如果你問別人“宇宙是怎麼來的”，並且以科學的角度回答，那麼“大爆炸”可能是最常見的答案。然而，從科學發展來看， “大爆炸”其實是個比較新的學說，只要回到幾十年前，這個學說還飽受批判，再往前幾十年，它甚至被不予置評。

大爆炸來源於一個重要的科學理論和科學觀測

在我們證明大爆炸學說，並且目睹它的一次次成功的過程中，許多與之競爭的觀點都沒能很好地解答關於宇宙與萬物的來源問題。大爆炸的全部概念誕生於兩個簡單的事實：

• 第一，愛因斯坦關於引力的描述，即空間和時間的肌理會受物質、能量的影響，發生彎曲變化；

• 第二，我們測得的河外星系距離與它們的紅移幅度之間呈現出的比例關係。

經過多項觀測，這兩點都對觀測事實做出了精準得出奇的解釋，而將這兩項證據結合在一起，就可以得到結論，說我們生活在一個時間和空間肌理隨時間流逝而膨脹的宇宙之中。

當宇宙空間膨脹時，一切事物的能量都會下降。輻射的能量取決於它的波長，它的能量下降直接源於它的波長被拉伸；物質的動能取決於它的運動速度，它的能量損失直接來自它的速度減緩。物質還會遇到一個輻射不會遇到的情況，那就是在隨宇宙膨脹而損失能量的同時，其分佈密度（單位體積內的物質粒子個數）也在迅速下降，這同樣是空間擴張導致的。

這一圖景正好能為我們揭示關於宇宙過往的一些精彩的可能性。宇宙隨著時間的正向運動而變得更大、更冷、更稀疏、更低能量，意味著很久以前它是小、熱、緻密、高能的。抓住這種可能性並引申之，就誕生了大爆炸理論。

奇點之外有什麼？

由此反向推斷下去就會發現，越是看宇宙早期的樣子（即越是向宇宙深處觀察），星系退離我們而去的速度就越快，而且越是在我們視線的方向上表現出更強烈的紅移。同時，也會看到那些星系的形態並未經過很充分的演化，它們彼此的距離在當時也比現在更小，所以更富有成團的特徵。

而如果再往更遠方（即更遠古）看，則會發現星系和星系團的數量又變少了，而且它們的規模也變小了，逐漸趨於根本沒有生成的狀態。這些會發光的天體，全有賴物質在引力作用下匯聚坍縮成團而誕生。而我們看得越遠，就等於看到了更多時間之前的景象。於是，我們可以不斷觀察到宇宙在發展中更為早先的階段，看到天體的陳年舊影，進而在更遠的地方看見一個連中性原子還都沒有形成的、能量很高的童年宇宙，看見一個能最高到可以讓物質粒子和反物質粒子成對地自發創生的年代。

原則上講，在上述階段之前，應該還有一個危機四伏但無法繞開的階段；同時把越來越高的密度、越來越高的溫度和能量這些條件放進一個越來越小的宇由裡，最終將導致空間和時間在物理學意義上超過存在閾限，從而崩潰為一個“奇點”（singularty）。

不難埋解，這個奇點就對應著空間和時間的起始，對應著真正意義上宇宙誕生的時刻。如果要問這個奇點的外邊是什麼，那麼這種問法本身就沒有意義，因為它外邊根本沒有空間，也就沒有“哪裡”；要問這個奇點之前有什麼，也是沒有意義的，因為在它之前根本沒有時間，“何時”也就無從談起。廣義相對論的論述也只到奇點為止，被認定統率著現有宇宙的物理學定律並不適用於奇點的那種超溫度、超密度的無限高能狀態，不受限制的回溯必然導致出現難題。

雖然大爆炸理論解釋不了時空的來歷，但也得到大量的觀測證實

先不管這個難題，也不管大爆炸理論看上去多麼不可理喻，別忘了到20世紀60年代為止它還被大部分物理學家看作非主流理論，但這個理論實實在在地對宇宙歷史上的各階段及其事件做出了許多成功的預言。它預見了宇宙微波背景輻射即 CMB的存在，這個溫度僅比絕對零度高几度的、均勻而微弱的輻射，正是宇宙誕生時的高溫與高密度在歷經上百億年的冷卻之後殘存的光芒。

這些輻射曾被遊離態的電子之“海”（也包括一些遊離的原子核，但主要部分還是電子）散射過，但在宇宙年齡約38萬年時，中性原子形成了，這片“海”也隨之消失了，此後這些輻射就沒有再被散射。大爆炸理論還預見了宇宙最早具備的原子核大致有 75% 的氫與25%的氦-4（這是質量比，若按數量比算則是92%的氫與8%的氦-4），以及佔比很小的氘、氦-3，還有極少的鋰-7，它們都是在宇宙溫度降到足以容許穩定原子核時出現的，若溫度更高，則原子核生成之後會立即因高能粒子的撞擊而潰散。

2011年，人們首次偵測到了最早期的氣體雲，並證實其成分正如大爆炸理論所言。這些氣體雲是宇宙成分在早到未及有任何一代恆星誕生時的樣本，其組成部分來自宇宙年齡不足4分鐘的時候。

大爆炸理論還有不少預言可以看作從這些成果引申出來的命題。如最早一批恆星的形成，又如星系際介質的再離子化（有類星體光譜吸收線支持），又如因合併而出現的不同規模級別的星系（有超深空照相證據的支持）。再如，關於很遠處的微波背景輻射溫度的測定，通過蘇尼亞耶夫一澤爾多維奇效應（Sunyaev-Zel'dovich effect）所測出的該溫度隨距離增加而上升的曲線，與大爆炸理論預計的曲線吻合得很好。

總結：還有很多為解決的問題

每當技術達到可以檢驗大爆炸理論的某項預言的水平時，該項預言就會被證實，目前大爆炸理論關於宇宙的所有主要預言都已經有了觀測結果的佐證。

不過，我們的技術力量儘管很強大，也不是沒有極限的。在上述已經得到確認的結果之外，大爆炸理論關於更早期宇宙的一些預言目前還沒能被確證，如宇宙的中微子背景（需要回溯到宇宙年齡僅1秒時），又如物質一反物質不對稱性的緣起（需要回溯至宇宙年齡從10^-36秒到10^-12秒的階段），再如，如果我們要驗證關於奇點的預言，要證實那個現有物理定律不起作用的階段，就要回溯到宇宙年齡只有10^-43秒的時候。

當然，將來或許會發現這些關於宇宙特別早期的推論並非全都準確。大爆炸理論雖然有許多預言已被肯定，取得了廣泛的成功，但它也帶來了更多的重大疑問。而且，隨著我們越來越努力地接近宇宙更年輕時候的樣貌，這些疑問中有不少看起來都在演變為理論窘境。

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關鍵字: 奇點 宇宙 歷史