这就是为什么没有什么理论能替代宇宙大爆炸的科学事实！

这就是为什么没有什么理论能替代宇宙大爆炸的科学事实！

宇宙膨胀的视觉历史包括被称为大爆炸的热的密集状态以及随后的结构的生长和形成。全套数据，包括光元素和宇宙微波背景的观测，只留下大爆炸作为我们所见所有人的有效解释。

这被视为无懈可击的科学事实：138亿年前，我们所知道的宇宙是从一个被称为大爆炸的炎热密集状态中出现的。虽然在整个20世纪都有许多严肃的替代方案，但在整个20世纪，随着宇宙微波背景的发现，50多年前出现了科学共识。尽管许多尝试重振各种不信任的想法，以及试图制定新的可能性，但所有这些都已经在全套天文数据的负担下消失了。宇宙大爆炸作为我们宇宙起源的唯一有效理论而至高无上。

以下是我们发现宇宙以爆炸开始的方式。

不断扩大的宇宙，充满了星系和我们今天观察到的复杂结构，起源于一个更小，更热，更密集，更均匀的状态。数千年的科学家花费了数百年的时间来完成这一工作，但缺乏可行的替代方案并不是一个缺陷，而是大爆炸成功的一个特征。

20世纪初的一系列新发现彻底改变了我们对宇宙的看法。1923年，埃德温哈勃测量螺旋星云中的各个恒星，测量它们的可变周期和观察到的亮度。由于Henrietta Leavitt在制定Leavitt定律时的工作，该定律将这样一个恒星的可变周期与其内在亮度联系起来，我们获得了对它们所在的星系的距离测量。这些星系远远超出了我们自己的银河系，大部分星系都在数百万光年之外。

哈勃在仙女座星系M31中发现一个造父变星，为我们打开了宇宙，为我们提供了银河系以外的星系所需的观测证据，并导致了宇宙的扩张。

结合红移测量，我们发现了一个重要的关系：一个银河似乎离我们越远，它的红移就越大。提出了许多可能的解释，例如来自这些物体的光在穿过太空时失去能量，或者更远的星系比较近的星系移动得更快，好像它们都来自爆炸。

然而，有一种解释是最引人注目的：宇宙正在扩张。这种解释与广义相对论的预测以及在所有方向和位置观察到的大规模平滑度一致。随着越来越远的星系被发现，这张照片得到了进一步的验证。宇宙正在扩张。

GIF

星系越远，它越远离我们越远，它的光越红。今天，随着宇宙膨胀而移动的星系距离它发出的光到达我们所用的年数（乘以光速）的年数甚至更远。RASC卡尔加里中心的LARRY MCNISH

同样，即使在广义相对论的背景下，也出现了多种有效的解释。当然，如果宇宙向四面八方扩展，那么我们就会看到远处的物体远离我们，更远的物体看起来更快地消退。但这可能是：

因为物体也有大的，不可测量的横向运动，好像宇宙也在旋转，

或者因为宇宙在振荡，如果我们看得足够远，我们会看到扩张逆转，

或者因为扩张导致新物质的缓慢产生，导致宇宙在时间上显得不变，

或者因为宇宙起源于一个炎热，密集的状态。

只有最后一个选项才能代表热门的Big Bang。

早在宇宙中人类曾见过，就在宇宙大爆炸后几亿年，我们仍然知道，即便如此，第一批恒星和星系也应该存在。我们关于大爆炸，广义相对论，结构形成的种子等等的图片都形成了一致的图景，告诉我们我们还没有开始。

但如果大爆炸的想法是正确的，那么就会出现一系列新的预测。在广义相对论的背景下，不断扩大的宇宙是第一个，但还有另外三个主要的宇宙将导致替代方案产生不同的可观察结果。

与现今银河系相当的星系数量众多，但银河系的年轻星系本质上比我们今天看到的星系更小，更蓝，更混乱，更富含天然气。对于第一个星系，这应该是极端的。

首先，如果宇宙起源于任意热，密集，更均匀的状态，以扩展和冷却到我们今天所看到的状态，那么当我们看得更远时，我们会回顾过去，我们应该看到宇宙就像它年轻时一样。因此，我们应该看到星系较小，质量较小，并且由远距离的较年轻，较蓝的恒星构成，然后到达没有恒星或星系的星系。

电子和质子自由并与光子碰撞的宇宙过渡到中性的宇宙，当宇宙膨胀和冷却时，光子对光子是透明的。这里显示的是在发射CMB之前的电离等离子体（L），然后转变为对光子透明的中性宇宙（R）。这是氢原子中壮观的双光子跃迁，使宇宙能够像我们观察到的那样变得中性。

第二个，甚至更远的推断，应该是宇宙如此热和充满活力甚至不能形成中性原子的时代。因此，在一些非常早期的阶段，宇宙从电离等离子体转变为充满中性原子的等离子体。在那个早期阶段周围的任何辐射应该只是流入我们的眼睛，只受到宇宙膨胀的影响。

根据彭齐亚斯和威尔逊的最初观察，银河系飞机发射了一些天体物理辐射源（中心），但在上方和下方，剩下的只是近乎完美的均匀辐射背景。现在已经测量了这种辐射的温度和光谱，并且与大爆炸预测的一致性是非同寻常的。

基于原子变为中性与电离的温度，我们预计这种辐射仅比绝对零度高几度，将其转移到今天的光谱微波部分。这就是宇宙微波背景这个术语的来源。此外，由于它具有热源但随着膨胀的宇宙而红移，我们还期望它在其光谱中呈现出特定的形状：黑体光谱。最初在3K左右检测到辐射背景，并且自那时起测量精确，这样我们不仅知道它是2.7255K，而且它的光谱确定是黑体并且与反射星光的解释不一致。（可以通过其中一种替代解释来解决。）

早在BOOMERanG的数据回来之前，来自COBE的CMB光谱的测量表明，大爆炸的剩余辉光是反射星光的完美黑体，正如准稳态模型所预测的那样，无法解释我们所看到的。

最后，还有第三个预测：基于宇宙的早期历史，元素应该由核聚变以特定比率形成。今天，这应该意味着在任何恒星形成之前，宇宙应该是关于：

75％氢（质量），

25％氦-4，

0.01％氘，

0.01％氦-3，和

十亿分之一的锂-7。

而已; 应该没有比这更重要的元素。氢，氦，各自的一点点同位素，以及一点点锂。

由大爆炸核合成预测的氦-4，氘，氦-3和锂-7的预测丰度，观察显示在红色圆圈中。宇宙中含有75-76％的氢，24-25％的氦，少量的氘和氦-3，以及痕量的锂。在氚和铍衰变之后，这就是我们留下的东西，并且在恒星形成之前它保持不变。

在观察上，这也得到了证实。来自早期星系或遥远类星体的遥远光线被介入的气体云吸收，使我们能够探测到这种气体的含量。2011年，我们发现了两个原始的气体云，以精确的预测比率检测氢和氦，并发现（第一次）没有氧气或碳的气体：新形成的恒星的第一批产物。

不同气体种群（L）的吸收光谱使我们能够推导出元素和同位素（中心）的相对丰度。2011年，首次发现了两个不含重元素和原始氘氢比（R）的远气云。

达到宇宙微波背景的唯一方法是它具有均匀性，光谱和温度，它是在宇宙膨胀的背景下为它提供热的热源。20世纪40年代，乔治·加莫（George Gamow）和他的合作者推测了这一点，最初在20世纪60年代由阿诺·彭齐亚斯（Arno Penzias）和鲍勃·威尔逊（Bob Wilson）观察到，并且其频谱在20世纪90年代被COBE卫星确定为黑体。

宇宙的大规模结构已经通过全天测量和基于地面和空间的天文台的深度测量确定，并且已经发现宇宙与大爆炸一致，而不是替代。元素丰度的演变，从无金属的早期阶段到金属贫乏的中间阶段，再到我们今天观察到的晚期富金属阶段，都证明了大爆炸的有效性。

现在，大爆炸后不久，人们对原始气体进行了许多独立观测，展示了相对于氢的敏感氘量。观测与宇宙大爆炸的理论预测之间的一致性是我们宇宙起源最佳模型的又一次胜利。

如果你能为这四个观察结果提出另一种解释，你就可以开始一个可行的大爆炸替代方案。解释观测到的宇宙膨胀，大尺度结构和星系的演化，宇宙微波背景及其温度和光谱特性，以及宇宙中元素的相对丰度和演化，你将挑战我们宇宙起源的理论。

大爆炸之后，宇宙几乎完全均匀，充满物质，能量和辐射，处于快速膨胀的状态。随着时间的推移，宇宙不仅形成元素，原子，团块和星团，一起形成恒星和星系，而是在整个时间内扩展和冷却。没有其他选择可以匹配它。

50多年来，没有任何替代方案可以满足所有这四项要求。正如我们今天所看到的，甚至无法提供宇宙微波背景。这不是因为缺乏尝试或缺乏好的想法; 这是因为这是数据所表明的。科学家不相信宇宙大爆炸; 他们根据全套观察结果得出结论。对古老的，名誉扫地的替代品的最后追随者终于消失了。大爆炸不再是科学事业的革命终点; 这是我们建立的坚实基础。它的预测成功势不可挡，而且还没有其他选择能够应对其在描述宇宙时的科学准确性的挑战。