宇宙大爆炸是怎么一回事？
文 | 飞蠓
“大爆炸”是中国大陆对“The Big Bang”的意译，港台译为“大霹雳”。有意思的是，“Big Bang”本来是它的反对者为了嘲笑它而取的名称。1949年3月， 稳恒态宇宙模型 的提出者 弗雷德·霍伊尔 在BBC广播节目“The Nature of Things”讽刺性的把对手的宇宙模型形象地称作“Big Bang”，不料歪打正着，这个词却成了这个理论最深入人心的名称。
事情要从爱因斯坦的广义相对论开始说起。1917年，爱因斯坦发表了论文《根据广义相对论对宇宙学所做的考察》，根据他的广义相对论计算的结果，宇宙不是静态的，这和当时的主流认识不一致，因此爱因斯坦在方程中人为地加入一个“ 宇宙学常数 ”的参数进行修正。后来他称这是他一生中犯的最大错误。为什么？因为十几年后天文观测就发现， 宇宙不是静态的 ——1929年，天文学家埃德温·哈勃通过天文观测发现两个规律：1，遥远的星系都在远离地球；2，远离的速度和它们到地球的距离成正比，这被称作 哈勃定律 。
哈勃定律揭示了一个事实： 我们所处的宇宙正在膨胀 。最早意识到这一点的是比利时天文学家勒梅特，他同时想到，既然宇宙在膨胀，那么追溯既往，宇宙一定是从一个很小很小的“宇宙蛋”开始演化的。出生于俄国的科学家伽莫夫发展了勒梅特的思想，他和他的两个学生阿尔菲、赫尔曼一起于1948年提出了一个宇宙模型。在这个宇宙模型里，宇宙最初开始于一个物质、时间和空间都卷曲在一起的“奇（qǐ）点”，奇点处物质密度、温度和时空曲率都是无穷大的，随后宇宙开始膨胀，温度逐渐下降，开始形成现在我们所能见到的星系等天体。这个模型和霍伊尔的宇宙模型严重对立，于是就发生了上文提到的事件。
不过可别望文生义，以为宇宙是伴随着一声巨响而诞生的。这个宇宙模型并没有这个意思，是对手强加给它的。
那么宇宙大爆炸模型究竟正确不正确？它到底是异想天开的猜想还是反映了客观规律的理论？我们常讲，实践是检验真理的唯一标准，具体到天文学上，就是要看有没有观测证据支持它，或者根据它所作的预言能不能得到证实。如上所述， 哈勃定律是宇宙大爆炸模型的第一个观测支柱 。
从大爆炸宇宙模型中可以得出几个推论，其中之一就是宇宙诞生之初遗留下的热辐射依然存在于宇宙的各个角落，只是已经降低到2.735K，其辐射频率已经降到微波范围。1964年，美国贝尔实验室的两个无线电工程师彭齐亚斯和威尔逊在研究卫星通信时发现，宇宙中存在一种各向异性的微波辐射，波长为7.35厘米，天文学家们很快意识到这就是大爆炸宇宙模型预言的 宇宙背景辐射 。他们因为这项成就获得了1978年诺贝尔物理学奖。
伽莫夫的学生阿尔菲研究了轻元素的合成问题，1948年愚人节那天他与贝特、伽莫夫联名发表了一篇论文，被人戏称为 αβγ理论 。根据这个理论预测的宇宙中的轻元素同位素（氦4、氦3、氘、锂7等）相对于普通氢元素的质量比与实测结果大体相符。而且到目前为止也没有第二个理论能解释这些观测结果。
大爆炸理论预言，最早的一批星系和类星体出现在大爆炸后10亿年，之后更大的结构如星系团才开始形成。由于星系不断的衰老和演化，所以我们观测到的距离遥远的因而也更早（光速传播速度有限，我们看到的遥远星系是它们很久很久以前的形态）的星系和近距离的星系存在很多不同之处。此外，即便距离相近，相对较晚形成的星系和宇宙诞生之初就形成的星系也存在较大差异，这与霍伊尔等人的稳恒态宇宙模型强烈抵触，相反与大爆炸理论的计算模拟结果比较吻合。这是支持大爆炸理论的第四个观测支柱。
由于这些天文学观测结果，目前天文学家普遍相信，宇宙大爆炸正如地球绕太阳运动一样，是一个 事实 。天文学家之间争论的，只是这个模型的具体细节。
最后自问自答几个常见的小问题。
1、大爆炸之前宇宙是什么样？
时间本身都是大爆炸之后产生的，所以“大爆炸之前”在逻辑上是不存在的。
2、大爆炸对我们有什么影响？
如上所述，大爆炸只是一个形象的称呼，但和我们日常生活所见到的化学爆炸和物理爆炸不同的是，膨胀的不是某种物质，而是时间和空间。更具体地讲，就是我们度量宇宙的尺子被宇宙本身悄悄改变了，而我们能且只能通过对宇宙早期的尺子（也就是说是远处的尺子）的研究来证实和发现这一点。
但是，在距离我们较近的这部分宇宙根本观测不到这种变化，所以宇宙膨胀和大爆炸对我们日常生活没有影响。换言之，你早上扯的三尺布，中午量是三尺，晚上量是三尺，什么时候量都是三尺，10亿年以后去量也还是，因为我们用的尺子和我们的布同步膨胀，但是如果用10亿光年外的尺子量，就会发现这块布不是三尺了。
3、日常生活中能体会到大爆炸吗？
这个倒是能的，起码以前是能的。打开你家的模拟信号电视机，在没有任何信号输入的情况下，能看到满屏的雪花点，其中的一小部分雪花点就是宇宙大爆炸之初残存的热辐射所致。
4、宇宙会持续膨胀吗？
这个取决于宇宙中物质的“密度”。如果物质密度高于一个特定值，那么宇宙会由于引力的作用而停止膨胀并开始收缩，最终会重新收缩在一起；如果物质密度等于或低于这个值，则宇宙会持续膨胀下去。
