這就是為什么沒有什么理論能替代宇宙大爆炸的科學事實！

宇宙膨脹的視覺歷史包括被稱為大爆炸的熱的密集狀態(tài)以及隨后的結構的生長和形成。全套數(shù)據(jù)，包括光元素和宇宙微波背景的觀測，只留下大爆炸作為我們所見所有人的有效解釋。

這被視為無懈可擊的科學事實：138億年前，我們所知道的宇宙是從一個被稱為大爆炸的炎熱密集狀態(tài)中出現(xiàn)的。雖然在整個20世紀都有許多嚴肅的替代方案，但在整個20世紀，隨著宇宙微波背景的發(fā)現(xiàn)，50多年前出現(xiàn)了科學共識。盡管許多嘗試重振各種不信任的想法，以及試圖制定新的可能性，但所有這些都已經(jīng)在全套天文數(shù)據(jù)的負擔下消失了。宇宙大爆炸作為我們宇宙起源的唯一有效理論而至高無上。

以下是我們發(fā)現(xiàn)宇宙以爆炸開始的方式。

不斷擴大的宇宙，充滿了星系和我們今天觀察到的復雜結構，起源于一個更小，更熱，更密集，更均勻的狀態(tài)。數(shù)千年的科學家花費了數(shù)百年的時間來完成這一工作，但缺乏可行的替代方案并不是一個缺陷，而是大爆炸成功的一個特征。

20世紀初的一系列新發(fā)現(xiàn)徹底改變了我們對宇宙的看法。1923年，埃德溫哈勃測量螺旋星云中的各個恒星，測量它們的可變周期和觀察到的亮度。由于Henrietta Leavitt在制定Leavitt定律時的工作，該定律將這樣一個恒星的可變周期與其內(nèi)在亮度聯(lián)系起來，我們獲得了對它們所在的星系的距離測量。這些星系遠遠超出了我們自己的銀河系，大部分星系都在數(shù)百萬光年之外。

哈勃在仙女座星系M31中發(fā)現(xiàn)一個造父變星，為我們打開了宇宙，為我們提供了銀河系以外的星系所需的觀測證據(jù)，并導致了宇宙的擴張。

結合紅移測量，我們發(fā)現(xiàn)了一個重要的關系：一個銀河似乎離我們越遠，它的紅移就越大。提出了許多可能的解釋，例如來自這些物體的光在穿過太空時失去能量，或者更遠的星系比較近的星系移動得更快，好像它們都來自爆炸。

然而，有一種解釋是最引人注目的：宇宙正在擴張。這種解釋與廣義相對論的預測以及在所有方向和位置觀察到的大規(guī)模平滑度一致。隨著越來越遠的星系被發(fā)現(xiàn)，這張照片得到了進一步的驗證。宇宙正在擴張。

GIF

星系越遠，它越遠離我們越遠，它的光越紅。今天，隨著宇宙膨脹而移動的星系距離它發(fā)出的光到達我們所用的年數(shù)（乘以光速）的年數(shù)甚至更遠。RASC卡爾加里中心的LARRY MCNISH

同樣，即使在廣義相對論的背景下，也出現(xiàn)了多種有效的解釋。當然，如果宇宙向四面八方擴展，那么我們就會看到遠處的物體遠離我們，更遠的物體看起來更快地消退。但這可能是：

因為物體也有大的，不可測量的橫向運動，好像宇宙也在旋轉，

或者因為宇宙在振蕩，如果我們看得足夠遠，我們會看到擴張逆轉，

或者因為擴張導致新物質(zhì)的緩慢產(chǎn)生，導致宇宙在時間上顯得不變，

或者因為宇宙起源于一個炎熱，密集的狀態(tài)。

只有最后一個選項才能代表熱門的Big Bang。

早在宇宙中人類曾見過，就在宇宙大爆炸后幾億年，我們?nèi)匀恢?，即便如此，第一批恒星和星系也應該存在。我們關于大爆炸，廣義相對論，結構形成的種子等等的圖片都形成了一致的圖景，告訴我們我們還沒有開始。

但如果大爆炸的想法是正確的，那么就會出現(xiàn)一系列新的預測。在廣義相對論的背景下，不斷擴大的宇宙是第一個，但還有另外三個主要的宇宙將導致替代方案產(chǎn)生不同的可觀察結果。

與現(xiàn)今銀河系相當?shù)男窍禂?shù)量眾多，但銀河系的年輕星系本質(zhì)上比我們今天看到的星系更小，更藍，更混亂，更富含天然氣。對于第一個星系，這應該是極端的。

首先，如果宇宙起源于任意熱，密集，更均勻的狀態(tài)，以擴展和冷卻到我們今天所看到的狀態(tài)，那么當我們看得更遠時，我們會回顧過去，我們應該看到宇宙就像它年輕時一樣。因此，我們應該看到星系較小，質(zhì)量較小，并且由遠距離的較年輕，較藍的恒星構成，然后到達沒有恒星或星系的星系。

電子和質(zhì)子自由并與光子碰撞的宇宙過渡到中性的宇宙，當宇宙膨脹和冷卻時，光子對光子是透明的。這里顯示的是在發(fā)射CMB之前的電離等離子體（L），然后轉變?yōu)閷庾油该鞯闹行杂钪妫≧）。這是氫原子中壯觀的雙光子躍遷，使宇宙能夠像我們觀察到的那樣變得中性。

第二個，甚至更遠的推斷，應該是宇宙如此熱和充滿活力甚至不能形成中性原子的時代。因此，在一些非常早期的階段，宇宙從電離等離子體轉變?yōu)槌錆M中性原子的等離子體。在那個早期階段周圍的任何輻射應該只是流入我們的眼睛，只受到宇宙膨脹的影響。

根據(jù)彭齊亞斯和威爾遜的最初觀察，銀河系飛機發(fā)射了一些天體物理輻射源（中心），但在上方和下方，剩下的只是近乎完美的均勻輻射背景?，F(xiàn)在已經(jīng)測量了這種輻射的溫度和光譜，并且與大爆炸預測的一致性是非同尋常的。

基于原子變?yōu)橹行耘c電離的溫度，我們預計這種輻射僅比絕對零度高幾度，將其轉移到今天的光譜微波部分。這就是宇宙微波背景這個術語的來源。此外，由于它具有熱源但隨著膨脹的宇宙而紅移，我們還期望它在其光譜中呈現(xiàn)出特定的形狀：黑體光譜。最初在3K左右檢測到輻射背景，并且自那時起測量精確，這樣我們不僅知道它是2.7255K，而且它的光譜確定是黑體并且與反射星光的解釋不一致。（可以通過其中一種替代解釋來解決。）

早在BOOMERanG的數(shù)據(jù)回來之前，來自COBE的CMB光譜的測量表明，大爆炸的剩余輝光是反射星光的完美黑體，正如準穩(wěn)態(tài)模型所預測的那樣，無法解釋我們所看到的。

最后，還有第三個預測：基于宇宙的早期歷史，元素應該由核聚變以特定比率形成。今天，這應該意味著在任何恒星形成之前，宇宙應該是關于：

75％氫（質(zhì)量），

25％氦-4，

0.01％氘，

0.01％氦-3，和

十億分之一的鋰-7。

而已; 應該沒有比這更重要的元素。氫，氦，各自的一點點同位素，以及一點點鋰。

由大爆炸核合成預測的氦-4，氘，氦-3和鋰-7的預測豐度，觀察顯示在紅色圓圈中。宇宙中含有75-76％的氫，24-25％的氦，少量的氘和氦-3，以及痕量的鋰。在氚和鈹衰變之后，這就是我們留下的東西，并且在恒星形成之前它保持不變。

在觀察上，這也得到了證實。來自早期星系或遙遠類星體的遙遠光線被介入的氣體云吸收，使我們能夠探測到這種氣體的含量。2011年，我們發(fā)現(xiàn)了兩個原始的氣體云，以精確的預測比率檢測氫和氦，并發(fā)現(xiàn)（第一次）沒有氧氣或碳的氣體：新形成的恒星的第一批產(chǎn)物。

不同氣體種群（L）的吸收光譜使我們能夠推導出元素和同位素（中心）的相對豐度。2011年，首次發(fā)現(xiàn)了兩個不含重元素和原始氘氫比（R）的遠氣云。

達到宇宙微波背景的唯一方法是它具有均勻性，光譜和溫度，它是在宇宙膨脹的背景下為它提供熱的熱源。20世紀40年代，喬治·加莫（George Gamow）和他的合作者推測了這一點，最初在20世紀60年代由阿諾·彭齊亞斯（Arno Penzias）和鮑勃·威爾遜（Bob Wilson）觀察到，并且其頻譜在20世紀90年代被COBE衛(wèi)星確定為黑體。

宇宙的大規(guī)模結構已經(jīng)通過全天測量和基于地面和空間的天文臺的深度測量確定，并且已經(jīng)發(fā)現(xiàn)宇宙與大爆炸一致，而不是替代。元素豐度的演變，從無金屬的早期階段到金屬貧乏的中間階段，再到我們今天觀察到的晚期富金屬階段，都證明了大爆炸的有效性。

現(xiàn)在，大爆炸后不久，人們對原始氣體進行了許多獨立觀測，展示了相對于氫的敏感氘量。觀測與宇宙大爆炸的理論預測之間的一致性是我們宇宙起源最佳模型的又一次勝利。

如果你能為這四個觀察結果提出另一種解釋，你就可以開始一個可行的大爆炸替代方案。解釋觀測到的宇宙膨脹，大尺度結構和星系的演化，宇宙微波背景及其溫度和光譜特性，以及宇宙中元素的相對豐度和演化，你將挑戰(zhàn)我們宇宙起源的理論。

大爆炸之后，宇宙幾乎完全均勻，充滿物質(zhì)，能量和輻射，處于快速膨脹的狀態(tài)。隨著時間的推移，宇宙不僅形成元素，原子，團塊和星團，一起形成恒星和星系，而是在整個時間內(nèi)擴展和冷卻。沒有其他選擇可以匹配它。

50多年來，沒有任何替代方案可以滿足所有這四項要求。正如我們今天所看到的，甚至無法提供宇宙微波背景。這不是因為缺乏嘗試或缺乏好的想法; 這是因為這是數(shù)據(jù)所表明的。科學家不相信宇宙大爆炸; 他們根據(jù)全套觀察結果得出結論。對古老的，名譽掃地的替代品的最后追隨者終于消失了。大爆炸不再是科學事業(yè)的革命終點; 這是我們建立的堅實基礎。它的預測成功勢不可擋，而且還沒有其他選擇能夠應對其在描述宇宙時的科學準確性的挑戰(zhàn)。