宇宙大爆炸

大爆炸是描述宇宙誕生初始條件及其後續演化的宇宙學模型，這一模型得到了當今科學研究和觀測最廣泛且最精確的支持。宇宙學家通常所指的大爆炸觀點為：宇宙是在過去有限的時間之前，由一個密度極大且溫度極高的太初狀態演變而來的（根據2010年所得到的最佳觀測結果，這些初始狀態大約存在於133億年至139億年前），並經過不斷的膨脹到達今天的狀態。
比利時神父、物理學家喬治·勒梅特首先提出了關於宇宙起源的大爆炸理論，但他本人將其稱作「原生原子的假說」。這一模型的框架基於愛因斯坦的廣義相對論，又在場方程式的求解上作出了一定的簡化（例如空間的均勻和各向同性）。1922年，蘇聯物理學家亞歷山大·弗里德曼用廣義相對論描述了流體，從而給出了這一模型的場方程式。1929年，美國物理學家埃德溫·哈柏通過觀測發現，從地球到達遙遠星系的距離正比於這些星系的紅移，從而推導出膨脹宇宙的觀點。1927年時勒梅特通過求解弗里德曼方程式已經在理論上提出了同樣的觀點，這個解後來被稱作弗里德曼－勒梅特－羅伯遜－沃爾克度規。哈柏的觀測表明，所有遙遠的星系和星團在視線速度上都在遠離我們這一觀察點，並且距離越遠退行視速度越大。如果當前星系和星團間彼此的距離在不斷增大，則說明它們在過去曾經距離很近。從這一觀點物理學家進一步推測：在過去宇宙曾經處於一個密度極高且溫度極高的狀態，大型粒子加速器在類似條件下所進行的實驗結果則有力地支持了這一理論。然而，由於當前技術原因，粒子加速器所能達到的高能範圍還十分有限，因而到目前為止，還沒有證據能夠直接或間接描述膨脹初始的極短時間內的宇宙狀態。從而，大爆炸理論還無法對宇宙的初始狀態作出任何描述和解釋，事實上它所能描述並解釋的是宇宙在初始狀態之後的演化圖景。當前所觀測到的宇宙中輕元素的丰度，和理論所預言的宇宙早期快速膨脹並冷卻過程中，最初的幾分鐘內通過核反應所形成的這些元素的理論丰度值非常接近，定性並定量描述宇宙早期形成的輕元素丰度的理論被稱作太初核合成。
大爆炸一詞首先是由英國天文學家弗雷德·霍伊爾所採用的。霍伊爾是與大爆炸對立的宇宙學模型——穩態學說的倡導者，他在1949年3月BBC的一次廣播節目中將勒梅特等人的理論稱作「這個大爆炸的觀點」。雖然有很多通俗軼事記錄霍伊爾這樣講是出於諷刺，但霍伊爾本人明確否認了這一點，他聲稱這只是為了著重說明這兩個模型的顯著不同之處。霍伊爾後來為恆星核合成的研究做出了重要貢獻，這是恆星內部通過核反應利用輕元素製造出某些重元素的途徑。1964年發現的宇宙微波背景輻射是支持大爆炸確實發生的重要證據，特別是當測得其頻譜從而繪製出它的黑體輻射曲線之後，大多數科學家都開始相信大爆炸理論了。

Q: 宇宙大爆炸是如何形成的?
根 據 「 大 爆 炸 宇 宙 演 化 模 型 」 ， 約 一 百 四 十 億 年 前 ， 宇 宙 源 自 一 個 體 積 極 小 的 點 ， 因 量 子 漲 落 引 發 的 「 大 爆 炸 」 而 誕 生 。 宇 宙 誕 生 不 久 ， 經 歷 了 一 次 「 暴 脹 期 」 ： 在 極 短 的 時 間 內 ， 宇 宙 的 體 積 暴 脹 了 數 萬 億 億 倍 。 大 爆 炸 後 約 四 十 萬 年 ， 光 子 開 始 可 以 在 廣 闊 的 空 間 中 馳 騁 ， 宇 宙 不 再 漆 黑 一 片 ， 「 宇 宙 微 波 背 景 輻 射 」 亦 隨 之 出 現 。 宇 宙 膨 脹 令 溫 度 不 斷 下 降 ， 恆 星 和 星 系 漸 漸 形 成 。