最后更新：2024年2月9日

大爆炸：万物的起源

宇宙膨胀，大爆炸 — 宇宙137.7亿年演化的长形表示（平面上的三维膨胀）。最左侧代表宇宙在所有方向指数增长之前的初始时刻。其大小由该图中网格的垂直范围表示。这一平面上的三维展示呈现了可观测宇宙的膨胀过程，但并非完美呈现。实际上，它更接近一个以我们为中心的球体。图片来源：维基共享资源（公有领域）。

宇宙的诞生！

137.7亿年前，一场被称为“大爆炸”的巨大爆炸诞生了空间、时间和物质。在这场难以想象的高温混沌中，一个气泡膨胀开来，向四面八方扩展，并逐渐冷却。 “大爆炸”一词由英国天体物理学家弗雷德·霍伊尔（1915-2001）在20世纪50年代提出，用以讽刺性地指代“原始爆炸”这一概念。这一宇宙学模型由比利时天体物理学家乔治·勒梅特（1894-1966）和俄罗斯物理学家亚历山大·弗里德曼（1888-1925）在20世纪20年代发展而来。大爆炸的历史并未预设存在一个“初始时刻”或开端。然而，即使在今天，我们仍能在天空中探测到这一起源的痕迹，称之为“化石辐射”。这种辐射是温度极低的微波辐射，约为3开尔文。它从宇宙的各个方向到达我们这里。之所以如此命名，是因为它构成了所有射电望远镜探测到的点状射电源的背景。大爆炸于1965年被阿诺·艾伦·彭齐亚斯（1933-2024）和罗伯特·伍德罗·威尔逊（1936-）探测到。他们因此获得了1978年的诺贝尔物理学奖。

时间的诞生！

起初，空无一物，没有物质，没有虚空，时间和空间并不存在。从一个比原子还小的点中，无限的能量将创造宇宙。这一切始于原始爆炸——大爆炸——之后的一瞬间。时间开始展开，整个宇宙将瞬间成形。这是有史以来最大的谜团。在此之前，我们一无所知，没有时间零点，时间不存在，我们没有任何数据表明存在任何事物。对科学家而言，宇宙时钟在10^-43秒（普朗克时间）敲响了第一声。宇宙是一个沸腾的虚空，充满极其致密且炽热的能量，随后我们推测，它突然膨胀，这就是暴胀。在10^-32秒时，第一批物质元素伴随着反物质出现（基本粒子和反粒子）。接着，在10^-6秒（即百万分之一秒）时，强核力将夸克三个一组地组合起来，形成质子和中子，并构成原子核（氢、氦）。

群众的诞生！

在3分钟时，宇宙质量的98%已经形成。此后直到38万年前，辐射时代结束，再无新变化。随后物质时代开启，第二种力——电磁力——出现。它将电子与原子核结合，构建出氢原子和氦原子。不断膨胀冷却的宇宙中，引力将原子聚集为更复杂的结构。星系与恒星由此诞生。

物质的诞生！

根据大爆炸理论模型，化石微波辐射是宇宙中第一批稳定原子形成时期所主导能量的残留物。辐射转化为物质。这一过程发生在大爆炸后约38万年。 COBE（宇宙背景探测器）卫星的数据显示，这种辐射并非科学家原先认为的那样均匀。强度不同的区域随机出现。原始宇宙密度的这些波动，可能是星系形成的起源。

可观测宇宙的时空切片

大爆炸膨胀 — 以二维空间切片形式呈现的可观测宇宙图示。该图示存在谬误，因为自大爆炸以来，宇宙一直在向所有方向膨胀。图片来源：Alex Mittelmann 设计，Coldcreation 创作，CC BY-SA 3.0 协议，链接。

可观测宇宙在此以一组二维切片的形式呈现，每片切片代表宇宙过去的影像（如同电影胶片）。最顶端的最大圆圈代表今天的宇宙。圆圈直径代表宇宙的尺度，随着时间回溯而逐渐缩小。但现实中宇宙向所有方向延伸，因此每个切片（即每个圆圈）都应替换为球体。这样我们得到的将不是二维圆圈的堆叠，而是三维球体的堆叠——这已超出人脑的想象能力。在这不完美的图示中，我们与宇宙所有星系都位于最外层的圆圈上。由于宇宙膨胀，无论望向哪个方向，万物似乎都在远离我们，如同站在膨胀气球表面观察。我们无法看到圆圈边界之外，因为光速有限。自大爆炸以来，来自"宇宙视界"之外物体的光线尚未抵达地球。气球持续膨胀，但视界并未远离，因此靠近视界的星系终将消失。在可观测宇宙之外，可能存在着无数我们无法观测的星系，甚至可能存在无限多个宇宙！