如何证明宇宙大爆炸真的发生过？

在138亿年前，整个可不雅测的宇宙是一个极其细小的点，温度跨越一万亿度。这是一个很是简单但很是斗胆的理论，但它也不是一个轻松或简单的理论。事实上，即使是在一百年前，这听起来也完满是荒谬的，但我们此刻却在说，这没什么年夜不了的。但就像科学上的任何工具一样，像如许的简单语句都是由年夜量自力的证据组成，它们都指标的目的统一个结论——在这种环境下即是宇宙年夜爆炸，我们的宇宙汗青模子。那若何证实宇宙年夜爆炸真的发生过？有5个年夜爆炸的证据：

开初，宇宙膨胀得很是很是快，图片：Flickr/Jamie, CC BY-SA

Top1、夜空是暗中的

想象一下，我们糊口在一个完全无限的宇宙中，时候和空间都是如斯。这些闪闪发光的恒星调集永远在每个偏向上运行，而宇宙只是一向存在，并且永远都是。那就意味着无论你在天空中看到什么，只要随便找个偏向，然后盯着看——你必然会在某个处所找到一颗星星。这是无限宇宙的必然成果。若是这个宇宙一向存在，那么就有足够的时候从那颗恒星发出光，以相对迟缓的c速度穿过宇宙，达到你的眼球。

即使有任何关涉的尘埃的存在，也不会削减从无限年夜宇宙中扩散出来恒星累积光。是以，天空应该闪烁着浩繁星星的光线。相反它是暗中、空虚、空白、暗中的。德国物理学家海因里希·奥尔伯斯可能不是第一个注重到这一较着的悖论的人，但他却对峙了这个不雅点：这就是众所周知的Olbers悖论。简单的抉择？要么宇宙不是无限的，要么它不是无限的、或者是没有？（显然是有的）。

Top2、类星体存在

在20宿世纪50年月和60年月，研究人员发现了活络的射电千里镜，在天空中发现了奇异的无线电波。经由过程重年夜的天文调查，科学家们确定这些准恒星射电源“类星体”，长短常遥远但很是敞亮的活跃星系。对于这个会商来说，最主要的是这个结论“很是遥远”的部门。因为光从一个处所到另一个处所需要时候，所以我们不像此刻如许看到恒星和星系，但就像当作千上万或几十亿年前一样。这意味着更深切地不雅察宇宙也会更深切地不雅察曩昔。在遥远的宇宙中看到很多类星体，这意味着这些天体在数十亿年前长短常遍及的。但在我们当地的最新社区里几乎没有类星体。它们在遥远的宇宙中是很常见的，应该在四周看到更多。简单的结论是：宇宙的汗青与今天分歧。

Top3、越来越年夜

我们糊口在一个不竭膨胀的宇宙中。平均而言，星系离所有其他星系越来越远。当然，一些小型的局部碰撞是由残剩的重力感化发生的，好比银河系将在几十亿年后与仙女座星系发生碰撞。但在很年夜水平上，这种简单、扩张性的关系是准确的。这是天文学家埃德温·哈勃在20宿世纪早期发现的，在发现“星系”现实上是一件事之后不久在膨胀的宇宙中，法则很简单。每个星系都在从(几乎)每个星系中撤退退却。来自遥远星系的光将会被红移——它们释放光的波长将会变得更长，是以从其他星系的角度来看会更红。你可能会想，这是因为单个星系在宇宙中活动的缘故，可是数学并没有增添。

一个特心猿意马星系的红移量与它的距离有关。更近的星系会有必然水平的红移。一个两倍远的星系会获得两倍的红移。四倍的距离?没错，是红移的四倍。为领会释这一点，仅仅是星系在绕着扭转，必需有一个很是奇异的阴谋，宇宙所有的银河系公平易近都赞成在这个很是特心猿意马的模式中移动。相反，有一个更简单的诠释：星系的活动是由这些星系之间的空间延长造当作的。我们糊口在一个动态的、演化的宇宙中，它在曩昔更小，未来会更年夜。

Top4、残留辐射

让我们玩一个游戏：假设曩昔的宇宙更小，这意味着它的密度会更年夜更热，对吧？对——宇宙的所有都将被绑缚在一个更小的空间里，更高的密度意味着更高的温度。在某些时辰，当宇宙比此刻小一百万倍时，所有的工具城市被打坏，酿成等离子体。在这种状况下，电子将离开它们的核宿本家儿而自由地游动，所有这些物质都洗澡在强烈的高能辐射中。可是，跟着婴儿宇宙的膨胀，它会冷却到一个点，在这个点上，电子会俄然在原子核四周不变地不变下来，形当作第一个完整的氢原子和氦原子。

在那一刻，疯狂强烈的辐射会在新的透明的宇宙中通顺无阻。跟着宇宙的膨胀，起头白热的光会冷却，冷却，冷却到绝对零度以上的温度，将波长固心猿意马在微波规模内。当我们把微波千里镜瞄准天空时，看到了什么？一个布景辐射的洗澡，周围环抱着我们。婴儿的宇宙照片，从一个早已逝去的时代寄来的明信片，一段时候的光，几乎和宇宙自己一样古老。

Top5、元素

把时钟往回推，甚至比宇宙微波布景的形当作还要早，在某种水平上，工作是如斯强烈，如斯疯狂以至于连质子和中子都不存在。这只是它们的根基部门，夸克和胶子的汤。可是，当宇宙膨胀并从它存在的最初几分钟冷却下来的时辰，最轻的核，像氢和氦，固结形当作。此刻有一个半斤八两不错的核物理处置方式，可以操纵这些常识来展望我们宇宙中最轻的元素的相对数目。展望：固结的汤应该发生年夜约四分之三的氢，四分之一的氦和少量的“其他”。

然后挑战天文学家，他们发现了什么？宇宙由年夜约四分之三的氢、四分之一的氦和更少的“其他”构成。当然，还有更多的证据。但这只是我们现代宇宙年夜爆炸的起点。多个自力的证据线都指标的目的统一个结论：我们的宇宙年夜约有138亿年的汗青，起头于一个细小的点！

博科园-科学科普｜文：Paul Sutter/Live Science