大爆炸理论是目前关于宇宙形成的最有影响的一种学说。大爆炸理论诞生于20世纪20年代，美国天文学家哈勃总结出星系谱线红移与星系同地球之间的距离成正比的规律。他指出：如果认为谱线红移是多普勒效应的结果，则意味着河外星系都在离开我们向远方退行，而且距离越远的星系远离我们的速度越快。这正是一幅宇宙膨胀的图像。1932年，勒梅特首次提出了现代宇宙大爆炸理论，整个宇宙最初聚集在一个“原始原子”中，后来发生了大爆炸，碎片向四面八方散开，形成了我们的宇宙。20世纪40年代，美籍俄裔天体物理学家伽莫夫第一次将广义相对论融入到宇宙理论中，提出了热大爆炸宇宙学模型——宇宙开始于高温、高密度的原始物质，最初的温度超过几十亿摄氏度，随着温度的继续下降，宇宙开始膨胀。

20世纪50年代以后，人们开始广泛注意这个理论，发现该理论得到以下观测事实的支持。

1.星系距离越远退行速度越大

1929年，天文学家埃德温·哈勃研究了维斯托·斯里弗的观测。他注意到，远星系的颜色比近星系的要稍红些。哈勃仔细测量了这种红化，并作了一张图。最后发现，这种红化是系统性的，星系离我们越远，它就显得越红。遥远星系的红化意味着它们的光波波长已稍微变长了，在仔细测定许多星系光谱中特征谱线的位置后，哈勃证实了这个效应。他认为，光波变长是由于宇宙正在膨胀的结果。

哈勃的这个重大发现奠定了现代宇宙学的基础，但是哈勃的发现并不意味着宇宙初期就是原始火球爆炸产生的，宇宙大爆炸理论还有以下几点观测事实得到确认。

2.宇宙轻元素丰度

20世纪40年代末，为了解释宇宙中的氦丰度非常大，难以用恒星内部的核合成理论说明，Gamow提出了元素的宇宙学起源理论。在宇宙早期，存在大量自由电子，从中子和质子形成氘核开始，接连不断的中子被俘获形成各种元素。1950年，Hayashi指出核合成过程中中子—质子平衡的重要作用，这样宇宙核合成只能生成几种轻元素。这就是轻元素的宇宙合成说，通常称为大爆炸核合成理论。这个理论有一个重要推论：随着宇宙因为膨胀而降温，离子终将成为原子，退耦的光子将形成一个当今温度为5K的微波背景辐射CMBR，它属于黑体辐射谱。1965年人们观测到3KCMBR，1989年COBE卫星的测量证实了CMBR的性质，与标准大爆炸模型理论的预言全面相符，没有任何别的理论能够同时解释这些观测到的特征。这样人们终于相信，宇宙的确曾经热到4000K以上，使得宇宙在更早期时发生过核合成，成了不可避免的推论。

核合成仅产生几种轻的原子核。核合成耗尽中子后留下的是质子，即氢，它是宇宙中最丰富的元素。合成产额最高的是氦，它的丰度用氢的总质量和重子物质总质量之比来描述。按照宇宙大爆炸模型，宇宙刚开始时的温度非常高，原始火球中存在的基本粒子只能生成氢元素。由于温度很高，氢开始向氦聚变。与此同时，宇宙不断地膨胀，温度逐渐下降，当温度下降到氢聚变为氦的点火温度以下时，聚变停止。此时氢、氦的比例即固定下来。根据计算，此时氢的比例为75%，氦的比例为25%。这是根据宇宙大爆炸的演化模型得到的理论值，实际结果又是怎样的呢?通过天文学界对恒星、星系的观测，得出了同样的比值。特别要提出的是氦比值。观察不同的恒星，氦含量大多是30%左右。氦的来源有两个，恒星内部的聚变和大爆炸初期的聚变；但星际气体和恒星本身的氦含量都是30%，除了大爆炸学说，其他学说无法解释这么多的氦从何而来，因为仅仅凭恒星内部聚变反应无法产生这么多的氦。同样，观测到的氘、氦3、锂7的元素丰度比也与大爆炸模型的理论值吻合。这是宇宙大爆炸理论的成功，因为计算结果与实验结果吻合得相当好，近似还有锂的比值，也与计算相符。这就是大爆炸理论的第二个证据——元素丰度比。(www.daowen.com)

3.3K宇宙微波背景辐射

早在20世纪40年代末，大爆炸宇宙论的鼻祖伽莫夫认为，我们的宇宙正沐浴在早期高温宇宙的残余辐射中，其温度约为6K。正如一个火炉虽然不再有火了，但还可以冒一点热气。1964年，美国贝尔电话公司年轻的工程师彭齐亚斯和威尔逊，在调试巨大的喇叭形天线时，意外地接收到一种无线电干扰噪声，各个方向上信号的强度都一样，而且历时数月。难道是仪器本身有毛病，或者是栖息在天线上的鸽子引起的?他们把天线拆开重新组装，依然接收到那种无法解释的噪声。这种噪声的波长是在微波波段，对应于有效温度为3.5K的黑体辐射出的电磁波。分析后认为，这种噪声肯定不是来自人造卫星，也不可能来自太阳、银河系或某个河外星系射电源，因为在转动天线时，噪声强度始终不变。后来，经过进一步测量和计算，得出该噪声的辐射温度是2.7K，称之为3K宇宙微波背景辐射。这一发现，使许多从事大爆炸宇宙论研究的科学家获得了极大的鼓舞。因为彭齐亚斯和威尔逊等人的观测竟与理论预言的温度如此接近，这是对宇宙大爆炸论的一个非常有力的支持，是继1929年哈勃发现星系谱线红移后的又一个重大天文发现。

宇宙微波背景辐射的发现，为观测宇宙开辟了一个新领域，也为各种宇宙模型提供了一个新的观测约束，因此被列为20世纪60年代天文学四大发现之一。彭齐亚斯和威尔逊于1978年获得了诺贝尔物理学奖。瑞典科学院在颁奖决定中指出，该发现使人们能够获得很久以前，宇宙创生时期所发生的宇宙过程信息。

4.大尺度结构和星系演化

现代观测结果共同显示，在大爆炸后十亿年，最初的一批星系和类星体诞生。从那以后更大的结构，如星系团和超星系团开始形成。由于恒星族群不断衰老和演化，人们所观测到的、距离遥远的星系和那些距离较近的星系非常不同。此外，即使距离上相近，相对较晚形成的星系也和那些在大爆炸之后较早形成的星系存在较大差异。这些观测结果都和宇宙的稳恒态理论强烈抵触，而对恒星形成、星系和类星体分布，以及大尺度结构的观测，则通过大爆炸理论与宇宙结构形成的计算模拟结果符合得很好。这样，大尺度结构和星系演化成为了宇宙大爆炸理论新的支持证据。

以上四种观测证据被称作“大爆炸理论的四大支柱”，宇宙大爆炸理论得到业界的普遍承认。