今天处于逐渐膨胀和冷却的宇宙
宇宙并不是悄无声息的就存在，而是随着砰的一声大爆炸开始！至少，这是你最常听到的一种说法：宇宙和一切都诞生于宇宙大爆炸的那一刻。空间，时间，物质和能量都在从一个奇点开始，然后膨胀和冷却，通过数十亿年形成我们可观测的宇宙，原子、恒星、星系和分布于数十亿光年的星系群。这是一个令人叹服的美丽的画面，可以用来解释我们所看到的，不幸的是，这是错误的，而且科学家们已经知道这事实40年了。
Vesto Slipher第一次注意到：越是遥远的星系，观察到远离我们的速度越大
宇宙大爆炸的理念起源于在1920年代和1930年代。当我们望着遥远的星系，发现了一些奇特规律：离我们越远的星系，似乎也以越快的速度远离我们。根据爱因斯坦的广义相对论的预测，一个静态的宇宙其引力不稳定；如果要遵从相对论，一切都需要是彼此远离或者彼此坍塌。这个观察结果似乎在告诉我们，宇宙是膨胀的，如果随着时间彼此都在远离膨胀，这意味着在遥远的过去它们是在一起的。
宇宙大爆炸到现在的时间大事件
一个膨胀的宇宙并不仅仅意味着物体之间的距离随着时间远离，这也意味着随着宇宙膨胀光的波长也会变长。由于波长决定能量(波长越短能量越高)，这意味着宇宙逐渐变冷，而过去一切都更热。而如果足够久远，就有可能足够热、甚至都不能形成中性原子。如果这些想象是正确的，我们现在应该可以看到当初残余的辐射。1964年阿诺·彭齐亚斯和鲍勃·威尔逊发现的这个宇宙微波辐射背景的发现，确认了宇宙大爆炸的存在。
彭齐亚斯和威尔逊的原始观测数据，银河发出一些辐射源(中心)，但上方和下方，是一个近乎完美的背景辐射
这是非常值得思考的：因此，让时间再往前，当宇宙温度更高，密度更大和更紧凑。如果你继续往回走你就会发现：
有个时间点由于温度太高无法形成原子核，那里的辐射太强，任何束缚的质子和中子遭到了灭顶之灾。
有个时间点，物质和反物质对可以自发形成，宇宙如此充满活力,可以自发可以创造粒子/反粒子。
有个时间点，单个质子和中子瓦解成一个夸克-胶子等离子体，由于温度和密度如此之高，以至于宇宙比原子核的密度还要高。
最终，时间的密度和温度上升到无限值，作为宇宙中所有的物质和能量都包含在一个点:一个奇点。
这最终的点——这个奇点，代表物理定律的瓦解——同样也代表了空间和时间的起源。这是宇宙大爆炸的最终概念。
如果我们一直往前推断到无限高温高密度状态。终点是否为物理定律瓦解的奇点?
当然，目前除了最后的奇点其它都已经被证实是真实的！在实验室里我们创造了夸克-胶子等离子体，我们创造了反物质；我们预测和计算在宇宙的早期阶段各元素形式和含量，并且发现它们与大爆炸的预测一致。甚至走得更远，我们测量宇宙微波背景的波动，看到像恒星和星系引力的结构形式和成长。无论在哪，我们都可以发现理论和观察之间巨大的一致。宇宙大爆炸理论看起来像个赢家。
宇宙微波背景密度波动为现代宇宙结构提供信息，包括恒星、星系、星系团和大规模的宇宙空间
除了在以下几个方面。三个具体的事情你期望从大爆炸会发生然而并没有发生。特别是:
宇宙并没有在不同的方向有不同的温度，即使面积数十亿光年以外的一个方向(因为大爆炸)从来没有时间与另一数十亿光年的相反方向交互或交换信息。
宇宙没有可测量的不等于零的空间曲率，即使完美的宇宙空间平面需要一个最初的扩张和物质辐射密度之间的完美的平衡。
宇宙没有任何从最早时期残余的超高能遗留物。
理论家们开始思考这些问题来替代宇宙大爆炸的“奇点”理论，什么情况下可能重现高热，高密度，膨胀冷却状态，同时避免这些问题。1979年12月，艾伦·古思突然想出了一个解决方案。
在一个膨胀的宇宙，空间本身固有的能量造成指数扩张
取代无限热和致密状态，宇宙可能从一个没有物质，没有辐射，没有反物质，没有中微子，没有粒子的状态开始。所有的能量以真空能量的形式存在于宇宙，导致宇宙以指数速度膨胀。在这宇宙状态中，量子涨落会仍然存在，所以空间扩大，这些波动会横跨宇宙，创造一些平均能量密度稍微高或略低的区域。最后，当宇宙的这个膨胀的阶段结束后，这些能量会转化成物质和辐射，创建宇宙大爆炸同样的高热高密度。
固有的量子涨落在宇宙膨胀时横跨宇宙，在宇宙微波背景辐射下催生了密度波动，进而带来了恒星、星系等
这被认为是一个引人注目但是推测性的想法，但有一种方法来检测它。如果我们能够测量大爆炸残余的波动，他们表现出特定的模式，与膨胀的预测一致，这将是一个膨胀的“确凿证据”。此外，这些波动大小必须非常小：足够小于宇宙不能达到创建高能遗物所需的温度，并温度和密度远小于以至于不能在空间和时间汇聚成一个奇点。在1990年代,2000年代，然后又在2010年代。我们测量这些波动细节，发现其存在。
宇宙微波背景辐射的涨落，通过不同尺度测量，都是符合量子涨落尺度，但无法实现无限高温高密度奇点状态
结论是不可避免的：热大爆炸确实发生过，但不是可以追溯到无限热和密度的奇点状态。相反，早期宇宙经历了一段时间，所有的能量都转化成了今天的物质和辐射，而不是被束缚在空间。那个时期，被称为宇宙膨胀时期，最后引发了热大爆炸而结束，但从未形成无限热和无限密度的状态，也没有形成奇点。之前所发生的膨胀是否永恒的过去——仍然是一个悬而未决的问题但有一件事是肯定的：宇宙大爆炸并不是宇宙的开始！
联系客服
