宇宙过客奥特曼(通用20篇)

天体物理学家伊森·塞奇说，一系列不同的指标表明大爆炸发生在138亿年前(误差范围约为120万年)。我们从地球上看到的恒星和星系不是它们现在的样子，而是光开始时的样子。尽管如此，138亿年的时间尺度差异仍然不太大。即使对于10万光年以外的星座，你的宇宙年龄也只有137.99亿岁。

然而，如果你在另一个星球上，宇宙中的年龄差异可能会变得非常大。如果一些行星以每秒数千公里或接近光速的速度运动，他们眼中的宇宙将与我们的大不相同:这些行星可能比构成宇宙的任何其他行星都要年轻。如果自10亿年前宇宙诞生以来，你一直以99%的光速旅行，那么你今天的有效寿命应该是18亿年，而不是138亿年。

对我们来说，这些行星似乎处于发展的早期阶段。尽管这不会改变宇宙的真实年龄，但这意味着高速运动的星系中的人们可能不相信你告诉他们的数据。

对几乎任何地方的所有观察者来说，宇宙都应该是一样的，具有相同的年龄和相同的属性。但是对于少数特定的观察者来说——那些以接近光速的速度运动的观察者——宇宙看起来会非常奇怪。一旦他们放慢脚步休息，他们会发现自己很年轻。

当然，这样的星系不一定存在。事实上，我们还没有证据。然而，思考速度和光如何影响我们对时间的感知是非常有趣的。通过适当的数据和计算，那些快速移动的行星上的人们可以得到138亿个宇宙年龄。然而，就他们而言，相对于他们周围的世界来说，他们会特别年轻。

最近有一条新闻，科学家们通过研究指出，宇宙将在未来收缩到一个点。所有的文明，所有的爱和恨，所有的财富和荣耀都会消失。在网易和其他门户网站上，这个消息引起了激烈的讨论。许多人认为这是“普遍真理”。

宇宙的最终结果是最伟大的哲学问题之一，也是最伟大的科学问题之一。从科学的角度来看，宇宙未来的命运就像放在桌子角落里的生鸡蛋，非常危险——有麻烦的时候随时都可能掉下来。当然，也有可能永远不会摔倒！

目前的太空状态就像一个怀孕三个月的孕妇的肚子，正在加速变大。这是基于实验观察。这种增长趋势是由一种叫做暗能量的东西引起的。科学家仍然不知道这种暗能量是什么。然而，可以肯定的是，它会产生排斥力。有趣的是，宇宙中仍有一些暗物质，它们能产生相互吸引。因此，随着时间的推移，这就像是一场拔河。暗能量是强还是暗物质仍然很难判断——如果暗能量很强，宇宙将会膨胀到无穷大。如果暗物质有望获胜，宇宙迟早会收缩到某一点。

所以，问题是，宇宙的未来会是什么样子？

目前的情况是，我们人类还没有确认什么是暗能量和暗物质(这真是一个悲剧！).也就是说，我们看不到这两个拔河人是谁，只看到拔河绳在晃动——看起来好像是现在。因此，在这个时候，人类还不能判断宇宙拔河的最终结果。

因此，我们现在能做的就是展望未来！

1.1  以思辨为基础的猜测

像古代印度人、中国人一样，古代苏美尔人、巴比伦人和埃及人都对

他们认为的人类和宇宙的最终本质是什么的问题作了详细说明。在哥伦布

到达美洲之前的玛雅、印加和阿兹台克文明中，以及在非洲的部族文化中

都发展起了神秘宇宙学。他们用神秘的创造来解释现实世界是来自于能够

支配超自然力量的超自然实体的原因。有时这些实体被看作是相互冲突

的，而现实世界的本质则代表在冲突中一方的获胜。在绝大多数宇宙学中，

尤其在东方宇宙学中，现实世界的进化过程包括许多阶段，这些阶段一个

接着一个，依次更替。

中国古代哲人老子把“道”当作产生并决定世界万物的最高实在，他说“道生一，一生二，二生三，三生万物，万物负阴而抱阳，冲气以为和。” ①老子认为有了道就有了世界的原始统一体，由这原始的统一体中分化出“阴阳二气”，阴阳二气冲涌激荡又产生“和气”，于是万物渐次产生。此外，中国古代的神秘哲学著作《周易大传》中还提出了“太极”的思想。太极就是天地未分的原始整体，就是天地万物的最初根源。《周易大传·系辞上》论述了宇宙万物的生成演化过程：“易有太极，是生两仪，两仪生四象，四象生八卦。”其中两仪指天地；四象指春、夏、秋、冬；八卦指天、地、风、火、雷、水、山、泽。而八卦的相互作用就演化出了万事万物。

公元前 6 世纪，爱奥尼亚的自然哲学家们抛弃了直到那时为止一直统治着各种文明的神话宇宙观，并试图用理性来理解经验世界。最初的尝试把重点放在宇宙的起源上，他们提出的根本问题是，我们所看到的多样性和有序性如何可能产生于非多样性和无序。古希腊的思想家们说过，宇宙是从“混沌” （指缺少有序）状态向“和谐” （指井然有序）状态发展的。他们具有这样一种信念：在我们所看到和听到的情景和声音的多样性背后存在着一个更深层次的、一贯的和单一的实在。

人们的早期尝试集中在根据一种被简单地称之为“一”的基本统一体来理解感觉经验的多样化世界。这个“一”既可以表现为一粒沙子，也可以表现为整个宇宙。微观宇宙反映宏观宇宙；宏观宇宙在微观宇宙中显示出来。爱奥尼亚的哲学家们也知道“多”：他们看到世界上形形色色的东西——植物、动物和人，还有岩石、海洋和浮云。他们认为这种明显的多样性产生于一种基本的原始物质：统一性存在于多样性之中。

随着古希腊文明黄金时代的没落，希腊哲学家们的注意力从宇宙学的推测转向人类事务。希腊思想上的这种伟大转变是苏格拉底提倡的，在他

① 《老子》第 42 章。的范围广泛的讨论中，人类活动的道德性支配着早期自然哲学的思想。但是苏格拉底的杰出学生柏拉图认为，世界的本原有时叫形式，有时叫理念，每一个客体都有它本身的形式或理念。事实上，宇宙的基本构件被认为不是固体，而是几何形式。因此，柏拉图在最后的分析中把经验世界的多样性归结于观念上的不变的形式。

亚里士多德学派的自然主义从柏拉图传统的唯心主义框架中摆脱了出来。按照亚里士多德的观点，整个世界由相互作用的四种基本自然元素所构成，它们是土、水、气和火。每一种元素都具有它的自然位置：土在中心，水在土的上层，而火和气则处于最高层。这种排列使宇宙中的“巨大存在链”井然有序，从无生命的物体到植物和动物，再到人类。无机物通过变态成为有机物，自然界从最不完善的阶段渐近地、持续不断地走向最完善的和最理智的阶段。

古罗马人保留并详尽阐述了古希腊哲学，但基本上没有给它添加任何新的东西。后来，从君士坦丁改信基督教的时候起，东拜占庭帝国对整体的探索就转向了宗教探索。知识基于信仰而不是基于理性；基于接受到的宗教教义而不是基于自由探索。随着帝国的灭亡，中世纪的欧洲坚定地把信仰置于推理和经验之上。13 世纪，托马斯·阿奎那使基督教的教义同亚里士多德的自然哲学协调起来，他的《神学大全》是他那个时代的智慧的结晶。从此以后，在中世纪欧洲，甚至最有才智的人也可以满足于获得对人类可知世界的令人满意的看法。依然存在的大量神秘事物都可以归结为上帝意志的不可思议的杰作。1.2  以科学为基础的解释

随着文艺复兴和宗教改革运动的兴起，基督教教义的控制力削弱了，独立的探索也已在寺院大墙外开始。关于人本主义的争论已经兴起，中世纪的综合终于四分五裂，新思想在其中得以蓬勃发展的文化空间也已建立起来。这些新思想包括重新建立原始形式的基督教的尝试和按传统模式复兴市民人本主义的运动。但是，也有一些人向教会对知识的垄断提出挑战并坚持独立的、以经验为依据的探索活动。伽利略、布鲁诺、哥白尼、开普勒和牛顿是这场文化突变的先锋人物。后来，这场文化突变逐渐形成近代科学的世界图景。

伽利略也许比其他任何人更能被看作是这种新世界观的倡导者。这种新世界观借助仪器观察和数学描述，把宇宙看作是一架不受人控制的巨大机械装置。正如伽利略在信中所说的，他“焦虑地生活”在“我们哲学的巨大的不和谐的风琴”发出的嘈杂的音调之中，而他的目的就是要发现和理解自然界的新规则。正是由于伽利略发现了惯性定律和使用新发明的望远镜来观察天体，因而哥白尼的以太阳为中心的宇宙学说得到了证实。后来，在哥白尼日心说的基础上诞生了关于天体起源和演化的诸多假说。

大约在 1633 年，笛卡儿完成了一部名为《论宇宙》的著作。在这部著作中，他不仅主张哥白尼的日心说，而且也提出了天体演化的思想。可是就在这一年，伽利略由于主张和宣传哥白尼的日心说而被定罪。笛卡儿听到这一消息，为了避免和伽利略的同样遭遇，他放弃了出版《宇宙论》的打算。他曾说过：“给我运动和广延，我就能构造出世界。”他正是用运动和物质解释了天体的形成。他认为，太初时同一的原始物质弥漫于整个空间，并且处于旋转运动中，因而整个宇宙形成一个巨大的旋涡。原始物质在旋涡中因摩擦而成为尘埃状的东西，这就是第一物质。它们是火元素，太阳和其他恒星都由它们来构成。另外一些原始物质则摩擦成球状的东西，这就是第二物质。它们是气或以太元素，弥漫于星球空间。还有些只是磨去棱角的大块物质，即第三物质，它们就是构成地球、行星和恒星的土元素。

尽管布鲁诺和伽利略本人都受到了迫害，但近代科学还是起飞了。它不受教会权威的约束，继续进行研究，借助观察和实验来探索实在的本质。由伽利略和布鲁诺这些先锋人物倡导的科学世界观在牛顿的伟大综合中达到了顶峰。在牛顿的“科学范式”的引导下，陆续诞生了许多前所未有的“科学的”宇宙学说。

牛顿本人认为，宇宙在空间上是无限的，在无限的空间中分布着许多物质。这些物质在万有引力的作用下趋向于结合成团块，结果无限的宇宙空间中就充满着这些巨大的物质团块。我们之所以只能看到有限的星群，是因为我们的望远镜的限制。

近代科学史上，如果说笛卡儿的天体演化学说仍然还包括哲学思辨的内容，那么康德的天体演化学说则完全建立在牛顿力学的基础之上。1755年，康德在《宇宙发展史概论》（原书名叫《关于诸天体的一般发展史和一般理论》，或《根据牛顿原理试论宇宙的结构和机械的起源》）中第一次提出了关于太阳系起源的星云假说。康德认为，太阳系的所有天体，是从一团由大大小小的微粒所构成的原始星云通过引力和斥力的相互作用逐渐形成的。大微粒吸引小微粒，凝聚成较大的团块。团块在运动中经常发生碰撞，有的破碎了，有的则形成更大的团块。在这种不断的凝聚过程中，总有一个地方的引力比其他地方大，成为星云物质的引力中心。它对周围物质的吸引力越来越大，生长也越来越快，首先形成了太阳。太阳外面的微粒在太阳吸引力的作用下向中心下落，由于斥力的作用，使得向引力中心下落的微粒从直线运动向侧面偏转，使垂直的下落运动变成围绕引力中心的圆周运动。处于圆周运动中的微粒，由于分布不均匀，在万有引力作用下，又逐渐形成几个引力中心，这些引力中心最后凝聚成朝同一方向转动的行星。卫星的形成过程与行星类似。1796 年，拉普拉斯也独立地提出了与康德类似的太阳系起源假说，而且他还运用角动量守恒定律和严格的数学推理论证了整个演化过程。这样一来，太阳系起源的星云假说就逐渐流行起来。至于其他星系的起源。当然也可以以此类推。

科学的宇宙学的下一个主要进展应归功于爱因斯坦。他在广义相对论发表后的第二年，以广义相对论为基础提出了它的宇宙模型。爱因斯坦反对以牛顿绝对时空观为基础的无限宇宙的模型。他把时空联系起来，并认为这一连续统 （continuum）的非欧四维弯曲空间尽管无界，但是有限的。时空自身又弯曲回来，因此一个太空旅行者只要走得足够远，走的时间足够长，他最终就将仍回到他原来的出发点，尽管在他自己看来他走的是直线。

在爱因斯坦的数学宇宙学中，物质被看作是好像弥漫在整个时空中。因为物质是遵守万有引力定律的，因此在这个宇宙中物质趋向于汇集为一个质量中心。由于实际情况并非如此，所以爱因斯坦引入了一个斥力项，即所谓的宇宙学常数，这一斥力将精确地同引力相平衡。他说，这就保持了宇宙永远处于稳态。

然而爱因斯坦的稳态宇宙模型不得不被抛弃，因为 1917 年荷兰天文学家德西特发现了爱因斯坦相对论方程的另一个解。德西特的解显示，当物质进入时空连续统时，它就获得了一个远离观察者的速度，这一速度随着距离而增大。与此相对应，当距观察者的距离增大时，时间变慢，在极限时，时间停止。

不久以后，英国天文学家爱丁顿爵士认识到，在爱因斯坦的宇宙里物质的任何膨胀和收缩都将导致物质在被引入的方向上的连续运动。结果，爱因斯坦的宇宙看上去仅仅提供了一个暂态相，并将导致 （如果物质的运动是在膨胀的方向上）德西特宇宙。这个非稳态宇宙模型是由俄罗斯数学家亚历山大·弗里德曼在 1922 年发现的。他的解修正了爱因斯坦的宇宙学常数，并引入了一个可以是正数、负数和零的常数项。根据所选择的值，宇宙看上去可以是膨胀的，收缩的或稳态的。

在许多科幻小说中，宇宙飞船被描述为使用宇宙弦进行长距离运动。事实上，宇宙弦的跨度很长，可能达到我们可见宇宙的直径。然而，宇宙弦也很细，可以比大爆炸开始时形成的质子还要小。科学家认为宇宙弦可能是空间和时间拓扑结构中的一个缺陷。例如，由水形成的冰在两种状态之间形成了一条裂缝，所以我们可以利用宇宙弦以超光速行进。

宇宙弦就像时空结构中的裂缝。如果我们成功地利用这些裂缝，我们可以发现意想不到的现象。与此同时，科学家还发现宇宙弦可能与宇宙中的星系团有关。许多星系聚集在宇宙弦经过的地方。这也可以通过暗物质的分布来检测。根据目前的观测结果，如果宇宙弦是真实的，那么宇宙中的一些天体就脱离了宇宙弦的作用。

目前，最流行的观点是宇宙弦可以用作时间机器。如果我们高速穿过两个相互连接的宇宙弦，那么我们就可以连接两个时空，这样我们就可以选择是回到过去还是进入未来，时间旅行就成为可能。在物理学中，我们可以认为宇宙弦有助于产生封闭的类时曲线，也允许我们在时间和空间上进行长距离旅行。

目前的观测技术无法证实宇宙中是否有宇宙弦，但是一些星系的分布暗示着宇宙中有一种未知的机制将这些星系连接成一个网络。如果宇宙弦非常常见，我们可以观察到，那么我们可以用引力透镜来找到它们，但是迄今为止科学家们还没有发现任何相关的现象。

2004年12月27日，地球受到巨大的电磁波打击，巨大到超出各种卫星测量仪的测量范围。虽然测不出来，但是我们可以明显发现它被月球反射了。发生了什么？一个物体在0.2秒中释放了相当于太阳15万年内释放的能量。一个强磁星爆炸了！

我们现在知道恒星是核聚变反应堆。这意味着它内部的原子核融合，同时向外释放能量，又被恒星向内，从而达到稳定的状态。不同恒星有不同质量，太阳又太阳质量，也有比太阳质量大四五十倍的恒星，更大质量自然以为这更大的引力，不过也意味着更短的寿命。

宇宙中可以测量的最强磁场之一是10 ^ 11 特斯拉，磁星的巨大磁场。因此，有些结束他们短暂寿命的大爆炸可以强到几公里范围内一个原子核，即我们所谓的中子星。

这种恒星尸体会飞速旋转，因为恒星是守恒的。在这里解释一下角动量守恒。想象一个花滑运动员，抱起手臂的他会转的比张开手臂是更快，这个恒星同理。所以当它开始收缩，它会越转越快，加上它的磁场被向内拽，一个超强的磁星就产生了。

这个强磁星可能平行于旋转轴，那么你就几乎看不到它在旋转；或者垂直于旋转轴，然后你就会看到它疯狂地旋转；不排除倾斜的可能性，我们可以假设有这么一个斜面。那么一个大磁场被挤压到很小的空间意味着什么呢？显而易见，里面会有一个超强磁场，毕竟所有东西都被压缩在了一个核里。

这就是2004年12月17号我们我们测量到的东西，有着比地球的大数百亿，甚至数十亿磁场的物体。现在你需要知道磁场对物体的作用，在正、负电极之间，带正电的粒子会偏向负极，带负电的例子会偏向正极。我们都知道在电场中会是这样，那么在磁场中呢？磁场会对不平行于它的带电粒子有一个力的作用。如果磁场与磁星一样强，那么，举个例子，球星的原子会变成雪茄形，磁场的存在使物质受到非常强的约束力。

现在我们可以想象磁场在物体上的作用，就像磁场中的星空一样紧凑，如果该磁场不停地转动，施加力，那么磁场就会带动某物，发生地壳地震。这意味着在这种恒星尸体中集中磁场产生的强大力会导致恒星破裂，同时产生超热气体和具有非常高能量的等离子体。粒子被加速，产生伽玛射线和巨大的伽玛射线闪光，然后在银河系中传播了50万多年。

当恒星塌缩时，原子被压缩，使电子和质子一起成为中子。原子核的密度有多高呢？一立方厘米的中子星所具有的重量约等于地球上所有人站在一个点上的密度。但是在这个恒星尸体的形成过程中，并不是所有的电子和质子都被压在一起。仍有足够的电磁带电粒子留下。因此，这颗恒星的旋转像发电机一样，可以增强磁场并使其变形，这些强磁场使物质变形，然后形成地壳地震，形成喷发，就像我们在2004年观察到的那样。大恒星寿命很短。

我们的太阳已有45.67亿年的历史。这就是为什么不再有年轻的恒星和我们在一起，也没有大的恒星。我们生活在银河系的一个角落，那里没有恒星形成区域，那里没有恒星形成区域，也没有大恒星，也没有磁星。因此，我们大可放心，银河系离宇宙中最危险的物体距离很远。

银河系物质约90％集中在恒星内，银河系里还有气体和尘埃，其含量约占银河系总质量的10％。银河系的总质量大约是我们太阳质量的1万亿倍，大致10倍于银河系全部恒星质量的总和。银河系所有的恒星的总质量倾向于认为有7000亿个太阳质量，而据计算，1颗恒星的平均质量是太阳的质量的0.7倍，那么7000亿个太阳质量也就是意味着有10000亿颗恒星了。宇宙中太约有800亿-1250亿个星系，有着800万亿亿颗恒星，其误差是10倍左右，也有人计算是5000万亿亿颗恒星，与实际情况不会超过6倍。

太阳，月球，地球都处于一个银河系之中，这些用目前的科学技术是可以探索的，那么宇宙之外是什么空间呢？这是所有人类都很想知道的问题，下面让我们一起来了解这方面的内容。

操作方法

在地球上的存在于那些遥远的不可见的星系也是紧密相关的，可以把它们想象成宇宙的一部分，它们构成了一个单独的大厦，遵守相同的物理定律，都是由构成你我的相同类型的原子，电子，质子，夸克，中微子组成。

如果每个恒星只有一粒沙子，整个地球上的沙滩也不足以用来代表宇宙中的恒星，这样的沙滩甚至可以绵延数亿公里。

霍金和其他物理学家相信存在一个远比这更大的东西，目前人类发现的数千亿个星系可能也只不过是极小一部分，因为空间本身就在加速膨胀，大部分星系极速远离我们，以至于它们的光人类可能永远也看不到。

太阳是太阳系中最大的天体，太阳只是银河系数千亿颗恒星之一，而银河系在晴朗的夜晚也不过像是整个夜空中的一团白雾，科学家估计可观测宇宙至少有数千亿个星系。

物理学最前沿的一些理论，包括弦论告诉人们，或许有无数其他类型的宇宙，由不同种类不同性质的粒子构成，遵循不同的定律，大部分这种宇宙永远不会有生命，或许很快就会灭亡。

特别提示

实际上这个天体是无穷大的，因为宇宙太过庞大了，以至于人类目前所掌握的科学技术，无法探索到宇宙之外是什么？相信总有一天随着科学技术的进步，人类对宇宙之外的空间了解的更多。

新浪科技新闻，北京时间3月22日，据国外媒体报道，美国宇航局的强大x射线探测器在一个遥远的星系中观测到两个“超级气泡”。

这两个超级气泡，就像两个明亮的质量，从星系中心的超大质量黑洞向相反的方向延伸。人们认为它们是由落入黑洞的物质产生的，它们的功能类似于一个强大的“宇宙粒子加速器”。

美国宇航局表示，这两个超级气泡的能量比日内瓦大型强子对撞机的能量强100多倍。观察图像显示，超级泡泡是紫色的，可以释放大量能量，非常热，并且可以释放x光。

超级气泡形成过程中产生的“超高能宇宙射线”已经被美国宇航局的无线电、x光和光学组合成像技术捕获。超级泡泡释放的x光由美国宇航局钱德拉x光天文台观察，结合美国宇航局哈勃望远镜的光学数据，美国宇航局可以创建超级泡泡的大面积图像和特写图像。

美国宇航局表示，紫色超级泡泡位于螺旋星系NGC 3079中，距离地球6700万光年。较大的超级气泡直径为4900光年，较小的超级气泡直径为3600光年。美国国家航空航天局表示，钱德拉X射线天文台的观测表明，螺旋星系NGC 3079中的宇宙粒子加速器正在超级气泡边缘产生高能粒子。

由于这些超级气泡位于螺旋星系NGC 3079的中心区域，主流假设是这些超级气泡是由星系中心和周围气体的相互作用产生的。此外，专家推测这些超级气泡可能主要是由星系中心年轻炽热恒星释放的高能宇宙风形成的。

目前，已知的类似现象是银河系中心释放的费米气泡产生的伽马射线，这是在10年前美国宇航局费米卫星拍摄的图像中发现的。美国宇航局补充说，我们将继续在其他星系寻找类似的高能超级气泡。

你知道宇宙有多少岁吗？

科学家在银河系外缘的一颗古老恒星上观察到了铀元素的谱线，据此推算出该恒星上铀元素的含量。在将它与钍元素含量进行比较后，得出结论认为，宇宙的年龄至少有 125 亿年。据称这是迄今对宇宙最低年龄最精确的直接推算。

法国巴黎天文台的科学家在 8 日出版的英国《自然》杂志上报告说，他们与欧洲其它国家及美国的科学家合作，利用欧洲南方天文台设在智利的“大望远镜”的高精度光谱仪，观察到了这颗名为ＣS31082－001 的贫金属恒星上的铀 238 谱线。这是人们首次在贫金属恒星上发现铀元素谱线，对精确推断宇宙年龄非常重要。

根据现代天文学理论，幼年的宇宙基本上由氢和氦构成，金属等重元素是后来在恒星的核反应中形成的。宇宙中最初产生的一批恒星在生命终结时产生超新星爆发，喷出大量物质，其中就含有在恒星核反应炉里产生的铁等重元素。同时，超新星爆发的过程中还会产生铀、钍等较为稳定的放射性重元素。

当第二代恒星从超新星的残骸中诞生时，会“捡到”一些铁、铀、钍等元素。如果一颗第二代恒星里的重元素含量特别少，表明它诞生时还没有多少第一代恒星死去，可供捕获的重元素不多，因此这颗恒星必定非常古老。这类恒星被称为贫金属恒星，人们已经在银河系外缘部分观察到了这样一些恒星，并通过观察恒星大气中的钍 232 元素光谱，推算钍元素含量，进而估计宇宙的最低年龄。

但是，仅仅从钍元素的含量推导宇宙最低年龄并不十分可靠，而且钍 232 的半衰期长达 141 亿年，这把尺子的“刻度”太大，得出的结果必然不精确。科学家在这颗贫金属恒星上同时发现铀 238 的谱线，使局面大为改观。因为超新星爆发时产生的钍元素和铀元素含量比例是固定的，而两种元素的半衰期不同，因此这颗恒星上的钍、铀含量比例，与恒星的年龄密切相关。此外，铀 238 的半衰期为 45 亿年，用它作量度宇宙年龄的尺子，结果将更为精确。

科学家据此初步推算出，宇宙年龄至少有 125 亿年，误差为前后 30 亿年，这不仅比根据宇宙膨胀率来间接推算宇宙年龄的方法更可靠，也比以前仅用钍元素时误差前后 40 亿年的情形要精确很多。科学家说，通过继续研究这颗恒星上的放射性重金属谱线，并寻找其它含铀的贫金属恒星，有望进一步提高推算结果的精度。

银河系仗着自己块头大，好像吞食面条一样将弱小的邻居人马座矮星系拉长、扯裂，然后吃掉。美国天文学家新公布的观测结果，描绘出宇宙中弱肉强食的情景。

美国弗吉尼亚大学27日发布消息说，由该校和马萨诸塞大学研究人员组成的一个小组，首次在红外波段上对人马座矮星系进行了完整的测绘分析。在他们得出的模拟照片上，银河系是一个带有螺旋形分支的蓝色扁平圆盘，人马座矮星系中的大量恒星组成了一条暗红色带状物，形似很多聚集在一起的面条，从银河系下部缠绕到上部，然后又向下穿入银河系圆盘。

人马座矮星系质量仅为银河系的万分之一，它被银河系鲸吞的真相此前一直被恒星和宇宙尘埃所遮蔽。天文学家们在新观测中将重点集中于一类名叫“M巨星”的恒星。“M巨星”在红外波段上比较明亮，大量存在于人马座矮星系，在银河系外部却十分少见。因此，通过观测“M巨星”就可以知道人马座矮星系的遭遇。

科学家通过观测证实，银河系外层的许多恒星和星团，都是它凭借强大的引力从人马座矮星系攫取来的。负责这项研究的弗吉尼亚大学马耶夫斯基教授说，上述结果生动地证明银河系如何通过吃掉更小的邻居而成长。

观测还显示，人马座矮星系这道大餐已被银河系津津有味地吃了快20亿年，在银河系持续而缓慢的咀嚼下，它已到了濒临灭亡的临界阶段。参与研究的马萨诸塞大学专家温伯格说，“人马座矮星系作为一个完整系统，正处在生命的末日”。

马耶夫斯基等人的观测结果预计将于今年晚些时候在《天体物理学杂志》上发表。普林斯顿大学的施佩尔格尔教授评论说，天文学家曾一直将星系形成看作是久远的过去发生的单个事件，但新观测结果进一步表明这其实是一个持续的过程。

施佩尔格尔认为，新结果也有助于更深入研究银河系中暗物质的特性。天文学家们根据人马座矮星系被银河系吞食形成的残迹形状推算，银河系中的暗物质可能呈球状分布。这一推算结果让他们感到意外。施佩尔格尔分析说，这也许意味着银河系本身不同寻常，或者暗物质的特性比传统模型所假定的更加丰富。

尽管没有直接的证据，但现有的物理理论、实验数据和天文观测结果都并未排除这种可能性。有人将有关多重宇宙的研究粗略地分成了四个层面。第一层面：视界之外的宇宙。第二层面：暴胀的泡泡宇宙。第三层面：量子多世界解释。第四层面：数学结构的多样性。

人类在探索“宇宙”的过程中，经历了一次又一次“降格”：先是发现地球并非宇宙的中心，接着又得知太阳只是银河系众多恒星中的一员，20世纪前期人们又发现银河系之外还有众多的河外星系。照这样下去，会不会有朝一日竟然发现，人类今日所知的宇宙也降格了，成为多重宇宙或平行宇宙大家族的普通一员呢？

尽管没有直接的证据，但现有的物理理论、实验数据和天文观测结果都并未排除这种可能性。美国麻省理工学院的宇宙学家泰格马克将有关多重宇宙的研究粗略地分成了四个层面。

第一层面：视界之外的宇宙。

即使用最先进的望远镜，我们也无法将视野无限地向外拓展。这是因为我们所见的宇宙起源于约138亿年之前的一次大爆炸，如果空间静止，那么从大爆炸开始的光所能传播的范围极限就是138亿光年。如果考虑到空间本身的膨胀，这一范围是半径约460亿光年的球形区域。也就是说，此刻我们的视野必然局限于半径460亿光年的范围内，称为宇宙视界。科学家常把宇宙视界之内的部分称为可见宇宙。在可见宇宙之外的宇宙结构既有可能跟我们的宇宙相同，也有可能不同。

第二层面：暴胀的泡泡宇宙。

前一层面的多重宇宙可以看作暴胀多重宇宙的一个角落，因为俄罗斯物理学家林德研究发现，暴胀的过程可能永不停歇。暴胀不断地扩大空间的范围，空间中又随机地产生更剧烈的暴胀。这个过程有点像病毒的自我复制。虽然某一范围内的暴胀可能停止，然后形成第一层多重宇宙，但从整体上看，暴胀始终没有完全停下来。暴胀停止的区域夹在暴胀肆虐的空间中，好比一锅开水中的气泡，因此，这个理论又被称作泡泡宇宙。不同泡泡宇宙之中可能存在不同的物理常数，甚至可能有不同的宏观空间维度。在这个理论中，虽然我们的宇宙年龄没有变化，但整个多重宇宙可能并不存在确定的起始时刻。

第三层面：量子多世界解释。

量子力学是20世纪最成功的物理学理论之一，但是，人们对如何解释量子力学中最基本的方程薛定谔方程存在分歧。从数学上看，一个粒子可以处于量子的叠加状态，同一时间既在这里，又在那里。但实验结果总是发现，对粒子进行多次测量，结果要么看到它在这里，要么看到它在那里。为什么理论和实验会存在差别呢？1957年，美国量子物理学家埃弗里特三世在他的博士论文中提出了新的解释。他认为，每进行一次测量，宇宙就分裂成一些分支，其中一组分支中的实验发现粒子在这里，另一组分支中的实验发现粒子在那里。观察者和粒子并不会意识到宇宙发生了分裂，每个宇宙分支之间互不干涉，独立演化。如果再进行别的量子测量过程，就会产生更多分支。这个理论虽然看上去比较玄，却与现有的实验和理论都没有矛盾，而且它保证了量子力学在数学上的自洽性。

第四层面：数学结构的多样性。

“为什么宇宙中的规律是这样的，而不是别的样子？”美国物理学家惠勒发出诘问。即使将来我们找到了一个全面描述宇宙的终极理论，这个诘问还是存在于理论之外。宇宙的数学结构只有一个吗？泰格马克设想，除了前三个层面的多重宇宙，还存在拥有不同数学结构的多重宇宙。这样的宇宙可以抽象地存在，而不一定要以时空、物质、能量的形式存在。泰格马克举例说，计算机系统就是一个关于0和1的数学结构，并且状态不断地发生演化，这种虚拟世界，也可以看作第四层面多重宇宙的一例。

有人质疑多重宇宙理论无法用实验的方式证明它是否错了——这就叫“无法证伪”，因而不能算作科学理论，但泰格马克认为这只是偏见。他举例说，假如某个多重宇宙理论预言所有的宇宙都不含氧气，但我们却发现了氧气，就能证伪这个理论。除此之外，对于某些未知问题，多重宇宙的解释往往比其他物理理论更加简洁。

宇宙中可能存在一些生物，它们的大小可能超乎你的想象，但是凡事有一个限度，宇宙中会不会有体型达到几百万光年的生物呢？个人觉得是没有的，如果真的有的话，我们应该已经可以发现它们，怎么还会在这里推测呢？

在说宇宙中最大的生物究竟有多大之前，还是先了解一下地球上的生物到底有多大。在地球上，人类算不上体型最大的生物，相比于某些巨无霸来说，人类在它们眼中就像是蚂蚁一样毫不起眼。地球上现存的生物中，陆地上体型最大的是大象，非洲成年大象，最大的身长8米以上，身高4米，重量8吨左右。

而在海洋中，体型最大的当属蓝鲸莫属了，蓝鲸的身长可以长达30米，重量高达180吨，蓝鲸的一个舌头，就有几十头肥猪那么重。

但是如果要把地球上所有的生物都算上的话，包括植物，那么地球上最大的生物不是大象也不是蓝鲸，而是一种巨型的杉树。

在美国有一株红杉，名为雪曼将军树，这颗树的岁数有几千岁，高度高达110米，其质量重达2800吨或者是更多。

地球上最大的生物差不多就是这颗树了，那么放眼整个宇宙，会不会有什么生物能够跨越光年的维度生存呢？如果有的话，它们是怎么生存的又是靠什么维持生命的呢？数百万光年可不是一个小维度，要知道银河系这么大的一个星系，其直径也只有差不多10万光年，而距离地球254光年之外，有另外一个星系，那就是仙女座星系，仙女座星系的直径差不多20万光年。

如果真的如题目中所说的，一个生物的体型跨越了数百万光年的距离，那么这个生物相对于星系来说也是庞然大物。我们想要发现一个星系，用太空望远镜就已经可以看得很清楚了，如果生物有上百万光年那么大的话，那么我们就可以发现它们。

有的科学家认为在大气层比较浓厚的类地星球上可能会存在一些巨型的漂浮生物，它们可能会像云彩一样大，重量不可估计。

地球上的生物都是碳基生命，但是科学家认为宇宙中除了碳基生命之外，可能还会存在硅基生命、氨基生命，甚至是硫基生命。或许有一些其它形式的生命，它们的大小会和山一样，这种生命的形式可能是和我们想的很不一样，它们可能是量子态生命体，并且在有需要的时候，可以随时变化，变成任何形状甚至是任意大小。

虽然还不能确认生物是不是一定就得诞生在行星上，但是貌似生命在行星上更容易孕育成功吧，而行星的大小是有一个限度的，如果行星的质量或者是体积太大的话，那么行星就可以成为恒星，恒星就不适合生物生存了。

行星上生物的大小，和行星上的环境也有关系，比如说生物的大小随着行星上引力加速度的增大而减小，如果生命只能在行星上诞生的话，那么它显然不可能超过行星的大小吧。所以在我看来，如果有一个生物有上百万光年的话，我觉得宇宙就有可能是一个生命。

大爆炸理论认为，甚至在更早的时候，在某个时刻，整个宇宙(包括所有的恒星、所有的星系、所有的东西)只有桃子那么大，温度超过1万亿度。

新浪科技新闻，北京时间5月6日，据国外媒体报道，在过去的几十年里，物理学家告诉我们，起初宇宙处于无限密度和温度的状态，可以想象为一个无限致密的球体。然后，这个小球体爆炸了，产生了我们今天看到的原子、分子、恒星和星系。

但是最近，新的理论物理研究发现了一个可能的窗口，可以看到非常早期的宇宙，并指出这个时期可能并不“非常早”。相反，这可能只是最新“爆炸-反弹”周期的一部分。这个循环至少发生过一次，可能会永远持续下去。

当然，在物理学家决定放弃大爆炸并选择“大爆炸-反弹”周期之前，这些理论预测需要大量的观察和测试。

大爆炸理论

科学家们已经对早期宇宙有了很好的理解，这就是我们熟悉并广泛接受的大爆炸理论。在这个模型中，很久以前的宇宙比现在小得多，热得多，密度也大得多。在138亿年前的早期宇宙中，构成今天我们所有人的所有元素都是在大约12分钟内形成的。

大爆炸理论认为，甚至在更早的时候，在某个时刻，整个宇宙(包括所有的恒星、所有的星系、所有的东西)只有桃子那么大，温度超过1万亿度。

令人惊讶的是，到目前为止所有的观察都证实了这个奇妙的故事。天文学家做了各种各样的工作，从观察年轻宇宙留下的电磁辐射到测量最轻元素的丰度，发现它们都符合大爆炸理论的预测。据我们所知，这是早期宇宙最准确的写照。

尽管如此，我们知道大爆炸理论的框架是不完整的——缺少一块拼图，而这块拼图是宇宙本身最早的时刻。

这是宇宙中最大的难题之一。

火宇宙

问题是我们用来理解早期宇宙的物理学(广义相对论和高能粒子物理学的奇妙而复杂的大杂烩)只能把我们带到大爆炸的时刻。当我们试图推进宇宙的第一个瞬间时，数学变得越来越困难，直到它不能被应用。

物理学家尚未探索的一个重要问题是大爆炸开始时的“奇点”，即密度无限的点。从表面上看，这告诉我们，在某个时刻，宇宙被塞进一个体积无限小、密度无限大的点。这显然是荒谬的。它真正的意思是我们需要新的物理学来解决这个问题——目前的理论工具还不够好。

为了解决这个难题，我们需要一些新的物理工具，一些可以在超高能下处理重力和其他力的东西。这正是弦理论所提倡的。它可以作为一个物理模型，能够在超高能量下处理重力和其他力。换句话说，弦理论声称可以解释宇宙的最初时刻。

弦理论最早的概念之一是“ekpyrotic宇宙”，它来自希腊语，意思是“火”。在这个概念下，我们对大爆炸的了解是由它之前的其他事件引发的——大爆炸不是开始，而是更大过程的一部分。

在“火宇宙”概念扩展之后，一个受弦理论启发的理论，即循环宇宙，诞生了。从技术上来说，宇宙不断循环的概念已经有几千年的历史了，比物理学还要早，但是弦理论已经为这个想法奠定了坚实的数学基础。正如人们通常想象的那样，这个“循环宇宙”不断在大爆炸和大紧缩之间反弹，这可能是回到过去的永恒，也可能是进入未来的永恒。

根据大反弹的理论，每个周期都从一个平滑的小宇宙开始，但它不可能像奇点一样小。此后，小宇宙逐渐扩大，变得越来越大，变得越来越扭曲，并在达到一定程度后开始崩溃。与此同时，它变得越来越平滑，最终减小到其初始体积。然后，相同的循环重新开始。

在开始之前

“圆形宇宙”理论听起来很酷，但是早期的数学模型很难与观测结果相匹配。当我们真正尝试做科学研究时，这是一个非常重要的问题。

主要障碍是如何匹配宇宙微波背景的观测结果。宇宙微波背景是宇宙诞生38万年后遗留下来的热辐射，被称为“宇宙中最古老的光”。虽然我们不能直接观察宇宙微波背景之前的一切，但如果我们想从理论上修复早期宇宙的物理学，这些“角落”模式就会受到影响。

因此，圆形宇宙似乎是一个简洁但不正确的概念。然而，多年来，科学家们一直携带着“火宇宙”理论的种子。在2020年1月发表在arXiv数据库上的一篇论文中，加拿大麦吉尔大学的物理学家罗伯特·勃兰登堡(Robert Brandenberger)等研究人员探索了这一理论的数学困难，并发现了一些以前没有注意到的因素。他们发现，在“反弹”的时刻，即当宇宙收缩到一个非常小的点并返回到大爆炸状态时，理论预测可以与观测试验的结果相一致。

换句话说，尽管这个关键时期的物理学非常复杂(理解仍然有限)，但它确实允许我们对宇宙的时间和位置进行根本性的修正。当然，为了全面测试这个模型，我们必须等待新一代的宇宙学实验。在那之前，“宇宙诞生之前是什么”将是一个悬而未决的问题。

原标题:大爆炸前发生了什么？

根据物理学家网络最近的一份报告，瑞士科学家使用了一台巨型超级计算机来模拟整个宇宙的组成。他们用2万亿个数字粒子生成了一个大约250亿个模拟星系的庞大目录。科学家表示，该目录将用于校准欧洲“欧几里德”卫星上的实验。这颗卫星将于2020年发射。它的任务是揭开暗物质和暗能量的“面纱”。

在过去的三年里，苏黎世大学的研究人员开发并优化了一种革命性的代码“PKDGRAV3”，它能够以前所未有的精度描述暗物质的动力学和宇宙中大规模结构的形成。该代码在瑞士国家计算中心的“皮兹戴恩”超级计算机上仅运行了80个小时，创造了一个包含2万亿宏观粒子(代表暗物质流)的虚拟宇宙，研究人员从中提取了250亿个星系的目录。

他们模拟了被称为“暗物质晕”的低浓度物质的组成，其特征是暗物质在自身重力的作用下不断演化。鉴于最新计算的高精度，他们认为像银河系这样的星系是在暗物质晕中形成的。

欧几里德的使命是探索宇宙的黑暗面。据报道，宇宙包含23%的暗物质和72%的暗能量。苏黎世大学计算机天体物理学教授罗曼·德西亚说:“暗能量的属性一直是现代科学中未解之谜。”

这个新的虚拟星系目录有助于优化卫星实验的观测策略，并在欧几里德卫星于2020年开始为期六年的数据采集任务之前，将各种来源的误差降至最低。苏黎世大学计算科学研究所的约阿希姆·斯塔德尔博士说:“欧几里德将绘制我们的宇宙，并追踪它在100亿年间的演化。”

利用“欧几里德”卫星提供的数据，科学家将获得关于暗能量性质的新信息。他们还希望新数据能帮助他们发现标准模型之外的新物理，比如广义相对论的修正版本或一些新粒子。

著名的杨振宁是诺贝尔奖获得者，但专业领域以外的人很少知道他是自20世纪以来物理学史上继爱因斯坦之后的世界级物理大师之一。

在回到家乡多年后，离开家乡的诺贝尔奖获得者没有得到任何温暖和善意。当人们谈论他时，也许他们首先想到的是古老的婚姻，但是关于科学的美丽和神秘的故事不幸被忽略了。

坐在我的左边

都是记忆。推开礼堂的门，我仍然能闻到童年的味道。我父母每周六带他去看电影。第一部电影的细节仍然清晰地记得。这部电影讲述了1929年美国经济危机期间一个资本家的故事。被通缉的资本家藏在一个小地方。圣诞节外面下雪了，他很沮丧。“走回他住的街道，我看见他的妻子和孩子在窗口，还看见了圣诞树。”旧体育馆是孩子们经常去的地方。那时，清华每年举办北京大学运动会，总是挤满了人。他们一帮助清华大学教授家庭的孩子，就自发地组织啦啦队为清华的运动员加油。

杨振宁先生拄着拐杖在校园里走来走去。每次他经过这些地方，前一幕就出现了。在他95岁的时候，他在生活中走了一条弯路，回到了最初的起点。路边的槐树和银杏树继续茁壮成长，路过他们年轻时的学生，也路过他们父母带着的七八岁的孩子，就像80多年前他和他的朋友一样。将近一个世纪似乎只是一瞬间。

与大多数睡眠不足的老年人不同，杨振宁现在可以像年轻人一样“睡懒觉”。他早上9点起床，处理一些邮件，午饭后小睡一两个小时，下午4点或5点出现在离家一公里的清华大学科学馆办公室。晚上，我有时在家和翁帆一起编辑一些家庭视频。材料的时间跨越了半个多世纪。当他年轻的时候，他用相机记录了很多家庭时光。在2013年背部疼痛被送进医院后，他再也不能长途旅行了。"如果他太累了，他的背很容易出毛病。"-也许他受伤是因为他年轻的时候太喜欢打壁球了，也许这只是一个从来没有放过任何人的时候。他现在怕冷，经常需要洗个热水澡。浴室和卫生间都装有扶手，以确保他的安全。

“你坐在我的左边。”杨振宁告诉《人物》记者。他的左耳听力更好——他仍然需要助听器。但在许多方面，他完全不像一个95岁的老人——他仍然有明亮的眼睛、响亮的声音和说话时敏捷的思维，回忆几十年前的细节并不困难。在面试中，每当他遇到需要思考的问题时，他总是微微抬起头，专注地沉思，像个孩子一样严肃。

乍一看，这间办公室并不特别，但房间里的一些物品透露了主人的特殊身份。例如，墙上挂着一个字——“仰望宇宙的大小，俯视微小的粒子”，上面刻着莫言。杨振宁读过莫言的小说，但他对现实世界中发生的事情更感兴趣。最近，他更加关注国际趋势，比如特朗普“想把整个世界带到哪里”。有时他会看到一些他认为不错的文章，他会通过电子邮件与十几个和他关系密切的人分享。

杨振宁每天看中央电视台和凤凰卫视的新闻。这是他长期以来养成的习惯。为了纪念弟弟杨·，早年在美国时，他每天都阅读《纽约时报》、《华盛顿邮报》和《国际先驱论坛报》，“迅速浏览一下，看看(当前形势)有没有变化。”他是1949年后第一个回国访问的中国科学家。他还在报纸上读到了这条消息——1971年，《纽约时报》在一个不为人知的地方发表了一份美国政府公告，从中他发现了中美外交关系“解冻的迹象”。

2003年，和他在一起生活了53年的妻子杜致礼去世后，杨振宁从美国回到他成长的清华校园定居。今天的清华在某些方面与他记忆中的完全不同。几个月前，朋友吉姆·西蒙斯和他的妻子在北京拜访了他和翁帆，并在清华呆了几天。西蒙斯是他在纽约州立大学石溪分校的数学家同事，后来成为“传奇对冲基金之王”一天，西蒙斯的妻子问弗兰克·杨振宁(杨振宁的英文名)。你不是在清华校园长大的吗？你小时候住的地方还在吗？给我们看看。那时候，杨家住在西苑11号一个200平方米的院子里。当杨振宁带他们去看的时候，他发现大门已经认不出来了。这家人住的院子现在被五户人家占据了。宽敞的庭院变成了一条七英里八匝的黑暗小巷。

“后来，我想，给美国人看是不是有点可怜，但另一个想法，不，非常好，为什么，让他们意识到中国不容易变成今天这个样子。”杨振宁把清华校园里各种复杂的情感归结为一点:他经历了一个不同寻常的“伟大时代”。

采访当天，摄影师让他靠在科学博物馆楼梯拐角处的窗户上。这栋砖红色的欧式三层建筑建于1918年，曾经是任清华数学系一位教授的父亲的办公室。黑色的窗户纵横交错，初夏的窗户充满了生机勃勃的绿色。过去的日子似乎是昨天。

浩瀚的宇宙是哪里来的?宇宙是万物的总称，是时间和空间的统一。下面是小编为大家整理的有关于宇宙的知识_宇宙的知识，希望大家喜欢!

宇宙的起源创生

宇宙的不断膨胀

一般认为，宇宙产生于140亿年前一次大爆炸中。大爆炸后30亿年，最初的物质涟漪出现。大爆炸后20亿～30亿年，类星体逐渐形成。大爆炸后90亿年，太阳诞生。38亿年前地球上的生命开始逐渐演化。[3]

大爆炸散发的物质在太空中漂游，由许多恒星组成的巨大的星系就是由这些物质构成的，我们的太阳就是这无数恒星中的一颗。原本人们想象宇宙会因引力而不再膨胀，但是，科学家已发现宇宙中有一种 “暗能量”会产生一种斥力而加速宇宙的膨胀。

大爆炸后的膨胀过程是一种引力和斥力之争，爆炸产生的动力是一种斥力，它使宇宙中的天体不断远离;天体间又存在万有引力，它会阻止天体远离，甚至力图使其互相靠近。引力的大小与天体的质量有关，因而大爆炸后宇宙的最终归宿是不断膨胀，还是最终会停止膨胀并反过来收缩变小，这完全取决于宇宙中物质密度的大小。

理论上存在某种临界密度。如果宇宙中物质的平均密度小于临界密度，宇宙就会一直膨胀下去，称为“开宇宙”;要是物质的平均密度大于临界密度，膨胀过程迟早会停下来，并随之出现收缩，称为“闭宇宙”。

问题似乎变得很简单，但实则不然。理论计算得出的临界密度为5×8^-30克/厘米3。但要测定宇宙中物质平均密度就不那么容易了。星系间存在广袤的星系间空间，平均密度就只有2×10^-31克/厘米3，远远低于上述临界密度。

然而，种.种证据表明，宇宙中还存在着尚未观测到的所谓的暗物质，其数量可能远超过可见物质，这给平均密度的测定带来了很大的不确定因素。因此，宇宙的平均密度是否真的小于临界密度仍是一个有争议的问题。不过，就目前来看，开宇宙的可能性大一些，因为宇宙中还有更多的暗能量。[4]

空间，而这些气体又可用来形成下一代恒星。这一过程中气体可能越来越少(并未确定这种过程会减少这种气体。)。以致于不能再产生新的恒星。10^14年后，所有恒星都会失去光辉，宇宙也就变暗。同时，恒星还会因相互作用不断从星系逸出，星系则因损失能量而收缩，结果使中心部分生成黑洞，并通过吞食经过其附近的恒星而长大。(根据质能守恒定律，形成恒星的气体并不会减少而是转换成其他形态。所以新的恒星可能会一直产生.)

10^17～10^18年后，对于一个星系来说只剩下黑洞和一些零星分布的死亡了的恒星，这时，组成恒星的质子不再稳定。10^32年后，质子开始衰变为光子和各种轻子。10^71年后，这个衰变过程进行完毕，宇宙中只剩下光子、轻子和一些巨大的黑洞。

10^108年后，通过蒸发作用，有能量的粒子会从巨大的黑洞中逃逸出。宇宙将归于一片黑暗。这也许就是开宇宙“末日”到来时的景象，但它仍然在不断地、缓慢地膨胀着。(但质子是否会衰变还未得到结论，因此根据质能守恒定律。宇宙中的质能会不停的转换。)

闭宇宙的结局又会怎样呢?闭宇宙中，膨胀过程结束时间的早晚取决于宇宙平均密度的大小。如果假设平均密度是临界密度的2倍，那么根据一种简单的理论模型，经过400～500亿年后，引力开始占上风，膨胀即告停止，而接下来宇宙便开始收缩。

以后的情况差不多就像一部宇宙影片放映结束后再倒放一样，大爆炸后宇宙中所发生的一切重大变化将会反演。收缩几百亿年后，原来星系远离地球的退行运动将代之以向地球接近的运动。再过几十亿年，宇宙背景辐射会上升到400开，并继续上升，于是，宇宙变得非常炽热而又稠密。 在坍缩过程中，星系会彼此并合，恒星间碰撞频繁。

这些结局只考虑到引力作用。实际上可能有更多其他的复杂因素。

2002年，据中国网[4]报导，美国普林斯顿大学的保罗·斯坦哈特教授与英国剑桥大学的尼尔·图罗克教授,发表了关于“宇宙无始无终”的新论断。他们认为，宇宙既没有“诞生”之日，也没有终结之时，而就是在一次又一次的大爆炸中进行运动，循环往复，以至无穷的。 至于“宇宙无始无终”的新论是否正确，报导中认为，过几年国际天文学界可望对此做出验证。但直到2013年，循环宇宙的观点仍存在争议。

宇宙基本知识

历史资料

《文子·自然》：“已知的宇宙往古来今谓之宙，四方上下谓之宇。” 《尸子》：“上下四方曰宇，往古来今曰宙。” 在这种观念之下，“宇”代表上下四方，即所有的空间，“宙”代表古往今来，即所有的时间，“宇”：无限空间，“宙”：无限时间。所以“宇宙”这个词有“所有的时间和空间”的意思。 把“宇宙”的概念与时间和空间联系在一起，体现了我国古代人民的独特智慧。

“宇宙”两字连用，最早出自《庄子》这本书，同时，《庄子》一书还给出了一种更抽象的宇宙定义。他说：“出无本，入无窍。有实而无乎处，有长而无乎本剽。有所出而无窍者有实。有实而无乎处者，宇也;有长而无本剽者，宙也。”现代学者张京华将其译为：“有实体存在但并不固定静止在某一位置不变叫做宇;有外在属性但并没有固定的度量可以衡量叫做宙。”此种宇宙定义与时空无关，与现代宇宙观有相似之处。但长期未被人们接受。

关于宇宙的概念

结构观念

众多的观点

远古时代，人们对宇宙结构的认识处于十分幼稚的状态，他们通常按照自己的生活环境对宇宙的构造做出推测。在中国西周时期，生活在华夏大地上的人们提出的早期盖天说认为，天穹像一口锅，倒扣在平坦的大地上;后来又发展为后期盖天说，认为大地的形状也是拱形的。公元前7世纪，巴比伦人认为，天和地都是拱形的，大地被海洋所环绕，而其中央则是高山。古埃及人把宇宙想象成以天为盒盖、大地为盒底的大盒子，大地的中央则是尼罗河。古印度人想象圆盘形的大地负在几只大象上，而象则站在巨大的龟背上，公元前7世纪末，古希腊的泰勒斯认为，大地是浮在水面上的巨大圆盘，上面笼罩着拱形的天穹。 也有一些人认为，地球只是一只龟上的一片甲板，而龟则是站在一个托着一个又一个的龟塔...

地球原来是球形

最早认识到大地是球形的是古希腊人。公元前6世纪，毕达哥拉斯从美学观念出发，认为一切立体图形中最美的是球形，主张天体和我们所居住的大地都是球形的。这一观念为后来许多古希腊学者所继承，但直到1519～1522年，葡萄牙的F.麦哲伦率领探险队完成了第一次环球航行后 ，地球是球形的观念才最终被证实。

地心说、日心说和万有引力定律

公元2世纪，C.托勒密提出了一个完整的地心说。这一学说认为地球在宇宙的中央安然不动，月亮、太阳和诸行星以及最外层的恒星天都在以不同速度绕着地球旋转。为了说明行星运动的不均匀性，他还认为行星在本轮上绕其中心转动，而本轮中心则沿均轮绕地球转动。地心说曾在欧洲流传了1000多年。1543年，N.哥白尼提出科学的日心说，认为太阳位于宇宙中心，而地球则是一颗沿圆轨道绕太阳公转地普通行星。到16世纪哥白尼建立日心说后才普遍认识到：地球是绕太阳公转的行星之一，而包括地球在内的八大行星则构成了一个围绕太阳旋转的行星系── 太阳系的主要成员。1609年，J.开普勒揭示了地球和诸行星都在椭圆轨道上绕太阳公转，发展了哥白尼的日心说，同年，伽利略·伽利雷则率先用望远镜观测天空，用大量观测事实证实了日心说的正确性。1687年，I.牛顿提出了万有引力定律，深刻揭示了行星绕太阳运动的力学原因，使日心说有了牢固的力学基础。在这以后，人们逐渐建立起了科学的太阳系概念。[2]

宇宙里不光只有银河系

在哥白尼的宇宙图像中，恒星只是位于最外层恒星天上的光点。1584年，乔尔丹诺·布鲁诺大胆取消了这层恒星天，认为恒星都是遥远的太阳。18世纪上半叶，由于E.哈雷对恒星自行的发展和J.布拉得雷对恒星遥远距离的科学估计，布鲁诺的推测得到了越来越多人的赞同。18世纪中叶，T.赖特、I.康德和J.H.朗伯推测说，布满全天的恒星和银河构成了一个巨大的天体系统。弗里德里希·威廉·赫歇尔首创用取样统计的方法，用望远镜数出了天空中大量选定区域的星数以及亮星与暗星的比例，1785年首先获得了一幅扁而平、轮廓参差、太阳居中的银河系结构图，从而奠定了银河系概念的基础。在此后一个半世纪中，H.沙普利发现了太阳不在银河系中心、J.H.奥尔特发现了银河系的自转和旋臂，以及许多人对银河系直径、厚度的测定，科学的银河系概念才最终确立。

太阳

18世纪中叶，康德等人还提出，在整个宇宙中，存在着无数像我们的天体系统(指银河系)那样的天体系统。而当时看去呈云雾状的“星云”很可能正是这样的天体系统。此后经历了长达170年的曲折的探索历程，直到1924年，才由E.P.哈勃用造父视差法测仙女座大星云等的距离确认了河外星系的存在。

河外星系离我们越来越远

近半个世纪，人们通过对河外星系的研究，不仅已发现了星系团、超星系团等更高层次的天体系统，而且已使我们的视野扩展到远达大约140亿光年的宇宙深处。

演化观念

在中国，早在西汉时期，《淮南子·俶真训》指出：“有始者，有未始有有始者，有未始有夫未始有有始者”，认为世界有它的开辟之时，有它的开辟以前的时期，也有它的开辟以前的以前的时期。《淮南子·天文训》中还具体勾画了世界从无形的物质状态到浑沌状态再到天地万物生成演变的过程。在古希腊，也存在着类似的见解。例如留基伯就提出，由于原子在空虚的空间中作旋涡运动，结果轻的物质逃逸到外部的虚空，而其余的物质则构成了球形的天体，从而形成了我们的世界。

太阳系概念确立以后，人们开始从科学的角度来探讨太阳系的起源。1644年，R.笛卡尔提出了太阳系起源的旋涡说;1745年，G.L.L.布丰提出了一个因大彗星与太阳掠碰导致形成行星系统的太阳系起源说;1755年和1796年，康德和拉普拉斯则各自提出了太阳系起源的星云说。现代探讨太阳系起源z的新星云说正是在康德-拉普拉斯星云说的基础上发展起来。

宇宙的创生

1.有些宇宙学家认为，暴涨模型最彻底的改革也许是观测宇宙中所有的物质和能量从无中产生的观点，这种观点之所以在以前不能为人们接受，是因为存在着许多守恒定律，特别是重子数守恒和能量守恒。但随着大统一理论的发展，重子数有可能是不守恒的，而宇宙中的引力能可粗略地说是负的，并精确地抵消非引力能，总能量为零。因此就不存在已知的守恒律阻止观测宇宙从无中演化出来的问题。这种“无中生有”的观点在哲学上包括两个方面：①本体论方面。如果认为“无”是绝对的虚无，则是错误的。这不仅违反了人类已知的科学实践，而且也违反了暴涨模型本身。按照该模型，我们所研究的观测宇宙仅仅是整个暴涨区域的很小的一部分，在观测宇宙之外并不是绝对的“无”。这种真空能恰恰是一种特殊的物质和能量形式，并不是创生于绝对的“无”。如果进一步说这种真空能起源于“无”，因而整个观测宇宙归根到底起源于“无”，那么这个“无”也只能是一种未知的物质和能量形式。②认识论和方法论方面。暴涨模型所涉及的宇宙概念是自然科学的宇宙概念。这个宇宙不论多么巨大，作为一个有限的物质体系 ，也有其产生、发展和灭亡的历史。暴涨模型把传统的大爆炸宇宙学与大统一理论结合起来，认为观测宇宙中的物质与能量形式不是永恒的，应研究它们的起源。它把“无”作为一种未知的物质和能量形式，把“无”和“有”作为一对逻辑范畴，探讨我们的宇宙如何从“无”——未知的物质和能量形式，转化为“有”——已知的物质和能量形式，这在认识论和方法论上有一定意义。

2. 宇宙是如何起源的?空间和时间的本质是什么?这是从2000多年前的古代哲学家到现代天文学家一直都在苦苦思索的问题。经过了哥白尼、赫歇尔、哈勃的从太阳系、银河系、河外星系的探索宇宙三部曲，宇宙学已经不再是幽深玄奥的抽象哲学思辩，而是建立在天文观测和物理实验基础上的一门现代科学。

“大爆炸宇宙论”是1927年由比利时数学家勒梅特提出的，他认为最初宇宙的物质集中在一个超原子的“宇宙蛋”里，在一次无与伦比的大爆炸中分裂成无数碎片，形成了今天的宇宙。1948年，俄裔美籍物理学家伽莫夫等人，又详细勾画出宇宙由一个致密炽热的奇点于150亿年前一次大爆炸后，经一系列元素演化到最后形成星球、星系的整个膨胀演化过程的图像。但是该理论存在许多使人迷惑之处。

宏观宇宙是相对无限延伸的。“大爆炸宇宙论”关于宇宙当初仅仅是一个点，而它周围却是一片空白，即将人类至今还不能确定范围也无法计算质量的宇宙压缩在一个极小空间内的假设只是一种臆测。况且从能量与质量的正比关系考虑，一个小点无缘无故地突然爆炸成浩瀚宇宙的能量从何而来呢?

人类把地球绕太阳转一圈确定为衡量时间的标准——年。但宇宙中所有天体的运动速度都是不同的，在宇宙范围，时间没有衡量标准。譬如地球上东西南北的方向概念在宇宙范围就没有任何意义。既然年的概念对宇宙而言并不存在，大爆炸宇宙论又如何用年的概念去推算宇宙的确切年龄呢?

1929年，美国天文学家哈勃提出了星系的红移量与星系间的距离成正比的哈勃定律，并推导出星系都在互相远离的宇宙膨胀说。哈勃定律只是说明了距离地球越远的星系运动速度越快--星系红移量与星系距离呈正比关系。但他没能发现很重要的另一点--星系红移量与星系质量也呈正比关系。

宇宙中星系间距离非常非常遥远，光线传播因空间物质的吸收、阻挡会逐渐减弱，那些运动速度越快的星系就是质量越大的星系。质量大，能量辐射就强，因此我们观察到的红移量极大的星系，当然是质量极大的星系。这就是被称作“类星体”的遥远星系因质量巨大而红移量巨大的原因。而银河系内的恒星由于距地球近，大小恒星都能看到，所以恒星的红移紫移数量大致相等。

导致星系红移多紫移少的另一原因是：宇宙中的物质结构都是在一定范围内围绕一个中心按圆形轨迹运动的，不是像大爆炸宇宙论描述的从一个中心向四周作放射状的直线运动。因此，从地球看到的紫移星系范围很窄，数量极少，只能是与银河系同一方向运动的，前方比银河系小的星系;后方比银河系大的星系。只有将来研制出更高分辨程度的天文观测仪器才能看到更多的紫移星系。

宇宙中的物质分布出现不平衡时，局部物质结构会不断发生膨胀和收缩变化，但宇宙整体结构相对平衡的状态不会改变。仅凭从地球角度观测到的部分(不是全部)可见星系与地球之间距离的远近变化，不能说明宇宙整体是在膨胀或收缩。就像地球上的海洋受引力作用不断此涨彼消的潮汐现象并不说明海水总量是在增加或减少一样。

1994年，美国卡内基研究所的弗里德曼等人，用估计宇宙膨胀速率的办法计算宇宙年龄时，得出一个80～120亿年的年龄计算值。然而根据对恒星光谱的分析，宇宙中最古老的恒星年龄为140～160亿年。恒星的年龄倒比宇宙的年龄大。

1964年，美国工程师彭齐亚斯和威尔逊探测到的微波背景辐射，是因为布满宇宙空间的各种物质相互之间能量传递产生的效果。宇宙中的物质辐射是时刻存在的，3K或5K的温度值也只是人类根据自己判断设计的一种衡量标准。

至于大爆炸宇宙论中的氦丰度问题，氦元素原本就是宇宙中存在的仅次于氢元素的数量极丰富的原子结构，它在空间的百分比含量和其它元素的百分比含量同样都属于物质结构分布规律中很平常的物理现象。在宇宙范围中，不仅氦元素的丰度相似，其余的氢、氧……元素的丰度也都是相似的。而且，各种元素是随不同的温度、环境而不断互相变换的，并不是始终保持一副面孔，所以微波背景辐射和氦丰度与宇宙的起源之间看不出有任何必然的联系。

大爆炸宇宙论面临的难题还有，如果宇宙无限膨胀下去，最后的结局如何呢?德国物理学家克劳修斯指出，能量从非均匀分布到均匀分布的那种变化过程，适用于宇宙间的一切能量形式和一切事件，在任何给定物体中有一个基于其总能量与温度之比的物理量，他把这个物理量取名为“熵”，孤立系统中的“熵”永远趋于增大。但在宇宙中总会有高“熵”和低“熵”的区域，不可能出现绝对均匀的状态。所以，那种认为由于“熵”水平的不断升高而达到最大值时，宇宙就会进入一片死寂的永恒状态，最终“热寂”而亡的结局。

根据天文观测资料和物理理论描述宇宙的具体形态，星系的形态特征对研究宇宙结构至关重要，从星系的运动规律可以推断整个宇宙的结构形态。而星系共有的圆形旋涡结构就是整个宇宙的缩影，那些椭圆、棒旋等不同的星系形态只是因为星系年龄和观测角度不同而产生的视觉效果。

奇妙的螺旋形是自然界中最普遍、最基本的物质运动形式。这种螺旋现象对于认识宇宙形态有着重要的启迪作用，大至旋涡星系，小至DNA分子，都是在这种螺旋线中产生。大自然并不认可笔直的形式，自然界所有物质的基本结构都是曲线运动方式的圆环形状。从原子、分子到星球、星系直到星系团、超星系团无一例外，毋庸置疑，浩瀚的宇宙就是一个大旋涡。因此，确立一个“螺旋运动形态宇宙模型”，比那种作为所有物质总和的“宇宙”却脱离曲线运动模式而独辟蹊径，以直线运动方式从一个中心向四面八方无限伸展的“大爆炸宇宙模型”，更能体现真实的宇宙结构形态。

几点了？

“死者就像丈夫”。时间像流水一样流逝。它再也不会回来了。它对生活世界的迅速变化和珍惜时间的意图感到遗憾。古人对时间的感受和今天一样。

也许我们很难证明谁是第一个引入时间概念的人，但我们不得不承认时间概念的引入对人类文明的发展做出了巨大贡献。我们总是对时间表达很多遗憾，因为它让我们最终一无所获。现在几点了？

人类科学将时间定义为:时间是物理学中七个基本物理量之一，符号t。这是它在人类文明中的法律地位。时间的概念已被应用于广泛的哲学、物理学、天文学、宗教、文学、历史和人类参与的其他领域。

我们赋予时间很多意义，但时间存在的意义只存在于人类文明中。时间概念产生于人类的生存和人类文明的发展。如果没有人类文明，时间怎么能在这个真实的空间里被解释呢？

时间的数学模型

如果用时间来记录宇宙中每一时刻的物质状态，那么就可以用一组时间来描述宇宙时间的概念。如果宇宙的时间是一个完整的集合，记录每种物质状态的时间就是一个子集，这个子集的元素是物质实际发生的状态序列和未知不可避免发生的状态序列之和。这有点难理解吗？你为什么不带一个栗子呢？

小明今天在家睡了一天。小明对应的时间序列是从早到晚处于睡眠状态。小明时间设定中记录的元素序列是从早上到晚上的一个恒定状态(睡眠)。如果每一种物质都像小明一样被视为一个对象，那么这种状态序列的完整集合能否被视为我们现实的物理世界的数学模型的描述呢？

人类认识到宇宙存在的时间证据了吗？

宇宙是所有时间、空间和物质的总和。我们知道空间是物质的容器。如果物质可以消失或转移，空间会消失或转移吗？这似乎是一个合乎逻辑的命题。科学认为物质不会消失，但只能从一种形式改变或转移到另一种形式，从一个地方转移到另一个地方。摆在我们面前的物体存在于它被储存的空间中，视觉空间被它占据。似乎物体存在，空间消失，但它仍然存在。这表明空间在现实世界中也是不朽的。既然物质和空间都是不朽的，那么宇宙是如何形成和出现的呢？因此，宇宙可以被视为一个没有生与死的“变量”。所以宇宙是无限的。宇宙存在的唯一证据是时间。那么时间如何证明宇宙的存在呢？

平行宇宙真的存在吗？

在许多科幻电影中，会提到可能有另一个世界与我们的现实世界同时存在。发生的事情和现在发生的事情不同。这个科幻想法给了我们无数关于宇宙存在的遐想。也许在与我们平行的另一个世界，我们的命运与现在完全不同。是的，每一步我们有n个以上的选择，但是我们只能选择一个。时间给了我们线性的关联，这导致只有一种生活方式，量子力学中的两种状态只存在于人类的逻辑认知中。如果真实宇宙中的事件是不可避免的，那么平行宇宙只是人类思维中的一种想象，并不存在于客观世界中。如何证明现实世界中的每一件事都是不可避免的？

如果你按时做微积分

如果把每个原子或更小的基本单位单独作为研究对象，用集合来表示它的时间线，那么它在每一时刻的状态都会受到外界的影响。如果每个原子(基本粒子)的时间集合中的元素被确定为不可改变的，那么由此产生的总集合是不可改变的吗？不变性是否意味着现实世界中的事件是不可避免的，并且不存在平行宇宙？

时间真的能循环吗？

如果有一种反转原子状态的能力，那么由原子时间线标记的状态将被镜像，然后一个有趣的现象将发生。过去会向后发生，但时间指针仍会向前移动，只是过去发生在未来的一个镜像事件。如果有一种能力能把所有原子的状态恢复到过去1小时的状态(时间重置1小时)，所有这些事情都会重复，但这并不是说时间已经回到了1小时前，而是说同样的事情会在接下来的1小时内像过去1小时一样发生。时间线上不可避免的事件仍然是不可避免的事件。事实上，微观世界中的原子相互作用。我们不能在不影响其他原子的情况下影响某些原子的状态。因此，科幻电影中的时间循环只是人脑中的一种想象，它终究无法实现。

宇宙是由空间、时间、物质和能量，所构成的统一体。宇宙根据大爆炸宇宙模型推算，宇宙年龄大约138.2亿年。都说宇宙是有限而无边，为什么这样说?

以我们日常生活的尺度来看，地球已是庞然大物，但太阳的个头更是大得惊人，然而，太阳却只是银河系大家庭中的普通一员，银河系里有着千亿颗像太阳这样的恒星，要让跑得最快的“光”横穿银河系，至少也得花上10万年!银河系之外还有数不清的像银河系一样庞大的天体大家庭——星系。

借助天文望远镜，我们目前所能观测到的宇宙大小至少超过100亿光年!然而，这只是宇宙的一部分，还很难确定宇宙究竟有多大。但如果我们把宇宙定义成物理上可以理解的时间和空间的总和，它却并非无限大。但是这样一个有限的宇宙，我们却永远找不到它的尽头在哪里，虽然有限却没有边际。这就是“宇宙无边”最基本的涵义。

宇宙

宇宙诞生初期，内部物质几乎是均匀分布的。随着宇宙的膨胀，物质开始聚集，引力把越来越多的物质聚在一起，它们相互之间形成了空间。物质聚集区域最后就形成了恒星和星系。

宇宙范围

在物理学中，运动这个词不仅仅是说物体位置的变化，也就是不仅仅是指机械运动，在物理学中，“运动”这个词更准确是说应当表述成“变化”。

所以物理学根据不同的变化本质就分成了力学、热学、光学、电磁学、声学等等子科目。

在我们的宇宙中，不但有机械运动，如卫星、行星、恒星、星系的运动，还有恒星内部产生能量的运动，这种运动叫做热核聚变反应，还包括星云收缩产生热的运动，这种运动叫做机械能转化为内能的运动，还包括恒星死亡后温度缓慢降低的运动，这种运动叫做冷却......

可以说，我们的宇宙有太多的其它类型的运动了。

我们的先辈们曾认为宇宙是范围并不很大的球状天体，其中包含着地球以及其他一

些形体较小的发光体。直至公元1700 年以前，这种理论在天文学界一直占据主导地位。即使在哥白尼发现地球并非宇宙的中心之后，人们仍持同样的观点，只是把“宇宙主宰”这一光环又赠给了太阳而已，而宇宙的基本定义仍未得到根本上的改变。天空仍旧是天上的“球”，里面有许多星星，不过，它包括的主体是太阳，相比之下，地球要逊色得多。

开普勒的椭圆型轨道的思想废除了星体是“透明的球体”这一谬论，但是却仍然保留了星体是“最外层天体球”这一说法。感谢卡西尼的研究成果，他揭开了太阳系的真实面目，从而证明了太阳系比人们想象的要大得多，而这也只是将人们脑海中宇宙的边界扩大了而已。

直至哈雷于1718 年发现了恒星也是运动着的球体这一事实后，天文学家们才开始重新认真地认识宇宙。当然，即使所有星体都在移动，宇宙仍有可能是有限的，而所有的星体也都有可能在进行着极其缓慢的移动。但是为什么有的星体的运动速度之快足以被人们观察到，而正是这些星体才能发出比较明亮的光线呢?

关于这一问题，存在这样一种可能，即某个星体由于具有较大的形体，从而能放射出比较明亮的光线，同时由于其体积较大，造成宇宙对它的束缚产生了困难，从而导致了它的移动。当然，这只是一种特定的假设，但这种全新的设想对于解开有关谜团是具有创造性意义的——即使其很难在实验室条件下得到验证，或根本无法解决任何问题。

另一方面，有些星球与地球间的距离有可能相对来说比较近，因此看上去就可能显得比较亮一些。再者，如果所有星球移动的速度是相同的，那么距地球越近，往往就显得运动得更快一些。这一点与实验室条件下的实验结果是相符的。这一现象是以解释运动越快的星体其亮度越高的原因。那相对比较昏暗的星球其实也处于运动状态，但由于它与地球间距离实在太遥远了，因此即使经过几个世纪的观测也无法察觉到它的位置的变化，但这一变化却有可能在数千年的过程中被观测到，这的确需要人们一代一代不懈的努力。

如果各个星体与太阳系间的距离各不相同，那么宇宙就应该是无限的，而众多的星球则会像蜂群一样遍布于宇宙的各个角落。直至1718 年，人们才意识到这一点而摒弃了宇宙有限论，从此，一幅广阔无垠而壮丽非常的宇宙画卷终于展现在人们的眼前。

其次，我们也许会怀疑，哈勃的发现似乎意味着所有的遥远天体均在远

① 布鲁克林，美国纽约市的一个区——译者离我们而去。为什么是“我们”呢？要是我们对科学史有所了解的话，就一定知道哥白尼（Copernicus）证明了地球并不位于宇宙的中心。肯定地说，要是我们认为一切都正在远离我们而去，那么我们岂非又把自己恢复到了无垠宇宙之中心位置上了吗？但是，情况并非如此。膨胀的宇宙并不象源于空间中某一点的一场爆炸。并不存在宇宙向其中膨胀的任何固定的背景空间。宇宙包容了客观存在的全部空间！

设想空间有如一块弹性膜，而不是一块平的桌面。在这个具有韧性的空间上，物质之存在与运动造成了这块弹性膜的凹陷与弯曲。我们的字宙的弯曲空间，有如某个 4 维球上的 3 维表面。我们无法直观地看透这一点。设想我们的宇宙是一块只有 2 个空间维度的“平地”。这时，它就好像是某个不难描绘的 3 维球的表面。现在再设想这个 3 维球可以变大——如我们在下面描绘的膨胀气球。该气球的表面变大了，它是一个正在膨胀的 2 维宇宙。如果我们在它上面标出两个点，那么随着气球的膨胀，这两个点就会彼此朝后远退。现在在这个气球的整个表面作出许许多多的标记，并再次将它吹胀起来。这时，无论你停留在哪个标记上，你都将发现其他所有的标记仿佛都随着气球的膨胀而离你远去，当你观察其他标记的退行时，你将会看到某种哈勃膨胀律。这个例子告诉我们，该气球的表面代表了空间，但是气球膨胀的“中心”却根本不在那个表面上。在这个气球的表面上并不存在膨胀的中心，也不存在任何边缘。你不可能掉出宇宙的边缘：宇宙不是膨胀到任何东西里面去。它就是存在着的一切。

至此，我们可能会产生一个问题：我们目睹的这种宇宙膨胀，是否会无限地继续下去。如果我们朝空中扔一块石头，那么由于地球引力的拉曳，它将会落回地面。我们扔得越使劲，就是把越多的能量给了这块运动着的石头，这块石头在就会上升得越高。现在我们知道，如果以超过每秒 11 公里的速度发射一枚导弹，那么它就可以彻底摆脱地球重力的拉曳。这就是火箭的临界发射速度。空间科学家们称它为地球的“逃逸速度”。

类似的考虑适用于任何受重力拉曳而迟滞减速的爆发或膨胀着的物质系统。如果往外运动的能量超过往内的引力拉曳产生的能量，那么它就将超过其逃逸速度而一直保持膨胀。但是，如果重力在该系统各部分之间所施加的拉曳作用超过了往外运动的力量，那么膨胀中的物体最终将会重新回聚到一起，恰如前述的石块与地球之所为。正在膨胀的种种宇宙①亦皆如此（见图 2· 4）。在它们膨胀之初也有一个临界“发射”速度。如果它们膨胀得比这更快，那么宇宙中全部物质的引力拉曳将永远也不能制止这一膨胀，宇宙将保持永远膨胀下去。另一方面，如果“发射”速度小于该临界值，那么到头来膨胀将会停止并转为收缩，直至收缩到尺度为零而告终——与其开初时的状态全然相同。介乎上述两者之间，存在着一种我称之为“英国式折衷宇宙”的情况，它正好具有临界发射速度，即能使其保持永远膨胀下去的最小速度值。关于我们的宇宙，最不可思议的事情之一，就是它目前正以极其接近于这种临界状态的方式膨胀着。事实上，我们还无法肯定地说出我们的宇宙处于这种临界状态的哪一边。我们不知道应该对我们的宇宙作出何种长期预报。

事实上，宇宙学家们认为，我们如此接近于临界状态这一事实，乃是我

①    “宇宙”原文用复数 universes，意谓理论上可能存在的、处于不同状态下的彼此互异的各种宇宙——译者们这个宇宙的一项特殊性质，对于它，人们应该作出解释。这种情况是很难理解的，因为如果它不是精确地以临界“发射”速度肇始的话，那么随着宇宙的膨胀和成长，它就会离开该临界状态越来越远。这就成了一个很大的难题。我们的宇宙已经膨胀了大约 150 亿年，却依然如此接近于临界状态，以至于我们无法说出它究竟处于分水岭的哪一边。为了经历这么长的时间之后仍然如此接近于临界状态，宇宙的“发射”速度仿佛已经作过这样的“选择”：它与临界速度的差异不超过 1036（1 后面跟着 36 个 0）分之一。这是为什么呢？往后我行将会看到，人们对宇宙膨胀的最初时刻可能发生过什么事情所作的研究，为这种似乎极不可能的事态提供了某种可能的解释。但是在这里，我们将局限于了解为什么任何一个有人的宇宙在膨胀上百亿年之后，必须仍然非常接近于那种临界状态。

如果宇宙开始膨胀的速度远大于临界速度，那么重力就永远不能将局部的物质岛拉曳到一起，以形成星系和恒星。恒星的形成乃是宇宙演化中至关紧要的一步。恒星是聚集在一起的大堆物质，在其中心部分产生的压力大得足以启动自发的核反应。在恒星一生的历程中——我们的太阳正处在这一历程的中途，有一个漫长的稳定时期，在整个这一阶段中，恒星内部的氢燃烧而生成氦。但是在它们一生的最后阶段，恒星遇到了某种核能危机。它们经受某种快速变化的爆发阶段，在此期间氦燃烧而形成碳、氮、氧、硅、磷，以及一切在生物化学中起着至为重要的作用的其他元素。当恒星以超新星的形式爆发时，这些元素被洒入太空，并通过各种途径最终融入各种物质颗粒、行星、以及人体中去。恒星是种种复杂事物和生命赖以存在的一切化学元素的源泉。我们人体中的每一个碳原子核皆起源于恒星中。

这样，我们就看到，膨胀速度远大于临界状态的宇宙将永远不会产生恒星，从而也永远不能产生为造就像人类那样复杂的“活”物、或者以硅为基础的计算机所需的构件。类似地，如果一个宇宙以较临界速度慢得多的速度开始膨胀，那么在积累足够的时间以供恒星形成、爆发、并创造出生命物质的部件之前，它的膨胀就将逆转为收缩。这就再次留下了一个不能产生生命的宇宙。

于是，我们就得到一个令人惊异的结论：只有那些历经了数十上百亿年之后其膨胀依然十分接近临界状态的宇宙，才能产生出必要的“部件”，以供拼成足以被称为“观测者”的复杂结构。我们不应为发现自己的宇宙膨胀竟是如此接近于临界状态而惊奇。我们不能存在于任何其他种类的宇宙中（见图 2.5）。

现代宇宙学的主要目的是，利用在地球及其附近确立的物理学定律，或利用从这些局部成立的定律合乎逻辑地作出的推论，根据今天所得到的证据，详细地重现宇宙过去的历史。当然，我们在时间上回溯得越久远，宇宙环境就变得越极端，我们或许需要作出的外推与那些能在实验室中检验的物理学定律也就偏离得越远。事实上，这种情形往往会带来不少好处。如果一个人有独立的天文证据表明，我们重现的历史中有某一特定的部分正确无误，那么我们就可以通过考察这些假说对于天文观测会有什么后果，而用上述证据来检验有关物质在高密和高温下的行为的理论，或是检验存在着尚未探测到的物质新基本粒子之可能性。如果存在某种新型的基本粒子就会使宇宙早期阶段的膨胀大为改观，以至于今日不可能存在任何恒星和星系，那么我们就不必花费巨额资金用粒子加速器来做庞大的实验，即可径直排除存在那种粒子之可能。

我们关于膨胀宇宙图景的发展、及对其既往史之重现进展非常缓慢。在 20 世纪 30 年代，比利时牧师兼物理学家乔治·勒梅特（George Lemaltre）在此事的起步阶段起了带头作用。他的“原始原子”理论乃是我们如今所说的“大爆炸”理论的鼻祖。 40 年代后期，一位移居美国的俄国人乔治·盖莫夫（George Gamov ）与他的两位年轻研究生拉尔夫·阿尔弗（ Ralph Alpher）和罗伯特·赫尔曼（Robert Herman）一起，又迈出了最重要的几步。他们开始认真考虑将已知的物理理论用于勾画宇宙早期阶段状况的可能性。他们认识到了关键之所在。如果宇宙肇始于遥远过去的某种既热且密的状态，那就应该留下某种从这个爆发式的开端洒落的辐射。更具体地说，他们认识到，过去应该存在着某个时候，其时宇宙的年龄仅为几分钟，它热得足以使每个地方都发生核反应。后来，更加详细得多的预言和观测结果应该说已经证实了这些重要的见地。

1948 年，阿尔弗和赫尔曼预言，从大爆炸散落的残余辐射由于宇宙膨胀而冷却，如今它所具有的温度约为绝对零度以上 5℃，或者说 5 开（绝对零度等于摄氏零下 273 度，即—273℃）。但是他们的预言并未引起人们的普遍重视，而被埋没在浩瀚的物理学文献之中。另外几位科学家考虑了一个热的膨胀宇宙之起源问题，但是他们谁也不知道阿尔弗和赫尔曼的论文。理由是很明白的。当时的通讯、交流无法与今天同日而语。在 40 年代和 50 年代，在大多数物理学家看来，再现宇宙早期史的细节并不是一种非常严肃的科学活动。但是多年以后，即 1965 年，美国新泽西州贝尔实验室的两位无线电工程师阿尔诺·彭齐亚斯（Arno Penzias）和罗伯特·威尔逊（Robert Wilson）却十分意外地发现了这种宇宙辐射场，当时他们正在为跟踪第一颗“回声号”（Echo）卫星而校准一具很灵敏的无线电天线。与此同时，在附近的普林斯顿大学，由罗伯特·迪克（Robert Dicke）领导的一个科学家小组已独立地重新发现了阿尔弗和赫尔曼早先作过的预言，并着手设计一台探测器以供搜索大爆炸的残留辐射。他们听说了贝尔实验室这台接收器中存在着无法阐明的噪声，并立即将它解释为源自大爆炸的残余辐射。它相当于在电磁波谱的微波部分波长为 7. 35 厘米的某种无线电波信号；如果假设它是热辐射，那么它所具有的能量就相应于 2. 7K 的温度——这与阿尔弗和赫尔曼富于灵感的估计非常接近。它被称为“宇宙微波背景辐射”。作为其预言与发现始末的一项追记，我们应当提及：1983 年，人们开始获悉前苏联无线电物理学家什茂诺夫（Shmaonov）也许早在 1957 年就已发现了这种辐射，并用俄文公布了这一事实。什茂诺失建造了一具对微波信号敏感的天线，并报道探测到了某种在天空中各个方向上均匀的信号，与之相当的辐射所具有的温度介乎 1K 和 7K 之间。当时无论是他本人或是其他任何人都不清楚这项发现的重要性。事实上，什茂诺夫直到 1983 年才闻知大爆炸的预言以及彭齐亚斯和威尔逊的发现，而这已经是后两人因 18 年前作出他们那项卓越的发现而荣获诺贝尔奖之后 5 年的事情了。

这项发现是人们开始认真地研究大爆炸模型的一种信号。渐渐地，人们对宇宙微波作了更多的观测，这些观测揭示了宇宙微波背景辐射的其他性质。这种辐射在所有的方向上都有相同的强度，精度至少高达千分之一。而且，人们在不同频率上测量了它的强度，开始揭示出其强度随频率变化的方式（即它的“谱”）具有纯热的特征。这样的辐射称为“黑体”辐射。不幸的是，地球大气中的分子对于辐射的吸收和发射阻碍了天文学家去证实整个背景辐射谱确为热辐射谱。人们仍然怀疑，它或许是由宇宙开始膨胀之后很久发生的种种剧烈事件产生的，而并非产生于大约 150 亿年以前的膨胀之始。只有在地球大气外观测这种辐射才能消除这些疑虑，而这正是美国国家宇航局（NASA）的宇宙背景探测器（COBE）卫星于 1989 年开始从空间测量整个背景辐射谱的第一项巨大成就（见图 2.6）。那是人们在自然界中所曾见到的最完美的黑体谱，它非常引人注目地确认了宇宙过去曾比今天要热成千上万度①。因为只有在如此极端的条件下，宇宙中的辐射才有可能呈黑体形式而达到如此高的精度。

人们利用高空飞行的 U2 型飞机进行了另一项关键性的实验，以证实背景辐射并非近期起源于宇宙中邻近我们的部分。这些早先的间谍飞机机身极小、冀展却很大，这使它们成了非常适合于进行天文观测的稳定平台。这时，它们是朝上测天而不再是往下观地了！它们探测到天空各处的辐射强度具有某种系统的变化。倘若这种辐射起源于遥远的过去，那么出现这种变化便在意料之中。如果这种辐射形成了某种均匀膨胀的“海洋”——它生成于宇宙的早期，那么我们就将是在这海洋中航行。地球环绕太阳运动，太阳环绕银河系中心②运动，银河系又在本星系群中运动，如此等等；这一系列的运动意味着我们正沿着某个方向在背景辐射中穿行。当我们沿此方向观看时，辐射强度将显得最强，在与之相差 180°的方向上辐射强度则显得最弱；在这两者之间，辐射强度应随角度而呈某种富有特征的余弦变化（见图 2·8）。这很像在暴雨中奔跑。你的胸前湿得最厉害，背后则湿得最少。这里，在我们运动的方向上被扫过的是微波。正如预期的那样，观测揭示了某种完美的“余弦式”变化。

接着，几项不同的实验证实了这一发现——它又被称为“天空大余弦”（The Great Cosine in the Sky）。它肯定了这样一个事实：我们，以及包含我们寓居其中的本星系团在内的那个区域，都正相对于宇宙微波海而运动。因此，背景辐射不可能是局部区域产生的，因为不然的话，它就会和我们一块儿运动，这样我们就不会看到其强度与温度的余弦变化了。

我们穿越来自大爆炸的背景辐射而运动，并不是造成其强度随方向稍有变化的唯一可能的原因。倘若宇宙在不同的方向上正以稍稍不同的速率膨胀，那么在膨胀得较快的方向上，辐射就将较弱较冷。类似地，如果在某些方向上存在着某些物质特别集中或特别匮乏的区域，那么这也将使我们从这些方向上接收到的辐射强度发生变化。发射 COBE 卫星的动机就是搜索这些变化；1992 年，这些变化之发现成了世界各国报纸的头条新闻。

当我们考察来自天空中不同方向的背景辐射强度时，我们就获悉了有关宇宙结构的大量引人注目的事情。我们发现，它正在所有的方向上以相同的速率膨胀，其精度优于千分之一。我们说这种膨胀近似地是“各向同性的” ——也就是说，在每个方向上都相同。如果有人从某个“宇宙博览馆”中随机地挑选有可能存在的宇宙，那就会有无数个在某些方向上远比其他方向膨

①    “成千上万度”，原文 hundreds of thousands of degrees，仅具象征意义，故不宜直译为“数十万度”之类的具体数量——译者

② 原文为 Milkyway，直译作“银河”或意译作“银河系”均不确，故据实际情况译为“银河系中心”——译者胀得更快的宇宙品种，或者是以很高的速度旋转、或者甚至是在某些方向上收缩而同时又在其他方向上膨胀着的宇宙变种。我们的宇宙确实很特殊。它似乎处于某种安排得极为妥善的状态之下：在所有的方向上膨胀都以相同的速度进行下去，其精度非常之高。这就好像你回到家里发现所有孩子的卧室都极其整洁——一种非常不容易遇到的事情。这一定是施加了某种外界的影响。同样地，对于宇宙引人注目的各向同性而言，也必定存在着某种解释。

宇宙学家们长期以来都把宇宙膨胀之各向同性视为必须予以阐释的一大疑谜。为此所采用的某些方法可以说明在该领域内人们的思维方式，以及为阐明这种各向同性而寻求的解释的类型。最后，寻找这些解释又会把我们带回到宇宙本身的起源问题上去。

宇宙学家们在寻找这些解释时，构造了各种可能的宇宙史，它们能够说明已知的事实，并为尚未说明的性质提供解说。利用某一种假设，能对尚未说明的性质解释得越多，工作就做得越好。宇宙学家们最感兴趣的是这样的假设：它既能解释有关宇宙的令人困惑的特征，又能预言某些尚未探测到的宇宙新属性。搜索这种预期的特征，就可以凭藉观测来检验原先的假设，这恰如利用实验室中的实验来检验其他科学理论的预言。遗憾的是，我们并不能保证自己的仪器灵敏得足以进行我们想要的一切观测。由于这种现实的局限性，对于许多理论作出的预言，我们尚无法用观测来检验。确实，正是此类预言往往支配着未来将会发展何种新型的天文台或人造卫星。

可以采取的第一条途径是说宇宙就是各向同性地开始膨胀的。宇宙目前的状态只不过是其特殊的起始条件的某种反映。事情现在所以如此，乃是因为当初如彼。实际上，这解决不了什么问题。它什么也没有解释，也没有告诉我们任何新东西。当然，它也可能是对的。倘若果真如此，我们也许就可以指望，存在着某种更深刻的“原理”，它使宇宙必然（或者至少是以压倒优势的可能性）肇始于某种各向同性膨胀的状态之中。这一原理也许在较为局部的范围内还有着其他应用，据此便可以揭示其自身之存在。其令人不悦之处则在于，它把解释宇宙现状的重担完全置于未知的（而且也许是不可知的）宇宙起始状态之上。

第二条途径是将事物的现状考虑为在宇宙中进行的各种物理过程的结果。这样的话，也许无论宇宙的初始状态是多么地不规则，在历经数十亿、上百亿年之后，所有的不规则性均已刷尽，留下的则是某种各向同性的膨胀。这种做法有一个优点，即激励人们拟定某种确切的研究计划，以期发现它是否可能真的正确无误。是否存在这样的物理过程：它能够抹平膨胀中的非均匀性？“抹平”的过程历时多久？时至今日，它们能否摆脱所有的不规则性，抑或只是消除了其中的一小部分？不仅如此，这种做法还有一个令人满意的特点：它使我们对宇宙现状作出的假设尽可能少依赖于我们对未知的宇宙初始状态之了解。我们很乐于能够这么说：无论宇宙是如何开端的，在它的早期历史上必不可免地会发生一些物理过程，后者确保了宇宙在膨胀 150 亿年之后，看起来差不多就应该像它今天的那种模样。

这第二种哲学虽然听起来极富吸引力，但也有一个弱点。如果我们真能证明宇宙之现状确实与其起始时的条件无关，那么我们现在观测宇宙的结构也就不能告诉我们有关那些起始条件的任何情况了。因为这样的话，宇宙的现状便可与任何起始状态相容。但是，与此相反，如果宇宙目前的结构——其膨胀之各向同性、或是由星系成团性展示的结构图案——部分地反映了宇宙开初的方式，那么就存在着这样的可能性：通过我们今天对于宇宙的观测，或许便能断定有关宇宙初始状态的某些情况了。

都说爱因斯坦发现了宇宙的终极秘密，可是爱因斯坦发现了宇宙终极秘密是啥，没人了解。爱因斯坦可以说从人类发展到今日世界最杰出的生物学家，爱因斯坦对人们科技界的奉献是现阶段全部生物学家不可以媲美的，那样的一位杰出奇才，在1955年也始终的离开人世间，可是对爱因斯坦发现了宇宙终极秘密的谣传沒有终止。

一、有关爱因斯坦发现宇宙终极秘密的猜想

在爱因斯坦临终时，爱因斯坦以前对自身的临床医学护理人员讲过一些话，可是因为爱因斯坦早已濒临死亡，说的一些话，护理人员却不可以了解，因而这种话却变成了世间历史时间始终的一个谜，许多生物学家猜想，爱因斯坦一定是发现了今日的宇宙终极秘密，可是很多人辩驳，说到为何爱因斯坦要将宇宙终极秘密在临终以前才要说，显而易见不符客观性的逻辑性。

也是有很多人猜想爱因斯坦一定讲出了物理优秀的专业知识，假如说可以真实的了解爱因斯坦在死前常说的一些话，有可能人们的物理便会提早发展趋势几十年，自然也是有一些人觉得爱因斯坦讲过有关地球上和将来世间的迈向，有可能人们就跟爱因斯坦死前预测分析的那般，在2060年会由于自身的缘故造成地球上的摧毁，可是到迄今为止还没人了解爱因斯坦死以前说的话究竟是什么含意。

二、爱因斯坦是不是真实发现宇宙秘密

听说爱因斯坦在临终以前规定后代将他全部的物理图稿所有损坏，因而就会有许多人猜想是不是爱因斯坦发现了许多鲜为人知的秘密，有可能这一秘密是有关人们秘密的不良影响，爱因斯坦不愿这种这种秘密公布于众，不然会产生许多焦虑，可是爱因斯坦的确是一个十分有聪慧的生物学家，爱因斯坦对人们的确作出了成千上万的奉献，但爱因斯坦应当沒有发现很多将来的秘密，假如爱因斯坦真实的发现了宇宙秘密，一定会公布于世，给人启发。