宇宙誕生

​宇宙是如何產生的？其實我們的祖先很早就進行了探索，並給出了我們今天都還認為是不錯的答案。 20世紀以來，天文學家們建立起多種宇宙模型。概括起來主要有兩大派別：一類叫穩恆態宇宙模型，它認為宇宙在大尺度上的物質分佈和物理性質是不隨時間變化的，穩恆不變。

​不僅在空間上是均勻的，各向同性的，而且在時間上也是穩定的；另一類叫演化態模型，它認為宇宙在大尺度上的物質分佈和物理性質是隨時間在變化的。在眾多的宇宙模型中，目前影響較大的是熱大爆炸宇宙學說。

​現代物理宇宙學也通常認為宇宙起源於大爆炸，即約137.3億（±1%）年前由一個密度極大、溫度極高的狀態膨脹而來。宇宙大爆炸理論是現代宇宙學的一個主要流派，它能較滿意地解釋宇宙中的一些根本問題。　　

​大爆炸理論的主要觀點是認為我們的宇宙曾有一段從熱到冷的演化史。在這個時期裡，宇宙體系並不是靜止的，而是在不斷地膨脹，使物質密度從密到稀地演化。這一從熱到冷、從密到稀的過程如同一次規模巨大的爆發。

​根據大爆炸宇宙學的觀點，大爆炸的整個過程是：在宇宙的早期，溫度極高，在100億度以上。物質密度也相當大，整個宇宙體系達到平衡。宇宙間只有中子、質子、電子、光子和中微子等一些基本粒子形態的物質。但是因為整個體系在不斷膨脹，結果溫度很快下降。當溫度降到10億度左右時，中子開始失去自由存在的條件，它要麼發生衰變，要麼與質子結合成重氫、氦等元素；化學元素就是從這一時期開始形成的。

​溫度進一步下降到100萬度後，早期形成化學元素的過程結束，宇宙間的物質主要是質子、電子、光子和一些比較輕的原子核。當溫度降到幾千度時，輻射減退，宇宙間主要是氣態物質，氣體逐漸凝聚成氣雲，再進一步形成各種各樣的恆星體系，成為我們今天看到的宇宙。

​從1948年伽莫夫建立熱大爆炸的觀念以來，通過幾十年的努力，宇宙學家們為我們勾畫出這樣一部宇宙歷史：大爆炸開始時約137億年前，極小體積，極高密度，極高溫度；大爆炸前10－43秒宇宙從量子背景出現；10-35秒宇宙由夸克-膠子等離子體構成，強相互作用、引力與電磁相互作用/弱相互作用分開；10-5秒電子形成，宇宙主要包括光子、電子和中微子，溫度約1000億度；10秒質子和中子結合成氘、氦等原子核，溫度30億度；35分鐘形成原子核的過程（核融合，nucleosynthesis）停止，溫度3億度。

​30萬年電子和原子核結合成為原子，物質和輻射脫耦，大爆炸輻射的殘餘成為今天的3K微波背景輻射；4億年第一批恆星形成；20億年星系形成；50億年太陽系形成。目前宇宙還在繼續膨脹之中，這在觀測上為哈勃定律所概括。

​大爆炸宇宙模型（big-bang model）是一種廣為認可的宇宙演化理論。其要點是，宇宙是從溫度和密度都極高的狀態中由一次“大爆炸”產生的。時間至少發生在100億年前。這種模型基於兩個假設：第一是愛因斯坦提出的，能正確描述宇宙物質的引力作用的廣義相對論；第二是所謂宇宙學原理，即宇宙中的觀測者所看到的事物既同觀測的方向無關也同所處的位置無關。

​這個原理只適用於宇宙的大尺度上，而它也意味著宇宙是無邊的。因此，宇宙的大爆炸源不是發生在空間的某一點，而是發生在同一時間的整個空間內。有這兩個假設，就能計算出宇宙從某一確定時間（稱為普朗克時間）起始的歷史，而在此之前，何種物理規律在起作用至今還不清楚。

​宇宙從那時起迅速膨脹，使密度和溫度從原來極高的狀態降下來，緊接著，預示質子衰變的一些過程也使物質的數量遠超過反物質，如同我們今天所看到的一樣。許多基本粒子在這一階段也可能出現。過了幾秒鐘，宇宙溫度就降低到能形成某些原子核。這一理論還預言能形成一定數量的氫、氦和鋰的核素，丰度同今天所看到的一致。

​大約再過100萬年後，宇宙進一步冷卻，開始形成原子，而充滿宇宙中的輻射則在宇宙空間自由傳播。這種輻射稱為宇宙微波背景輻射，它已經被觀測所證實。除了原始物質和輻射外大爆炸理論還預言，現在宇宙中應充滿中微子，它們是無質量或無電荷的基本粒子。現在科學家們正在努力找尋這種物質。

​大爆炸模型能統一地說明以下幾個觀測事實：一是理論主張所有恆星都是在溫度下降後產生的，因而任何天體的年齡都應比自溫度下降至今天這一段時間為短，即應小於200億年。各種天體年齡的測量證明了這一點。二是觀測到河外天體有系統性的譜線紅移，而且紅移與距離大體成正比。

​如果用多普勒效應來解釋，那麼紅移就是宇宙膨脹的反映。三是在各種不同天體上，氦丰度相當大，而且大都是30%。用恆星核反應機制不足以說明為什麼有如此多的氦。而根據大爆炸理論，早期溫度很高，產生氦的效率也很高，則可以說明這一事實。 四是根據宇宙膨脹速度以及氦丰度等，可以具體計算宇宙每一歷史時期的溫度。

​按照大爆炸理論，宇宙是137億年前從一個極小的點誕生的，從那裡誕生了時間和空間、質量和能量，從而由物質小微粒聚集成大團的物質，最終形成星系、恆星和行星等。在大爆炸發生前，宇宙中沒有物質，沒有能量，甚至沒有生命。但是大爆炸理論無法回答現在的宇宙在大爆炸發生之前到底是什麼樣，或者說發生這次大爆炸的原因是什麼？按照大爆炸理論，宇宙沒有開端。

​它只是一個循環不斷的過程，從大爆炸到黑洞的週而復始，便是宇宙創生與毀滅並再創生的過程。 大爆炸理論雖然並不成熟，但是仍然是主流的宇宙形成理論。關鍵在於目前有一些證據支持大爆炸理論。一是紅位移：從地球的任何方向看去，遙遠的星系都在離開我們而去，由此可以推出宇宙在膨脹，且離我們越遠的星系，遠離的速度越快。

​二是哈勃定律：一個關於星系之間相互遠離速度和距離的確定的關係式。仍然是說明宇宙的運動和膨脹。V＝H×D 其中，V（Km/sec）是遠離速度；H（Km/sec/Mpc）是哈勃常數，為50；D（Mpc）是星系距離。1Mpc＝3.26百萬光年。三是氫與氦的豐存度：由模型預測出氫佔25％，氦佔75％，已經由試驗證實。四是微量元素的豐存度：對這些微量元素，在模型中所推測的豐存度與實測的相同。五是3K的宇宙背景輻射：根據大爆炸學說，宇宙因膨脹而冷卻，現今的宇宙中仍然應該存在當時產生的輻射餘燼，1965年，3K的背景輻射被測得。

​六是背景輻射的微量不均勻：證明宇宙最初的狀態並不均勻，所以才有現在的宇宙和現在星系和星團的產生。 但是，大爆炸理論也有些根本性問題沒解決。如大爆炸前的宇宙是什麼樣，大爆炸是怎麼引起的、宇宙的膨脹未來是什麼結局？大爆炸理論最大的缺陷就是無法回答大爆炸之前這一奇異的點來源於何方？

​大爆炸理論存在了100多年了，但令人驚訝的是，這一理論的發展將把人們對宇宙誕生和滅亡的認識不可避免地引向神創說，教皇約安-帕維爾二世早就在其書信中稱當代的宇宙論與《聖經》中的論述不謀而合。另有資料報道，科學家正在研究一種宇宙形成的新理論。

​這一理論認為，大爆炸發生前，宇宙還曾發生過另外一次大震盪，這意味著可能還有一個看不見的宇宙與現有的宇宙共存。科學家認為，大爆炸發生前，宇宙是由兩個四維平面構成的，其中一個平面是我們今天的宇宙，另外一個是“隱藏”的宇宙。這一隱藏宇宙的隨機波動，使其產生變形和接近我們的宇宙。

​當它“濺”入我們所在的宇宙時，撞擊產生的能量在大爆炸中轉化為現在宇宙的物質和能量。這一看法強調了宇宙與微觀世界的聯繫，但只有等人們對空間和時間有了更深入的認識後，才能進一步確認。