產
曾經有個叫做霍金的小夥子，他特別崇拜霍伊爾，一直想要做霍伊爾的徒弟，可人家霍伊爾是當時科學界的大咖，根本沒空理會霍金。這裡多說一句，霍伊爾被認為是當時的天才科學家，他的成就有很多，尤其關於恆星內部的研究。
只是霍伊爾沒想到，霍金屬於有仇必報的那種人。他花了很多時間去研究霍伊爾的穩恆態宇宙模型，結果他發現了其中有個很關鍵的計算錯誤。在一次霍伊爾的演講當中，霍金當眾指出了穩恆態宇宙的問題，並且還把這些研究寫到自己的論文裡。
自此，穩恆態宇宙模型宣告破產。霍金真正詮釋了什麼叫做“今天你對我愛答不理，明天我讓你高攀不起。”
宇宙大爆炸“的兩大預言
但是，穩恆態宇宙模型的破產並不代表著大爆炸宇宙模型就會成功，想要成為主流，還是需要更多的依據和證據的。
不過科學家開始關注起了伽莫夫的宇宙大爆炸模型，他們發現如果要證明宇宙大爆炸模型，至少需要找到兩個證據：
1，宇宙中的氦丰度
2，宇宙微波背景輻射
我先來具體說說氦丰度，說的其實就是宇宙中氦元素的含量。
之前我們也提到過伽莫夫提出的模型，而這個模型當中有提到宇宙誕生之初，會產生氦元素，伽莫夫經過計算，預言了宇宙中的氦丰度，
現在的宇宙中的元素應該有大概25%是氦元素。
通過科學家的觀測和驗證，發現實際和伽莫夫的預言是什麼吻合的。
說完宇宙中的氦丰度，我們再說說宇宙微波背景輻射，說白了就是宇宙誕生之初的“餘熱”，整個過程是這樣的，伽莫夫提出，
在宇宙大爆炸的之後，不斷地膨脹會使得溫度降低，但是在有限的時間內，溫度不會降低為絕對零度。所以，他認為宇宙大爆炸的“餘熱”的溫度應該約為5K。
1964年，兩位工程師彭齊亞斯和威爾遜為了研究如何更好地接收來自於宇宙的信號，意外發現在接收到的信號當中，有一些無論如何都無法消除地噪聲，經過反覆地檢查和確認，最終在科學家們的幫助下，他們確認了這就是宇宙大爆炸的“餘熱”，它充斥著整個宇宙，實測溫度是2.7K，這也被科學家們稱為：宇宙微波背景輻射。
而彭齊亞斯和威爾遜也因此拿到了1978年的諾貝爾物理學獎。
宇宙大爆炸模型的未來
宇宙中的氦丰度和宇宙微波背景輻射，以及哈勃定律成為了宇宙大爆炸模型的堅實證據。自此許多科學家紛紛投身於相關的研究。在科學史上，首次出現了粒子物理和廣義相對論攜手並進的局面。
不過它也存在一些問題，比如，大爆炸後遠小於1秒的極早期宇宙到底是咋回事，視界疑難，平坦性問題，重子不對稱性問題，暗物質和暗能量問題等等。
不過話說回來。宇宙大爆炸其實和進化論很像，它們都在隨著科學家的觀測一次次的“進化”和微調。比如，阿蘭·古斯提出的大暴脹理論就很好地填補了宇宙大爆炸模型的不足。
可能你要問，那宇宙大爆炸是如何進行的，也就是宇宙的歷史是如何的？宇宙到底有沒有邊界。關於這些問題，我將在接下來的幾期當中好好聊一聊。
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