常熟市新市民医保缴费:宇宙的诞生

大爆炸模型认为，最初的宇宙是超高温、高密度的“一点。”大约180亿年前，这“一点”突然爆炸了，仅用10-36秒，伴随着真空相转移的过冷却现象，“一点”了瞬间几十个数量级的膨胀，成为一厘米规模的宇宙。其后宇宙继续膨胀，温度从几十亿摄氏度开始下降，大约在5500万摄氏度时，由降温过程的能量，生成中子、质子，它们又合成原子核，这些过程仅有3分钟。约30万年后当宇宙的温度下降到3000摄氏度时，自由电子被原子核捕捉形成原子。在随后的大约3000万年中那些原子继续向外膨胀。宇宙也继续冷却,到宇宙温度降至绝对零度之上167度时，原子开始化合形成稀薄气体。此后因密度波动、引力作用等开始向新的天体进化。再经过100多亿年，显示出多种多样的物质形态， 成了今天的宇宙。自从150亿年前的宇宙大爆炸之后，星体和各星系一直各自向外飞散。理论上讲，相互维系的重力应该减慢这个膨胀的速度，但是事实并非如此，实际上膨胀还在加速进行。美国普林斯顿大学的斯坦哈特说，宇宙无始、无终，一次次宇宙大爆炸将会永不止息，不断发生。

全文

上一讲我们介绍了宇宙是怎样通过大爆炸以后来诞生的，上一次我们只讲了宇宙从大爆炸，然后呢，仅仅的持续了多长时间呢？仅仅持续了三分多钟，也就说我们的宇宙基本框架就形成了。下面我们看，三分钟以后宇宙怎样演化，怎样一步一步的演化到我们现在的星球，现在的宇宙状态。那么我就要问一个最简单的问题，也是最通俗的来问，是先有的鸡还是先有的蛋？我要回答什么问题呢？我要回答的是星系是怎样形成的这个问题。

的的确确现在有两种理论，那么哪两种理论呢？我们来看一下，这个图就是一个典型的宇宙从一开始大爆炸以后，逐步演化的一个示意图。那么一开始呢，那一点就是大爆炸，大爆炸以后呢，宇宙不断的膨胀，同时温度也在不断地降低。那么中间的那一部分，就是我们现在看到的宇宙的背景辐射，或者叫做微波背景辐射，那么再往外边看到，宇宙在一点一点降低以后，物质慢慢就温度就越来越降低，越降低以后呢，物质的分子结构就越来越大。换句话说呢，这个物质就开始大家往一块靠，就开始形成一些小的团块，这些团块在再慢慢聚合，一步一步地就形成后边大家看到的，这个星系。也就说由一点一点聚合，就聚合成星系了。

如果按照这个顺序的话，不管怎么说，后边这一段是由小的团块一点一点形成大的团块，那就相当于我们说的先有的蛋后有的鸡，就变大了。但是还有一种可能，突然之间就先形成一些大的团块，然后一点一点大的团块再把它分裂，那就是说的先有的鸡后有的蛋。那么从什么时间开始形成星系呢？就是这个宇宙的温度我们说最初非常非常高，有一千亿度，如果说再往回追溯的话呢，甚至比一千亿度还要大。那么在这么高的温度下，我们说它不可能形成物质团块。那么温度降低到四千度的时候，这个时候这些物质的温度就凉下来了，冷下来了。然后呢，大家有可能坐在一起来谈了，就可以靠拢了，所以到了四千度的时候，宇宙中就开始形成物质团块，换句话说，引力就开始起作用，这就是我们星系开始形成的时间，这个时间呢，大约是在宇宙爆炸之后的十亿年，宇宙从爆炸以后，到了十亿年，就开始形成物质团块了。就按照这个图，叫做top-down，就先形成非常大的团块，宇宙一冷下来以后，突然之间这冷下来之后，大家就是非常的高兴，非常的欢呼，原来都在激发状态，谁也不得安宁，突然一冷下来以后所有物质成团了，只有成团了才能沉淀下来，先成团了一个很大很大的团块，多大呢，就像一个大饼一样，这个大饼成了以后，再慢慢慢慢分裂，就形成了下边的一个一个的星系。这是一种可能，这就是说，先有的什么？先有的鸡后有的蛋，先形成大的团块，然后再形成现在的星系。

还有一种可能，叫bottom-up，就是先形成小的一些物质，就是团块。然后这些小的物质一点一点来凝聚，最后凝聚成什么？一个一个的星系，总之不管是由大块变成小块的，还由小块的变成大块的，总之要形成什么？形成我们现在的星系，也就是说，宇宙大爆炸之后，大约十亿年，就开始出现形成了星系。

这个图是一个模拟图，就模拟一下这个星系是怎么形成的，现在就是做一个它的模拟过程。你看这些个团块在相互之间互相吸引，并合在一起，最后呢，形成了几个星系，好，就形成这个星系，那么我们这个动画呢，最初看到几个团块是由哈勃空间望远镜拍摄下来了，我们然后模拟，那些团块根据我们这个模拟过程最后就形成这个星系。

那么现在宇宙中有多少星系呢？数也数不清，我们再看几个，那么这就是真实拍下来的宇宙空间的一部分。你会看到什么，弥漫着很多的物质，这些个物质呢就在不断地形成新的星球，不断地形成新的星球，那么宇宙中和我们银河系一样的星系多不多，太多了，就宇宙中有很多很多和我们银河系一样的类似的星系，你要说我们银河系漂亮不漂亮，跟这个星系比的话，可能还没有这个星系漂亮，这个星系叫做漩涡星系，中间有一个核，是非常漂亮的，所以这个星系在那儿不停的旋转，这就是一个和我们银河系类似的一个河外信息。我们再看一个，这也是一个星系，这个星系呢不那么旋转，我们把它叫做椭圆星系。它是一个椭圆形的，但是这个星系个非常大，这个椭圆星系往往比漩涡星系个头还要大。那么椭圆星系在宇宙中也非常多，我们再看一个，你看这个星系有什么特点呢？一边有旋转，另外它中间那个核不是一个圆的，有点像一个棒槌一样，所以我们管这个星系叫做棒旋星系。

这是另外一个星系，这个星系还有一个小兄弟。你看星系左边它还带着一个小的星系跟它连在一起，好像是一个大星系牵着一个小弟弟，两个星系连在一起，样子非常好看。就像一个大的手臂一样，把那个小的星系牵在一起，这也是一个巨大的椭圆星系，这个就比星系的规模要大的多。你看上边那些个点，每一个点就是一个星系，星系和星系组合在一起，是什么呢？叫做星系团，就是星系和星系也可以组合在一起，成为一个更大的家庭，我们叫做星系团。这个就是一个星系团，这个星系团是目前离我们银河系最近的一个星系团，叫做仙女座星系团，离我们最近。

我们说了半天，我们银河系是不是一个星系，当然我们银河系是一个星系，有人就问了，那你告诉我银河系星系是什么样子的。这非常困难，因为我们在这个星系里边，是无法看到我们星系全部的面目，我们只能看一部分，看看太阳这边的是什么状态，再看看太阳那边是什么状态，然后我们大体上就把我们的银河系描绘出来了。那么描绘的结果，有一个星系和我们的银河系应该是非常相像的，就是这个星系，这个星系叫做仙女座大星云，这个大星云也是离我们最近的星云之一，这个星云不但是我们的姊妹星云，而且这个星云在历史上立了很大的功劳。

我在上一讲提到了，哈勃证明了我们的银河系之外还有银河系，和我们银河系一样的，怎么证明的呢？就是通过这个星系来证明的，具体说它在这个星系里边找到了单个的星，不但找到了这个星，而且通过这个星测出了仙女座大星云的距离，发现这个仙女座大星云，绝对不会是处在我们银河系里边，那么在哈勃之前大家有一种看法，这个就是我们银河系里边的一些星云，所以当初把它叫混了，我们管它叫仙女座大星云。而这个仙女座就不然了，它是我们银河系一样的一个星系。首先有星系，然后星系里边再诞生了各种的恒星，那么恒星周围再有星星的家族。那这样的话，我们这个宇宙就慢慢诞生了，包括人类也就通过宇宙的演化，各种的高等生命，也就诞生了。

我们谈到这个地方以后大家会想到，你谈了这么多，谈到了现在了，你能不能谈谈未来，我们的宇宙将来怎么办？所以问题就变成我们的宇宙会终结吗？虽然我们说宇宙的终结离我们是非常非常遥远的事情，但是你不得不考虑。特别是作为科学家来讲，作为天文学家来讲一定要回答这个问题，我们的宇宙会不会有终结？我们再回过来看一下宇宙的演化，你看宇宙从最初一点，一步一步往下演化。我刚才说了，那么到了图的右边你就看到，通过星云以后，最后形成了很多星系，星系里边有恒星，那么恒星周围可能有行星，有可能诞生高等生命。那么宇宙还要往下膨胀，这个宇宙会不会无休止的膨胀下去呢？这是摆在天文学家面前一个非常严肃的问题，你必须回答，不然的话，你这个天文学研究可以说研究得不够彻底，对宇宙的了解还非常有限。天文学家正在努力去回答这个问题，那么通过反复地研究，我们发现我们的宇宙的走向大概是这个样子：我们先说一下这个图，这个图的横坐标就是时间，这个纵坐标就是宇宙的大小，那么靠近坐标轴的这个地方的绿线就是我们目前的状态，就是我们目前宇宙的位置。我们宇宙有三种可能，第一种可能就是最上边那个红线，这个可能就是我们的宇宙一直膨胀下去，一直膨胀下去，而且膨胀的速度是越来越快，往外膨胀，这是的宇宙一种可能。那么中间呢，第二种可能宇宙也是在膨胀，但是它膨胀的速度比较慢一点，比较平坦，也在膨胀，也会是不断地膨胀下去。那么第三种状态，就是最下边那条蓝线，它说呀我们目前的宇宙的确是在膨胀，但是我们宇宙膨胀以后呢，还会收缩，就是说从最初出发以后，膨胀一段时间以后，经过若干若干年以后，还会要收缩回来。

这个理论告诉我们，宇宙有这么三种可能性，天文学家就回答了，哪一种是正确的？怎么来回答呢？那么现在要回答这个问题，从理论上讲很简单，从实测上来讲很困难，为什么说从理论上很简单呢？这个宇宙究竟是继续膨胀下去，或者是膨胀的速度很快，或者是膨胀的速度很慢，还是膨胀膨胀以后就收缩回来，主要取决于我们宇宙中的平均物质密度，也就是说我们宇宙中到底有多少物质。如果我们宇宙中平均的物质密度比较高，那么它的引力的作用就会越来越大，那就有可能膨胀一段以后呢，就收缩回来。那么宇宙中如果物质密度比较低，没法拉住，咱们宇宙就一直膨胀下去，就是这样，从理论上讲就这么简单，但是还有一个问题需要天文学家注意，就是宇宙中的暗物质。大家知道我们国家著名的物理学家李政道教授在他的演讲就提到，他说21世纪物理学的一个重要的任务之一就是研究宇宙中的暗物质。

因此这些暗物质非常重要，那么事情是不是到此为止呢？没有。事情到此还没有截止，怎么没有截止呢？最后我们观测发现还有更严重的矛盾，就是把宇宙中的这些暗物质加进来，我们算出来宇宙的年龄也不对，还不正确，还必须有其他的物质，才能造成我们目前的宇宙的状态，年龄才能符合。那还有什么物质？一种是看得见的，一种是看不见的，那么看不见的总之它还在那儿存在。我们现在不但看不见，而且现在我们认为还没有存在的物质就是真的不存在，这个问题就很严重了。有没有呢？现在的回答说可能有，而且有的可能性是越来越大。这个物质说来很有意思，这最早是谁提出来的呢？最早是爱因斯坦提出来的，爱因斯坦在他的广义相对论方程里边随便加了一下，再加上一项我这个方程才能平衡，加的是个什么东西呢？爱因斯坦也说不清，大家就在他加的那一项里边在那儿做游戏。做了半天，爱因斯坦表示很歉意，说我这个宇宙中加的这一项，宇宙常数加错了，他说我这一生中犯的一个最大的错误，就是在我的方程里边加了个宇宙常数。可是没想到我们爱因斯坦过世半个世纪了，我们现在没办法了，又把他这个救命的稻草又拿来了。应该加进去，说爱因斯坦老先生没错，还是应该加进去，不但应该加进去而且十分重要，有可能在真空里边就有物质，真空里面可以取出物质来，那你们想一想如果天文学家把这个事情真正证实了，那我们这个物质的来源呢，那就比过去想象的要丰富的多。我们的真空里边就可以取出物质来，而且这个物质的含量甚至比我们看到的物质的含量还要多，还要丰富，那可真是取之不尽，用之不竭。你就随便取吧，探囊取物，想取多少就取多少。当然这个问题还是比较复杂，需要天文学家包括物理学家共同来解决，天文学家从观测上找到他存在的证据。所以说，李政道教授预言的这个是非常正确的，宇宙中21世纪物理学的一个重要的课题，可能就是研究宇宙中的暗物质。

那么如果说真的宇宙中有足够的暗物质，物质非常多，那就会出现什么状态呢？就像这个图上所描述的，就是最下边的一个状态。什么状态呢？我们的宇宙目前是在膨胀，膨胀膨胀以后怎么样，就慢慢就收缩了，就又收缩到一点。

那么现在天文学家有一个很重要的任务之一，就是不断地来研究宇宙中总的质量究竟有多少，大家知道我们放了空间望远镜，还放宇宙飞船，不仅观测它的光学波段，还观测它的X射线波段，还不够，还观测它的γ射线波段。所有这些目的之一，就想真正了解一下我们宇宙中究竟有多少物质，最重要的是回答我们的宇宙究竟要到那里去，什么时间终结，会不会终结，会不会收缩到一起再重新开始。

我讲了这些以后我不用问你们，你们自然有很多问题。这个实在是太玄妙了，不可思议，肯定有很多不可思议的问题。比方说这个宇宙到底有多大呀？你说了半天，这个宇宙有没有边呀，宇宙是大爆炸，大爆炸开始是怎么回事？大爆炸之前是个什么东西呀？大爆炸的空间有多大呀？那么大爆炸的时候，这么大一个宇宙装在那么一个小的空间里边装得下吗？诸如此类的问题太多了，我先回答一个问题。什么问题呢？我们的宇宙有没有边，这个宇宙到底有多大，那么天文学家会告诉你，这个宇宙是无限大的，你走不到尽头，走多远都走不到。你就不相信，我到任何一个地方去，我从这个地方到另外一个地方去，那么走的时间长一点我总能走到，最远是绕着地球转一圈。我也可以转过去，怎么走不到头呢？我先给大家最简单的演示一下，你看这是一张纸，我把这个纸稍微弯一下，弯成这么一个环。大家知道这个环，你看这个面上如果有一个小蚂蚁在这个面上走，你会发现它怎么样？它走得到头走不到？走不到。它转着圈就回来了。你说这个面有几个面？你仔细看一下，这只有一个面。这就说明什么呢？这我就告诉你一件事情，只要我这个空间把它弯曲了，你就会出现这个现象，就不会再走到头了。就这么简单的事情，你放上一个蚂蚁它在上面走，永远也走不到头。所以说空间只要一弯曲你就走不到头了。这就是我刚才弯的曲面的一个卡通片，你看这个蚂蚁在这个面上走来走去，它会怎么感觉，它认为能不能走到尽头？永远走不到尽头，这个宇宙永远走不到尽头。

那么回过来说为什么永远走不到尽头？就因为在我们目前这个宇宙中，我们量宇宙的距离是通过什么来量呢？是通过光线，根据广义相对论这个光线在宇宙中是弯曲的，而这个弯曲已经被实验证实了。就说通过日全食的观测已经证明了光线的确是弯曲的，因此我们看这个宇宙是永远看不到尽头，所以我们的宇宙是无限的。

另外一点我们要说，你总是想找谁是宇宙的中心？谁是宇宙的边缘？这个不存在。我们说在这个宇宙中根据这个理论，我们宇宙中的任何一点都是平权的。我们说哥白尼把地球为中心搬到太阳为中心，我们就引用他这个名字，把这个原理叫做哥白尼原理。哥白尼原理用在宇宙上怎么说？就在宇宙中各点都是平权的，都是一样的。我们宇宙的话，你站在任何一点来观测宇宙，得到的效果都是一样的，大家都是平权的。这就是说我们的宇宙是一个不会有一个边界宇宙，不会有一个特殊的位置。

那么还要回答一个问题，你说宇宙从大爆炸起始的，那么大爆炸之前是什么？我刚才图里演示了，但是一种可能大爆炸之前也是一个宇宙，它收缩了以后开始大爆炸。那么也可能是有其他的可能性，这个可能性我们目前实事求是的说不是太了解。而且宇宙最初这个物理状态这么极端，我们研究透了没研究透，也实事求是的说也没有研究透，这个状态还是非常特殊。但是不管怎么说，这个大爆炸理论到目前为止无论从理论上还是从观测上已经被大部分人都接受了。所以有种说法，我们管目前的大爆炸理论叫做标准的宇宙。由于这个大爆炸它是一个热的大爆炸，而不是一个冷的，所以我们管这个模型叫做热大爆炸宇宙模型。这个热大爆炸宇宙模型，目前呢，已经被广泛地接受了。

虽然是说广泛地接受了，但是毕竟有好多不尽如人意的地方，想想起来非常困难。特别是我在介绍宇宙最初三分钟的时候你们都很难想像，说是0.01秒我们整个宇宙都装进去，你会想到不要说整个宇宙把地球装进去都很困难。所以不见得令人那么满意，那么就问了？有没有更理想、更令人满意的学说呢？这个回答应该说是有。尽管有的学说还没有被完全的普遍的接受，但是也不无道理。这样的学说很多，我来介绍其中的一个就是霍伊尔的学说。霍伊尔是英国的一位天文学家，他前年去世的，这个人的在天文学上面有很多重要的贡献。那么其中他就创立了一个学说，叫什么学说呢？叫稳恒态学说。他说我简直就不可思议，你这个宇宙起始的时候就那么一个大爆炸，这个不可思议是两方面：一方面你这个物理状态就不可思议。你说是夸克汤，哪来这么多夸克汤？谁来煮这个夸克汤能煮出这么一锅来？所以这个物理状态不可思议。另外一个他说你这个物理规律也不可思议，在那样极端的条件下，目前我们理解的物理规律在那个地方大概早就破坏了。所以他说你那个学说不对，我现在建立另外一个学说，叫什么学说呢？叫稳恒态学说。

它有两层含义，我们以前介绍的时候，往往讲的不是很清楚。哪两层含义呢？就说我们这个物质，目前宇宙的物理状态是比较稳定的，不会有大的起伏，不会有破坏性的，是一个稳恒的状态。第二层含义，这个宇宙不管怎么演化，从最初到现在到将来，它的物理规律都是一致的，就是说宇宙的最初演化到现在，这个物理规律应该是保持不变的。他说我们现在的宇宙模型不错，是在膨胀的，原来的宇宙呢？也是这个样子，只不过比现在小了一点。那么小了一点的话，里边的物质怎么样呢？他就说也少了一点，那过去那个物理状态怎么样？就比现在的密集，所以过去要小的话，里边的物质也少，现在比较大了，物质就增加了。如果我这个宇宙在膨胀，那物质就增加。人家就问了你这个物质怎么来的？他说很简单，怎么个简单法呢？这个宇宙一边膨胀，物质就一边产生，随着宇宙的膨胀，我这物质就不断地在那儿产生。这个理论过去说起来呀，那是大逆不道，我们说我们有种看法认为物质是不生不灭等等，那你物质无中生有，那不是大逆不道是什么？现在看来也不无道理，既然真空中都可以产生物质，那就一边膨胀，就一边有物质产生。这就是霍伊尔的宇宙观的基本思想。那么他这个理论曾经遭到过一些非议，但是，支持的人也大有人在。有很多观测想支持他这个理论，他本人也很聪明，想了很多办法去解释。

我讲了这么多，现在我讲讲我们中国古代的天文观念。我们中国人很聪明，不光在现在，古代我们就想了很多模型。我们来看一下，这个图片就告诉我们，我们中国人古代想出的宇宙，那么这个你看这个模型很简单，但是我要告诉你，这是周朝时候就想出来的，你就觉得不简单了。它像一个锅盖一样，叫做什么学说？盖天说，像一个锅盖盖在那个地方，天上有好多星星，而且在这个基础上编了很多故事。我们这个锅盖可能有好多柱子在那儿支着，有八个柱子，一开始说有四个柱子，后来说四个柱子支的锅盖支不住，八个柱子还支不住，所以那个女娲氏，她怎么办？去补天，她补一补。所以我们想像力很丰富，这是我们的什么说？盖天说。后来发现盖天说有不足之处，到了春秋战国的时候我们又想了一个，叫什么说？不光有一个锅盖盖在上面，下边还有，叫做什么说？混天说，就是我们整个宇宙就混混沌沌这么一个大圆球，我们地球像蛋黄一样，在这个宇宙中间，就叫混天说。所以我们想像力很丰富，根据混天说就造了混仪，这就是通过混天说的观点造的混仪，我们古代这位天文学家叫做张衡。说到这个地方，我就想到这么一个事情，就是天文学有没有用？有多大的用处？

我讲了半天，似乎大家感觉呢，非常的深奥，有没有现实意义呢？我可以回答你这个天文学虽然是非常深奥，但是天文学正是我们人类接触自然科学里边的第一门学科。我说人类接触自然的第一门科学就是天文学，为什么那么说呢？古代人要耕作，耕作的话你要知道春夏秋冬，他怎么知道春夏秋冬？通过什么来知道？就是通过看天上的星象，那么日月我们看一般的每日每月，这个季节呢？它就通过看天上的星象，什么星星出来了，到了什么什么季节了，也就是季节的划分等等都是靠着天文学。所以从最早的话，人类依靠的自然科学就是天文学，所以说这个天还是非常美丽的。研究宇宙呢！还是很有意义的。你看这个小姑娘，在目视着天空，在想宇宙的各种可能的模型以及我们宇宙的发展未来。谢谢大家！

是的，N多书上都有写

宇宙的诞生

导论：
在人类历史上的大部分时间，人类对宇宙的认识还只是停留在神创论的阶段。在每种宗教的历史上，基本上都有创世说存在。也就是说在人类把宇宙起源作为一个科学命题研究之前，创世神话已经开始关注这个问题了。
最早的创世神话出现于古代两河流域苏美尔人文化之中，在《Enuma Elish》（I-VI）中有谈及世界创生过程的篇章。《圣经》中关于上帝创世，洪水灭世，诺亚方舟等神话故事，无疑是以古苏美尔人神话为原本的。我国古代也有盘古开天辟地，女娲补天的神话，我国古代人们认为远古的时候还没有天地，宇宙间只有一团气，它迷迷茫茫、浑浑沌沌，谁也看不清它的底细，在一万八千年前，有位盘古氏开天辟地，才有了日月星辰和大地。到了汉代才有了“道之大原出于天，天不变，道亦不变”之说。在古埃及文化中并没有明确的创世神话，古埃及人笃信灵魂不死，认为逝者将去“西卢之野”，死后可以复苏，所以他们努力将死者的遗体制成“木乃伊”。

随后，开始有一些哲学家对宇宙的形成提出不同的观点。在古代，解决宇宙形成问题的是哲学家，而不是科学家。他们是用哲学的观点来解释宇宙形成，根本上来说是非科学的。但是，其中唯物主义哲学家们是具有朴素的辩证法思想的，所以他们的解释虽然是非科学的，但是仍然带有合理的成分。

宇宙诞生的各种理论：

长久以来，关于宇宙的诞生，一直存在着两种截然不同的观点。一种观点是认为，宇宙没有所谓的起源，它就是存在，并将继续存在无限久。另一种观点是认为，宇宙并非一直存在，而是有一个起源，在某一时刻诞生的。1781年，哲学家伊曼努尔?康德在他的著作《纯粹理性批判》一书中指出，不论宇宙是有开端还是没有开端都是不可能的，这就是著名的“二律背反”。当然，今天的物理学家是不会同意康德的观点的，因为他的论证本身隐含了时间可以脱离宇宙而存在的假设，这是不能被接受的。

稳恒态宇宙观：

观点：

此一论点是认为，宇宙在根本上随时间不变，即是说，人们相信宇宙是稳恒的。可是，这一观点从一开始就值得怀疑，热力学第二定律和牛顿的引力定律都暗示了宇宙只可能运行有限的时间并且不可能处于稳恒状态。然而，稳恒宇宙的思想的影响是如此之深，以至于在20世纪之前，都没有人提到过，宇宙是在膨胀还是在收缩。就是那些意识到宇宙不可能保持稳恒的人，也总是试图去修正牛顿的理论，而不去考虑宇宙有可能是变化的。牛顿本人是知道这个问题的，但是，他相信大致均匀的分布在无限空间中的无限天体足以让宇宙保持稳恒。甚至是爱因斯坦也没有意识到宇宙的变化。爱因斯坦的广义相对论本身预言了宇宙不是在膨胀就是在收缩，然而，爱因斯坦对稳恒宇宙的思想是如此的执着，以至于要在他的公式中加入一个宇宙常数用以抗衡引力。

这个局面直到哈勃发现各星系正在以惊人的速度不断分散之后才受到致命的打击。尤其是在大爆炸理论推断出奇点的存在，也就是宇宙必然存在一个开端，这个理论才逐渐销声匿迹。

相关学说：

连续创生论

因为大爆炸理论并没有被证明是真理，所以并不是每个人都会同意大爆炸理论。在近代宇宙学史上曾经和大爆炸理论抗衡的宇宙形成理论还有连续创生论。

1948年，两位奥地利天文学家邦迪和戈尔德提出一种理论，承认膨胀宇宙但否定大爆炸。后来英国天文学家霍伊尔发展并普及了这个理论，在星系散开的过程中，星系之间又形成新的星系；形成新星系的物质是无中生有的，而且运动的速度非常缓慢，用现在的技术无法测出。结论是，宇宙自始至今基本上保持着同一状态。在过去无数个纪元中，它看上去就是现在这个样；在未来的无数个纪元中，它看上去还是现在这个样子，因此既没有开始也没有结束。

这种理论被称为连续创生论，由此形成一个稳恒态宇宙。在十多年的时间里，大爆炸和连续创生论的争论非常激烈，但没有实际的证据来决定哪一个对。

1949年，伽莫夫指出，假若大爆炸曾经发生，伴随而生的辐射在宇宙膨胀过程中应该损失能量，而现在应该以射电辐射的形式存在，作为一个均质背景从天空的四面八方射来。这种辐射在绝对温度5K（-268℃）时应该是天体的特征。美国物理学家迪克进一步发展了这一观点。

1964年5月， 德国出生的美国物理学家彭齐亚斯和美国射电天文学家R·W·威尔逊接受迪克的建议，探测到与伽莫夫预见的特征非常相似的射电波背景，它显示出宇宙的平均温度为绝对温度3度。

大多数天文学家认为，射电波背景的发现为大爆炸理论提供了结论性的证据。现在一般天文学家都接受大爆炸理论，而放弃了连续创生论的观点。所以，连续创生论已是明日黄花了。

霍金无边界条件的量子宇宙论

根据量子力学的原理，物质的存在是以波的重合，也就是所谓的波动函数来表示，所以宇宙从什么都没有而突然出现的可能性是存在的。也就是说，存在于某个时刻里的某个物质，有可能再其它时刻里突然消失。当物体缩到10-31公分的大小时，其存在的或然率会比1还要小很多，所以可能会忽而出现，忽而消失。这就是1980年皮雷基恩所认为的宇宙起源。霍金认为这个说法很奇怪，所以提出了他自己的一套理论。

霍金在1982年提出了一种既自洽又自足的量子宇宙论。在这个理论中，他主张不要将宇宙的起源当作特殊的现象，宇宙中的一切在原则上都可以单独地由物理定律预言出来，而宇宙本身是从无中生有而来的。这个理论建立在量子理论的基础之上，涉及到量子引力论等多种知识。

在他的理论中，宇宙的诞生是从一个欧氏空间向洛氏时空的量子转变，这就实现了宇宙的无中生有的思想。这个欧氏空间是一个四维球。在四维球转变成洛氏时空的最初阶段，时空是可由德西特度规来近似描述的暴涨阶段。然后膨胀减缓，再接着由大爆炸模型来描写。这个宇宙模型中空间是有限的，但没有边界，被称作封闭的宇宙模型。

从霍金提出这个理论之后，几乎所有的量子宇宙学研究都是围绕着这个模型展开。这是因为它的理论框架只对封闭宇宙有效。

如果人们不特意对空间引入人为的拓扑结构，则宇宙空间究竟是有限无界的封闭型，还是无限无界的开放型，取决于当今宇宙中的物质密度产生的引力是否足以使宇宙的现有膨胀减缓，以至于使宇宙停止膨胀，最后再收缩回去。这是关系到宇宙是否会重新坍缩或者无限膨胀下去的生死攸关的问题。

可惜迄今的天文观测，包括可见的物质以及由星系动力学推断的不可见物质，其密度总和仍然不及使宇宙停止膨胀的1/10。不管将来进一步的努力是否能观测到更多的物质，无限膨胀下去的开放宇宙的可能性仍然呈现在人们面前。

可以想象，许多人曾尝试将霍金的封闭宇宙的量子论推广到开放的情形，但始终未能成功。今年2月5日，霍金及图鲁克在他们的新论文“没有假真空的开放暴涨”中才部分实现了这个愿望。他仍然利用四维球的欧氏空间，由于四维球具有最高的对称性，在进行解析开拓时，也可以得到以开放的三维双曲面为空间截面的宇宙。这个三维双曲面空间遵循爱因斯坦方程继续演化下去，宇宙就不会重新收缩，这样的演化是一种有始无终的过程。

大爆炸理论：

观点：

大爆炸理论是关于宇宙形成的最有影响的一种学说，英文说法为Big Bang，也称为大爆炸宇宙论。大爆炸理论诞生于20世纪20年代，在40年代得到补充和发展，但一直寂寂无闻。直到50年代，人们才开始广泛注意这个理论。

大爆炸理论的主要观点是认为我们的宇宙曾有一段从热到冷的演化史。在这个时期里，宇宙体系并不是静止的，而是在不断地膨胀，使物质密度从密到稀地演化。这一从热到冷、从密到稀的过程如同一次规模巨大的爆发。根据大爆炸宇宙学的观点，大爆炸的整个过程是：在宇宙的早期，温度极高，在100亿度以上。物质密度也相当大，整个宇宙体系达到平衡。宇宙间只有中子、质子、电子、光子和中微子等一些基本粒子形态的物质。但是因为整个体系在不断膨胀，结果温度很快下降。当温度降到10亿度左右时，中子开始失去自由存在的条件，它要么发生衰变，要么与质子结合成重氢、氦等元素；化学元素就是从这一时期开始形成的。温度进一步下降到100万度后，早期形成化学元素的过程结束（见元素合成理论）。宇宙间的物质主要是质子、电子、光子和一些比较轻的原子核。当温度降到几千度时，辐射减退，宇宙间主要是气态物质，气体逐渐凝聚成气云，再进一步形成各种各样的恒星体系，成为我们今天看到的宇宙。

大爆炸模型能统一地说明以下几个观测事实：
a）理论主张所有恒星都是在温度下降后产生的，因而任何天体的年龄都应比自温度下降至今天这一段时间为短，即应小于200亿年。各种天体年龄的测量证明了这一点。
b）观测到河外天体有系统性的谱线红移，而且红移与距离大体成正比。如果用多普勒效应来解释，那么红移就是宇宙膨胀的反映。
c）在各种不同天体上，氦丰度相当大，而且大都是30%。用恒星核反应机制不足以说明为什么有如此多的氦。而根据大爆炸理论，早期温度很高，产生氦的效率也很高，则可以说明这一事实。
d）根据宇宙膨胀速度以及氦丰度等，可以具体计算宇宙每一历史时期的温度。
按照大爆炸理论，宇宙是150亿年前从一个极小的点诞生的，从那里诞生了时间和空间、质量和能量，从而由物质小微粒聚集成大团的物质，最终形成星系、恒星和行星等。在大爆炸发生前，宇宙中没有物质，没有能量，甚至没有生命。

但是，大爆炸理论无法回答现在的宇宙在大爆炸发生之前到底是什么样，或者说发生这次大爆炸的原因是什么？按照大爆炸理论，宇宙没有开端。它只是一个循环不断的过程，从大爆炸到黑洞的周而复始，便是宇宙创生与毁灭并再创生的过程。

这只是一个设想，并不是一个完美的理论。

大爆炸理论虽然并不成熟，但是仍然是主流的宇宙形成理论的关键就在于目前有一些证据支持大爆炸理论，比较传统的证据如下所示：
a）红位移
从地球的任何方向看去，遥远的星系都在离开我们而去，故可以推出宇宙在膨胀，且离我们越远的星系，远离的速度越快。
b）哈勃定律
哈勃定律就是一个关于星系之间相互远离速度和距离的确定的关系式。仍然是说明宇宙的运动和膨胀。
V＝H×D
其中，V（Km/sec）是远离速度；H（Km/sec/Mpc）是哈勃常数，为50；D（Mpc）是星系距离。1Mpc＝3.26百万光年。
c）氢与氦的丰存度
由模型预测出氢占25％，氦占75％，已经由试验证实。
d）微量元素的丰存度
对这些微量元素，在模型中所推测的丰存度与实测的相同。
e）3K的宇宙背景辐射
根据大爆炸学说，宇宙因膨胀而冷却，现今的宇宙中仍然应该存在当时产生的辐射余烬，1965年，3K的背景辐射被测得。
f）背景辐射的微量不均匀
证明宇宙最初的状态并不均匀，所以才有现在的宇宙和现在星系和星团的产生。
g）宇宙大爆炸理论的新证据

在2000年12月份的英国《自然》杂志上，科学家们称他们又发现了新的证据，可以用来证实宇宙大爆炸理论。

长期以来，一直有一种理论认为宇宙最初是一个质量极大，体积极小，温度极高的点，然后这个点发生了爆炸，随着体积的膨胀，温度不断降低。至今，宇宙中还有大爆炸初期残留的称为“宇宙背景辐射”的宇宙射线。
科学家们在分析了宇宙中一个遥远的气体云在数十亿年前从一个类星体中吸收的光线后发现，其温度确实比现在的宇宙温度要高。他们发现，背景温度约为-263. 89摄氏度，比现在测量的-273.33的宇宙温度要高。
虽然已有上述证据存在，但是宇宙是否起源于大爆炸学说，仍然缺乏足够多的令人信服的证据。

注解：3K是什么意思？二十世纪六十年代初，美国科学家彭齐亚斯和R·W·威尔逊为了改进卫星通讯，建立了高灵敏度的号角式接收天线系统。1964年，他们用它测量银晕气体射电强度。为了降低噪音，他们甚至清除了天线上的鸟粪，但依然有消除不掉的背景噪声。他们认为，这些来自宇宙的波长为7.35厘米的微波噪声相当于3.5K。1965年，他们又订正为3K，并将这一发现公诸于世，为此获1978年诺贝尔物理学奖金。

受到的质疑：

大爆炸学说在最近开始受到严厉的挑战和质疑。如果大爆炸理论是正确的，那么这个空间里所有的物质应该生于大爆炸之后，这是个因果关系。虽然爱因斯坦的相对论原则上不需有绝对的时间和空间，但是如果宇宙有一个起源，它就有一个绝对时间的原点，破坏了时间的相对性，所以这个因果律便是一个绝对的定律。最近美国的哈伯太空望远镜观测到一些现象，显示这个绝对的因果律出了问题。也就是说宇宙可能没有起源，就像相对性的空间一样，时间也是没有原点，时间也不是绝对的。

哈伯太空望远镜的观测显示，如果宇宙真是由大爆炸所造成的，那么爆炸距现在的时间是小于很多老星球的年龄。最老星球的年龄可达一百六十亿年，但观测显示爆炸的时间顶多是一百二十亿年前而已。

结论：

从二十世纪初以来，包括爱因斯坦在内的大部分天文物理学家都相信，宇宙是由大爆炸所产生；由于质能互换原理，爆炸的能量最后转为物质。这个学说建立于三个重要的基石上。第一个，由数学上证明广义相对论只容许唯一的解，这个数学解就是在时间的原点，整个宇宙的大小是一个点，大爆炸炸开了一个三度空间。由于空间以一定的速率不断的膨胀，因此整个空间瞬间的大小也给了时间一个指针和定义。第二个基石是，美国天文学家哈伯在爱因斯坦发明了相对论的二十年后，发现了宇宙是在膨胀，并且越远的星系膨胀的速度越快。这个发现大致吻合相对论的数学解。第三个基石最具关键性，在七十年代，美国的天文学家发现了宇宙的背景辐射。由于宇宙的膨胀，大爆炸时的热能目前应已降到绝对温度数度左右，符合观测结果2.7度。从此，天文物理学家发展了一套标准模型，来解释这个膨胀的空间里一切物质的起源。但是宇宙到底确实膨胀多快，哈伯并无法确定。这个缺憾预留了一些空间让以后的天文物理学家去发展另一套不同于爱因斯坦相对论的学说。但是这些学说都是非主流。美国的哈伯太空望远镜的主要任务也就是要弥补当年哈伯观测的缺憾，要决定目前宇宙在单位距离内膨胀的速度。星球在膨胀空间里的分布就像一些点分布在正在膨胀的气球表面一样。点与点之间的距离会因膨胀而变大，分离的速度不但和气球膨胀的速度成正比，也和点与点之间的距离成正比。距离越大的两点，它们之间分离的速度越大。所以若不知任意两点之间的距离，只光知道两点分离的速度是无法知道整个气球膨胀的速度。同样的，若欲决定宇宙膨胀的速度，我们不但要知道星球之间分离的速度，也要同时知道星球之间的距离。天文学家可用所谓的都卜勒效应来测量任一星球远离地球的速度。但是，星球与地球之间的距离便不容易决定。因此哈伯常数（单位距离内的膨胀速率）相当难决定出来。

发表在《自然》杂志上的发现为在室女星系团内的上千颗造父变星。变星是光度有周期性变化的星，愈大的变星周期愈慢，可是愈大的星愈亮。所以变星的周期和绝对亮度有一定的关系，而造父变星的周期和绝对亮度之间的关系可以很准确的决定出来。但是，星球距地球越远看起来越暗，因此观测到的亮度并不是星球本身的绝对亮度。若是有办法知道星球的绝对亮度，再加上观测到的量测亮度，星球的距离便可知道。在天文上，远距离是无法直接测量的，造父变星提供了一个绝佳的机会来测量距离。天文学家可以量遥远变星的周期，大致上是几十天之谱，从而决定变星本身的绝对亮度，再和观测到的亮度相比，变星和地球的距离即可决定。

室女星系团距地球相当远，大约为几千万光年之遥，因此膨胀的速度可以相当快，可以利用都卜勒效应准确的测量出来。要是它的距离亦可准确的测量出来，哈伯常数便可准确地决定，大爆炸距现在的时间的上限便也能决定。造父变星的发表让天文学家准确地决定哈伯常数。宇宙在单位距离内膨胀的速率为每一百万光年27公里。它也代表大爆炸至早发生在一百二十亿年前。但是，天文学家又知道，银河系中的一些古老的星球年龄为一百六十亿年。这代表星球需要生于大爆炸之前。这个结果不符合因果律，因此大爆炸标准模型受到质疑。这个发现也让非主流学说有一个发展的空间。

其实，在逻辑的结构上，非主流派中的主流理论是可以和爱因斯坦的相对论相比美。如上所述，相对论的宇宙观是空间是相对的，没有原点，但时间是绝对的，有一个原点。相对论的宇宙观并且认为，宇宙的总能量守恒，没有凭白无故冒出多余的能量，也不能损耗总能量。但是另一个学说却认为时间和空间是相对的，两者都没有原点，所以宇宙是在一个时空的平稳状态中存在。在这种理论架构下，时间和空间有完整的对称性。为了要解释宇宙膨胀，这个学说必须放弃能量守恒的想法。它认为能量是可以无中生有，并且越来越多，物质也可以无中生有，愈来愈多。这就好象宇宙中蕴藏着无数的涌泉，随时随地冒出物质来。这些涌出的物质必须往外流，因此宇宙膨胀。因为物质随时涌出，所以不需要一个时间的绝对原点；物质随地涌出，所以空间也没有绝对原点。这个学说不需要大爆炸便可以解释宇宙的膨胀，并且也可以解决宇宙年龄的问题。可是，这个学说必须面对一个挑战，那就是如何解释宇宙背景辐射的温度。在1970年代，这个大爆炸理论的第三个基石是此学说的致命伤。在不久的将来，此学说会不会因发现造父变星而败部复活？我们可以拭目以待。

相对论宇宙模型或上述非主流的平稳态宇宙模型，对有创意的天文物理学家而言，绝非是个二选一的答案。其实，一般相对论的教科书上都不会提到广义相对论本身是有些缺陷的。从时空的完美对称性来看，它有上述需要时间原点的问题。除了时间、空间的问题之外，从物理学的相对性原则而言，它也有另一个问题，所谓的惯性坐标问题。十九世纪末，一位澳洲科学家马克提出一个宇宙学的问题。我们举目观星，如果连续看一、两个钟头，就会发现群星绕着北极星转。马克问道：“到底这是因为地球自转造成的，还是群星真的绕着地球旋转？”这个问题乍看之下相当不智，因为这像是十六世纪哥白尼时代的问题：“到底是地球绕着太阳转，或是太阳绕着地球转？”标准答案当然是地球自转所造成的。但是马克又道：“如果一切物理现象都是相对的，地球自转和群星绕地球转就必须是一体的两面。”举例来讲，要是你绕着原地自己旋转，你会感觉头晕，但是如果你站着不动，而周遭所有的物体都绕着你转的话，你也将会感到头晕。马克认为一个理想的宇宙模型应该能具有这个特性，一切都是相对的，转动也是相对的。这便是所谓的马克原则。爱因斯坦自己也承认，他是受到马克原则的启发才发明广义相对论。但是，不幸的是相对论无法做到马克原则的要求。相对论的宇宙必须很清楚地标示到底宇宙本身转不转。现存的标准宇宙模型是采取宇宙不转。所以我们对群星绕天的标准解释才会是地球自转。附带说明一点，至今还没有任何一个宇宙模型可以完全符合马克原则，上述的平稳态宇宙模型也不例外。

宇宙如何诞生
如果自然界的4种力量事实上是在几百万度以下表现为不同形式的一种力，那么大爆炸时期温度极高密度极大的宇宙中，重力、强力、粒子和反粒子之间就没有什么区别了。爱因斯坦的物质和时空理论是以更普通的水准点为基础，因此无法解释宇宙初始时炙热的弹丸之地是如何膨胀成今天我们看到的景象的。
我们甚至不知道宇宙为什么充满了物质。根据当今物理学的看法，早期宇宙中的能量应该产生了数量相当的物质和反物质，之后它们会互相湮灭。而某些神秘但作用巨大的物理过程使天平倾向了物质，于是足够的物质产生了充满星球的星系。
幸运的是，初期的宇宙还留下了一些线索。一个是宇宙微波本底辐射，这是大爆炸的余辉。几十年来，不管天文学家从宇宙的哪个角度测量，这种微弱的辐射都是一样的。天文学家相信，这种统一性说明，大爆炸是伴随着比光速还快的时空膨胀开始的。
然而，更新的详细观察显示，宇宙本底辐射并不是完全统一的。太空的一小片区域与另一片随机分布的区域有着微小的差别。是不是早期稠密的宇宙的中随机的量子波动留下了这些特点呢？芝加哥大学天文学家物理系主任、提出这十一个问题委员会的负责人迈克尔-特纳认为，宇宙的分割区域——被星系打断的大片伸展的太空——可能是最初亚原子规模的宇宙量子波动被大面积放大形成的。
这正是现在促使粒子物理学家和天文学家合作的无限大和无限小的结合，也就是为什么这11个难题有望用同一种理论来解答。

太深奥了!真想科技能早日揭开宇宙诞生之谜啊!