大爆炸

宇宙从高温、高密度状态膨胀至今

大爆炸理论描述了宇宙如何从温度极高、密度极大的早期状态开始膨胀并冷却。星系的运动、宇宙中留存的辐射以及轻元素的丰度，为这一解释提供了证据。

根据标准宇宙学模型，宇宙的年龄约为138亿年。早期宇宙中还没有恒星和星系。随着温度降低，原子逐渐形成；之后，引力使气体聚集，形成恒星和星系。

分析遥远星系的光，可以测出其波长被拉长了多少，这称为红移。一般来说，越远的星系红移越大。这与宇宙膨胀使光的波长伸长的解释相符，并不只是比较星系看起来有多红。

沿着膨胀过程回溯，可以推知过去的物质分布更密集、温度更高。膨胀没有特定的中心。在足够大的尺度上，无论以哪个星系为参照，星系之间的平均距离都在增大。但由引力束缚在一起的太阳系或星系内部，并不会以同样的方式膨胀。

宇宙膨胀是星系之间距离增大的现象。

把大爆炸比作爆炸，容易让人以为物质从某个地点向四面八方飞散。理论描述的是整个宇宙的膨胀和温度变化。

早期宇宙中的光频繁被自由电子散射，很难传播很远。大爆炸约38万年后，宇宙冷却到电子能与原子核结合，形成原子。从那时起能够远距离传播的光，今天被观测为宇宙微波背景辐射（CMB）。宇宙膨胀不断拉长它的波长，因此我们现在是在微波波段测量它。

COBE卫星测量了这种辐射的光谱，结果与约2.725 K的热平衡辐射分布非常接近。WMAP和Planck还测出了天空不同方向之间微小的温度差。这些差异包含了星系形成前物质分布的信息。CMB展示的是大爆炸约38万年后的宇宙。

一个质子本身就是最常见的氢原子的原子核。在最初几分钟内，质子和中子结合，形成氦等原子核，这一过程称为大爆炸核合成。计算表明，此后普通物质按质量计大约含75%的氢和25%的氦。这与那些几乎未经恒星加工的物质的观测结果相符。

氘的丰度也是检验计算的重要依据。氘是一种原子核含一个质子和一个中子的氢。不过，锂-7的计算丰度与古老恒星中的测量值仍不一致，相关研究还在继续。碳、氧等较重元素主要由后来恒星内部的核反应产生。

宇宙膨胀、冷却后，气体聚集并形成恒星和星系，这一过程最终产生了今天的银河系和太阳系。大爆炸理论解释了这一漫长演化，却没有解答宇宙为什么会存在。

暴胀假说认为，宇宙在极早期经历过极短暂的急剧膨胀。它可以解释宇宙为何在大尺度上显得均匀，但引发暴胀的物理原因尚未确认。此外，根据附近天体测得的膨胀率，与将模型应用于CMB后推算的数值存在差异。科学家仍在研究这源于观测误差，还是需要修正理论。

奇点是指计算中密度等物理量趋于无穷大、超出现有理论解释能力的点。黑洞中的奇点，以及回溯大爆炸时在计算中出现的奇点，都涉及现有理论的适用极限。数学方程中出现奇点，并不能证实真实宇宙始于一个无限小的点。大爆炸之前是否存在什么，也尚无定论。