宇宙大爆炸理論，又稱大爆炸宇宙學。這個理論形成於20世紀上半葉。
它解決了熵的問題，說明宇宙並不是無限古老的；
解決了奧伯悖論，指出宇宙處在有限的時間和空間內；
解釋了引力的悖論，宇宙正在膨脹，引力還來不及將所有的事物都拉扯成一團。
大爆炸之前的不可描述
大爆炸理論認為，宇宙從一個無限小的奇點開始迅速膨脹，並且至今仍在膨脹。
宇宙就像一個卵，從一個遙遠的，不可確定的起點，歷經不同的階段，在內在的規則中不斷髮展。1927年，大爆炸宇宙學的創始人之一喬治·勒梅特（Georges Lemaoitre）提出：宇宙早期就像“原初的原子”（primordial atom）。
現代理論暗示宇宙在一個特定的時間被創造，而且可能在未來消亡。新理論解釋了舊理論遇到的許多問題。
例如，它指出宇宙不是永恆存在的；由於光速有限，即使到宇宙生命的盡頭，來自最遙遠的星系的光也不可能到達我們這裡，這些星系我們註定無緣一見。
按照大爆炸的理論，宇宙誕生於大約130億年前。至於爆炸的一瞬間和之前的時間，我們除了說“出現了某種事物”以外，就沒有任何話可說了。
我們不知道它為什麼出現，也不知道如何出現的。我們說不清在這之前存在著什麼。我們甚至都不能說有那麼一個“之前”或“空間”，某種事物在其中存在著。因為時間和空間也許是與物質和能量在同一時刻被創造出來的。所以，關於大爆炸那一刻或更早的時期，我們說不出什麼確切的東西。
然而，從大爆炸之後一秒鐘不到的一剎那開始，現代科學能夠根據大量證據提供一個精確而清晰的宇宙發展過程。大部分最有趣的
“事件”都發生在這一秒鐘不到的一剎那間。一開始，宇宙極其微小，也許比原子還小。原子到底有多小呢？物理學家理查德·費曼（Richard Feynman）形象地說明了原子的大小：
如果把一隻蘋果擴展到地球那麼大，那麼組成蘋果的每一個原子的體積就相當於最初的那隻蘋果。
這個原子大小的宇宙溫度高達好幾萬億度。這樣的溫度下，物質和能量是可以相互轉化的，這種“能量/物質”高密度的混沌，類似於宗教中各種創世神話中的原初的無序狀態。
湮滅：反物質短暫的輝煌
這個微小的宇宙以不可思議的速度膨脹，而且正是由這種膨脹產生了最初的差異和形式。膨脹理論宣稱，大約在大爆炸之後的10^-34秒至10^-32秒間，宇宙以超光速（光速每秒大約30萬千米）膨脹，在某種形式的“反引力”作用之下迅速分離。
這一過程是無法想象的：在爆炸之前，整個宇宙可能比一個原子還小，而在一瞬間之後，它變得比一個星系還要大。膨脹的程度大到我們幾乎觀察不到宇宙的絕大部分，因為大部分來自宇宙的光線都過於遙遠而不能到達我們這裡。我們所能見到的宇宙也許只是真正宇宙的極小一部分。就像蒂莫西·費里斯所指出的：
“如果整個宇宙像地球那麼大，那麼我們所能觀察到的部分比一個質子還要小。”
隨著宇宙的膨脹，它的同質性開始降低。初始的平衡被打破，物質和能量獲得了我們今天所見到的形式。現代核子物理學能夠說出在怎樣的溫度下會出現怎樣特定的能量或物質形式，就像我們能夠說出在怎樣的溫度下水會轉化為冰一樣。因此，如果我們能夠測量宇宙冷卻的速度，那麼我們就能測算不同的力與粒子分別是在什麼時候從早期宇宙混沌中誕生的。
原子結構模擬圖
在大爆炸後第一秒內，夸克出現了，它是構成質子和中子的成分（質子和中子是構成原子核的主要成分）。夸克和原子核由支配我們宇宙的四種基本力之一的強核力結合在一起。
宇宙在大爆炸之後不到1/1000秒內就生成了，真是令人不可思議！
粒子以兩種形式出現：夸克和反夸克。繼而組成了物質與反物質粒子，兩者除了電荷相反外一模一樣，且兩者粒數子幾乎等量。當兩者相遇，彼此相互抵消，而且它們的質量全部轉化為能量，這個過程稱之為“湮滅”。
因此，大爆炸後的第一秒鐘之內，在原子內部上演了一場正負粒子一一配對“相互湮滅”的大戲。湮滅過程中轉化的能量以宇宙背景輻射的形式存在，遍佈整個宇宙。
然而，正粒子數量比負粒子數量每十億個多一個。也就是這每10億對正負粒子相互湮滅就多一個正粒子，而我們宇宙的物質就是由這
“剩餘的”沒有湮滅的正粒子組成。
微波背景輻射 粒子對撞
然後宇宙膨脹的速度減慢了。在大爆炸之後的幾秒鐘內，電子出現了。電子帶一個負電荷，而質子（有夸克構成）帶一個正電荷。電子與質子之間的關係由另一種基本力——電磁力控制，電磁力也出現在宇宙歷史的第一秒內。
輻射時代
在早期熾熱的宇宙中，攜帶電磁力能量的光子與物質帶電的粒子糾纏在一起。那時時的宇宙就像今天的太陽內部：大量的粒子和光子不斷相互作用，形成一片白熱的海洋。整個宇宙在帶正點的質子與帶負電荷的電子以及在光的相互作用下產生的能量發出持續不斷的噼啪聲。
在這個“輻射的年代”，就像埃裡克·蔡森所解釋的：
物質只不過像“一個極其微小的、用顯微鏡才能看見的凝結物，懸浮在由耀眼的放射線所構成的濃霧中的存在。”
在大爆炸發生大約30萬年之後，宇宙的平均溫度下降到絕對零度（零下273.15度）以上4000℃，溫度的下降可能是宇宙歷史最根本的轉變之一。轉變的瞬間就像是宇宙的起源一樣神秘，有時候我們能解釋從一種狀態到另一種狀態的轉變，而且答案無非是不同的力，如引力、壓力、熱力、電磁力等出現不平衡。有時我們完全不知道臨界值為什麼會在某個特定的點上被超越。
輻射時代的終結就是這樣一個轉變，物理學家也只能用宇宙膨脹過程中光量子能量下降與在亞原子層次上發生作用的電磁力之間平衡來加以解釋。
從星系中心輻射出的氣體射流
隨著宇宙的膨脹，宇宙溫度降低，在宇宙間流動的光能能量大為減弱，使得帶正電荷的質子能夠捕獲帶負電荷的電子，產生穩定而中性的原子。由於原子是中性的，因而不再與光子發生強烈的相互作用（雖然少數相互作用仍在發生）。因此，光量子如今可以自由的在宇宙中飄蕩。
在多數場合，物質和能量停止了相互作用。就像宗教哲學中物質和精神一樣，物質和能量成了兩個彼此分離的不同領域。這一過程之後的時代可稱為
“物質時代”。物質時代
最早出現的原子極為簡單，大部分為氫原子，還有三分之一的氦原子，也有一些更大一點的原子。所有的原子都很微小，直徑約為1000萬分之一釐米。但它們內部主要還是真空，質子和中子結合在一起形成原子核，電子遵循著自己的軌道在遠處圍繞著它們運行。理查德·費曼指出：
“如果我們有一個原子，並希望看到它的原子核，那我們必須把這個原子放大到像一間屋子那麼大，這樣原子核才差不多是一顆可以用肉眼辨認的微粒，但原子核所有的重量幾乎都集中在這個極其微小的原子核內。”
即使在宇宙誕生30萬年之後，宇宙依然是很簡單的。它差不多全部由真空構成，由氫和氦組成的巨大雲團四處飄蕩，攜帶著巨大的能量。
由超新星爆炸的多彩星雲
宇宙早期歷史的簡明年譜
大約大爆炸之後30萬年，所有的創造物都已經出現了：時間、空間、能量，以及物質宇宙的基本粒子，包括質子、電子和原子核，如今這些粒子的大部分已組成了氫原子和氦原子。從那一刻起，已沒有什麼真正意義上的變化了。同樣的能量和同樣的物質延續至今，對下一個130億年而言，這些相同的成分按照已有的規則持續運轉，不斷形成和消亡。
大爆炸宇宙學的證據
1、哈勃和紅移
1910年，美國天文學家亨利埃塔·萊維特（Henrietta Leavitt）發現造父變星的週期與恆星的大小和亮度相關。那麼通過測量觀察者所看到的亮度，能夠估算出有多少光線來我們地球的旅途中丟失了，由此可以知道該恆星離我們到底有多遠。利用這個方法，另一位美國天文學家艾德溫·哈勃（Ddwin Hubble）發現大多數遙遠的星系正在離我們遠去。離我們越遠，他們的地動速度越快。
艾德溫·哈勃
哈勃還發現了恆星光譜紅移現象。恆星光譜能夠告訴我們這顆星球是以什麼樣的速度向我們靠近或是遠離我們而去，這個原理就是多普勒效應。
哈勃的這一發現意義重大，一個河外星系離地球越遠，那麼它遠離地球的速度就越快。現代河外星系分佈圖表明，從大範圍看，宇宙是非常同質的。因此我們不得不假設，宇宙任何一個地方的觀察者也能觀察到宇宙的其餘部分也在遠離他們而去。這必定意味著整個宇宙正在膨脹。
如果宇宙正在膨脹，那麼過去的宇宙肯定比現在要小的多，這樣一直回溯下去，我們可以看到，在遙遠過去的某一瞬間上，宇宙肯定是無限微小的。這就導致了現代大爆炸宇宙學的基本結論：宇宙曾經是無限微小的，但是它後來膨脹了，而且至今仍在繼續膨脹。
哈勃太空望遠鏡呈現的宇宙一角
哈勃還指出，科學家可以通過測量宇宙膨脹的速度來推算宇宙存在的時間。起初，他估計兩個相距100萬秒差的物體，其膨脹速度（又稱哈勃常數）大約為500千米/秒（100萬秒差的距離為光在326萬年中的運行距離，大約為30.9x10^18千米，或者大約3000億億千米）。這個數字意味著宇宙只有20億年的年齡。而地球的年齡至少都有40億年以上。
今天我們對哈勃常數的估算就比較低了，現代科學家運用了好幾種其他的距離標誌，表明哈勃常數在55-75千米/（秒·每百萬秒差距）之間。這意味著宇宙的年齡是在100億至160億年之間，而最新的估算大約集中在130億年。
2、核物理學
20世紀40年代末，美籍俄裔物理學家喬治·伽莫夫（George Gamow）運用了原子彈研究的知識來探討這種全新的宇宙理論內涵。一個微笑的宇宙是什麼樣子？很顯然，它有極高的溫度：就像自行車輪胎，打了過足的氣就會變熱，同樣，所有的物質和能量都壓縮在一個極小的空間，這樣的宇宙必定是極熱的。伽莫夫很快意識到，利用現有的關於能量和物質在不同溫度下如何工作的觀念，對早期宇宙活動進行計算是完全可能的。
喬治·伽莫夫
而他們得出的答案是合乎情理的。他們發現能夠利用大爆炸理論假說，繪製一幅令人驚訝又言之有理的圖景，說明早期宇宙是如何構建的。
尤其是，或許能夠大致推測出在早期宇宙中存在著那些形式的能量和物質，從而明確宇宙在膨脹和變冷之際是如何變化的。
人麼很快發現，早期宇宙極其緻密而又異常熾熱的觀念與粒子物理學的知識是完全一致的。
3、宇宙背景輻射
1964年，阿爾諾·彭齊亞斯和羅伯特·威爾遜兩位科學家在建造一座超敏感微博探測器時，發現他們根本無法清除所接收到的各種背景“噪音”。無論探測器朝什麼方向，總存在著由微弱的能量產生模糊的嗡嗡聲。
為什麼天空的任何方向會同時發射能量？能像來自特定的恆星或銀河系還可以理解，而來自四面八方的能量，而且是如此多的能量，這完全無法理解。儘管信號很微弱，但其所代表的能量加在一起就十分巨大。
因為沒有其他理論能有力地解釋如此普遍的能量來源，只有大爆炸宇宙學能輕易而自然地對此加以解釋。他們發現的這個“噪音”來源的射線溫度非常接近大爆炸理論所說的能量殘餘射線溫度。
從1965年起，很少有天文學家還懷疑大爆炸理論是關於宇宙起源最流行的解釋。
宇宙學家馬格斯·泰格馬甚至說：
“宇宙的微博背景對於宇宙學的重要性，就好比脫氧核糖核酸（DNA）對於生物學的重要性一樣。”
大爆炸宇宙學有多大可信度
大爆炸宇宙學是正確的嗎？沒有任何科學理論能宣稱自己是完全確定的。而且該理論也遇到了一些技術性問題。但到目前為止，所有的技術問題都有望克服。
對於大爆炸的那一瞬間，我們所掌握的一切科學知識似乎都變得無用。此時，宇宙的密度趨於無窮大，溫度也趨於無限高，現代科學還是沒有找到解釋此類現象的好方法。
儘管存在這些問題，我們還是會認真對待大爆炸理論，原因在於它與大多數現代天文學、粒子物理學的經驗性和理論性知識的組合相一致。沒有其他關於宇宙起源的學說能夠解釋這麼多問題。
科學家構建了一個合乎邏輯的學說，與那麼多證據相一致，這個理論還告訴了我們在宇宙的歷史中最初幾分鐘內發生了什麼，這本身就是一個了不起的成就。大爆炸宇宙學如今已是現代宇宙學的核心思想。
參考：
《科學指南：通過事實、數字和公式探索宇宙物理世界》
《果殼中的宇宙》
《時間地圖》
《大爆炸簡史》
《宇宙傳記》
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