天地玄黄、宇宙洪荒：宇宙大爆炸理论介绍
大爆炸如何创造了我们眼中的宇宙？
如果你躺在露台上，盯着美丽的夜空，想知道这个奇妙的宇宙如何开始，那你来了到正确的地方，这就是亚里士多德所说的“第一推动力”。最早的解释告诉我们，全能的上帝如何用无所不在的神力创造宇宙，当然，大多数人不相信这个，对吧？
幸运的是，还有另一个故事，更科学，更有说服力：大爆炸理论。
而宇宙学家和物理学家已经为此写下了整本整本大部头的书籍，用简短的篇幅解释这个现象可能是一项艰巨的任务，所以我将通过一些列问答的方式来尝试说明白这个问题。
（1）什么是大爆炸理论？
大爆炸理论是关于宇宙如何形成的主要解释理论。然而，它虽然听起来荒谬，但它是最匹配宇宙观测数据的，因此被广泛接受。它受到其他一些理论的质疑，但被认为是宇宙学最广泛接受的观点。注意，本文可不是讨论《thebig band》电视剧。
比利时罗马天主教牧师乔治·莱米特雷（GeorgesLemaitre）首先提出了这样的想法，当天文学家埃德温·哈勃（EdwinHubble）在1924年反对爱因斯坦对静态宇宙的信仰时，发现星系彼此分开，意味着宇宙不断扩大。
宇宙从一个点伸展开来(PhotoCredit : Fredrik / cy:User:Llywelyn2000 / Wikimedia Commons)
乔治意识到，在一定时间内，宇宙小得多，后来的扩张可追溯到爆炸形成现在宇宙的一个点。当时，大约在140亿年之前，宇宙中的所有物质集中在这个单一点上。
（2）我们凭什么认为发生过宇宙大爆炸？CMBR（宇宙微波背景辐射）
CMBR是可以在宇宙中看到的几乎均匀的电磁波背景。这是来自大爆炸的剩余热量，涂抹了整个天空。它也是我们可以看到的最古老的光。然而，我们眼中看不见，因为光已经走过了数十亿年，这已经延长了波长，或者将其从紫外线和可见光“红移”到微波带。（【岭南按】正确的解释是：由于大爆炸，任意两点都在相互远离，光从离你而去的物体射来时、等效波长变长，也就是可见光变成红外光了）。
左：电磁频谱。 右：CMBR（宇宙微波背景辐射），永远存在我们头顶，但肉眼看不到。
它的发现是为确定宇宙的形状或“几何”而进行的实验的一部分，并且是由测量微波辐射的基于太空望远镜的威尔金森微波各向异性探测器（WMAP）测量的。
测量中的WMAP，在空间中的每个方向测量微波，在地球表面没有任何环境干扰时。
CMBR为我们提供了诞生近10万年的婴儿宇宙的照片。 最初，由于太多的热量，宇宙处于等离子体状态，充满电离气体，散射光子并使其变得不透明。 图中展示的情形是它冷却下来后、电子聚集在一起形成基本元素。 因此，图片包含或多或少密集的“斑点”。
由WMAP制作的CMBR精致细节。 （图片来源：AirBa〜commonswiki / Wikimedia Commons）
宇宙微波背景辐射（CMBR）告诉我们如何以及为何形成了星系。
关于大爆炸，研究CMBR后能得到啥呢？
我们再来对着CMBR看几个问题：
那些点是什么？
红点是由于重力而聚集的微小块体，因此代表较低的能量，因为它们也吸引了光线，吸收了一些能量。 另一方面，蓝点是代表较高能量的相对较小的致密部分，因为它们质量小、光得以更轻松的通过。
微小的斑点表明CMBR图上小范围的温度微小变化。
它们代表最小的温度变化。 温度变化直接导致恒星和星系的形成，从而导致生命。
考虑到这一点，这些小块是如何形成的呢？
量子波动！ 量子力学以极小的尺度规定了基本粒子的动力学，并告诉我们，与普遍的观点相反，真空不是“空的”，而是以称为量子波动的形式存在一定量的势能。
这些是虚拟的粒子 - 反粒子对，如几个肥皂泡，从“空”中产生，然后相互湮没为虚无。
晕了吧？！
是的，不管它听起来多奇怪，它在数学上是可能的，由海森堡的测不准原理支撑。
请坐稳了，还有更神奇的！
你不觉得奇怪吗，为什么CMBR宇宙背景图如此均匀？
更奇怪的是宇宙背景图的大规模同质性。 换句话说，考虑到背景图包含了巨大的区域，如何将温度均匀分布在所有团块之间 - 即使是宇宙角落里的那些 - 如此之快？ 比光速还要快吗？
同质性扰乱了宇宙学家一段时间，直到艾伦·考特（Alan Guth）提出猜想：宇宙迅速扩张，速度比光速快，就在它刚刚诞生之后。 他称这种扩张为“通胀”。
怎么样，够劲爆吧！
膨胀
极度加速的膨胀发生在10 ^ -36秒之后，以10 ^ -32秒结束。 宇宙扩大了10 ^ 30尺度。 膨胀在空间上的扩展比光速快！
该图显示了由通货膨胀及其持续时间引起的扩张规模。
这已是足够时间，让混沌之处的团块散发热量、并达到均匀温度的宇宙形成过程一环，如办公桌上的一杯咖啡。 膨胀模型提出，在均匀温度建立后，我们观察到的这个微小区域被拉伸到较大的区域。
因此，宇宙能够保持其统一性，并给予我们CMBR描绘的形象。 这个相变过程提供了某种排斥力，不管物体的质量多大，都能对抗他们的重力、并使物体分离。
不过，你肯定质疑：光速难道不是不可超越的吗？
那有一个漏洞：没有什么可以比通过空间的光速快。 定律没有考虑空间本身，空间在膨胀中扩大，从而让两个物体分离，而不违反狭义相对论。
造成膨胀的原因尚不清楚，提出的理论超出了本文的范围。 虽然一个普遍的理论是，宇宙经历了相变，将其随机性转化为秩序，在过程中释放出令人难以置信的能量，就像冰箱通过将热量放入其周围环境而让水结冰一样。
这个能量被用来实现宇宙在空间上以指数级进行膨胀，因此，大爆炸就是膨胀本身。
著名的宇宙学家史蒂芬·霍金（Lawrence Krauss）和劳伦斯·克劳斯（Lawrence Krauss）都提出了这样的观点：小气泡随机的出现和消失，在爆炸时作用到围绕着我们的、这个一直膨胀中、令人难以理解的宇宙。
把上面的论点串起来，宇宙的整体现象可以生动的描绘如下：
根据大爆炸理论总结宇宙的诞生与演变的插图。 （图片来源：NASA / WMAP科学小组/维基共享资源）
像一个令人讨厌但真的好奇的五岁小孩子经常做的，你可以直接跳过开始，问：为什么一定是那样呢？可我什么也没看到呀？！ 事实上…
什么是“空”？
这个问题，无论听起来多么抽象和哲学，它其实都是一个科学问题。 但是呢，回答起来太复杂了。 量子波动允许粒子随机地从“空”中产生和湮灭，但只有在真空的坩埚中观察到了（【岭南按】待核实）。
但问题又来了，这个真空来自哪里？ （这是最后一个问题，我保证）
甚至只是想想“空”这个概念都会让我们头疼，至少现在，这个令人困惑的问题的答案是... 我们根本不知道“空”是什么。 我们可以说：显而易见的那里一定要有一些东西，而不是“空”（什么都没有），就像劳伦斯·克劳斯说的：“ “空”它就是……不稳定（没啥道理可讲）”。
本文编译自http://www.scienceabc.comWhat Caused The Big Bang And Created The Universe? 原作者：Akash Peshin
参考文献：
Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics
Berkeley Cosmology Group
University of Wisconsin Madison
NASA/IPAC Extragalactic Database (NED), California Instituteof Technology
A Universe From Nothing by Lawrence Krauss
Carnegie Institution for Science
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