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宇宙大爆炸理论是现代宇宙学的基石。根据这一理论，我们的宇宙起源于大约138亿年前的一个奇点。这个奇点具有无限小的体积和无限大的密度。从这个奇点开始，宇宙经历了急剧的膨胀过程，空间本身在不断扩张，温度逐渐降低，最终形成了我们今天观测到的宇宙。
宇宙大爆炸后的演化可以分为几个关键时期。首先是普朗克时代，发生在10的负43次方秒内，这是我们物理学理论的极限。接着是暴胀时期，宇宙在极短时间内急剧膨胀。然后是夸克时代、强子时代和轻子时代，各种基本粒子相继形成。最后在大爆炸后3到20分钟，发生了原初核合成，形成了轻元素。每个时期都伴随着温度的急剧下降和新物理现象的出现。
宇宙暴胀理论是现代宇宙学的重要组成部分。它解决了经典大爆炸理论面临的三大难题。首先是平坦性问题，即为什么宇宙的几何结构如此接近平坦。其次是视界问题，解释了为什么相距遥远、从未有因果联系的区域具有相同的温度。第三是磁单极问题，说明了为什么我们观测不到理论预言的磁单极粒子。暴胀理论认为，宇宙在10的负36秒到10的负32秒之间经历了指数式膨胀，体积增长了10的26次方倍以上，从而优雅地解决了这些问题。
大爆炸核合成是宇宙早期的关键过程，发生在大爆炸后约3到20分钟。此时宇宙温度降至约10亿开尔文，质子和中子开始结合形成轻元素的原子核。首先，质子和中子结合形成氘核，然后氘核进一步与质子或中子反应，最终形成氦-4核。这个过程产生了宇宙中约75%的氢和25%的氦-4，还有少量的氘和锂-7。这些轻元素的丰度比例与理论预测高度吻合，成为支持大爆炸理论的重要证据之一。
宇宙微波背景辐射是支持大爆炸理论的最重要证据之一。它形成于大爆炸后约38万年的复合时期，当时宇宙温度降至约3000开尔文，电子与原子核结合形成中性原子，宇宙从不透明变为透明。这时释放的光子经过138亿年的宇宙膨胀，波长被拉长到微波波段，温度降至2.725开尔文。1965年，彭齐亚斯和威尔逊意外发现了这一辐射，其频谱完美符合黑体辐射，温度的微小各向异性反映了早期宇宙的密度涨落，这些涨落后来演化成了星系和大尺度结构。