宇宙的演化，從大爆炸開始，紅色箭頭代表時間的箭頭。（? NASA/GSFC）
在所有的概念中，或許沒有一個理論像“宇宙大爆炸”一樣備受爭議。宇宙大爆炸的想法要追溯回1940年代，但是直到1960年代越來越多的觀測證據表明宇宙有一個開始，大爆炸才被確立成現代宇宙學的規范。我們說宇宙有一個開始，也就是說在那一天是沒有“昨天”的——所有的物質、輻射以及膨脹的宇宙在那某一刻之前都是不存在的。經歷了100多億年的演化，宇宙中眾多的行星之一出現了人類，他們擁有獨立的思考能力，每當他們仰望星空的時候就會對宇宙產生巨大的興趣。今天我們要解決的是其中一些最令人困惑的問題：
“根據大爆炸開始的點，我們能否從理論或者實驗中推測出我們在宇宙中的位置？為什么我們認為大爆炸是在三維時空中的一個點開始的？為什么我們認為宇宙是一個球形的呢？”
這些都是很好的問題，但是這些問題的表述正確嗎？
宇宙大尺度結構的演化：從早期均勻而一致的狀態到今天看到的纖維狀結構。（? Angulo et al. 2008）
【宇宙大爆炸】
我們通常認為宇宙大爆炸是一次“巨響”或一次劇烈的“爆炸”。的確，宇宙在最開始的時候就類似是一個巨大的、激烈的、膨脹的火球。它充斥了各種各樣的粒子和反粒子，以及輻射；它們之間又隨著宇宙的膨脹相互遠離；膨脹也使宇宙的溫度逐漸降低，粒子的運動速度也變得緩慢。這聽起來的確像是一次“爆炸”。事實上，假設你有辦法身處在早期的宇宙，并良好的受到保護，你就會聽到來自大爆炸的聲音：
但是，注意，我用了“膨脹”這個詞，而不是用“爆炸”來描述這個現象。爆炸是發生在空間中的某一個地點的，假如一顆炸彈在某一處爆炸，那么炸彈的碎片就會從那個點向所有方向往外輻射。例如，恒星演化晚期的超新星是一種爆炸；伽馬射線爆也是一種爆炸。
超新星1993J，在M81星系中一顆爆炸的恒星。（? NASA/ESA/G.Bacon）
但是宇宙大爆炸并不是一次上述定義的爆炸事件。當我們談及熱大爆炸的時候，我們指的是宇宙在其誕生的初期，充滿了高能粒子、反粒子和輻射。在這個狀態下，宇宙開始膨脹并且冷卻。首先，物質在與反物質的較量中，本應期待它們全部湮滅，但或許是基于某種不對稱，物質主導了整個宇宙。緊接著，原子核和中性原子開始誕生，這為恒星的形成埋下了種子。隨著宇宙的不斷演化，星系和大尺度結構逐漸產生，才構成了我們今天所看到的宇宙。
宇宙早期的夸克-膠子漿。（? Brookhaven National Lab）
【宇宙是從一個點開始的嗎？】
宇宙大爆炸并不是從某個特定點開始的。也就是說宇宙并沒有一個“起源”。雖然有點違反常識，但所有的證據都指向一個結論：大爆炸是在所有地方、同時進行的。支持這一觀點的證據是壓倒性的，并且來自宇宙本身。基于對大尺度結構、星系團的分布、微波背景輻射等等的一些觀測，我們會發現兩個重要的事實：在足夠大的尺度上，宇宙是均勻（宇宙各處的特性都一樣）而各向同性（每個方向看起來都一樣）的。
宇宙的一小部分，每一個像素都代表了一個星系。在大尺度上，宇宙在所有方向以及所有位置都是一樣的。（? SDSS III，DR8）
假如宇宙是從傳統意義上的爆炸中誕生的，那么它就不會有這兩個特點。我們就會發現我們在宇宙中有一個優先的位置，并且會觀測到不同的密度圍繞著這個位置，從不同的方向觀測宇宙也會顯得不同。在爆炸中，分離的越快的物質，它最后離爆炸點就越遠，也就會越分散；換句話說，如果宇宙從爆炸而來，那么在越遠的地方，在每個體積單位內的星系數量就越少，但事實并非如此。
宇宙是均勻并且各向同性的事實告訴我們，在138億年前，大爆炸必須是在宇宙各處同時發生的。我們不可能同時看到宇宙的所有地方，我們只能在我們所處的位置去觀察宇宙，這也是為什么我們通常看到對宇宙的描述是以我們為中心的，比如下圖：
戳：《一幅圖展現宇宙的全貌》。
【宇宙的形狀？】
但這并不意味著宇宙是球形的！事實上，如果我們想知道宇宙的形狀，我們可以通過它本身的幾何特征來得知。現在，想象一下你站在某個空曠的地方，并且讓你的兩個朋友前往不同的兩個方向，要保證你們三個人可以相互看到對方，你們三個人最終的站位形成一個三角形。并且你們要測出自己相對于其他兩個人的角度。一旦你們知道了三個角度就把它們加起來，根據歐式幾何，你會期待三個內角相加的和為180度。這在平直時空中的確如此。
空間曲率的不同，三角形內角相加的和也會不同。（? NASA/WMAP）
但事實是，空間并不一定必須是平直的！空間也可以被彎曲。它可以擁有負曲率，就像是馬鞍的表面，三個內角和相加會小于180度。或者它也可以是正曲率，就像是球的表面，三個內角和大于180度。現在，如果你在站在北極，你的兩個朋友分別在南美洲的赤道和非洲的赤道，此時，你會得到一個接近270度的三角和，而不是180度。但問題是，我們要如何得知在廣袤的宇宙空間的曲率？幸運的是，宇宙本身提供了一個很好的方法來測量空間曲率：微波背景輻射的擾動——不同的空間曲率對它造成不同程度的影響。換句話說，空間的幾何特征會反映在宇宙微博背景輻射上。
左：假如宇宙是閉合的，在宇宙微波背景中的“熱點”會比理論預測的值更大；中：假如宇宙是平直的，這些“熱點”看起來就會不大也不小；右：在開放宇宙中，“熱點”看上去會比理論值小。（? Smoot group at Lawrence Berkeley Labs）
通過對微波背景輻射的測量，我們可以得出一個結論：宇宙是平坦的。普朗克衛星與SDSS的最新聯合數據告訴我們，如果宇宙是彎曲的——不管是正曲率或負曲率——它也是在比可觀測宇宙大400倍的范圍之外。我們能觀測的范圍大約是920億光年。
這是我們可以看到的宇宙范圍。理論指出，在我們觀測不到的范圍內，很有更能有更多的宇宙存在。（? E.Siegel）
現在我們知道，在138億年前，宇宙大爆炸從每一個點同時開始的，目前我們所能測量的最高精度顯示宇宙的平坦的。所以，如果你宣稱大爆炸是從你所在的位置開始的，你是整個宇宙的中心，沒有人會說你是錯的。因為，散落在宇宙中各個角落的人，都可以有相同的觀點。
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