熱大霹靂

把宇宙膨脹的影片倒著放，會發生一件很簡單的事：隨著宇宙收縮，裡面的一切被擠得越來越近、越來越熱。把同樣的氣體壓進更小的體積裡，它就會升溫，就像打氣筒壓縮空氣時會發熱一樣。把整個宇宙一直倒回足夠久遠，它就變成一鍋均勻、熾熱、緻密的輻射與粒子之湯。這正是熱大霹靂的核心思想：宇宙起始於一個極熱、極緻密的狀態，從那以後便一直膨脹、冷卻。

「熱」字是這一模型的核心，也使它可以被檢驗。隨著宇宙膨脹，它的溫度以一種可預測的方式下降，而在每一個溫度區間都有不同的物理過程主導。在最初的一秒裡，它是一鍋基本粒子組成的電漿；在最初幾分鐘裡，當它仍有數十億度時，輕原子核由質子和中子鍛造而成；約三十八萬年後，當它冷卻到幾千度時，電子終於黏附到原子核上形成中性原子，宇宙變得透明，釋放出一道閃光，我們今天仍以宇宙微波背景的形式探測到它。三大證據支柱支撐著這一圖景：膨脹本身、最輕元素的丰度，以及那道殘留的餘暉。

熱大霹靂並不是一個關於宇宙如何從無中生有的理論，也不是對空間中某一點發生爆炸的描述。它描述的是：宇宙一旦已經處於又熱又密又在膨脹的狀態後，它是什麼樣子，又如何從那裡演化而來。最初的那一瞬間，那聲「爆炸」本身，超出了標準模型所能描述的範圍；那是普朗克時代與宇宙暴脹的領域。一個常見的誤解把大霹靂想像成物質從一個中心爆點向外飛入早已存在的空曠空間。實際上，是空間本身在每一處同時又熱又密，沒有中心也沒有邊緣；一直在伸展的，是空間。