关于宇宙大爆炸理论，经常会有这几种误解，看看你有没有被说中？

近来，随着科技的飞速发展，宇宙学领域也逐渐步入了科学的殿堂，人类对宇宙的起源和演变过程的认识越发深入。然而，即便是物理、宇宙学领域的专家，在理解这些复杂现象时，也常常会陷入一些误区。

宇宙大爆炸非“无中生有”

在此前的讨论中，我们已经提及了这个观点，此处有必要再次强调。基于广义相对论和哈勃的发现——宇宙空间正在不断膨胀，星球间逐渐分离，我们可以不可避免地得出一个结论：在遥远的过去，宇宙曾处于一个高度密集的状态。如果我们将宇宙的膨胀过程逆向推演到过去，星球间必定曾经非常接近，而随着时间回溯得更远，宇宙中星球的密度会更大，即有限的空间内容纳了更多的“星体”。

继续回溯，星球会不再保持星体的形态，而是在巨大的引力作用下“塌缩”成等离子体的混乱状态。再向前追溯，物质的形态将转变为由各种基本粒子组成的混沌汤：电子、正电子、中微子和光子。逆推至终点，我们得到的宇宙最早形象，便是一个极高密度与高温度的原始状态，我们称之为“大爆炸”。

基于广义相对论——这一经典的引力理论，我们上述所述的逆向推演可以一直追溯到t=0，这在数学上对应于时间奇点。然而，在空间尺度减小到一定程度，或者说在时间回溯到足够早的时刻，我们不得不考虑量子效应的影响。遗憾的是，广义相对论与量子力学之间并不兼容，到目前为止，物理学家们尚未构建出一个满意的量子引力理论。

因此，我们将大爆炸模型的起始时间设定在普朗克时间（10的负43次方秒），或者更靠后的时期，比如四种基本力分离之后的时刻（10的负35次方秒）。这是物理学家们能够充满信心应用现有理论的最早时刻，任何理论都存在其局限性。目前我们的理论只能达到这一步，至于更早期的量子引力阶段，尽管可以进行研究，但现行的标准理论尚未给出令人满意的答案。如果进一步提问，比如“大爆炸之前是什么？”或“什么引发了大爆炸？”等问题，目前也只能搁置。

所以，就目前来看，大爆炸模型并非是一个“无中生有”的创世理论，而是一个经过观测证实、得到广泛认可的宇宙演化模型。宇宙中的所有物质（至少从普朗克时间开始）就存在于那里，“大爆炸理论”只是描述了宇宙如何从初始的高温、高压、高密度状态，演变成我们今天所见的形态。

宇宙的“演化”过程极为不均匀。温伯格曾在一本书中详述了宇宙早期（大约前三分钟）的演变。而直到“大爆炸”发生后的大约4亿到10亿年，星系才逐渐形成。

宇宙“爆炸”与炸弹“爆炸”大相径庭

“大爆炸”这一名词并不准确，容易让人产生误解，将宇宙的起始时刻误认为是通常意义上的爆炸，如火光四溅、碎片飞散的场面。实际上，炸弹爆炸是物质在空间的扩散，而宇宙爆炸则是空间本身的扩张。有趣的是，科学家们曾试图纠正这一名词，但始终未找到更合适的替代词。

炸弹爆炸发生在特定区域的三维空间内，通常是因为系统内外的压力差而引发。爆炸发生时，系统内的能量转化为气体迅速膨胀所产生的机械能，通常伴随着热量释放、发光和声响，对周围的空间造成影响。

对于宇宙大爆炸来说，并不存在所谓的外部空间，只有三维空间本身随着时间的推移在“平滑”地扩张。将宇宙大爆炸比喻为“始于烈焰”或“开始于一场大火”并不确切。

空间在扩张，但星系并未随之膨胀

何谓“空间本身的扩张”？

前文我们已经讨论过，我们所处的三维空间可能的几何形态包括球面、平面和马鞍形，这取决于宇宙总质量密度与临界质量密度的比值。如果假设宇宙是平坦且无限的，那么二维“空间扩张”可以比喻为一个可以无限延伸的平面橡胶薄膜。

橡胶薄膜在扩张时，其上的所有图案也会相应地放大，但宇宙空间的扩张则截然不同。如第9-1-3图所示，在空间膨胀过程中，星系的尺寸并未随之增大。这是因为“引起宇宙膨胀”和“维持星系形状”是两种不同的作用机制。星系的形状主要由万有引力（吸引力）来维持，而宇宙膨胀的机制尚未完全明了，一种理论是借助爱因斯坦提出的宇宙常数来解释，这是一种相互排斥的“反引力”效应，由负压强产生（即暗能量），仅在大尺度上起作用。因此，大尺度的反引力使得宇宙膨胀，而星系内的引力（吸引力）则保持星体聚集，从而形成了第9-1-3图所示的宇宙膨胀图像。

换句话说，尽管宇宙在膨胀，但星系并未随之膨胀。星系中的星体、恒星、行星，包括我们的太阳、地球、月亮，均未膨胀。这意味着只有“大尺度”（星系间的距离尺度）的空间才有可观测的膨胀效应，而在原子尺度上，原子核和电子之间的距离保持不变，这是因为在原子内部起主导作用的是电磁力，与之相比，引力作用可以忽略不计。引力主要在大尺度上起作用，使星系间的空间膨胀，但并不影响更小尺度的空间。因此，我们日常所见的万物：树木、山峦、房屋、桌椅以及用于度量的“尺度”，都保持不变，与宇宙的膨胀无关。

当然，上述的“星系不扩展”仅适用于“星系仍然存在”的前提下，强调的是当前（或将来）的观测结果，并不适用于将宇宙历史追溯至大爆炸原点的情况。

可观测宇宙与“大宇宙”

自望远镜问世以来，几个世纪的天文观察不断调整着人类在宇宙中的位置。这是对人类自信心的连续打击，一步步地将我们从认为自己是宇宙中心的幻想中拉回现实。最终，我们不得不承认，脚下的地球不过是浩瀚宇宙中微不足道的一粒尘埃！与整个宇宙相比，人类赖以生存的太阳系显得微不足道。即使是庞大的银河系，在宇宙中也仅是数十亿星系中的普通一员。

根据宇宙学原理，宇宙是均匀和各向同性的，因此，整个宇宙没有中心。然而，在许多情况下，我们所称的“宇宙”，实际上是指相对于地球（银河系）的可观测宇宙。可观测宇宙有其中心，仅是“大宇宙”的一部分，而观测点则是“可观测宇宙”的中心。

大宇宙有可能是无限的，但可观测宇宙总是有限的。如果大宇宙是有限的，理论上来说，它的尺寸可能会小于可观测宇宙。然而，根据迄今为止的天文观察资料，我们的宇宙接近“平坦”。无论大宇宙是有限还是无限，它都应大大超出可观测宇宙的范围。

大爆炸发生在空间的每一点

此外，我们如何理解“大爆炸发生在空间的每一点”？

大宇宙只有一个，但对于每一个观测点，都可以定义一个可观测宇宙。例如，对于银河系来说，目前可观测宇宙的尺寸是一个以银河系为中心、半径为465亿光年的球体。

自大爆炸以来，宇宙一直在膨胀。因此，离大爆炸原点越近，可观测宇宙的范围就越小。地球的年龄约为45亿年，银河系的年龄超过100亿年，因此图9-1-4描绘了以银河系为中心的可观测宇宙。如果追溯到宇宙寿命的10亿年左右，即星系刚刚形成的时期，从银河系出发，我们可能只能观测到自己的星系。

假设银河系中心位于O0点。在接近大爆炸的时刻，可观测宇宙会缩小到弹子球甚至原子的尺度，假设此时仍以O0点为中心。因此，从银河系的参考系来看，最初的大爆炸发生在O0点。但是，银河系只是宇宙中一个普通的星系，对于其他星系而言，它们各自有以O1、O2、O3等为中心的可观测宇宙，对于这些星系，大爆炸分别发生在O1、O2、O3等点。也就是说，大爆炸发生在初始空间的每一点，如图所示。

如果真实宇宙是平坦且无限的，初始空间也基本是平坦且无限的，大爆炸发生在这个无限空间的每一点。自大爆炸以来，原本无限的宇宙经历了膨胀、冷却、太初核合成、各种粒子的产生和湮灭等过程，最终演化成我们今天所见的星系世界。