真有过大爆炸吗？

宇宙在膨胀，昨天的宇宙比今天的宇宙小，物质也更密集一些。如果这种方式在过去任何一个时刻都未改变的话，那么便可得出这样的结论：回溯到遥远的过去，即离现今约200亿年时，宇宙中所有物质都聚集在一个很小很小的区域里，例如只有原子那么大，甚至更小，在这么小的范围内，物质密度和温度都异乎寻常地高。也不知什么原因，在某一时刻这个极高温极高密的原始火球发生了爆炸，我们的宇宙就在大爆炸中诞生了。追溯历史，宇宙就是从超密状态演化而来的，而时间不可能追溯到，时间必有一个有限的起始时刻，这个时刻就是大爆炸开始的时刻，称为宇宙时，这就是“大爆炸宇宙学”

根据这一种观点，宇宙是由一个从密到稀、从热到冷的演化过程。具体地说，大约在200亿年前开始发生大爆炸，爆炸初期宇宙间的物质形式是各种各样的粒子，例如中子、质子、电子、光子、中微子、子、介子、超子等。这些粒子不断碰撞，并相互转化。每一反应与相反的反应达到平衡，这是宇宙的极早期。

这个极早期是非常短暂的，也许不到一分钟。由于整个体系不断地膨胀，温度迅速下降，中子开始失去自由存在的条件，中子要么发生衰变，要么它与质子结合成重氢、氦等元素。宇宙中的化学元素在这一时刻才开始形成，这段时间大约为30分钟，温度约1亿度左右。这以后，在高温阶段的几十万年时间里，宇宙中的热辐射是十分强的，热辐射与其它粒子处于平衡状态。过了这个阶段之后，物质密度降低，特别是温度降低到了几千度以下时，热辐射与其他粒子的作用才大大降低，热辐射大体不再受物质的影响，可以自由地传播。这种自由的热辐射随着宇宙膨胀温度也在逐渐降低。

随着宇宙继续膨胀，物质越来越稀，在180～190亿年前开始由气状物质逐渐形成星系，随后星系成团，即形成星系团。在距今150亿年时，第一代恒星开始形成，一直到今天，离大爆炸约200亿年温度下降到28K，物质平均密度降低到10～31克/厘米3，直到形成现在的星空世界。

那么，有哪些事实支持“宇宙大爆炸”理论呢？首先从天体年龄测定表明所有天体的年龄都小于200亿年。天文观测发现，一些较老的球状星团年龄差不多都在90～150亿年之间。根据同位素考证，太阳系中某些重元素是在50～100亿年之间形成的。这是否意味着，我们观测所及的宇宙范围的年龄也是有限的，它的起点约为200亿年。

另外，大爆炸理论预言宇宙中应当找到早期留下来的热辐射，它是宇宙温度的标志。1965年两名科学家彭齐亚斯和威尔逊发现，宇宙空间的确存在温度为2.8K的均匀的各向同性的微波背景辐射，以此作为宇宙空间膨胀的佐证，并暗示宇宙过去温度比现在高。

再次，观测发现自然界中存在氦的丰度高（约占全部元素的28%），且不同年龄的天体含量都相同。自然界有大量的氢是不足为奇的，因为氢原子核就是质子。至于氦，它是由两个质子和两个中子组成，要能聚变成氦原子核，只有在107 K（1千万度）以上的高温条件下才有可能，这就是通常所说的热核反应。但是仅按这种方式产生氦，天体上目前就不可能有这么多氦，且不同年龄的天体上氦的含量应该不一样，但如果假设宇宙经历过更高的温度如1010 K以上的话，那么天体上有这么丰富的氦就不足为怪了，不同年龄的天体中氦的含量相同也容易解释了。

话还得说回来，“大爆炸宇宙学”的观点虽然被认为是一种正统的观点，被人们接受，但以上几点除了微波背景辐射可算是最直接的证据外，其余都只是一种推测而已。而推测与直接的证据是不能混为一谈的。现在看来、这个理论还存在一些有待进一步研究的问题：一是极早期的宇宙状况；二是宇宙初始的正反物质不对称的由来；三是氘的丰度，氘的丰度与宇宙初期的物质密度与膨胀速度有关，在目前对氘核丰度的观测精度内，它尚未能给出合理的解释。

大爆炸宇宙学最困难的问题还是所谓的“奇点”问题。因为当我们追溯到宇宙时间轴上标着t＝0的时刻，任何两个星系的距离为零，因此整个宇宙的体积也为零，则该时刻宇宙理应为温度无限高、密度为无限大的状态，而这正是当今物理学和数学所难以理解和无法处理的。现在“大爆炸宇宙学”认为在零时刻，由于一次巨大的爆炸中，整个宇宙突然出现了，目前的星系膨胀是这一早期激烈活动的延续。但是这个大爆炸是怎样发生的？为什么在这一时刻发生？在这以前又怎样？在t＝0以前物质存在吗？还是物质产生于这次大爆炸？如果是后者，那么物质是如何在明显违背物质、能量守恒定律的情况下产生出来的？这些都是未解之谜。