宇宙起源

大约 138 亿年前，我们所知的宇宙从一个极其炽热、致密的奇点开始——这就是大爆炸（Big Bang）。大爆炸并非发生在空间中的一场爆炸，而是空间本身的开端。在最初的一刻，宇宙以远超光速的速率急剧膨胀，温度和密度远超我们在地球上能想象到的任何极端环境。

大爆炸理论的提出并非凭空想象。1929 年，美国天文学家埃德温·哈勃观测到遥远星系正在远离我们，而且距离越远的星系，退行速度越快。这一发现表明宇宙正在膨胀——如果时间倒推，宇宙必然曾经汇聚于一个极小的点。

大爆炸之后约 38 万年，宇宙冷却到原子核可以捕获电子形成中性原子的温度。光子从此得以自由穿行——这些最古老的光子就是后来被探测到的宇宙微波背景辐射。

宇宙膨胀是现代宇宙学的基石概念。它描述的并非星系在空间中运动，而是空间本身在拉伸。可以想象一个正在被吹大的气球表面，上面的点彼此远离——不是点在移动，而是气球表面在扩张。

在宇宙大尺度上，膨胀体现在星系之间的空间持续增大。更重要的是，1998 年通过观测遥远的 Ia 型超新星，科学家发现宇宙膨胀不但没有减速，反而在加速。这一发现荣获了 2011 年诺贝尔物理学奖，也引出了"暗能量"这一至今未解之谜。

暴胀理论（Inflation）进一步提出，在宇宙诞生后的极短时间内（约 10⁻³⁶ 秒到 10⁻³² 秒之间），宇宙经历了一次指数级的超高速膨胀，将微小的量子涨落拉伸为今天宇宙大尺度结构的种子。

宇宙微波背景辐射（Cosmic Microwave Background，简称 CMB）是大爆炸理论最有力的证据。1965 年，美国射电天文学家阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊在调试贝尔实验室的天线时，意外发现了来自天空各方向均匀的微波噪声——这正是大爆炸的"余晖"。

CMB 的温度约 2.725 开尔文（约 -270°C），是宇宙极早期高温状态的冷却残留。更重要的是，CMB 并非完全均匀——其上存在约十万分之一的微小温度涨落，这些涨落反映了早期宇宙中物质密度的不均匀分布，正是它们后来演化成了我们今天看到的星系、星系团和大尺度纤维状结构。

后续的卫星探测任务——NASA 的 COBE（1992）、WMAP（2003）和 ESA 的 Planck（2013）——以越来越高的精度绘制了 CMB 的全天图，为我们提供了宇宙年龄、组成和几何结构等关键参数的精确测量。

大爆炸之初，宇宙中只有最基本的粒子——夸克、电子、光子与中微子。随着温度下降，夸克结合形成质子和中子。在最初的三分钟内，部分质子和中子聚变为氢、氦和微量锂的原子核——这就是原初核合成（Big Bang Nucleosynthesis）。此后宇宙中约有 75% 的氢和 25% 的氦（按质量计），这一比例与今天的观测高度吻合。

暗物质的引力是宇宙结构形成的引擎。在宇宙早期，暗物质先在引力作用下聚集成"晕"，普通物质随后被吸引到这些暗物质晕中，逐渐形成恒星和星系。第一代恒星（星族 III 恒星）在大爆炸后约 1–2 亿年点亮，它们的强烈辐射重新电离了宇宙中的中性氢，标志着"宇宙黎明"的结束。

星系本身也在不断演化：小星系通过合并成长为更大的星系，星系中心常孕育超大质量黑洞。我们的银河系本身也经历了数十次星系并合，其中心就潜伏着一个约 400 万倍太阳质量的超大质量黑洞——人马座 A*。