在宇宙尺度上，關於我們在宇宙中的地位沒有什麼特別的。我們所看到的不僅是物理定律在任何地方都是一樣的，而且宇宙本身在任何地方都具有相同的大規模性質。在所有方向和所有位置，星系的數量，聚類的數量，宇宙膨脹率以及其他所有可測量的屬性實際上是相同的。在宇宙尺度上，宇宙的確在各個地方看起來都是一樣的。

圖注：這張圖片顯示了一張全天空和X射線星團的地圖，這些圖旨在以與方向相關的方式測量宇宙的膨脹，以及美國宇航局的錢德拉X射線觀測站拍攝的四個X射線星團。儘管研究結果表明，宇宙的膨脹可能不是各向異性的，也不是所有方向的相同，但資料遠非清晰。

但是，有許多不同的獨立方法可以檢驗宇宙在各個方向上都是相同的觀點：天體物理學家稱之為“各向同性”。 在2020年4月出版的《天文學與天體物理學》中的一項新研究中，新技術，分析和資料集都被應用到了這個難題中，並且作者聲稱，宇宙的膨脹率取決於我們尋找的方向。如果為真，這將是一個有趣的結果，但是有很多理由對此表示懷疑。

圖注： 在膨脹過程中發生的量子漲落在宇宙中被拉伸，當膨脹結束時，它們變成密度漲落。隨著時間的推移，這導致了今天宇宙中的大尺度結構，以及在CMB中觀測到的溫度波動。這些種子漲落產生的結構生長，以及它們在宇宙功率譜和CMB溫差上的印記，可以用來確定我們宇宙的各種性質。

有一個總體理論不僅控制著宇宙，而且提供了一個框架來理解應該在最大尺度上存在的事物：膨脹的大爆炸。簡而言之，這一點表明：

在大爆炸之前有一段宇宙膨脹期，

提供我們所有宇宙結構生長的種子波動，

然後膨脹結束，導致了熱大爆炸，宇宙充滿物質和輻射，

到處都是均勻的，均勻度相差大約30,000分之一

然後膨脹、冷卻並相互吸引，

導致我們今天所觀察到的廣袤的宇宙網路。

總的來說，這意味著在最大尺度上，宇宙應該是各向同性的（在所有方向上都是相同的），並且是同質的（在所有位置上都是相同的），但是在較小的尺度上，區域性變化應該開始占主導地位。

圖注：我們附近宇宙的超密度（紅色）和低密度（藍色/黑色）區域的二維切片。這些線和箭頭說明了特殊速度流的方向，即對我們周圍星系的引力推拉。然而，所有這些運動都嵌入到膨脹空間的結構中，因此測量/觀測到的紅移或藍移是空間膨脹和遠處被觀測物體運動的組合。

這些區域性變化絕對是真實的。當我們觀察星系在整個宇宙中的移動方式時，我們發現它們確實服從了標準的哈勃膨脹，尤其在超遠距離上：每個星系退卻的速度與該星系的距離成正比。但是每個星系也有一個特殊的速度，它疊加在整個膨脹之上，可以引起每秒幾千公里的附加運動：光速的1-2％。

我們在任何地方都能看到這一點，從單個星系的小尺度運動，到中間尺度的星系團的流動運動，到我們自己的本地群的運動。但是最重要的是（以超高的精度），我們看到了自己相對於宇宙微波背景的運動，而它本身應該是完全各向同性的，直到我們透過空間的運動的影響。

圖注：大爆炸的餘輝在一個方向（紅色）比平均值高3.36毫開爾文，在另一個方向（藍色）比平均值低3.36毫開爾文。這是由於我們在空間中相對於宇宙微波背景的靜止框架的總運動，它大約是特定方向光速的0.1%。

如果宇宙不是大範圍各向同性的，那將是一個巨大的驚喜，特別是如果它的各向異性超過一定幅度時。 但是我們不能簡單地採用一兩個觀測值（例如宇宙微波背景和宇宙網的大規模結構）並宣稱宇宙是各向同性的。 我們應該以各種可能的方式來測量宇宙，以便確定在所有尺度上都存在什麼各向異性水平。

但這需要我們準確、全面和毫不含糊地做到這一點。一個糟糕的校準，一個未經測試或未經驗證的假設，或任何數量的系統誤差都可能導致你得出結論，你發現了一個以前不存在的各向異性。這項由美國國家航空航天局錢德拉X射線天文臺（chandrax-ray Observatory）推動的新研究暗示了一種大規模的各向異性，但並沒有完全達到令人信服的發現水平。

圖注：這張圖看起來非常引人注目，顯示了天空中一個區域的哈勃常數明顯低於相反方向。但得到這張圖的假設並不是天體物理學家們所期待的。

這項新研究的工作方式是，他們拍攝了大量的X射線星系團——發射大量X射線的星系團——並應用了所謂的經驗關聯。經驗相關性是指當我們看到兩個不同的東西，我們可以測量或計算一個事物似乎是相關的，但我們不知道它們為什麼會相關。

在這種情況下，他們使用了X射線光的固有亮度（即發光度）與X射線觀察溫度之間的相關性。這是一個相對較新的關聯，儘管分散性較大，但它在所有溫度下似乎都比較好。然而，正如你從下面的圖表中看到的（摘自論文），現在有一個令人不安的方面。根據實際測量X射線的天文臺不同，這種相關性本身就不同。

圖注：無論這些資料來自美國宇航局的錢德拉X射線望遠鏡還是歐空局的XMM牛頓天文臺，似乎都改變了光度和溫度之間的相關性。對於任何尋求普遍應用這種相關性的人來說，這至少應該是一個黃色標誌。請注意底部繪圖中匯出引數的差異。

每當您具有經驗相關性時，確保它也對其他引數不敏感也很重要：可能導致此相關性發生變化的引數。當然，光度和溫度之間存在關係，但是如果您檢視具有不同質量，不同速度色散，不同重元素數量等的X射線簇，您是否會獲得相同的相關性？

這些是要問的重要問題，因為對每個答案都應該是“否”。 但是，正如作者清楚地表明的那樣，如果您檢視具有不同數量重元素的X射線星系團，則在支援這種相關性的引數上會出現巨大差異：天文學家稱之為金屬性。在理想世界中，無論這些引數如何變化，經驗相關性都是相同的。但是顯然，事實並非如此。

圖注：不同的金屬丰度範圍（低、中、高）導致X射線光度和溫度之間的關聯有很大的不同，這表明這種關聯並不普遍。

這些不一定是通融的條件，但它們是非常有效的且令人信服的理由，請務必謹慎。如果我們要假設這種關係是普遍有效的，並且可以將其用作基礎宇宙學的探究，那麼我們必須認識到，我們將在尋找非常微妙的效果。畢竟，我們不僅要對整個天空和所有發現的X射線群集進行平均，而且還要尋找一個方向與另一個方向之間的微小差異。

我們在天空的一個區域和天空的另一個區域中發現的這些種群之間存在的任何差異，都會使我們的結果產生偏差，特別是如果我們假設兩個量（光度和溫度）之間存在單一的普遍關係，則尤其如此。本文的作者指出，需要研究偏差（並表明至少存在一些偏差），但在進行分析時使用單一的普遍關係。如果這些X射線團簇不都遵循作者提出的推斷關係，那麼這種思路是無效的。

圖注：在這裡，錢德拉X射線望遠鏡拍攝的四個星系團顯示了X射線發射，相當於星團總質量的10%：數量巨大，幾乎所有正常的非暗物質都有望存在。

使用星系團的另一個問題是，它們是非常大的物體，在宇宙的任何給定體積中，它們並不多。雖然這項研究確實進行了數十億光年，比大多數探索宇宙各向異性的類似研究都要大，但它只包括幾百個星系團。這不是任何人的錯；這是我們目前的儀器和技術所能測量的極限。

他們發現，在天空的一個特定位置[以淺色顯示（如下）]，總的膨脹率似乎比在天空的相對區域中以深色顯示的總膨脹率更高。作者還注意到，這是一個相對微妙的影響，未能達到發現所必需的5sigma“黃金標準”，並且，如果由於擔心可靠性而嘗試排除任何資料，結果變得越來越不重要。

圖注：如果你觀察X射線星團並應用光度/溫度的經驗關係，天空的兩個不同區域似乎給出了哈勃膨脹率的不同首選值。這可能是一個真正的影響，但確實需要更多的資料。

最後，它們呈現的最後結果是使用所有資料集上的所有X射線簇，甚至包括那些未使用錢德拉（Chandra）或XMM-牛頓成像的X射線簇，其中必然包含不太可靠的資料。它們表明，這種效果會持續，甚至加劇，如果這是真正的效果，你可能會期望如此。但是，如果出現錯誤、偏差或應用錯誤或校準的樣本，您也會期望這樣做。

這應該是一個大問題。近來，有各種各樣的宏偉的論點聲稱宇宙學正處於危機之中，但正是由於這個原因，它們中的大多數甚至都經過了粗略的審查而崩潰了。聲稱不存在暗能量的原因是我們對宇宙運動的不正確校準。聲稱隨著時間或空間的變化而變化的精細結構常數被改進的分析所駁斥；當斯隆數字天空調查的資料出現時，類星體紅移是各向異性的的說法就分崩離析了。

圖注：X射線團簇的最大可能樣本顯示了宇宙各向異性的最大影響，但那裡沒有足夠的資料，也沒有足夠高質量的資料，無法得出宇宙實際上是各向異性的結論。

最大的擔憂應該是，在資料到達我們的望遠鏡的眼睛之前，某些東西會對資料產生偏差。特別是，沿著視線到任何星系團的重元素都會使我們觀察到的X射線訊號變暗。 作者透過測量沿視線的氫氣密度，然後推斷出應該在那裡模擬效應的重元素的數量，從而考慮到這一點。這是一個合理的方法，儘管這個推論並不容易做出，但非常準確。

但它們似乎沒有模擬出另一種影響我們所觀察到的X射線數量的效應：前景塵埃。塵埃吸收X射線，在中性氫不存在的地方發現，而且它在天空中的分佈極不均勻。如果對塵埃的建模不正確（或更糟糕的是根本沒有），那麼由於塵埃對入射光的影響，它們可能會得出關於宇宙膨脹的錯誤結論。

圖注：普朗克合作釋出的第一張全天空圖揭示了一些星系外源，其外有宇宙微波背景，但主要受我們銀河系物質前景微波輻射的影響：主要是以塵埃的形式。

我們關於宇宙中各向異性規模和規模的假設有缺陷，這是非常可能的，而且非常有趣，甚至具有革命性。如果是這樣，那麼宇宙的大規模結構資料就證明了這一點。因為宇宙的大規模結構遠遠超出了我們當地的太空角落。如果是這樣的話，X射線團簇（例如此處討論和分析的X射線團簇）可能是發現它的第一個強大測試。但是這項新研究只是朝著這個方向發展的一條線索，有許多合理的反對意見。樣本量很小；所使用的相關性是新的，其普遍性是可疑的；前景效果未進行足夠的建模。

儘管作者希望將即將到來的eROSITA資料作為這條路的下一步，但他們應該向更遠的地方看。像歐空局的雅典娜(Athena)或美國宇航局的Lynx這樣的真正下一代X射線天文臺是收集決定性資料的真正工具，以及我們期望從歐空局的Euclid，美國宇航局的WFIRST獲得的補充性大視野深光學勘測，和維拉·魯賓天文臺的LSST。宇宙膨脹可能在各個方向上都不盡相同，但是要證明這一點，將需要花費更多的時間。

宇宙既包含著古往今來的時間，也包含著上下左右的空間，而我們就生活在這個宇宙之中。自啟蒙之後，人類就一直在疑惑：這個宇宙究竟是什麼樣子的？它是從哪裡來的？這些困擾了人類幾千年的問題，直到20世紀初才開始有了一點兒模模糊糊的答案，那就是——宇宙是從大爆炸中來的。在138億年前的某一個時刻，一個小小的不經意的點，突然發生了大爆炸，大爆炸裡產生出了空間，也產生出了時間，而我們現實生活中的一切，都是從那個大爆炸中產生出來的。

宇宙大爆炸理論最早出現在愛因斯坦的相對論中，且按照相對論的觀點，宇宙還在不斷地膨脹。其後，很多科學家參與了這場討論。1927年，比利時的神父、宇宙學家喬治·愛德華·勒梅特提出，宇宙的膨脹可追溯到一個極其緻密的狀態，他稱其為遠古的“超級原子”，這就是大爆炸理論。

“宇宙大爆炸實在是荒謬之極！”這是所有人初次聽到這個說法時的反應。但是，現在的一些觀測資料已經證明，宇宙大爆炸是真實存在的。

宇宙發生大爆炸之後，因為沒有化學元素，因而沒有任何物質的存在。一切都是剛剛開始的狀態，到處充斥著粒子，就像一鍋熱粥那樣。40萬年之後，這鍋熱粥變得冷卻，電子和質子結合在一起形成了原子，其中以氫原子和氦原子為主，它們都是透明的氣體。此外，宇宙中還存在著光子，光子可以衝過冷卻的“濃湯”，在浩瀚的宇宙中穿行。

不過，不要以為這縷光芒能夠被看到。由於宇宙還處在大爆炸的過程中，空間也還在飛速地向外擴張，所以，光子在傳播的過程中波長變短了，從而超出了光學波段的範疇，變成了我們看不到的微波。雖然望遠鏡看不到光，但是探測器可以接收到這些微波，這些微波就是宇宙大爆炸殘留下來的痕跡。寒冷宇宙的溫度該是0℃，但這些微波的能量卻是3K，也就是3℃左右，且不管朝哪個方向探測，宇宙空間的大致溫度都是3K，因此它們被稱為“3K宇宙微波背景輻射”。

3K宇宙微波背景輻射是宇宙大爆炸論的證據之一，經過天文學家長期的一系列觀測，他們從許多方面都為宇宙大爆炸理論找到了各式各樣的證據。

大爆炸理論的四大支柱

幾乎就在大爆炸論出現的同一時刻，美國天文學家哈勃等人發現，所有星雲都在互相遠離。其中離我們越遠的星系，離去的速度越快，它們發出的光譜的波長也會發生改變，光譜會向著紅段移動，這就是紅移——星系越遠，紅移也就越嚴重。這些飛奔而去的星系表明，宇宙確實是在大爆炸中產生的，這就是哈勃定律。哈勃定律是支撐起宇宙大爆炸理論最簡單也是最堅強的支柱。

第二次世界大戰推動了原子彈的產生和發展，而對原子彈的研究既讓人們瞭解了化學元素的演化，也給地球上林林總總的化學原子找到了一個共同的起源。於是，微小的原子開始與宏大的宇宙聯絡在了一起，建立起宇宙大爆炸理論的另一大支柱。

按照目前觀察到的情況推測，宇宙的初期只含有氫元素與氦元素，它們都是氣體，然後產生出恆星，恆星就是一個高溫冶煉爐，較為複雜的元素就是在恆星燃燒的過程中產生出來的。那些林林總總的恆星天體，比如紅矮星、藍巨星、紅巨星等等，都處於熱核反應之中，並在最後經過超新星爆發，拋灑出巨量的化學元素，四處蔓延，有的就進入了地球，所以地球上的元素是從宇宙中來的。測量各種元素的大概產量（也就是元素的丰度），也證明了宇宙曾發生過大爆炸，因此，化學元素丰度成為了宇宙大爆炸的又一個有力證明。

不僅是恆星的演化，星系的演化也證明，宇宙確實發生過大爆炸。天文學家發現，在遙遠宇宙邊緣的星系一般很年輕，剛剛誕生不久，而與我們比較近的星系，年齡則較大。不僅如此，星系在大尺度上的分佈是均勻的，也符合宇宙大爆炸理論。由此，星系的演化和分佈成為了宇宙大爆炸論的另一個理論支柱。

上文提及的“3K宇宙微波背景輻射”則是大爆炸理論的第四大支柱，也是最有力的支柱。這是20世紀60年代，2位無線電工程師在無意中發現的，他們發現天空中存在著微波輻射，且在任何方向都存在，這是天空背景的輻射。其實，這是138億年前宇宙大爆炸留下的餘暉，也就是所謂的“3K宇宙微波背景輻射”。

宇宙從哪裡來的？首先，這是高深的哲學;其次，這是高深的科學。天文學家需要解決這個問題，於是提出了宇宙大爆炸理論，這個理論總是讓局外人覺得好奇和好笑。但是，經過了50多年的風風雨雨，天文學家的很多發現組合在一起，讓宇宙大爆炸理論有了4個堅強的支柱，它不再是猜測，而成為真正的科學。

諾貝爾物理學獎與大爆炸

科學是什麼？科學是人們探索的過程，它分為兩個部分：一部分是理論，另一部分是實踐。諾貝爾獎也頒發給兩類人：一部分頒發給提出理論的人，另一部分則獎勵證明理論的人。但作為宇宙大爆炸理論最早的奠基人，愛因斯坦卻沒有因此得獎。

當諾貝爾物理學獎一個個地頒發出來之時，許多人都提議給愛因斯坦頒獎，但諾貝爾獎組委會保持著冷靜的心態，他們認為宇宙大爆炸理論有點不可思議。然而，隨著天文學的發展，越來越多的觀測證據出現，他們也開始動搖了，把這最著名的科學獎項頒發給了對宇宙大爆炸理論作出貢獻的卓越人士。迄今已經有多個諾貝爾物理學獎跟宇宙大爆炸理論有關。

比如，1964年，“3K宇宙微波背景輻射”被阿諾·彭齊亞斯和羅伯特·威爾遜發現，在經歷了十幾年的技術考驗之後，2位發現者在1978年獲得了諾貝爾物理學獎。

在宇宙微波背景輻射發現之後，還需要有人作進一步的理論解釋。1977年，美國科學家喬治·斯穆特發表了題為《宇宙微波背景輻射的黑體形式和各向異性》的論文，並因此與約翰·馬瑟分享了2006年諾貝爾物理學獎。

又如，在觀測遙遠的超新星時，可以發現具有相同爆炸能量的超新星，由於距離地球的遠近不同，亮度也不一樣。這導致了進一步的結論產生——宇宙還在加速膨脹中。這項成果的取得者亞當·里斯也在2011年獲得了諾貝爾物理學獎。

再如，恆星的演化不僅證明了宇宙大爆炸理論，還誕生了引力波這個概念。2017年，對探測引力波作出貢獻的3位科學家也因此獲得了諾貝爾獎。2019年，又一個諾貝爾物理獎頒發給了研究宇宙大爆炸的科學家吉姆·皮布林斯，他幫助建立了現代宇宙演化的標準模型，其工作涉及到大爆炸理論的各個方面，豐富了宇宙大爆炸的理論。

當影響巨大的諾貝爾獎頒發的時候，會把全世界的目光吸引過來，這也進一步推動了宇宙大爆炸理論走向普通民眾，讓人們逐漸理解了大爆炸是怎麼回事，讓這個大膽的猜想走向科學。

回望宇宙大爆炸理論剛誕生的時候，證據少得可憐，但是隨著探天利器的發展，僅僅經過了50多年，它就已經成為了一個廣受認可的理論，甚至可以說成為了真理。今後，還會有更多關於大爆炸方面的觀測者或者理論科學家獲獎，比如原初引力波，第一代恆星發出的光芒等都是可能獲得諾貝爾獎的科學專案，它們會像宇宙大爆炸那樣，讓宇宙大爆炸理論迅速傳播，廣為人知。

世間沒有絕對之事，宇宙蘑菇雲體也沒有絕對均勻，當初正負物質沒有絕對相等，否則就無今天的宇宙天體存在，開始差一尺後面差一丈，小時偷雞大了偷牛，引力造成聚團結夥，世界兩極分化造成窮富懸殊，物以類歸人以群分，羊群效應，宇宙澎漲無人能菅制無基因圖紙必定造成物能佔空兩極分化，有能者先走，笨重者慢行，宇宙也成微觀的波粒二象拉開成梭形，所以是兩極異性澎漲的。