本文參加百家號科學#了不起的天文航天#系列徵文
如果你躺在露臺上，盯著美麗的夜空，想知道這個美麗的宇宙是如何開始的，那麼你就接著往下看吧。 亞里斯多德所說的「第一個原因」是， 最早的解釋是萬能的上帝從虛無中創造出全部的宇宙的。當然，大多數人不相信這一點吧？
幸運的是，還有另一個故事，一個更科學，更有說服力的故事：大爆炸理論。
雖然宇宙學家和物理學家已經寫了很多關於這個現象的書，但是用不到一千字來解釋這個現象可能是一項艱巨的任務，所以我將通過回答一系列常見的問題來解決這個問題。
什麼是大爆炸理論?
大爆炸理論是對宇宙起源的主要解釋。無論這聽起來多麼荒謬，您將會發現，它之所以被廣泛接受，是因為它最能符合我們觀測到的數據。它受到了其他一些理論的質疑，但作為宇宙學中最被廣泛接受的觀點，它佔據了上風。
比利時羅馬天主教牧師喬治斯·勒梅特爾(Georges Lemaitre)在1924年首次提出了這一想法，當時天文學家埃德溫·哈勃(Edwin Hubble)發現，星系之間正在相互遠離，這意味著宇宙在不斷膨脹，這與愛因斯坦關於宇宙是靜止的看法相反。
圖解：宇宙從一個點向外膨脹
回顧整個場景，喬治斯意識到，在某個特定的時間，宇宙比現在小得多，由於它隨後的膨脹我門可以推測它在爆炸之前是一個點。大約是140億年前，那時，宇宙中所有的質量都集中在這一點。
我們怎麼知道大爆炸發生了?
首先要介紹一下CMBR（宇宙微波背景輻射）
宇宙微波背景輻射是一種幾乎均勻的電磁波背景，可以在宇宙中看到。它來自大爆炸留下的餘熱，描繪了整個宇宙。它也是我們能看到的最古老的光。然而，我們的肉眼是看不見它們的，因為光已經傳播了數十億年，這拉長了它的波長，或者說將其從紅外可見光「紅移」到了微波波段。
圖解：左：電磁波譜。 右：CMBR，一直存在於我們之上，但肉眼看不見。
它的發現是確定宇宙的形狀或「幾何形狀」而進行的實驗的一部分，由威爾金森微波各向異性探測器(WMAP)測量，這是一種測量微波輻射的太空望遠鏡。
圖解：WMAP在行動中，在空間的各個方向上測量微波，不受地球表面任何環境的幹擾。
CMBR為我們提供了一幅早期宇宙大約是宇宙誕生後近10萬年的圖片。最初，由於過多的熱量，宇宙處於等離子體狀態，充滿電離氣體，散射光子，使其不透明。這種情況一直持續到它冷卻下來，這使得電子聚集在一起形成基本元素。因此，這幅圖由或多或少密集的「點」組成。
圖解：由WMAP精心製作的CMBR。
CMBR告訴我們星系形成的方式和原因。
研究CMBR告訴我們宇宙大爆炸是什麼
讓我們通過問幾個問題來研究CMBR:
那些斑點是什麼?
這些紅點是由於重力聚集的微小塊狀物質，因此代表著較低的能量，因為它們也吸收了光線，從而吸收了一些能量。另一方面，藍點是相對密度較小的部分，代表更高的能量，因為它們質量太小，所以光能通過它們。
圖解：微小的斑點表明CMBR圖譜的小規模溫度微小變化。
它們代表了最微小的溫度變化。溫度的變化直接導致了恆星和星系的形成，從而產生了生命。
考慮到這一點，這些塊狀物質是如何從無到有形成的呢?
量子漲落!量子力學在微觀的尺度上決定了基本粒子的動力學，並告訴我們，與普遍的看法相反，真空並非「空的」，而是以一種被稱為量子漲落的形式存在著一定量勢能。
這些是虛擬的粒子 - 反粒子對，就像一對肥皂泡，從無到有形成，然後彼此湮滅，變成虛無。
等等，什麼？
是的，無論聽起來多麼奇怪，他在數學上是可能的，並得到海森堡的不確定性原則的支持。
繼續往下，還有更多。
此外，為什麼圖譜如此同質?
更奇怪的是，這幅圖譜在大尺度上都具有同質性。換句話說，考慮到圖譜所包含的巨大區域，這些塊狀物質是如何如此迅速地將它們的溫度分布到所有其他塊狀物質中？甚至是分布到宇宙角落裡的塊狀物質。甚至比光速還快嗎?
宇宙的同質性曾困擾了宇宙學家一段時間，直到艾倫·古斯提出宇宙在突然出現後迅速膨脹，比光速還快。他把這種擴張稱為「暴漲」。
是的。告訴你還有更多。
暴漲
高速膨脹發生在10^-36秒後，並在10^-32秒結束。膨脹了10^30倍。暴漲擴張空間的速度比光速還快!
圖解：該圖顯示了暴漲及其持續時間引起的擴張的規模。
這段時間足夠讓這些塊狀物經歷散發熱量的過程，達到一個均勻的溫度，就像你辦公桌上的一杯咖啡。膨脹模型認為，在建立了均勻溫度後，微小區域被拉伸到更大的區域，也就是我們現在所觀察到的區域。
因此，宇宙能夠保持它的均勻性，並給我們CMBR描繪的圖像。相變提供了某種排斥力，這種排斥力超越了重力對於物體的引力而分離了它們，無論它們的質量如何。
但是沒有什麼能比光速更快，對吧?
這裡有個漏洞;沒有什麼比光速在太空中傳播得更快的了。該定律不考慮空間本身，因為空間也會膨脹，從而在不違反狹義相對論的情況下將兩個物體分開。
造成膨脹的原因尚不清楚，所提出的理論範圍超出了本文的討論範圍。儘管如此，一個流行的理論是宇宙經歷了一個相變，將其隨機性轉化為有序性，在這個過程中釋放了大量的能量，就像冰箱通過向周圍環境釋放熱量來讓水結冰一樣。
這是通過對空間做功和指數膨脹來利用這種能量。因此，爆炸本身就是暴漲。
著名的宇宙學家史蒂芬·霍金和勞倫斯·克勞斯一直主張這種觀點，即小氣泡隨機地出現和消失，然後通過膨脹到我們周圍無法理解的宇宙中。
把這些點連起來，整個現象可以用這個例子來概括:
圖解：根據大爆炸理論總結宇宙誕生和演化的圖解。
就像一個惱人但又充滿好奇心的5歲小孩，你可以直接跳到開頭問，為什麼有東西而不是什麼都沒有?事實上……
什麼是虛無?
這個問題，無論聽起來多麼形上學，都是一個科學問題。然而，這個問題太複雜了，目前還無法回答。量子漲落允許粒子隨機地進入和離開虛無，但只有在真空的前提下。
但是，這個真空是從哪裡來的呢?(這是最後一個，我保證)
雖然思考什麼是虛無讓我們感到困惑，但至少就目前，這個令人困惑的問題的答案是……我們根本就不知道。我們能說的是，顯然，有一些東西並不是虛無的，因為正如勞倫斯·克勞斯所說，「虛無簡單來說就是……不穩定的」。
參考資料
1.Wikipedia百科全書
2.天文學名詞
3.sciabc- LIYAN潔
如有相關內容侵權，請於三十日以內聯繫作者刪除
轉載還請取得授權，並注意保持完整性和註明出處