沒有誰看到過宇宙大爆炸，科學家怎麼知道大爆炸發生了呢？

在廣闊無垠的宇宙面前，人類的探索慾望和好奇心似乎永無止境。自古以來，無論是宗教學者、哲學家，還是現代的作家和宇航員，無不在嘗試揭示萬物的起源之謎。

如今，科學界與學術界普遍接受的是“宇宙大爆炸”理論，且隨着越來越多的證據涌現，許多人已不再將此視爲純粹的理論。然而，在138億年前無生命見證的情況下，我們如何確定大爆炸確實發生過呢？

大爆炸理論概述

簡而言之，大爆炸理論認爲我們所在的宇宙處於不斷膨脹的狀態，已有約138億年的歷史。宇宙誕生之初，所有物質都源自一個密度無限大的點，被稱爲奇點。在宇宙形成初期的幾微秒內，這些物質（亞原子粒子）形成，並在接下來的數十萬年間逐漸聚合。這些亞原子粒子結合成爲質子，受引力作用聚集爲簡單的元素，進而形成恆星、星系、小行星、星雲、衛星、樹木、河流以及宇宙中所有其他物質。

“大爆炸”一詞最早於1949年在一場廣播中被提及，其初衷是對該理論的批判（演講者不認同“大爆炸”，更傾向於宇宙的穩態理論）。然而，大爆炸的可觀測證據早在幾十年前便已出現，並由諸如阿爾伯特·愛因斯坦（Albert Einstein）等科學巨擘所傳播。它之所以成爲天文學領域的主導理論，在於其能夠解釋宇宙中絕大多數觀察現象。

但我們如何確定這一切呢？

不斷膨脹的宇宙

科學常常需要通過建立理論來解釋觀察結果，而非單純提出假設並進行驗證。大爆炸理論便是如此一例。觀察遙遠的星系和恆星，我們發現它們似乎都在遠離我們。這表明，我們生活在一個不斷膨脹的宇宙中。若將時鐘倒撥至最開始的時刻，我們便會看到一切都起始於一個單一的點，從那個奇異時刻（即大爆炸）開始，萬物向外膨脹。

膨脹的宇宙

我們所觀察到的大多數天體都在遠離我們，這是因爲它們所發出的主要是紅移。從根本上說，當一個物體遠離我們（觀察者）時，我們所探測到的光波會被拉長，導致顏色偏紅，與物體朝我們靠近時產生的變化截然不同。

宇宙微波背景

人們通常對光的概念有限，因爲可見光僅佔整個電磁波譜中極小的一部分。然而，X射線、紅外光和微波等其他形式的光對科學家研究宇宙和解開其歷史秘密至關重要。

在大爆炸的瞬間，巨大的能量和物質釋放爲宇宙帶來光明（最初體積較小）。在歷經138億年之後，這些光線或多或少地膨脹和擴散，均勻地填充了整個宇宙。通常，我們檢測到的光或紅移或藍移（如前所述），因爲光來自固定的光源。但是，我們可以探測到來自各個方向、強度一致的微波，這表明它們從一開始就存在。科學家們將其恰當地命名爲“宇宙微波背景”。

宇宙膨脹與引力波

據理論推測，大爆炸之後便進入了“宇宙膨脹”時期，產生了引力波和密度波。

自2015年9月24日LIGO首次發現引力波以來，引力波成爲了人們關注的焦點。引力波實際上是時空結構中的漣漪，它是愛因斯坦廣義相對論的關鍵組成部分。隨着我們對引力波探測能力的提升，我們有望從大爆炸後的幾秒鐘內探測到現有的引力波。換言之，我們的觀察和證據持續支持大爆炸理論。

宇宙的成熟

現有理論認爲，最早的星系形成於大爆炸後約10億年。自那以後，星系和星雲的成熟促成了星系團和更大規模的恆星形成。隨時間推移，恆星和整個星系會走向死亡和燃盡，但它們的遺骸依然存在。觀察宇宙中較老的區域，我們能發現與那些古老星系相比，“年輕”的星系在基本特徵上存在明顯差異。

這表明宇宙仍在成熟和變化，回顧大爆炸時期的宇宙如同翻閱一部年鑑，隨時間推移，外形的變遷顯而易見。

尚有未解之謎？

儘管過去百年的諸多觀測和發現有力地支持了大爆炸理論，但仍有一些現象讓現代天文學家感到困惑。例如，暗能量和暗物質的作用尚未完全明瞭，但它們與觀測到的宇宙膨脹加速有關（是的，我們不僅在擴張，還在加速擴張）。

還有一些爭議性的話題，如宇宙的形狀和最終命運。我們是會永遠擴張直到能量耗盡（大凍結理論），還是會以“大坍塌”告終，所有物質最終回到一個奇點，重新開始整個大爆炸過程？

我們可以肯定，對於大爆炸以及宇宙的未來還有許多疑問，但我們每年都在尋找更多的答案。隨着科技不斷進步，我們的觀測也在不斷驗證我們的理論，我們幾乎無法否認生命、宇宙及所有事物的起源……因此，大爆炸的意義非凡！