在二十世纪，随着观测技术的进步，宇宙学领域有了重大进展。根据空间膨胀、宇宙微波背景辐射、宇宙元素丰度、宇宙大尺度结构和星系演化等一系列独立证据，表明宇宙在138亿年前起源于一个炽热致密的时空奇点。

在宇宙大爆炸理论的证据中，宇宙微波背景辐射是最为重要的一个，首次发现这一现象的两位天文学家很快也获得了诺贝尔物理学奖。虽然直到20世纪60年代，天文学家才通过射电望远镜探测到宇宙微波背景辐射，但其实普通人可以在最不可能的地方探测到这些宇宙最古老的光子：一台普通的电视机上。

膨胀的宇宙

为了解背后的原理，需要先来认识一下宇宙微波背景辐射。当我们观测宇宙时，能够看到非常多的星系。我们附近的星系看起来与银河系比较类似，它们都是由相似的恒星组成。但我们观测遥远的星系时，情况将会变得不同。

哈勃太空望远镜曾经对准一小块天区进行长时间的观测，结果看到了极为遥远的星系。因为光速是有限的，我们看得越远，回溯的时间越久。最远可以观测到的星系距离可达134亿光年，它存在于宇宙才4亿年的时候。

遥远星系的一个明显特征是发育不全，形状各异的早期星系远不像现在这样拥有成熟的结构。这意味着星系一直在演化，星系是从原始气体云中形成的，这一事实支持了宇宙大爆炸理论。

遥远星系的另一个明显特征是光谱高度红移。根据多普勒效应，当光源远离我们时，朝向我们运动的光的波长会被拉长，出现光谱红移的现象。退行速度越快，红移值越高，这意味着遥远星系都在快速远离我们。

不仅如此，距离越远的星系，红移值越高，对应的退行速度与距离成正比。这种现象表明，星系不是单纯的在空间中快速远离我们，而是因为空间自身结构在均匀膨胀，导致星系互相退行。随着时间的推移，宇宙不断膨胀，在空间中传播的光线的波长会被逐渐拉长。光传播的时间越长，由于宇宙膨胀导致的红移就越大，从而出现了我们所观测到的哈勃定律。

宇宙的第一缕光

在星系诞生之前，宇宙会是怎样的呢？根据宇宙大爆炸理论，宇宙在最初几分钟合成了大量的氢和氦元素。在早期宇宙中，中性原子无法存在，它们都会因为高温而被电离成原子核和电子，同时会释放出电磁辐射，也就是光子。

由于早期宇宙的密度和温度极高，那些光子会与带电粒子不断发生碰撞，它们无法自由在宇宙中传播。直到宇宙大爆炸之后38万年，宇宙冷却到2700摄氏度，光子得以在宇宙中自由传播，它们成了宇宙的第一缕光。

当时宇宙的每个点都是光子的辐射源，所以这些光子会均匀地散播到宇宙中。它们即便在138亿年之后的今天仍然还在只是无法通过肉眼看到。

不是所有的光都能被我们的眼睛感知到，只有一小段波长的光能被看到，这就是可见光。用于通信的无线电波、用于探测伤情的X射线都是光，只是它们的波长要么太长了，要么太短了，人眼无法看到。但借助其他观测工具，我们可以探测到这些电磁波。

宇宙中最早的光原先是波长非常短的高能电磁辐射，但它们在膨胀的空间中不断传播，导致波长持续被拉长。经过138亿年之后，这些光已经红移成微波，它们可以被射电望远镜探测到。观测结果表明，宇宙微波背景辐射十分均匀，温度涨落非常小，它们现在的温度只比绝对零度高了大约2.725度，这与宇宙大爆炸的预言完全一致。