宇宙的诞生

要想了解宇宙诞生的瞬间，就需要了解微观世界的物理法则——量子力学。量子力学可以解释微观世界中原子或基本粒子的现象，毕竟发生在微观世界里的奇异现象，直观上是不容易理解的。爱因斯坦曾付出种种努力想否定量子力学，但最终只能承认它是正确的。鉴于要想详细地解释复杂的量子力学概念需要足足一本书的分量，所以在这里我们先介绍量子力学的概率论。

许多科学家致力于研究大爆炸理论。从“无”中怎样发生大爆炸，发生大爆炸的那一点（奇点）又是怎样产生的，解释这些疑问的关键就在于量子力学的“隧道效应”。

大爆炸发生之前，极小的微观世界不存在时间和空间，所有能量都是零。但量子力学的“无”状态，是指根据概率分布，存在不断生成又消失的粒子，可它们被某种能量壁垒（势垒）阻挡，什么都不会发生。

在微观世界里，粒子不能穿越势垒的概率较高，但是偶尔会有某个粒子穿过势垒，这种低概率事件也是存在的——虽然几乎是不可能，但概率并不为零。某一瞬间粒子出现在势垒外，这种现象叫“隧道效应”。突破势垒的能量急剧膨胀，遂有了最初的空间及时间。

十分偶然，却必然冲破低概率出现的能量涨落引起了大爆炸。大爆炸之前，现在宇宙的所有质量和能量都集于一点上。从爆炸的瞬间诞生的宇宙开始急剧膨胀。那么在暴胀期间，宇宙又有了怎样的变化呢？

正态分布

当你掷两个骰子的次数越多，骰子示数的总和接近 7 的概率就越大。这意味着随着观测次数的增加，概率遵循正态分布。标准差表示观测对象偏离平均期望值的程度，即使标准差出乎意料，也有可能出现。特别是根据量子力学，在比原子更小的微观世界中，随着投掷骰子的次数的增加，正态分布两端概率较低的事件会出现得更频繁

科学家们推测大爆炸发生后，均匀的宇宙中出现了微扰，这种微扰超过一定阈值后，使宇宙突然平滑地扩张。如果宇宙是完全均匀的，那么它就会因能量均衡而不发生任何变化，而且现在的星系和恒星也不会存在。只要密度稍有不同，就会产生引力差异，物质就会聚集在引力大的地方。随着时间的推移，小差异逐渐变大，到了某一瞬间，密度已变得无比大时，由质量决定的引力导致了坍缩，在这个过程中诞生了无数恒星。很多科学家为了寻找最初的微扰，去追踪宇宙最初发出的光的痕迹。那个痕迹便是宇宙微波背景辐射。1989 年为了寻找微扰存在过的证据，宇宙背景探测器飞向了宇宙，经过两年的观测完成了宇宙微波背景辐射图，在那张图上，科学家们发现了十万分之一的微小温差造就的宇宙雏形。

宇宙背景探测器观测到的宇宙辐射

由探测器观测到的宇宙温度分布，颜色表示温度，蓝色和红色的温度仅相差十万分之一。这些斑点可以看作宇宙微扰存在过的证据

大爆炸后的 38 万年间，向宇宙全域发出的光是各向同性的，因此找出微扰遗迹是十分困难的事情。各向异性是否存在的争论持续了几十年，1992 年乔治·斯穆特公布宇宙微波背景辐射图后争论才平息。斯穆特在记者招待会上说：“如果大家有信仰的话，那么这幅图就等于神的脸庞。”一直反对宇宙大爆炸论的斯蒂芬·霍金也评价说：“不知道这个发现是否是历史上最伟大的，但它无疑是本世纪最伟大的。”