大約138.17億年前，我們所知道的宇宙誕生了，在這個被稱為宇宙大爆炸的時刻，是宇宙本身開始迅速膨脹的時刻，在大爆炸的時候，可觀測宇宙(包括至少2萬億星系的物質(zhì))，其直徑小于一厘米。

現(xiàn)在，可觀測宇宙（哈勃體積）直徑930億光年，而且還在膨脹。關(guān)于宇宙大爆炸有很多問題，特別是關(guān)于它之前發(fā)生了什么(如果有的話)。但科學(xué)家確實知道一些事情，繼續(xù)讀下去，會發(fā)現(xiàn)關(guān)于萬物起源的一些最令人費解的發(fā)現(xiàn)。

No.1、宇宙在膨脹

直到1929年，宇宙的起源還完全籠罩在神話和理論之中，但就在那一年，埃德溫·哈勃(Edwin Hubble)這位富有進取心的天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了關(guān)于宇宙一些非常重要的東西，它將為理解宇宙的過去開辟新的途徑：整個宇宙正在膨脹。哈勃通過測量一種叫做紅移的東西發(fā)現(xiàn)了這一現(xiàn)象，紅移是指在非常遙遠的星系中看到向更長紅色波長光的轉(zhuǎn)移(物體越遠，紅移越明顯)。

哈勃發(fā)現(xiàn)，在遙遠的星系中，紅移隨距離呈線性增加，這表明宇宙不是靜止的。它在所有地方同時膨脹。據(jù)美國宇航局稱，哈勃能夠計算出膨脹的速度，這一數(shù)字被稱為哈勃常數(shù)。正是這一發(fā)現(xiàn)使科學(xué)家們能夠推斷出宇宙曾經(jīng)被壓縮成一個小點，即宇宙膨脹的第一個時刻為大爆炸。

No.2、宇宙微波背景輻射

1964年5月，貝爾電話實驗室研究人員阿諾·彭齊亞斯(Arno Penzias)和羅伯特·威爾遜(Robert Wilson)正在新澤西州研制一種新的無線電接收器。他們的天線不斷地接收到一種奇怪嗡嗡聲，似乎來自任何地方，任何時間。他們認為這可能是設(shè)備里的鴿子，但移走鳥巢沒有任何作用。其他減少干擾的嘗試也沒有成功，最后，他們意識到他們正在撿到一些真實的東西。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，他們探測到的是宇宙的第一束光：宇宙微波背景輻射。這種輻射可以追溯到宇宙大爆炸后約38萬年，當(dāng)時宇宙終于冷卻到足以讓光子(構(gòu)成光的波狀粒子)自由運動。這一發(fā)現(xiàn)為大爆炸理論和宇宙膨脹速度超過光速的觀點提供了支持(這是因為宇宙背景相當(dāng)均勻，表明從一個小點開始，一切都在同時平穩(wěn)膨脹)。

No.3、宇宙“嬰兒照片”

宇宙微波背景的發(fā)現(xiàn)為了解宇宙起源打開了一扇窗，1989年美國宇航局發(fā)射了一顆名為“宇宙背景探測器”(COBE)衛(wèi)星，用來測量背景輻射的微小變化。

根據(jù)美國宇航局信息，結(jié)果是一張宇宙的“嬰兒照片”，顯示了膨脹宇宙中一些最初的密度變化。這些微小變化可能導(dǎo)致了星系和真空的模式，即我們今天在宇宙中看到的宇宙星系網(wǎng)。

No.4、宇宙膨脹的直接證據(jù)

宇宙微波背景也使研究人員找到了宇宙膨脹的“確鑿證據(jù)”——大爆炸時發(fā)生比光速還快的大規(guī)模膨脹(盡管愛因斯坦的狹義相對論認為，沒有什么比光在空間中傳播得更快，但這并不是一種違反，空間本身擴大)。2016年，物理學(xué)家宣布，在一些宇宙微波背景中發(fā)現(xiàn)了一種特殊的偏振或方向性。這種偏振被稱為“b模式”。

b型偏振是大爆炸引力波的第一個直接證據(jù)，引力波的產(chǎn)生是由于空間中大量物體的加速或減速(第一個被發(fā)現(xiàn)的引力波來自兩個黑洞碰撞)。b型模式為直接探測早期宇宙膨脹提供了一種新方法，或許還能找出是什么推動了宇宙膨脹。

No.5、目前沒有發(fā)現(xiàn)額外維度

引力波發(fā)現(xiàn)的一個結(jié)果是，它使科學(xué)家們能夠在通常的三個維度之外尋找其他維度。根據(jù)理論學(xué)家的說法，引力波應(yīng)該能夠穿越到未知的維度，如果這些維度存在的話。2017年10月科學(xué)家探測到兩顆中子星碰撞產(chǎn)生的引力波。測量了波浪從恒星傳播到地球的時間，沒有發(fā)現(xiàn)任何額外維度的證據(jù)。

這項研究結(jié)果發(fā)表在《宇宙學(xué)和天體粒子物理學(xué)》上，研究結(jié)果表明，如果宇宙中還有其他維度的話，它們都是非常微小的——它們會影響到宇宙中小于1英里(1.6公里)大小的區(qū)域。這意味著弦理論，假設(shè)宇宙是由微小的振動弦組成，并預(yù)測至少10個微小的維度，仍然可能是正確的。

No.6、膨脹加速

物理學(xué)中最奇怪的發(fā)現(xiàn)之一是宇宙不僅在膨脹，而且還在加速膨脹。這一發(fā)現(xiàn)可以追溯到1998年，當(dāng)時物理學(xué)家宣布了幾個長期運行項目的結(jié)果，這些項目測量了被稱為Ia型超新星。研究結(jié)果(為研究人員索爾·珀爾馬特(Saul Perlmutter)、布萊恩·p·施密特(Brian P. Schmidt)和亞當(dāng)·g·萊斯(Adam G. Reiss)贏得了2011年的諾貝爾獎)揭示了這些超新星中最遙遠恒星發(fā)出的光線弱于預(yù)期。

微弱的光線表明空間本身正在膨脹：宇宙中的一切都在逐漸遠離其他一切。科學(xué)家稱這種膨脹的驅(qū)動力為“暗能量”，這是一種神秘的引擎。這種暗能量似乎對使宇宙起源的理論與目前正在進行的觀測相吻合至關(guān)重要，比如NASA威爾金森微波各向異性探測器(WMAP)所做的觀測，該儀器迄今為止繪制了最精確的宇宙微波背景圖。

No.7、甚至比預(yù)期還要快

2019年4月哈勃望遠鏡發(fā)布的新結(jié)果加深了宇宙膨脹之謎。太空望遠鏡的測量結(jié)果顯示，宇宙膨脹速度比之前的觀測結(jié)果快9%。美國國家航空航天局(NASA)表示，對于星系來說，距離地球每330萬光年意味著每秒46英里(74公里)的速度遠離，比之前的計算預(yù)測要快。為什么這對宇宙的起源很重要？因為物理學(xué)家肯定漏掉了什么。據(jù)美國宇航局稱，在宇宙大爆炸期間和之后不久，可能有三次獨立的暗能量“爆發(fā)”。

這些爆發(fā)為我們今天所看到一切的奠定了基礎(chǔ)，第一個可能開始了最初的膨脹，一秒鐘發(fā)生的速度可能要快得多，就像一只沉重的腳踩在宇宙的油門上，導(dǎo)致宇宙膨脹的速度比之前認為的要快。最后一次暗能量爆發(fā)可能解釋了今天宇宙的加速膨脹。這些都還沒有得到證實，但是科學(xué)家們正在尋找。德克薩斯大學(xué)奧斯汀麥克唐納天文臺研究人員正在使用一種最新升級的儀器——霍比-埃伯利望遠鏡，直接尋找暗能量。

這項名為“霍比-埃伯利暗能量望遠鏡實驗”(HETDEX)的項目，正在測量遠至110億光年星系發(fā)出的微弱光線，這將使研究人員能夠看到宇宙加速度隨時間的任何變化。還將研究宇宙誕生40萬年，宇宙中擾動的回聲，這些擾動是在宇宙大爆炸后由稠密粒子組成的濃湯中產(chǎn)生，這也將揭示膨脹的奧秘，并解釋驅(qū)動宇宙膨脹的暗能量。

博科園｜文：Stephanie Pappas/Live Science

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