仙女座星雲a霍伊爾科幻小說
❶ 太陽系及銀河系是如何形成的
大爆炸模型認為，最初的宇宙是超高溫、高密度的「一點。」大約180億年前，這「一點」突然爆炸了，僅用10-36秒，伴隨著真空相轉移的過冷卻現象，「一點」了瞬間幾十個數量級的膨脹，成為一厘米規模的宇宙。其後宇宙繼續膨脹，溫度從幾十億攝氏度開始下降，大約在5500萬攝氏度時，由降溫過程的能量，生成中子、質子，它們又合成原子核，這些過程僅有3分鍾。約30萬年後當宇宙的溫度下降到3000攝氏度時，自由電子被原子核捕捉形成原子。在隨後的大約3000萬年中那些原子繼續向外膨脹。宇宙也繼續冷卻,到宇宙溫度降至絕對零度之上167度時，原子開始化合形成稀薄氣體。此後因密度波動、引力作用等開始向新的天體進化。再經過100多億年，顯示出多種多樣的物質形態， 成了今天的宇宙。自從150億年前的宇宙大爆炸之後，星體和各星系一直各自向外飛散。理論上講，相互維系的重力應該減慢這個膨脹的速度，但是事實並非如此，實際上膨脹還在加速進行。美國普林斯頓大學的斯坦哈特說，宇宙無始、無終，一次次宇宙大爆炸將會永不止息，不斷發生。
全文
上一講我們介紹了宇宙是怎樣通過大爆炸以後來誕生的，上一次我們只講了宇宙從大爆炸，然後呢，僅僅的持續了多長時間呢？僅僅持續了三分多鍾，也就說我們的宇宙基本框架就形成了。下面我們看，三分鍾以後宇宙怎樣演化，怎樣一步一步的演化到我們現在的星球，現在的宇宙狀態。那麼我就要問一個最簡單的問題，也是最通俗的來問，是先有的雞還是先有的蛋？我要回答什麼問題呢？我要回答的是星系是怎樣形成的這個問題。
的的確確現在有兩種理論，那麼哪兩種理論呢？我們來看一下，這個圖就是一個典型的宇宙從一開始大爆炸以後，逐步演化的一個示意圖。那麼一開始呢，那一點就是大爆炸，大爆炸以後呢，宇宙不斷的膨脹，同時溫度也在不斷地降低。那麼中間的那一部分，就是我們現在看到的宇宙的背景輻射，或者叫做微波背景輻射，那麼再往外邊看到，宇宙在一點一點降低以後，物質慢慢就溫度就越來越降低，越降低以後呢，物質的分子結構就越來越大。換句話說呢，這個物質就開始大家往一塊靠，就開始形成一些小的團塊，這些團塊在再慢慢聚合，一步一步地就形成後邊大家看到的，這個星系。也就說由一點一點聚合，就聚合成星系了。
如果按照這個順序的話，不管怎麼說，後邊這一段是由小的團塊一點一點形成大的團塊，那就相當於我們說的先有的蛋後有的雞，就變大了。但是還有一種可能，突然之間就先形成一些大的團塊，然後一點一點大的團塊再把它分裂，那就是說的先有的雞後有的蛋。那麼從什麼時間開始形成星系呢？就是這個宇宙的溫度我們說最初非常非常高，有一千億度，如果說再往回追溯的話呢，甚至比一千億度還要大。那麼在這么高的溫度下，我們說它不可能形成物質團塊。那麼溫度降低到四千度的時候，這個時候這些物質的溫度就涼下來了，冷下來了。然後呢，大家有可能坐在一起來談了，就可以靠攏了，所以到了四千度的時候，宇宙中就開始形成物質團塊，換句話說，引力就開始起作用，這就是我們星系開始形成的時間，這個時間呢，大約是在宇宙爆炸之後的十億年，宇宙從爆炸以後，到了十億年，就開始形成物質團塊了。就按照這個圖，叫做top-down，就先形成非常大的團塊，宇宙一冷下來以後，突然之間這冷下來之後，大家就是非常的高興，非常的歡呼，原來都在激發狀態，誰也不得安寧，突然一冷下來以後所有物質成團了，只有成團了才能沉澱下來，先成團了一個很大很大的團塊，多大呢，就像一個大餅一樣，這個大餅成了以後，再慢慢慢慢分裂，就形成了下邊的一個一個的星系。這是一種可能，這就是說，先有的什麼？先有的雞後有的蛋，先形成大的團塊，然後再形成現在的星系。
還有一種可能，叫bottom-up，就是先形成小的一些物質，就是團塊。然後這些小的物質一點一點來凝聚，最後凝聚成什麼？一個一個的星系，總之不管是由大塊變成小塊的，還由小塊的變成大塊的，總之要形成什麼？形成我們現在的星系，也就是說，宇宙大爆炸之後，大約十億年，就開始出現形成了星系。
這個圖是一個模擬圖，就模擬一下這個星系是怎麼形成的，現在就是做一個它的模擬過程。你看這些個團塊在相互之間互相吸引，並合在一起，最後呢，形成了幾個星系，好，就形成這個星系，那麼我們這個動畫呢，最初看到幾個團塊是由哈勃空間望遠鏡拍攝下來了，我們然後模擬，那些團塊根據我們這個模擬過程最後就形成這個星系。
那麼現在宇宙中有多少星系呢？數也數不清，我們再看幾個，那麼這就是真實拍下來的宇宙空間的一部分。你會看到什麼，彌漫著很多的物質，這些個物質呢就在不斷地形成新的星球，不斷地形成新的星球，那麼宇宙中和我們銀河系一樣的星系多不多，太多了，就宇宙中有很多很多和我們銀河系一樣的類似的星系，你要說我們銀河系漂亮不漂亮，跟這個星系比的話，可能還沒有這個星系漂亮，這個星系叫做漩渦星系，中間有一個核，是非常漂亮的，所以這個星系在那兒不停的旋轉，這就是一個和我們銀河系類似的一個河外信息。我們再看一個，這也是一個星系，這個星系呢不那麼旋轉，我們把它叫做橢圓星系。它是一個橢圓形的，但是這個星系個非常大，這個橢圓星系往往比漩渦星系個頭還要大。那麼橢圓星系在宇宙中也非常多，我們再看一個，你看這個星系有什麼特點呢？一邊有旋轉，另外它中間那個核不是一個圓的，有點像一個棒槌一樣，所以我們管這個星系叫做棒旋星系。
這是另外一個星系，這個星系還有一個小兄弟。你看星系左邊它還帶著一個小的星系跟它連在一起，好像是一個大星系牽著一個小弟弟，兩個星系連在一起，樣子非常好看。就像一個大的手臂一樣，把那個小的星系牽在一起，這也是一個巨大的橢圓星系，這個就比星系的規模要大的多。你看上邊那些個點，每一個點就是一個星系，星系和星系組合在一起，是什麼呢？叫做星系團，就是星系和星系也可以組合在一起，成為一個更大的家庭，我們叫做星系團。這個就是一個星系團，這個星系團是目前離我們銀河系最近的一個星系團，叫做仙女座星系團，離我們最近。
我們說了半天，我們銀河系是不是一個星系，當然我們銀河系是一個星系，有人就問了，那你告訴我銀河系星系是什麼樣子的。這非常困難，因為我們在這個星系裡邊，是無法看到我們星系全部的面目，我們只能看一部分，看看太陽這邊的是什麼狀態，再看看太陽那邊是什麼狀態，然後我們大體上就把我們的銀河系描繪出來了。那麼描繪的結果，有一個星系和我們的銀河系應該是非常相像的，就是這個星系，這個星系叫做仙女座大星雲，這個大星雲也是離我們最近的星雲之一，這個星雲不但是我們的姊妹星雲，而且這個星雲在歷史上立了很大的功勞。
我在上一講提到了，哈勃證明了我們的銀河系之外還有銀河系，和我們銀河系一樣的，怎麼證明的呢？就是通過這個星系來證明的，具體說它在這個星系裡邊找到了單個的星，不但找到了這個星，而且通過這個星測出了仙女座大星雲的距離，發現這個仙女座大星雲，絕對不會是處在我們銀河系裡邊，那麼在哈勃之前大家有一種看法，這個就是我們銀河系裡邊的一些星雲，所以當初把它叫混了，我們管它叫仙女座大星雲。而這個仙女座就不然了，它是我們銀河系一樣的一個星系。首先有星系，然後星系裡邊再誕生了各種的恆星，那麼恆星周圍再有星星的家族。那這樣的話，我們這個宇宙就慢慢誕生了，包括人類也就通過宇宙的演化，各種的高等生命，也就誕生了。
我們談到這個地方以後大家會想到，你談了這么多，談到了現在了，你能不能談談未來，我們的宇宙將來怎麼辦？所以問題就變成我們的宇宙會終結嗎？雖然我們說宇宙的終結離我們是非常非常遙遠的事情，但是你不得不考慮。特別是作為科學家來講，作為天文學家來講一定要回答這個問題，我們的宇宙會不會有終結？我們再回過來看一下宇宙的演化，你看宇宙從最初一點，一步一步往下演化。我剛才說了，那麼到了圖的右邊你就看到，通過星雲以後，最後形成了很多星系，星系裡邊有恆星，那麼恆星周圍可能有行星，有可能誕生高等生命。那麼宇宙還要往下膨脹，這個宇宙會不會無休止的膨脹下去呢？這是擺在天文學家面前一個非常嚴肅的問題，你必須回答，不然的話，你這個天文學研究可以說研究得不夠徹底，對宇宙的了解還非常有限。天文學家正在努力去回答這個問題，那麼通過反復地研究，我們發現我們的宇宙的走向大概是這個樣子：我們先說一下這個圖，這個圖的橫坐標就是時間，這個縱坐標就是宇宙的大小，那麼靠近坐標軸的這個地方的綠線就是我們目前的狀態，就是我們目前宇宙的位置。我們宇宙有三種可能，第一種可能就是最上邊那個紅線，這個可能就是我們的宇宙一直膨脹下去，一直膨脹下去，而且膨脹的速度是越來越快，往外膨脹，這是的宇宙一種可能。那麼中間呢，第二種可能宇宙也是在膨脹，但是它膨脹的速度比較慢一點，比較平坦，也在膨脹，也會是不斷地膨脹下去。那麼第三種狀態，就是最下邊那條藍線，它說呀我們目前的宇宙的確是在膨脹，但是我們宇宙膨脹以後呢，還會收縮，就是說從最初出發以後，膨脹一段時間以後，經過若干若干年以後，還會要收縮回來。
這個理論告訴我們，宇宙有這么三種可能性，天文學家就回答了，哪一種是正確的？怎麼來回答呢？那麼現在要回答這個問題，從理論上講很簡單，從實測上來講很困難，為什麼說從理論上很簡單呢？這個宇宙究竟是繼續膨脹下去，或者是膨脹的速度很快，或者是膨脹的速度很慢，還是膨脹膨脹以後就收縮回來，主要取決於我們宇宙中的平均物質密度，也就是說我們宇宙中到底有多少物質。如果我們宇宙中平均的物質密度比較高，那麼它的引力的作用就會越來越大，那就有可能膨脹一段以後呢，就收縮回來。那麼宇宙中如果物質密度比較低，沒法拉住，咱們宇宙就一直膨脹下去，就是這樣，從理論上講就這么簡單，但是還有一個問題需要天文學家注意，就是宇宙中的暗物質。大家知道我們國家著名的物理學家李政道教授在他的演講就提到，他說21世紀物理學的一個重要的任務之一就是研究宇宙中的暗物質。
因此這些暗物質非常重要，那麼事情是不是到此為止呢？沒有。事情到此還沒有截止，怎麼沒有截止呢？最後我們觀測發現還有更嚴重的矛盾，就是把宇宙中的這些暗物質加進來，我們算出來宇宙的年齡也不對，還不正確，還必須有其他的物質，才能造成我們目前的宇宙的狀態，年齡才能符合。那還有什麼物質？一種是看得見的，一種是看不見的，那麼看不見的總之它還在那兒存在。我們現在不但看不見，而且現在我們認為還沒有存在的物質就是真的不存在，這個問題就很嚴重了。有沒有呢？現在的回答說可能有，而且有的可能性是越來越大。這個物質說來很有意思，這最早是誰提出來的呢？最早是愛因斯坦提出來的，愛因斯坦在他的廣義相對論方程里邊隨便加了一下，再加上一項我這個方程才能平衡，加的是個什麼東西呢？愛因斯坦也說不清，大家就在他加的那一項里邊在那兒做游戲。做了半天，愛因斯坦表示很歉意，說我這個宇宙中加的這一項，宇宙常數加錯了，他說我這一生中犯的一個最大的錯誤，就是在我的方程里邊加了個宇宙常數。可是沒想到我們愛因斯坦過世半個世紀了，我們現在沒辦法了，又把他這個救命的稻草又拿來了。應該加進去，說愛因斯坦老先生沒錯，還是應該加進去，不但應該加進去而且十分重要，有可能在真空里邊就有物質，真空裡面可以取出物質來，那你們想一想如果天文學家把這個事情真正證實了，那我們這個物質的來源呢，那就比過去想像的要豐富的多。我們的真空里邊就可以取出物質來，而且這個物質的含量甚至比我們看到的物質的含量還要多，還要豐富，那可真是取之不盡，用之不竭。你就隨便取吧，探囊取物，想取多少就取多少。當然這個問題還是比較復雜，需要天文學家包括物理學家共同來解決，天文學家從觀測上找到他存在的證據。所以說，李政道教授預言的這個是非常正確的，宇宙中21世紀物理學的一個重要的課題，可能就是研究宇宙中的暗物質。
那麼如果說真的宇宙中有足夠的暗物質，物質非常多，那就會出現什麼狀態呢？就像這個圖上所描述的，就是最下邊的一個狀態。什麼狀態呢？我們的宇宙目前是在膨脹，膨脹膨脹以後怎麼樣，就慢慢就收縮了，就又收縮到一點。
那麼現在天文學家有一個很重要的任務之一，就是不斷地來研究宇宙中總的質量究竟有多少，大家知道我們放了空間望遠鏡，還放宇宙飛船，不僅觀測它的光學波段，還觀測它的X射線波段，還不夠，還觀測它的γ射線波段。所有這些目的之一，就想真正了解一下我們宇宙中究竟有多少物質，最重要的是回答我們的宇宙究竟要到那裡去，什麼時間終結，會不會終結，會不會收縮到一起再重新開始。
我講了這些以後我不用問你們，你們自然有很多問題。這個實在是太玄妙了，不可思議，肯定有很多不可思議的問題。比方說這個宇宙到底有多大呀？你說了半天，這個宇宙有沒有邊呀，宇宙是大爆炸，大爆炸開始是怎麼回事？大爆炸之前是個什麼東西呀？大爆炸的空間有多大呀？那麼大爆炸的時候，這么大一個宇宙裝在那麼一個小的空間里邊裝得下嗎？諸如此類的問題太多了，我先回答一個問題。什麼問題呢？我們的宇宙有沒有邊，這個宇宙到底有多大，那麼天文學家會告訴你，這個宇宙是無限大的，你走不到盡頭，走多遠都走不到。你就不相信，我到任何一個地方去，我從這個地方到另外一個地方去，那麼走的時間長一點我總能走到，最遠是繞著地球轉一圈。我也可以轉過去，怎麼走不到頭呢？我先給大家最簡單的演示一下，你看這是一張紙，我把這個紙稍微彎一下，彎成這么一個環。大家知道這個環，你看這個面上如果有一個小螞蟻在這個面上走，你會發現它怎麼樣？它走得到頭走不到？走不到。它轉著圈就回來了。你說這個面有幾個面？你仔細看一下，這只有一個面。這就說明什麼呢？這我就告訴你一件事情，只要我這個空間把它彎曲了，你就會出現這個現象，就不會再走到頭了。就這么簡單的事情，你放上一個螞蟻它在上面走，永遠也走不到頭。所以說空間只要一彎曲你就走不到頭了。這就是我剛才彎的曲面的一個卡通片，你看這個螞蟻在這個面上走來走去，它會怎麼感覺，它認為能不能走到盡頭？永遠走不到盡頭，這個宇宙永遠走不到盡頭。
那麼回過來說為什麼永遠走不到盡頭？就因為在我們目前這個宇宙中，我們量宇宙的距離是通過什麼來量呢？是通過光線，根據廣義相對論這個光線在宇宙中是彎曲的，而這個彎曲已經被實驗證實了。就說通過日全食的觀測已經證明了光線的確是彎曲的，因此我們看這個宇宙是永遠看不到盡頭，所以我們的宇宙是無限的。
另外一點我們要說，你總是想找誰是宇宙的中心？誰是宇宙的邊緣？這個不存在。我們說在這個宇宙中根據這個理論，我們宇宙中的任何一點都是平權的。我們說哥白尼把地球為中心搬到太陽為中心，我們就引用他這個名字，把這個原理叫做哥白尼原理。哥白尼原理用在宇宙上怎麼說？就在宇宙中各點都是平權的，都是一樣的。我們宇宙的話，你站在任何一點來觀測宇宙，得到的效果都是一樣的，大家都是平權的。這就是說我們的宇宙是一個不會有一個邊界宇宙，不會有一個特殊的位置。
那麼還要回答一個問題，你說宇宙從大爆炸起始的，那麼大爆炸之前是什麼？我剛才圖里演示了，但是一種可能大爆炸之前也是一個宇宙，它收縮了以後開始大爆炸。那麼也可能是有其他的可能性，這個可能性我們目前實事求是的說不是太了解。而且宇宙最初這個物理狀態這么極端，我們研究透了沒研究透，也實事求是的說也沒有研究透，這個狀態還是非常特殊。但是不管怎麼說，這個大爆炸理論到目前為止無論從理論上還是從觀測上已經被大部分人都接受了。所以有種說法，我們管目前的大爆炸理論叫做標準的宇宙。由於這個大爆炸它是一個熱的大爆炸，而不是一個冷的，所以我們管這個模型叫做熱大爆炸宇宙模型。這個熱大爆炸宇宙模型，目前呢，已經被廣泛地接受了。
雖然是說廣泛地接受了，但是畢竟有好多不盡如人意的地方，想想起來非常困難。特別是我在介紹宇宙最初三分鍾的時候你們都很難想像，說是0.01秒我們整個宇宙都裝進去，你會想到不要說整個宇宙把地球裝進去都很困難。所以不見得令人那麼滿意，那麼就問了？有沒有更理想、更令人滿意的學說呢？這個回答應該說是有。盡管有的學說還沒有被完全的普遍的接受，但是也不無道理。這樣的學說很多，我來介紹其中的一個就是霍伊爾的學說。霍伊爾是英國的一位天文學家，他前年去世的，這個人的在天文學上面有很多重要的貢獻。那麼其中他就創立了一個學說，叫什麼學說呢？叫穩恆態學說。他說我簡直就不可思議，你這個宇宙起始的時候就那麼一個大爆炸，這個不可思議是兩方面：一方面你這個物理狀態就不可思議。你說是誇克湯，哪來這么多誇克湯？誰來煮這個誇克湯能煮出這么一鍋來？所以這個物理狀態不可思議。另外一個他說你這個物理規律也不可思議，在那樣極端的條件下，目前我們理解的物理規律在那個地方大概早就破壞了。所以他說你那個學說不對，我現在建立另外一個學說，叫什麼學說呢？叫穩恆態學說。
它有兩層含義，我們以前介紹的時候，往往講的不是很清楚。哪兩層含義呢？就說我們這個物質，目前宇宙的物理狀態是比較穩定的，不會有大的起伏，不會有破壞性的，是一個穩恆的狀態。第二層含義，這個宇宙不管怎麼演化，從最初到現在到將來，它的物理規律都是一致的，就是說宇宙的最初演化到現在，這個物理規律應該是保持不變的。他說我們現在的宇宙模型不錯，是在膨脹的，原來的宇宙呢？也是這個樣子，只不過比現在小了一點。那麼小了一點的話，里邊的物質怎麼樣呢？他就說也少了一點，那過去那個物理狀態怎麼樣？就比現在的密集，所以過去要小的話，里邊的物質也少，現在比較大了，物質就增加了。如果我這個宇宙在膨脹，那物質就增加。人家就問了你這個物質怎麼來的？他說很簡單，怎麼個簡單法呢？這個宇宙一邊膨脹，物質就一邊產生，隨著宇宙的膨脹，我這物質就不斷地在那兒產生。這個理論過去說起來呀，那是大逆不道，我們說我們有種看法認為物質是不生不滅等等，那你物質無中生有，那不是大逆不道是什麼？現在看來也不無道理，既然真空中都可以產生物質，那就一邊膨脹，就一邊有物質產生。這就是霍伊爾的宇宙觀的基本思想。那麼他這個理論曾經遭到過一些非議，但是，支持的人也大有人在。有很多觀測想支持他這個理論，他本人也很聰明，想了很多辦法去解釋。
我講了這么多，現在我講講我們中國古代的天文觀念。我們中國人很聰明，不光在現在，古代我們就想了很多模型。我們來看一下，這個圖片就告訴我們，我們中國人古代想出的宇宙，那麼這個你看這個模型很簡單，但是我要告訴你，這是周朝時候就想出來的，你就覺得不簡單了。它像一個鍋蓋一樣，叫做什麼學說？蓋天說，像一個鍋蓋蓋在那個地方，天上有好多星星，而且在這個基礎上編了很多故事。我們這個鍋蓋可能有好多柱子在那兒支著，有八個柱子，一開始說有四個柱子，後來說四個柱子支的鍋蓋支不住，八個柱子還支不住，所以那個女媧氏，她怎麼辦？去補天，她補一補。所以我們想像力很豐富，這是我們的什麼說？蓋天說。後來發現蓋天說有不足之處，到了春秋戰國的時候我們又想了一個，叫什麼說？不光有一個鍋蓋蓋在上面，下邊還有，叫做什麼說？混天說，就是我們整個宇宙就混混沌沌這么一個大圓球，我們地球像蛋黃一樣，在這個宇宙中間，就叫混天說。所以我們想像力很豐富，根據混天說就造了混儀，這就是通過混天說的觀點造的混儀，我們古代這位天文學家叫做張衡。說到這個地方，我就想到這么一個事情，就是天文學有沒有用？有多大的用處？
我講了半天，似乎大家感覺呢，非常的深奧，有沒有現實意義呢？我可以回答你這個天文學雖然是非常深奧，但是天文學正是我們人類接觸自然科學里邊的第一門學科。我說人類接觸自然的第一門科學就是天文學，為什麼那麼說呢？古代人要耕作，耕作的話你要知道春夏秋冬，他怎麼知道春夏秋冬？通過什麼來知道？就是通過看天上的星象，那麼日月我們看一般的每日每月，這個季節呢？它就通過看天上的星象，什麼星星出來了，到了什麼什麼季節了，也就是季節的劃分等等都是靠著天文學。所以從最早的話，人類依靠的自然科學就是天文學，所以說這個天還是非常美麗的。研究宇宙呢！還是很有意義的。你看這個小姑娘，在目視著天空，在想宇宙的各種可能的模型以及我們宇宙的發展未來。謝謝大家！
http://www.cctv.com/lm/131/61/85891.html
❷ 宇宙的誕生
大爆炸模型認為，最初的宇宙是超高溫、高密度的「一點。」大約180億年前，這「一點」突然爆炸了，僅用10-36秒，伴隨著真空相轉移的過冷卻現象，「一點」了瞬間幾十個數量級的膨脹，成為一厘米規模的宇宙。其後宇宙繼續膨脹，溫度從幾十億攝氏度開始下降，大約在5500萬攝氏度時，由降溫過程的能量，生成中子、質子，它們又合成原子核，這些過程僅有3分鍾。約30萬年後當宇宙的溫度下降到3000攝氏度時，自由電子被原子核捕捉形成原子。在隨後的大約3000萬年中那些原子繼續向外膨脹。宇宙也繼續冷卻,到宇宙溫度降至絕對零度之上167度時，原子開始化合形成稀薄氣體。此後因密度波動、引力作用等開始向新的天體進化。再經過100多億年，顯示出多種多樣的物質形態， 成了今天的宇宙。自從150億年前的宇宙大爆炸之後，星體和各星系一直各自向外飛散。理論上講，相互維系的重力應該減慢這個膨脹的速度，但是事實並非如此，實際上膨脹還在加速進行。美國普林斯頓大學的斯坦哈特說，宇宙無始、無終，一次次宇宙大爆炸將會永不止息，不斷發生。
全文
上一講我們介紹了宇宙是怎樣通過大爆炸以後來誕生的，上一次我們只講了宇宙從大爆炸，然後呢，僅僅的持續了多長時間呢？僅僅持續了三分多鍾，也就說我們的宇宙基本框架就形成了。下面我們看，三分鍾以後宇宙怎樣演化，怎樣一步一步的演化到我們現在的星球，現在的宇宙狀態。那麼我就要問一個最簡單的問題，也是最通俗的來問，是先有的雞還是先有的蛋？我要回答什麼問題呢？我要回答的是星系是怎樣形成的這個問題。
的的確確現在有兩種理論，那麼哪兩種理論呢？我們來看一下，這個圖就是一個典型的宇宙從一開始大爆炸以後，逐步演化的一個示意圖。那麼一開始呢，那一點就是大爆炸，大爆炸以後呢，宇宙不斷的膨脹，同時溫度也在不斷地降低。那麼中間的那一部分，就是我們現在看到的宇宙的背景輻射，或者叫做微波背景輻射，那麼再往外邊看到，宇宙在一點一點降低以後，物質慢慢就溫度就越來越降低，越降低以後呢，物質的分子結構就越來越大。換句話說呢，這個物質就開始大家往一塊靠，就開始形成一些小的團塊，這些團塊在再慢慢聚合，一步一步地就形成後邊大家看到的，這個星系。也就說由一點一點聚合，就聚合成星系了。
如果按照這個順序的話，不管怎麼說，後邊這一段是由小的團塊一點一點形成大的團塊，那就相當於我們說的先有的蛋後有的雞，就變大了。但是還有一種可能，突然之間就先形成一些大的團塊，然後一點一點大的團塊再把它分裂，那就是說的先有的雞後有的蛋。那麼從什麼時間開始形成星系呢？就是這個宇宙的溫度我們說最初非常非常高，有一千億度，如果說再往回追溯的話呢，甚至比一千億度還要大。那麼在這么高的溫度下，我們說它不可能形成物質團塊。那麼溫度降低到四千度的時候，這個時候這些物質的溫度就涼下來了，冷下來了。然後呢，大家有可能坐在一起來談了，就可以靠攏了，所以到了四千度的時候，宇宙中就開始形成物質團塊，換句話說，引力就開始起作用，這就是我們星系開始形成的時間，這個時間呢，大約是在宇宙爆炸之後的十億年，宇宙從爆炸以後，到了十億年，就開始形成物質團塊了。就按照這個圖，叫做top-down，就先形成非常大的團塊，宇宙一冷下來以後，突然之間這冷下來之後，大家就是非常的高興，非常的歡呼，原來都在激發狀態，誰也不得安寧，突然一冷下來以後所有物質成團了，只有成團了才能沉澱下來，先成團了一個很大很大的團塊，多大呢，就像一個大餅一樣，這個大餅成了以後，再慢慢慢慢分裂，就形成了下邊的一個一個的星系。這是一種可能，這就是說，先有的什麼？先有的雞後有的蛋，先形成大的團塊，然後再形成現在的星系。
還有一種可能，叫bottom-up，就是先形成小的一些物質，就是團塊。然後這些小的物質一點一點來凝聚，最後凝聚成什麼？一個一個的星系，總之不管是由大塊變成小塊的，還由小塊的變成大塊的，總之要形成什麼？形成我們現在的星系，也就是說，宇宙大爆炸之後，大約十億年，就開始出現形成了星系。
這個圖是一個模擬圖，就模擬一下這個星系是怎麼形成的，現在就是做一個它的模擬過程。你看這些個團塊在相互之間互相吸引，並合在一起，最後呢，形成了幾個星系，好，就形成這個星系，那麼我們這個動畫呢，最初看到幾個團塊是由哈勃空間望遠鏡拍攝下來了，我們然後模擬，那些團塊根據我們這個模擬過程最後就形成這個星系。
那麼現在宇宙中有多少星系呢？數也數不清，我們再看幾個，那麼這就是真實拍下來的宇宙空間的一部分。你會看到什麼，彌漫著很多的物質，這些個物質呢就在不斷地形成新的星球，不斷地形成新的星球，那麼宇宙中和我們銀河系一樣的星系多不多，太多了，就宇宙中有很多很多和我們銀河系一樣的類似的星系，你要說我們銀河系漂亮不漂亮，跟這個星系比的話，可能還沒有這個星系漂亮，這個星系叫做漩渦星系，中間有一個核，是非常漂亮的，所以這個星系在那兒不停的旋轉，這就是一個和我們銀河系類似的一個河外信息。我們再看一個，這也是一個星系，這個星系呢不那麼旋轉，我們把它叫做橢圓星系。它是一個橢圓形的，但是這個星系個非常大，這個橢圓星系往往比漩渦星系個頭還要大。那麼橢圓星系在宇宙中也非常多，我們再看一個，你看這個星系有什麼特點呢？一邊有旋轉，另外它中間那個核不是一個圓的，有點像一個棒槌一樣，所以我們管這個星系叫做棒旋星系。
這是另外一個星系，這個星系還有一個小兄弟。你看星系左邊它還帶著一個小的星系跟它連在一起，好像是一個大星系牽著一個小弟弟，兩個星系連在一起，樣子非常好看。就像一個大的手臂一樣，把那個小的星系牽在一起，這也是一個巨大的橢圓星系，這個就比星系的規模要大的多。你看上邊那些個點，每一個點就是一個星系，星系和星系組合在一起，是什麼呢？叫做星系團，就是星系和星系也可以組合在一起，成為一個更大的家庭，我們叫做星系團。這個就是一個星系團，這個星系團是目前離我們銀河系最近的一個星系團，叫做仙女座星系團，離我們最近。
我們說了半天，我們銀河系是不是一個星系，當然我們銀河系是一個星系，有人就問了，那你告訴我銀河系星系是什麼樣子的。這非常困難，因為我們在這個星系裡邊，是無法看到我們星系全部的面目，我們只能看一部分，看看太陽這邊的是什麼狀態，再看看太陽那邊是什麼狀態，然後我們大體上就把我們的銀河系描繪出來了。那麼描繪的結果，有一個星系和我們的銀河系應該是非常相像的，就是這個星系，這個星系叫做仙女座大星雲，這個大星雲也是離我們最近的星雲之一，這個星雲不但是我們的姊妹星雲，而且這個星雲在歷史上立了很大的功勞。
我在上一講提到了，哈勃證明了我們的銀河系之外還有銀河系，和我們銀河系一樣的，怎麼證明的呢？就是通過這個星系來證明的，具體說它在這個星系裡邊找到了單個的星，不但找到了這個星，而且通過這個星測出了仙女座大星雲的距離，發現這個仙女座大星雲，絕對不會是處在我們銀河系裡邊，那麼在哈勃之前大家有一種看法，這個就是我們銀河系裡邊的一些星雲，所以當初把它叫混了，我們管它叫仙女座大星雲。而這個仙女座就不然了，它是我們銀河系一樣的一個星系。首先有星系，然後星系裡邊再誕生了各種的恆星，那麼恆星周圍再有星星的家族。那這樣的話，我們這個宇宙就慢慢誕生了，包括人類也就通過宇宙的演化，各種的高等生命，也就誕生了。
我們談到這個地方以後大家會想到，你談了這么多，談到了現在了，你能不能談談未來，我們的宇宙將來怎麼辦？所以問題就變成我們的宇宙會終結嗎？雖然我們說宇宙的終結離我們是非常非常遙遠的事情，但是你不得不考慮。特別是作為科學家來講，作為天文學家來講一定要回答這個問題，我們的宇宙會不會有終結？我們再回過來看一下宇宙的演化，你看宇宙從最初一點，一步一步往下演化。我剛才說了，那麼到了圖的右邊你就看到，通過星雲以後，最後形成了很多星系，星系裡邊有恆星，那麼恆星周圍可能有行星，有可能誕生高等生命。那麼宇宙還要往下膨脹，這個宇宙會不會無休止的膨脹下去呢？這是擺在天文學家面前一個非常嚴肅的問題，你必須回答，不然的話，你這個天文學研究可以說研究得不夠徹底，對宇宙的了解還非常有限。天文學家正在努力去回答這個問題，那麼通過反復地研究，我們發現我們的宇宙的走向大概是這個樣子：我們先說一下這個圖，這個圖的橫坐標就是時間，這個縱坐標就是宇宙的大小，那麼靠近坐標軸的這個地方的綠線就是我們目前的狀態，就是我們目前宇宙的位置。我們宇宙有三種可能，第一種可能就是最上邊那個紅線，這個可能就是我們的宇宙一直膨脹下去，一直膨脹下去，而且膨脹的速度是越來越快，往外膨脹，這是的宇宙一種可能。那麼中間呢，第二種可能宇宙也是在膨脹，但是它膨脹的速度比較慢一點，比較平坦，也在膨脹，也會是不斷地膨脹下去。那麼第三種狀態，就是最下邊那條藍線，它說呀我們目前的宇宙的確是在膨脹，但是我們宇宙膨脹以後呢，還會收縮，就是說從最初出發以後，膨脹一段時間以後，經過若干若干年以後，還會要收縮回來。
這個理論告訴我們，宇宙有這么三種可能性，天文學家就回答了，哪一種是正確的？怎麼來回答呢？那麼現在要回答這個問題，從理論上講很簡單，從實測上來講很困難，為什麼說從理論上很簡單呢？這個宇宙究竟是繼續膨脹下去，或者是膨脹的速度很快，或者是膨脹的速度很慢，還是膨脹膨脹以後就收縮回來，主要取決於我們宇宙中的平均物質密度，也就是說我們宇宙中到底有多少物質。如果我們宇宙中平均的物質密度比較高，那麼它的引力的作用就會越來越大，那就有可能膨脹一段以後呢，就收縮回來。那麼宇宙中如果物質密度比較低，沒法拉住，咱們宇宙就一直膨脹下去，就是這樣，從理論上講就這么簡單，但是還有一個問題需要天文學家注意，就是宇宙中的暗物質。大家知道我們國家著名的物理學家李政道教授在他的演講就提到，他說21世紀物理學的一個重要的任務之一就是研究宇宙中的暗物質。
因此這些暗物質非常重要，那麼事情是不是到此為止呢？沒有。事情到此還沒有截止，怎麼沒有截止呢？最後我們觀測發現還有更嚴重的矛盾，就是把宇宙中的這些暗物質加進來，我們算出來宇宙的年齡也不對，還不正確，還必須有其他的物質，才能造成我們目前的宇宙的狀態，年齡才能符合。那還有什麼物質？一種是看得見的，一種是看不見的，那麼看不見的總之它還在那兒存在。我們現在不但看不見，而且現在我們認為還沒有存在的物質就是真的不存在，這個問題就很嚴重了。有沒有呢？現在的回答說可能有，而且有的可能性是越來越大。這個物質說來很有意思，這最早是誰提出來的呢？最早是愛因斯坦提出來的，愛因斯坦在他的廣義相對論方程里邊隨便加了一下，再加上一項我這個方程才能平衡，加的是個什麼東西呢？愛因斯坦也說不清，大家就在他加的那一項里邊在那兒做游戲。做了半天，愛因斯坦表示很歉意，說我這個宇宙中加的這一項，宇宙常數加錯了，他說我這一生中犯的一個最大的錯誤，就是在我的方程里邊加了個宇宙常數。可是沒想到我們愛因斯坦過世半個世紀了，我們現在沒辦法了，又把他這個救命的稻草又拿來了。應該加進去，說愛因斯坦老先生沒錯，還是應該加進去，不但應該加進去而且十分重要，有可能在真空里邊就有物質，真空裡面可以取出物質來，那你們想一想如果天文學家把這個事情真正證實了，那我們這個物質的來源呢，那就比過去想像的要豐富的多。我們的真空里邊就可以取出物質來，而且這個物質的含量甚至比我們看到的物質的含量還要多，還要豐富，那可真是取之不盡，用之不竭。你就隨便取吧，探囊取物，想取多少就取多少。當然這個問題還是比較復雜，需要天文學家包括物理學家共同來解決，天文學家從觀測上找到他存在的證據。所以說，李政道教授預言的這個是非常正確的，宇宙中21世紀物理學的一個重要的課題，可能就是研究宇宙中的暗物質。
那麼如果說真的宇宙中有足夠的暗物質，物質非常多，那就會出現什麼狀態呢？就像這個圖上所描述的，就是最下邊的一個狀態。什麼狀態呢？我們的宇宙目前是在膨脹，膨脹膨脹以後怎麼樣，就慢慢就收縮了，就又收縮到一點。
那麼現在天文學家有一個很重要的任務之一，就是不斷地來研究宇宙中總的質量究竟有多少，大家知道我們放了空間望遠鏡，還放宇宙飛船，不僅觀測它的光學波段，還觀測它的X射線波段，還不夠，還觀測它的γ射線波段。所有這些目的之一，就想真正了解一下我們宇宙中究竟有多少物質，最重要的是回答我們的宇宙究竟要到那裡去，什麼時間終結，會不會終結，會不會收縮到一起再重新開始。
我講了這些以後我不用問你們，你們自然有很多問題。這個實在是太玄妙了，不可思議，肯定有很多不可思議的問題。比方說這個宇宙到底有多大呀？你說了半天，這個宇宙有沒有邊呀，宇宙是大爆炸，大爆炸開始是怎麼回事？大爆炸之前是個什麼東西呀？大爆炸的空間有多大呀？那麼大爆炸的時候，這么大一個宇宙裝在那麼一個小的空間里邊裝得下嗎？諸如此類的問題太多了，我先回答一個問題。什麼問題呢？我們的宇宙有沒有邊，這個宇宙到底有多大，那麼天文學家會告訴你，這個宇宙是無限大的，你走不到盡頭，走多遠都走不到。你就不相信，我到任何一個地方去，我從這個地方到另外一個地方去，那麼走的時間長一點我總能走到，最遠是繞著地球轉一圈。我也可以轉過去，怎麼走不到頭呢？我先給大家最簡單的演示一下，你看這是一張紙，我把這個紙稍微彎一下，彎成這么一個環。大家知道這個環，你看這個面上如果有一個小螞蟻在這個面上走，你會發現它怎麼樣？它走得到頭走不到？走不到。它轉著圈就回來了。你說這個面有幾個面？你仔細看一下，這只有一個面。這就說明什麼呢？這我就告訴你一件事情，只要我這個空間把它彎曲了，你就會出現這個現象，就不會再走到頭了。就這么簡單的事情，你放上一個螞蟻它在上面走，永遠也走不到頭。所以說空間只要一彎曲你就走不到頭了。這就是我剛才彎的曲面的一個卡通片，你看這個螞蟻在這個面上走來走去，它會怎麼感覺，它認為能不能走到盡頭？永遠走不到盡頭，這個宇宙永遠走不到盡頭。
那麼回過來說為什麼永遠走不到盡頭？就因為在我們目前這個宇宙中，我們量宇宙的距離是通過什麼來量呢？是通過光線，根據廣義相對論這個光線在宇宙中是彎曲的，而這個彎曲已經被實驗證實了。就說通過日全食的觀測已經證明了光線的確是彎曲的，因此我們看這個宇宙是永遠看不到盡頭，所以我們的宇宙是無限的。
另外一點我們要說，你總是想找誰是宇宙的中心？誰是宇宙的邊緣？這個不存在。我們說在這個宇宙中根據這個理論，我們宇宙中的任何一點都是平權的。我們說哥白尼把地球為中心搬到太陽為中心，我們就引用他這個名字，把這個原理叫做哥白尼原理。哥白尼原理用在宇宙上怎麼說？就在宇宙中各點都是平權的，都是一樣的。我們宇宙的話，你站在任何一點來觀測宇宙，得到的效果都是一樣的，大家都是平權的。這就是說我們的宇宙是一個不會有一個邊界宇宙，不會有一個特殊的位置。
那麼還要回答一個問題，你說宇宙從大爆炸起始的，那麼大爆炸之前是什麼？我剛才圖里演示了，但是一種可能大爆炸之前也是一個宇宙，它收縮了以後開始大爆炸。那麼也可能是有其他的可能性，這個可能性我們目前實事求是的說不是太了解。而且宇宙最初這個物理狀態這么極端，我們研究透了沒研究透，也實事求是的說也沒有研究透，這個狀態還是非常特殊。但是不管怎麼說，這個大爆炸理論到目前為止無論從理論上還是從觀測上已經被大部分人都接受了。所以有種說法，我們管目前的大爆炸理論叫做標準的宇宙。由於這個大爆炸它是一個熱的大爆炸，而不是一個冷的，所以我們管這個模型叫做熱大爆炸宇宙模型。這個熱大爆炸宇宙模型，目前呢，已經被廣泛地接受了。
雖然是說廣泛地接受了，但是畢竟有好多不盡如人意的地方，想想起來非常困難。特別是我在介紹宇宙最初三分鍾的時候你們都很難想像，說是0.01秒我們整個宇宙都裝進去，你會想到不要說整個宇宙把地球裝進去都很困難。所以不見得令人那麼滿意，那麼就問了？有沒有更理想、更令人滿意的學說呢？這個回答應該說是有。盡管有的學說還沒有被完全的普遍的接受，但是也不無道理。這樣的學說很多，我來介紹其中的一個就是霍伊爾的學說。霍伊爾是英國的一位天文學家，他前年去世的，這個人的在天文學上面有很多重要的貢獻。那麼其中他就創立了一個學說，叫什麼學說呢？叫穩恆態學說。他說我簡直就不可思議，你這個宇宙起始的時候就那麼一個大爆炸，這個不可思議是兩方面：一方面你這個物理狀態就不可思議。你說是誇克湯，哪來這么多誇克湯？誰來煮這個誇克湯能煮出這么一鍋來？所以這個物理狀態不可思議。另外一個他說你這個物理規律也不可思議，在那樣極端的條件下，目前我們理解的物理規律在那個地方大概早就破壞了。所以他說你那個學說不對，我現在建立另外一個學說，叫什麼學說呢？叫穩恆態學說。
它有兩層含義，我們以前介紹的時候，往往講的不是很清楚。哪兩層含義呢？就說我們這個物質，目前宇宙的物理狀態是比較穩定的，不會有大的起伏，不會有破壞性的，是一個穩恆的狀態。第二層含義，這個宇宙不管怎麼演化，從最初到現在到將來，它的物理規律都是一致的，就是說宇宙的最初演化到現在，這個物理規律應該是保持不變的。他說我們現在的宇宙模型不錯，是在膨脹的，原來的宇宙呢？也是這個樣子，只不過比現在小了一點。那麼小了一點的話，里邊的物質怎麼樣呢？他就說也少了一點，那過去那個物理狀態怎麼樣？就比現在的密集，所以過去要小的話，里邊的物質也少，現在比較大了，物質就增加了。如果我這個宇宙在膨脹，那物質就增加。人家就問了你這個物質怎麼來的？他說很簡單，怎麼個簡單法呢？這個宇宙一邊膨脹，物質就一邊產生，隨著宇宙的膨脹，我這物質就不斷地在那兒產生。這個理論過去說起來呀，那是大逆不道，我們說我們有種看法認為物質是不生不滅等等，那你物質無中生有，那不是大逆不道是什麼？現在看來也不無道理，既然真空中都可以產生物質，那就一邊膨脹，就一邊有物質產生。這就是霍伊爾的宇宙觀的基本思想。那麼他這個理論曾經遭到過一些非議，但是，支持的人也大有人在。有很多觀測想支持他這個理論，他本人也很聰明，想了很多辦法去解釋。
我講了這么多，現在我講講我們中國古代的天文觀念。我們中國人很聰明，不光在現在，古代我們就想了很多模型。我們來看一下，這個圖片就告訴我們，我們中國人古代想出的宇宙，那麼這個你看這個模型很簡單，但是我要告訴你，這是周朝時候就想出來的，你就覺得不簡單了。它像一個鍋蓋一樣，叫做什麼學說？蓋天說，像一個鍋蓋蓋在那個地方，天上有好多星星，而且在這個基礎上編了很多故事。我們這個鍋蓋可能有好多柱子在那兒支著，有八個柱子，一開始說有四個柱子，後來說四個柱子支的鍋蓋支不住，八個柱子還支不住，所以那個女媧氏，她怎麼辦？去補天，她補一補。所以我們想像力很豐富，這是我們的什麼說？蓋天說。後來發現蓋天說有不足之處，到了春秋戰國的時候我們又想了一個，叫什麼說？不光有一個鍋蓋蓋在上面，下邊還有，叫做什麼說？混天說，就是我們整個宇宙就混混沌沌這么一個大圓球，我們地球像蛋黃一樣，在這個宇宙中間，就叫混天說。所以我們想像力很豐富，根據混天說就造了混儀，這就是通過混天說的觀點造的混儀，我們古代這位天文學家叫做張衡。說到這個地方，我就想到這么一個事情，就是天文學有沒有用？有多大的用處？
我講了半天，似乎大家感覺呢，非常的深奧，有沒有現實意義呢？我可以回答你這個天文學雖然是非常深奧，但是天文學正是我們人類接觸自然科學里邊的第一門學科。我說人類接觸自然的第一門科學就是天文學，為什麼那麼說呢？古代人要耕作，耕作的話你要知道春夏秋冬，他怎麼知道春夏秋冬？通過什麼來知道？就是通過看天上的星象，那麼日月我們看一般的每日每月，這個季節呢？它就通過看天上的星象，什麼星星出來了，到了什麼什麼季節了，也就是季節的劃分等等都是靠著天文學。所以從最早的話，人類依靠的自然科學就是天文學，所以說這個天還是非常美麗的。研究宇宙呢！還是很有意義的。你看這個小姑娘，在目視著天空，在想宇宙的各種可能的模型以及我們宇宙的發展未來。謝謝大家！
❸ 天體天文宇宙
《宇宙之旅》，剛好我下載有 http://bbs.bt5156.com/thread-158558-1-1.html
❹ 宇宙是怎樣產生的
在150億年的大爆炸。
如果自然界的4種力量事實上是在幾百萬度以下表現為不同形式的一種力，
那麼大爆炸時期溫度極高密度極大的宇宙中，重力、強力、粒子和反粒子之間
就沒有什麼區別了。愛因斯坦的物質和時空理論是以更普通的水準點為基礎，
因此無法解釋宇宙初始時炙熱的彈丸之地是如何膨脹成今天我們看到的景象的。
我們甚至不知道宇宙為什麼充滿了物質。根據當今物理學的看法，早期宇宙中
的能量應該產生了數量相當的物質和反物質，之後它們會互相湮滅。而某些神
秘但作用巨大的物理過程使天平傾向了物質，於是足夠的物質產生了充滿星球
的星系。
幸運的是，初期的宇宙還留下了一些線索。一個是宇宙微波本底輻射，這
是大爆炸的余輝。幾十年來，不管天文學家從宇宙的哪個角度測量，這種微弱
的輻射都是一樣的。天文學家相信，這種統一性說明，大爆炸是伴隨著比光速
還快的時空膨脹開始的。
然而，更新的詳細觀察顯示，宇宙本底輻射並不是完全統一的。太空的一
小片區域與另一片隨機分布的區域有著微小的差別。是不是早期稠密的宇宙的
中隨機的量子波動留下了這些特點呢？芝加哥大學天文學家物理系主任、提出
這十一個問題委員會的負責人邁克爾-特納認為，宇宙的分割區域——被星系打
斷的大片伸展的太空——可能是最初亞原子規模的宇宙量子波動被大面積放大
形成的。
這正是現在促使粒子物理學家和天文學家合作的無限大和無限小的結合，也
就是為什麼這11個難題有望用同一種理論來解答。
參考資料：http://www.bdxyz.com/tmkd/n.htm
❺ 宇宙是怎樣產生的
主講人簡介
何香濤，北京師范大學天文系教授。畢業於北京師范大學物理學系，畢業後留校任教。現任中國天文學會副理事長，北京天文學會理事長，發表多篇天文學著作，是我國著名的天文學專家。
內容簡介
大爆炸模型認為，最初的宇宙是超高溫、高密度的「一點。」大約180億年前，這「一點」突然爆炸了，僅用10-36秒，伴隨著真空相轉移的過冷卻現象，「一點」了瞬間幾十個數量級的膨脹，成為一厘米規模的宇宙。其後宇宙繼續膨脹，溫度從幾十億攝氏度開始下降，大約在5500萬攝氏度時，由降溫過程的能量，生成中子、質子，它們又合成原子核，這些過程僅有3分鍾。約30萬年後當宇宙的溫度下降到3000攝氏度時，自由電子被原子核捕捉形成原子。在隨後的大約3000萬年中那些原子繼續向外膨脹。宇宙也繼續冷卻,到宇宙溫度降至絕對零度之上167度時，原子開始化合形成稀薄氣體。此後因密度波動、引力作用等開始向新的天體進化。再經過100多億年，顯示出多種多樣的物質形態， 成了今天的宇宙。自從150億年前的宇宙大爆炸之後，星體和各星系一直各自向外飛散。理論上講，相互維系的重力應該減慢這個膨脹的速度，但是事實並非如此，實際上膨脹還在加速進行。美國普林斯頓大學的斯坦哈特說，宇宙無始、無終，一次次宇宙大爆炸將會永不止息，不斷發生。
全文
上一講我們介紹了宇宙是怎樣通過大爆炸以後來誕生的，上一次我們只講了宇宙從大爆炸，然後呢，僅僅的持續了多長時間呢？僅僅持續了三分多鍾，也就說我們的宇宙基本框架就形成了。下面我們看，三分鍾以後宇宙怎樣演化，怎樣一步一步的演化到我們現在的星球，現在的宇宙狀態。那麼我就要問一個最簡單的問題，也是最通俗的來問，是先有的雞還是先有的蛋？我要回答什麼問題呢？我要回答的是星系是怎樣形成的這個問題。
的的確確現在有兩種理論，那麼哪兩種理論呢？我們來看一下，這個圖就是一個典型的宇宙從一開始大爆炸以後，逐步演化的一個示意圖。那麼一開始呢，那一點就是大爆炸，大爆炸以後呢，宇宙不斷的膨脹，同時溫度也在不斷地降低。那麼中間的那一部分，就是我們現在看到的宇宙的背景輻射，或者叫做微波背景輻射，那麼再往外邊看到，宇宙在一點一點降低以後，物質慢慢就溫度就越來越降低，越降低以後呢，物質的分子結構就越來越大。換句話說呢，這個物質就開始大家往一塊靠，就開始形成一些小的團塊，這些團塊在再慢慢聚合，一步一步地就形成後邊大家看到的，這個星系。也就說由一點一點聚合，就聚合成星系了。
如果按照這個順序的話，不管怎麼說，後邊這一段是由小的團塊一點一點形成大的團塊，那就相當於我們說的先有的蛋後有的雞，就變大了。但是還有一種可能，突然之間就先形成一些大的團塊，然後一點一點大的團塊再把它分裂，那就是說的先有的雞後有的蛋。那麼從什麼時間開始形成星系呢？就是這個宇宙的溫度我們說最初非常非常高，有一千億度，如果說再往回追溯的話呢，甚至比一千億度還要大。那麼在這么高的溫度下，我們說它不可能形成物質團塊。那麼溫度降低到四千度的時候，這個時候這些物質的溫度就涼下來了，冷下來了。然後呢，大家有可能坐在一起來談了，就可以靠攏了，所以到了四千度的時候，宇宙中就開始形成物質團塊，換句話說，引力就開始起作用，這就是我們星系開始形成的時間，這個時間呢，大約是在宇宙爆炸之後的十億年，宇宙從爆炸以後，到了十億年，就開始形成物質團塊了。就按照這個圖，叫做top-down，就先形成非常大的團塊，宇宙一冷下來以後，突然之間這冷下來之後，大家就是非常的高興，非常的歡呼，原來都在激發狀態，誰也不得安寧，突然一冷下來以後所有物質成團了，只有成團了才能沉澱下來，先成團了一個很大很大的團塊，多大呢，就像一個大餅一樣，這個大餅成了以後，再慢慢慢慢分裂，就形成了下邊的一個一個的星系。這是一種可能，這就是說，先有的什麼？先有的雞後有的蛋，先形成大的團塊，然後再形成現在的星系。
還有一種可能，叫bottom-up，就是先形成小的一些物質，就是團塊。然後這些小的物質一點一點來凝聚，最後凝聚成什麼？一個一個的星系，總之不管是由大塊變成小塊的，還由小塊的變成大塊的，總之要形成什麼？形成我們現在的星系，也就是說，宇宙大爆炸之後，大約十億年，就開始出現形成了星系。
這個圖是一個模擬圖，就模擬一下這個星系是怎麼形成的，現在就是做一個它的模擬過程。你看這些個團塊在相互之間互相吸引，並合在一起，最後呢，形成了幾個星系，好，就形成這個星系，那麼我們這個動畫呢，最初看到幾個團塊是由哈勃空間望遠鏡拍攝下來了，我們然後模擬，那些團塊根據我們這個模擬過程最後就形成這個星系。
那麼現在宇宙中有多少星系呢？數也數不清，我們再看幾個，那麼這就是真實拍下來的宇宙空間的一部分。你會看到什麼，彌漫著很多的物質，這些個物質呢就在不斷地形成新的星球，不斷地形成新的星球，那麼宇宙中和我們銀河系一樣的星系多不多，太多了，就宇宙中有很多很多和我們銀河系一樣的類似的星系，你要說我們銀河系漂亮不漂亮，跟這個星系比的話，可能還沒有這個星系漂亮，這個星系叫做漩渦星系，中間有一個核，是非常漂亮的，所以這個星系在那兒不停的旋轉，這就是一個和我們銀河系類似的一個河外信息。我們再看一個，這也是一個星系，這個星系呢不那麼旋轉，我們把它叫做橢圓星系。它是一個橢圓形的，但是這個星系個非常大，這個橢圓星系往往比漩渦星系個頭還要大。那麼橢圓星系在宇宙中也非常多，我們再看一個，你看這個星系有什麼特點呢？一邊有旋轉，另外它中間那個核不是一個圓的，有點像一個棒槌一樣，所以我們管這個星系叫做棒旋星系。
這是另外一個星系，這個星系還有一個小兄弟。你看星系左邊它還帶著一個小的星系跟它連在一起，好像是一個大星系牽著一個小弟弟，兩個星系連在一起，樣子非常好看。就像一個大的手臂一樣，把那個小的星系牽在一起，這也是一個巨大的橢圓星系，這個就比星系的規模要大的多。你看上邊那些個點，每一個點就是一個星系，星系和星系組合在一起，是什麼呢？叫做星系團，就是星系和星系也可以組合在一起，成為一個更大的家庭，我們叫做星系團。這個就是一個星系團，這個星系團是目前離我們銀河系最近的一個星系團，叫做仙女座星系團，離我們最近。
我們說了半天，我們銀河系是不是一個星系，當然我們銀河系是一個星系，有人就問了，那你告訴我銀河系星系是什麼樣子的。這非常困難，因為我們在這個星系裡邊，是無法看到我們星系全部的面目，我們只能看一部分，看看太陽這邊的是什麼狀態，再看看太陽那邊是什麼狀態，然後我們大體上就把我們的銀河系描繪出來了。那麼描繪的結果，有一個星系和我們的銀河系應該是非常相像的，就是這個星系，這個星系叫做仙女座大星雲，這個大星雲也是離我們最近的星雲之一，這個星雲不但是我們的姊妹星雲，而且這個星雲在歷史上立了很大的功勞。
我在上一講提到了，哈勃證明了我們的銀河系之外還有銀河系，和我們銀河系一樣的，怎麼證明的呢？就是通過這個星系來證明的，具體說它在這個星系裡邊找到了單個的星，不但找到了這個星，而且通過這個星測出了仙女座大星雲的距離，發現這個仙女座大星雲，絕對不會是處在我們銀河系裡邊，那麼在哈勃之前大家有一種看法，這個就是我們銀河系裡邊的一些星雲，所以當初把它叫混了，我們管它叫仙女座大星雲。而這個仙女座就不然了，它是我們銀河系一樣的一個星系。首先有星系，然後星系裡邊再誕生了各種的恆星，那麼恆星周圍再有星星的家族。那這樣的話，我們這個宇宙就慢慢誕生了，包括人類也就通過宇宙的演化，各種的高等生命，也就誕生了。
我們談到這個地方以後大家會想到，你談了這么多，談到了現在了，你能不能談談未來，我們的宇宙將來怎麼辦？所以問題就變成我們的宇宙會終結嗎？雖然我們說宇宙的終結離我們是非常非常遙遠的事情，但是你不得不考慮。特別是作為科學家來講，作為天文學家來講一定要回答這個問題，我們的宇宙會不會有終結？我們再回過來看一下宇宙的演化，你看宇宙從最初一點，一步一步往下演化。我剛才說了，那麼到了圖的右邊你就看到，通過星雲以後，最後形成了很多星系，星系裡邊有恆星，那麼恆星周圍可能有行星，有可能誕生高等生命。那麼宇宙還要往下膨脹，這個宇宙會不會無休止的膨脹下去呢？這是擺在天文學家面前一個非常嚴肅的問題，你必須回答，不然的話，你這個天文學研究可以說研究得不夠徹底，對宇宙的了解還非常有限。天文學家正在努力去回答這個問題，那麼通過反復地研究，我們發現我們的宇宙的走向大概是這個樣子：我們先說一下這個圖，這個圖的橫坐標就是時間，這個縱坐標就是宇宙的大小，那麼靠近坐標軸的這個地方的綠線就是我們目前的狀態，就是我們目前宇宙的位置。我們宇宙有三種可能，第一種可能就是最上邊那個紅線，這個可能就是我們的宇宙一直膨脹下去，一直膨脹下去，而且膨脹的速度是越來越快，往外膨脹，這是的宇宙一種可能。那麼中間呢，第二種可能宇宙也是在膨脹，但是它膨脹的速度比較慢一點，比較平坦，也在膨脹，也會是不斷地膨脹下去。那麼第三種狀態，就是最下邊那條藍線，它說呀我們目前的宇宙的確是在膨脹，但是我們宇宙膨脹以後呢，還會收縮，就是說從最初出發以後，膨脹一段時間以後，經過若干若干年以後，還會要收縮回來。
這個理論告訴我們，宇宙有這么三種可能性，天文學家就回答了，哪一種是正確的？怎麼來回答呢？那麼現在要回答這個問題，從理論上講很簡單，從實測上來講很困難，為什麼說從理論上很簡單呢？這個宇宙究竟是繼續膨脹下去，或者是膨脹的速度很快，或者是膨脹的速度很慢，還是膨脹膨脹以後就收縮回來，主要取決於我們宇宙中的平均物質密度，也就是說我們宇宙中到底有多少物質。如果我們宇宙中平均的物質密度比較高，那麼它的引力的作用就會越來越大，那就有可能膨脹一段以後呢，就收縮回來。那麼宇宙中如果物質密度比較低，沒法拉住，咱們宇宙就一直膨脹下去，就是這樣，從理論上講就這么簡單，但是還有一個問題需要天文學家注意，就是宇宙中的暗物質。大家知道我們國家著名的物理學家李政道教授在他的演講就提到，他說21世紀物理學的一個重要的任務之一就是研究宇宙中的暗物質。
因此這些暗物質非常重要，那麼事情是不是到此為止呢？沒有。事情到此還沒有截止，怎麼沒有截止呢？最後我們觀測發現還有更嚴重的矛盾，就是把宇宙中的這些暗物質加進來，我們算出來宇宙的年齡也不對，還不正確，還必須有其他的物質，才能造成我們目前的宇宙的狀態，年齡才能符合。那還有什麼物質？一種是看得見的，一種是看不見的，那麼看不見的總之它還在那兒存在。我們現在不但看不見，而且現在我們認為還沒有存在的物質就是真的不存在，這個問題就很嚴重了。有沒有呢？現在的回答說可能有，而且有的可能性是越來越大。這個物質說來很有意思，這最早是誰提出來的呢？最早是愛因斯坦提出來的，愛因斯坦在他的廣義相對論方程里邊隨便加了一下，再加上一項我這個方程才能平衡，加的是個什麼東西呢？愛因斯坦也說不清，大家就在他加的那一項里邊在那兒做游戲。做了半天，愛因斯坦表示很歉意，說我這個宇宙中加的這一項，宇宙常數加錯了，他說我這一生中犯的一個最大的錯誤，就是在我的方程里邊加了個宇宙常數。可是沒想到我們愛因斯坦過世半個世紀了，我們現在沒辦法了，又把他這個救命的稻草又拿來了。應該加進去，說愛因斯坦老先生沒錯，還是應該加進去，不但應該加進去而且十分重要，有可能在真空里邊就有物質，真空裡面可以取出物質來，那你們想一想如果天文學家把這個事情真正證實了，那我們這個物質的來源呢，那就比過去想像的要豐富的多。我們的真空里邊就可以取出物質來，而且這個物質的含量甚至比我們看到的物質的含量還要多，還要豐富，那可真是取之不盡，用之不竭。你就隨便取吧，探囊取物，想取多少就取多少。當然這個問題還是比較復雜，需要天文學家包括物理學家共同來解決，天文學家從觀測上找到他存在的證據。所以說，李政道教授預言的這個是非常正確的，宇宙中21世紀物理學的一個重要的課題，可能就是研究宇宙中的暗物質。
那麼如果說真的宇宙中有足夠的暗物質，物質非常多，那就會出現什麼狀態呢？就像這個圖上所描述的，就是最下邊的一個狀態。什麼狀態呢？我們的宇宙目前是在膨脹，膨脹膨脹以後怎麼樣，就慢慢就收縮了，就又收縮到一點。
那麼現在天文學家有一個很重要的任務之一，就是不斷地來研究宇宙中總的質量究竟有多少，大家知道我們放了空間望遠鏡，還放宇宙飛船，不僅觀測它的光學波段，還觀測它的X射線波段，還不夠，還觀測它的γ射線波段。所有這些目的之一，就想真正了解一下我們宇宙中究竟有多少物質，最重要的是回答我們的宇宙究竟要到那裡去，什麼時間終結，會不會終結，會不會收縮到一起再重新開始。
我講了這些以後我不用問你們，你們自然有很多問題。這個實在是太玄妙了，不可思議，肯定有很多不可思議的問題。比方說這個宇宙到底有多大呀？你說了半天，這個宇宙有沒有邊呀，宇宙是大爆炸，大爆炸開始是怎麼回事？大爆炸之前是個什麼東西呀？大爆炸的空間有多大呀？那麼大爆炸的時候，這么大一個宇宙裝在那麼一個小的空間里邊裝得下嗎？諸如此類的問題太多了，我先回答一個問題。什麼問題呢？我們的宇宙有沒有邊，這個宇宙到底有多大，那麼天文學家會告訴你，這個宇宙是無限大的，你走不到盡頭，走多遠都走不到。你就不相信，我到任何一個地方去，我從這個地方到另外一個地方去，那麼走的時間長一點我總能走到，最遠是繞著地球轉一圈。我也可以轉過去，怎麼走不到頭呢？我先給大家最簡單的演示一下，你看這是一張紙，我把這個紙稍微彎一下，彎成這么一個環。大家知道這個環，你看這個面上如果有一個小螞蟻在這個面上走，你會發現它怎麼樣？它走得到頭走不到？走不到。它轉著圈就回來了。你說這個面有幾個面？你仔細看一下，這只有一個面。這就說明什麼呢？這我就告訴你一件事情，只要我這個空間把它彎曲了，你就會出現這個現象，就不會再走到頭了。就這么簡單的事情，你放上一個螞蟻它在上面走，永遠也走不到頭。所以說空間只要一彎曲你就走不到頭了。這就是我剛才彎的曲面的一個卡通片，你看這個螞蟻在這個面上走來走去，它會怎麼感覺，它認為能不能走到盡頭？永遠走不到盡頭，這個宇宙永遠走不到盡頭。
那麼回過來說為什麼永遠走不到盡頭？就因為在我們目前這個宇宙中，我們量宇宙的距離是通過什麼來量呢？是通過光線，根據廣義相對論這個光線在宇宙中是彎曲的，而這個彎曲已經被實驗證實了。就說通過日全食的觀測已經證明了光線的確是彎曲的，因此我們看這個宇宙是永遠看不到盡頭，所以我們的宇宙是無限的。
另外一點我們要說，你總是想找誰是宇宙的中心？誰是宇宙的邊緣？這個不存在。我們說在這個宇宙中根據這個理論，我們宇宙中的任何一點都是平權的。我們說哥白尼把地球為中心搬到太陽為中心，我們就引用他這個名字，把這個原理叫做哥白尼原理。哥白尼原理用在宇宙上怎麼說？就在宇宙中各點都是平權的，都是一樣的。我們宇宙的話，你站在任何一點來觀測宇宙，得到的效果都是一樣的，大家都是平權的。這就是說我們的宇宙是一個不會有一個邊界宇宙，不會有一個特殊的位置。
那麼還要回答一個問題，你說宇宙從大爆炸起始的，那麼大爆炸之前是什麼？我剛才圖里演示了，但是一種可能大爆炸之前也是一個宇宙，它收縮了以後開始大爆炸。那麼也可能是有其他的可能性，這個可能性我們目前實事求是的說不是太了解。而且宇宙最初這個物理狀態這么極端，我們研究透了沒研究透，也實事求是的說也沒有研究透，這個狀態還是非常特殊。但是不管怎麼說，這個大爆炸理論到目前為止無論從理論上還是從觀測上已經被大部分人都接受了。所以有種說法，我們管目前的大爆炸理論叫做標準的宇宙。由於這個大爆炸它是一個熱的大爆炸，而不是一個冷的，所以我們管這個模型叫做熱大爆炸宇宙模型。這個熱大爆炸宇宙模型，目前呢，已經被廣泛地接受了。
雖然是說廣泛地接受了，但是畢竟有好多不盡如人意的地方，想想起來非常困難。特別是我在介紹宇宙最初三分鍾的時候你們都很難想像，說是0.01秒我們整個宇宙都裝進去，你會想到不要說整個宇宙把地球裝進去都很困難。所以不見得令人那麼滿意，那麼就問了？有沒有更理想、更令人滿意的學說呢？這個回答應該說是有。盡管有的學說還沒有被完全的普遍的接受，但是也不無道理。這樣的學說很多，我來介紹其中的一個就是霍伊爾的學說。霍伊爾是英國的一位天文學家，他前年去世的，這個人的在天文學上面有很多重要的貢獻。那麼其中他就創立了一個學說，叫什麼學說呢？叫穩恆態學說。他說我簡直就不可思議，你這個宇宙起始的時候就那麼一個大爆炸，這個不可思議是兩方面：一方面你這個物理狀態就不可思議。你說是誇克湯，哪來這么多誇克湯？誰來煮這個誇克湯能煮出這么一鍋來？所以這個物理狀態不可思議。另外一個他說你這個物理規律也不可思議，在那樣極端的條件下，目前我們理解的物理規律在那個地方大概早就破壞了。所以他說你那個學說不對，我現在建立另外一個學說，叫什麼學說呢？叫穩恆態學說。
它有兩層含義，我們以前介紹的時候，往往講的不是很清楚。哪兩層含義呢？就說我們這個物質，目前宇宙的物理狀態是比較穩定的，不會有大的起伏，不會有破壞性的，是一個穩恆的狀態。第二層含義，這個宇宙不管怎麼演化，從最初到現在到將來，它的物理規律都是一致的，就是說宇宙的最初演化到現在，這個物理規律應該是保持不變的。他說我們現在的宇宙模型不錯，是在膨脹的，原來的宇宙呢？也是這個樣子，只不過比現在小了一點。那麼小了一點的話，里邊的物質怎麼樣呢？他就說也少了一點，那過去那個物理狀態怎麼樣？就比現在的密集，所以過去要小的話，里邊的物質也少，現在比較大了，物質就增加了。如果我這個宇宙在膨脹，那物質就增加。人家就問了你這個物質怎麼來的？他說很簡單，怎麼個簡單法呢？這個宇宙一邊膨脹，物質就一邊產生，隨著宇宙的膨脹，我這物質就不斷地在那兒產生。這個理論過去說起來呀，那是大逆不道，我們說我們有種看法認為物質是不生不滅等等，那你物質無中生有，那不是大逆不道是什麼？現在看來也不無道理，既然真空中都可以產生物質，那就一邊膨脹，就一邊有物質產生。這就是霍伊爾的宇宙觀的基本思想。那麼他這個理論曾經遭到過一些非議，但是，支持的人也大有人在。有很多觀測想支持他這個理論，他本人也很聰明，想了很多辦法去解釋。
我講了這么多，現在我講講我們中國古代的天文觀念。我們中國人很聰明，不光在現在，古代我們就想了很多模型。我們來看一下，這個圖片就告訴我們，我們中國人古代想出的宇宙，那麼這個你看這個模型很簡單，但是我要告訴你，這是周朝時候就想出來的，你就覺得不簡單了。它像一個鍋蓋一樣，叫做什麼學說？蓋天說，像一個鍋蓋蓋在那個地方，天上有好多星星，而且在這個基礎上編了很多故事。我們這個鍋蓋可能有好多柱子在那兒支著，有八個柱子，一開始說有四個柱子，後來說四個柱子支的鍋蓋支不住，八個柱子還支不住，所以那個女媧氏，她怎麼辦？去補天，她補一補。所以我們想像力很豐富，這是我們的什麼說？蓋天說。後來發現蓋天說有不足之處，到了春秋戰國的時候我們又想了一個，叫什麼說？不光有一個鍋蓋蓋在上面，下邊還有，叫做什麼說？混天說，就是我們整個宇宙就混混沌沌這么一個大圓球，我們地球像蛋黃一樣，在這個宇宙中間，就叫混天說。所以我們想像力很豐富，根據混天說就造了混儀，這就是通過混天說的觀點造的混儀，我們古代這位天文學家叫做張衡。說到這個地方，我就想到這么一個事情，就是天文學有沒有用？有多大的用處？
我講了半天，似乎大家感覺呢，非常的深奧，有沒有現實意義呢？我可以回答你這個天文學雖然是非常深奧，但是天文學正是我們人類接觸自然科學里邊的第一門學科。我說人類接觸自然的第一門科學就是天文學，為什麼那麼說呢？古代人要耕作，耕作的話你要知道春夏秋冬，他怎麼知道春夏秋冬？通過什麼來知道？就是通過看天上的星象，那麼日月我們看一般的每日每月，這個季節呢？它就通過看天上的星象，什麼星星出來了，到了什麼什麼季節了，也就是季節的劃分等等都是靠著天文學。所以從最早的話，人類依靠的自然科學就是天文學，所以說這個天還是非常美麗的。研究宇宙呢！還是很有意義的。你看這個小姑娘，在目視著天空，在想宇宙的各種可能的模型以及我們宇宙的發展未來。謝謝大家！
http://www.cctv.com/lm/131/61/85891.html
參考資料：http://www.cctv.com/lm/131/61/85891.html
❻ 宇宙是怎樣產生的
所謂大爆炸理論，簡單地說就是宇宙開始的時候是由一個火球爆炸而形成的。近代科學研究發現宇宙不是永恆的，而是在不斷的膨脹中。宇宙的不平衡現象最早是由一位德國的醫生發現的。他在夜空觀查星星時發現，每個星球間的距離並沒有因為萬有引力的關系而彼此靠近。那麼，在星球之間必定存在另一種力量抵消了它們彼此之間的萬有引力。他就把這現象假設為宇宙在不斷地膨脹。 後來科學家們又發現了紅移現象，就是遠距離星球射向地球的光以紅光為多，近距離的則以紫光為主。這說明了星球在遠離地球。接著愛因斯坦提出了廣義相對論，他提出加速度不等於零的理論，其中即包含了宇宙膨脹的學說。1931年，美國天文學家以先進的天文望遠鏡發現，在銀河系外仍有很多銀河系，並且在不斷地膨脹，這才使得宇宙膨脹的理論得到證實。 到了40年代，科學家們預測宇宙是由大爆炸產生的，那麼它爆炸之後必定會有殘餘物質留在太空之中。這遺留的物質就是電子波〔輻射波〕，其所代表的溫度約為零下273度。這假設在當時並沒被證實。在60年代時，貝爾實驗室的科學家為電訊研究架起天線時發現一直聽到噪音，而這噪音所代表的溫度為零下260度左右。在此同時普林斯頓大學的物理學家們也在憑理論找尋大爆炸後的餘波，後來這兩組工作研究聯合表示，這天線所收到的噪音即為大爆炸後的餘波，其溫度約為零下270度，這一發表證實了大爆炸的理論。
編輯本段宇宙大爆炸學說
宇宙大爆炸(Big Bang)僅僅是一種學說，是根據天文觀測研究後得到的一種設 麥哲倫星雲[NGC 265]
想。 大約在150億年前，宇宙所有的物質都高度密集在一點，有著極高的溫度，因而發生了巨大的爆炸。大爆炸以後，物質開始向外大膨脹，就形成了今天我們看到的宇宙。大爆炸的整個過程是復雜的，現在只能從理論研究的基礎上，描繪過去遠古的宇宙發展史。在這150億年中先後誕生了星系團、星系、我們的銀河系、恆星、太陽系、行星、衛星等。現在我們看見的和看不見的一切天體和宇宙物質，形成了當今的宇宙形態，人類就是在這一宇宙演變中誕生的。
❼ 太陽和地球是如何形成的
大爆炸模型認為，最初的宇宙是超高溫、高密度的「一點。」大約180億年前，這「一點」突然爆炸了，僅用10-36秒，伴隨著真空相轉移的過冷卻現象，「一點」了瞬間幾十個數量級的膨脹，成為一厘米規模的宇宙。其後宇宙繼續膨脹，溫度從幾十億攝氏度開始下降，大約在5500萬攝氏度時，由降溫過程的能量，生成中子、質子，它們又合成原子核，這些過程僅有3分鍾。約30萬年後當宇宙的溫度下降到3000攝氏度時，自由電子被原子核捕捉形成原子。在隨後的大約3000萬年中那些原子繼續向外膨脹。宇宙也繼續冷卻,到宇宙溫度降至絕對零度之上167度時，原子開始化合形成稀薄氣體。此後因密度波動、引力作用等開始向新的天體進化。再經過100多億年，顯示出多種多樣的物質形態， 成了今天的宇宙。自從150億年前的宇宙大爆炸之後，星體和各星系一直各自向外飛散。理論上講，相互維系的重力應該減慢這個膨脹的速度，但是事實並非如此，實際上膨脹還在加速進行。美國普林斯頓大學的斯坦哈特說，宇宙無始、無終，一次次宇宙大爆炸將會永不止息，不斷發生。
全文
上一講我們介紹了宇宙是怎樣通過大爆炸以後來誕生的，上一次我們只講了宇宙從大爆炸，然後呢，僅僅的持續了多長時間呢？僅僅持續了三分多鍾，也就說我們的宇宙基本框架就形成了。下面我們看，三分鍾以後宇宙怎樣演化，怎樣一步一步的演化到我們現在的星球，現在的宇宙狀態。那麼我就要問一個最簡單的問題，也是最通俗的來問，是先有的雞還是先有的蛋？我要回答什麼問題呢？我要回答的是星系是怎樣形成的這個問題。
的的確確現在有兩種理論，那麼哪兩種理論呢？我們來看一下，這個圖就是一個典型的宇宙從一開始大爆炸以後，逐步演化的一個示意圖。那麼一開始呢，那一點就是大爆炸，大爆炸以後呢，宇宙不斷的膨脹，同時溫度也在不斷地降低。那麼中間的那一部分，就是我們現在看到的宇宙的背景輻射，或者叫做微波背景輻射，那麼再往外邊看到，宇宙在一點一點降低以後，物質慢慢就溫度就越來越降低，越降低以後呢，物質的分子結構就越來越大。換句話說呢，這個物質就開始大家往一塊靠，就開始形成一些小的團塊，這些團塊在再慢慢聚合，一步一步地就形成後邊大家看到的，這個星系。也就說由一點一點聚合，就聚合成星系了。
如果按照這個順序的話，不管怎麼說，後邊這一段是由小的團塊一點一點形成大的團塊，那就相當於我們說的先有的蛋後有的雞，就變大了。但是還有一種可能，突然之間就先形成一些大的團塊，然後一點一點大的團塊再把它分裂，那就是說的先有的雞後有的蛋。那麼從什麼時間開始形成星系呢？就是這個宇宙的溫度我們說最初非常非常高，有一千億度，如果說再往回追溯的話呢，甚至比一千億度還要大。那麼在這么高的溫度下，我們說它不可能形成物質團塊。那麼溫度降低到四千度的時候，這個時候這些物質的溫度就涼下來了，冷下來了。然後呢，大家有可能坐在一起來談了，就可以靠攏了，所以到了四千度的時候，宇宙中就開始形成物質團塊，換句話說，引力就開始起作用，這就是我們星系開始形成的時間，這個時間呢，大約是在宇宙爆炸之後的十億年，宇宙從爆炸以後，到了十億年，就開始形成物質團塊了。就按照這個圖，叫做top-down，就先形成非常大的團塊，宇宙一冷下來以後，突然之間這冷下來之後，大家就是非常的高興，非常的歡呼，原來都在激發狀態，誰也不得安寧，突然一冷下來以後所有物質成團了，只有成團了才能沉澱下來，先成團了一個很大很大的團塊，多大呢，就像一個大餅一樣，這個大餅成了以後，再慢慢慢慢分裂，就形成了下邊的一個一個的星系。這是一種可能，這就是說，先有的什麼？先有的雞後有的蛋，先形成大的團塊，然後再形成現在的星系。
還有一種可能，叫bottom-up，就是先形成小的一些物質，就是團塊。然後這些小的物質一點一點來凝聚，最後凝聚成什麼？一個一個的星系，總之不管是由大塊變成小塊的，還由小塊的變成大塊的，總之要形成什麼？形成我們現在的星系，也就是說，宇宙大爆炸之後，大約十億年，就開始出現形成了星系。
這個圖是一個模擬圖，就模擬一下這個星系是怎麼形成的，現在就是做一個它的模擬過程。你看這些個團塊在相互之間互相吸引，並合在一起，最後呢，形成了幾個星系，好，就形成這個星系，那麼我們這個動畫呢，最初看到幾個團塊是由哈勃空間望遠鏡拍攝下來了，我們然後模擬，那些團塊根據我們這個模擬過程最後就形成這個星系。
那麼現在宇宙中有多少星系呢？數也數不清，我們再看幾個，那麼這就是真實拍下來的宇宙空間的一部分。你會看到什麼，彌漫著很多的物質，這些個物質呢就在不斷地形成新的星球，不斷地形成新的星球，那麼宇宙中和我們銀河系一樣的星系多不多，太多了，就宇宙中有很多很多和我們銀河系一樣的類似的星系，你要說我們銀河系漂亮不漂亮，跟這個星系比的話，可能還沒有這個星系漂亮，這個星系叫做漩渦星系，中間有一個核，是非常漂亮的，所以這個星系在那兒不停的旋轉，這就是一個和我們銀河系類似的一個河外信息。我們再看一個，這也是一個星系，這個星系呢不那麼旋轉，我們把它叫做橢圓星系。它是一個橢圓形的，但是這個星系個非常大，這個橢圓星系往往比漩渦星系個頭還要大。那麼橢圓星系在宇宙中也非常多，我們再看一個，你看這個星系有什麼特點呢？一邊有旋轉，另外它中間那個核不是一個圓的，有點像一個棒槌一樣，所以我們管這個星系叫做棒旋星系。
這是另外一個星系，這個星系還有一個小兄弟。你看星系左邊它還帶著一個小的星系跟它連在一起，好像是一個大星系牽著一個小弟弟，兩個星系連在一起，樣子非常好看。就像一個大的手臂一樣，把那個小的星系牽在一起，這也是一個巨大的橢圓星系，這個就比星系的規模要大的多。你看上邊那些個點，每一個點就是一個星系，星系和星系組合在一起，是什麼呢？叫做星系團，就是星系和星系也可以組合在一起，成為一個更大的家庭，我們叫做星系團。這個就是一個星系團，這個星系團是目前離我們銀河系最近的一個星系團，叫做仙女座星系團，離我們最近。
我們說了半天，我們銀河系是不是一個星系，當然我們銀河系是一個星系，有人就問了，那你告訴我銀河系星系是什麼樣子的。這非常困難，因為我們在這個星系裡邊，是無法看到我們星系全部的面目，我們只能看一部分，看看太陽這邊的是什麼狀態，再看看太陽那邊是什麼狀態，然後我們大體上就把我們的銀河系描繪出來了。那麼描繪的結果，有一個星系和我們的銀河系應該是非常相像的，就是這個星系，這個星系叫做仙女座大星雲，這個大星雲也是離我們最近的星雲之一，這個星雲不但是我們的姊妹星雲，而且這個星雲在歷史上立了很大的功勞。
我在上一講提到了，哈勃證明了我們的銀河系之外還有銀河系，和我們銀河系一樣的，怎麼證明的呢？就是通過這個星系來證明的，具體說它在這個星系裡邊找到了單個的星，不但找到了這個星，而且通過這個星測出了仙女座大星雲的距離，發現這個仙女座大星雲，絕對不會是處在我們銀河系裡邊，那麼在哈勃之前大家有一種看法，這個就是我們銀河系裡邊的一些星雲，所以當初把它叫混了，我們管它叫仙女座大星雲。而這個仙女座就不然了，它是我們銀河系一樣的一個星系。首先有星系，然後星系裡邊再誕生了各種的恆星，那麼恆星周圍再有星星的家族。那這樣的話，我們這個宇宙就慢慢誕生了，包括人類也就通過宇宙的演化，各種的高等生命，也就誕生了。
我們談到這個地方以後大家會想到，你談了這么多，談到了現在了，你能不能談談未來，我們的宇宙將來怎麼辦？所以問題就變成我們的宇宙會終結嗎？雖然我們說宇宙的終結離我們是非常非常遙遠的事情，但是你不得不考慮。特別是作為科學家來講，作為天文學家來講一定要回答這個問題，我們的宇宙會不會有終結？我們再回過來看一下宇宙的演化，你看宇宙從最初一點，一步一步往下演化。我剛才說了，那麼到了圖的右邊你就看到，通過星雲以後，最後形成了很多星系，星系裡邊有恆星，那麼恆星周圍可能有行星，有可能誕生高等生命。那麼宇宙還要往下膨脹，這個宇宙會不會無休止的膨脹下去呢？這是擺在天文學家面前一個非常嚴肅的問題，你必須回答，不然的話，你這個天文學研究可以說研究得不夠徹底，對宇宙的了解還非常有限。天文學家正在努力去回答這個問題，那麼通過反復地研究，我們發現我們的宇宙的走向大概是這個樣子：我們先說一下這個圖，這個圖的橫坐標就是時間，這個縱坐標就是宇宙的大小，那麼靠近坐標軸的這個地方的綠線就是我們目前的狀態，就是我們目前宇宙的位置。我們宇宙有三種可能，第一種可能就是最上邊那個紅線，這個可能就是我們的宇宙一直膨脹下去，一直膨脹下去，而且膨脹的速度是越來越快，往外膨脹，這是的宇宙一種可能。那麼中間呢，第二種可能宇宙也是在膨脹，但是它膨脹的速度比較慢一點，比較平坦，也在膨脹，也會是不斷地膨脹下去。那麼第三種狀態，就是最下邊那條藍線，它說呀我們目前的宇宙的確是在膨脹，但是我們宇宙膨脹以後呢，還會收縮，就是說從最初出發以後，膨脹一段時間以後，經過若干若干年以後，還會要收縮回來。
這個理論告訴我們，宇宙有這么三種可能性，天文學家就回答了，哪一種是正確的？怎麼來回答呢？那麼現在要回答這個問題，從理論上講很簡單，從實測上來講很困難，為什麼說從理論上很簡單呢？這個宇宙究竟是繼續膨脹下去，或者是膨脹的速度很快，或者是膨脹的速度很慢，還是膨脹膨脹以後就收縮回來，主要取決於我們宇宙中的平均物質密度，也就是說我們宇宙中到底有多少物質。如果我們宇宙中平均的物質密度比較高，那麼它的引力的作用就會越來越大，那就有可能膨脹一段以後呢，就收縮回來。那麼宇宙中如果物質密度比較低，沒法拉住，咱們宇宙就一直膨脹下去，就是這樣，從理論上講就這么簡單，但是還有一個問題需要天文學家注意，就是宇宙中的暗物質。大家知道我們國家著名的物理學家李政道教授在他的演講就提到，他說21世紀物理學的一個重要的任務之一就是研究宇宙中的暗物質。
因此這些暗物質非常重要，那麼事情是不是到此為止呢？沒有。事情到此還沒有截止，怎麼沒有截止呢？最後我們觀測發現還有更嚴重的矛盾，就是把宇宙中的這些暗物質加進來，我們算出來宇宙的年齡也不對，還不正確，還必須有其他的物質，才能造成我們目前的宇宙的狀態，年齡才能符合。那還有什麼物質？一種是看得見的，一種是看不見的，那麼看不見的總之它還在那兒存在。我們現在不但看不見，而且現在我們認為還沒有存在的物質就是真的不存在，這個問題就很嚴重了。有沒有呢？現在的回答說可能有，而且有的可能性是越來越大。這個物質說來很有意思，這最早是誰提出來的呢？最早是愛因斯坦提出來的，愛因斯坦在他的廣義相對論方程里邊隨便加了一下，再加上一項我這個方程才能平衡，加的是個什麼東西呢？愛因斯坦也說不清，大家就在他加的那一項里邊在那兒做游戲。做了半天，愛因斯坦表示很歉意，說我這個宇宙中加的這一項，宇宙常數加錯了，他說我這一生中犯的一個最大的錯誤，就是在我的方程里邊加了個宇宙常數。可是沒想到我們愛因斯坦過世半個世紀了，我們現在沒辦法了，又把他這個救命的稻草又拿來了。應該加進去，說愛因斯坦老先生沒錯，還是應該加進去，不但應該加進去而且十分重要，有可能在真空里邊就有物質，真空裡面可以取出物質來，那你們想一想如果天文學家把這個事情真正證實了，那我們這個物質的來源呢，那就比過去想像的要豐富的多。我們的真空里邊就可以取出物質來，而且這個物質的含量甚至比我們看到的物質的含量還要多，還要豐富，那可真是取之不盡，用之不竭。你就隨便取吧，探囊取物，想取多少就取多少。當然這個問題還是比較復雜，需要天文學家包括物理學家共同來解決，天文學家從觀測上找到他存在的證據。所以說，李政道教授預言的這個是非常正確的，宇宙中21世紀物理學的一個重要的課題，可能就是研究宇宙中的暗物質。
那麼如果說真的宇宙中有足夠的暗物質，物質非常多，那就會出現什麼狀態呢？就像這個圖上所描述的，就是最下邊的一個狀態。什麼狀態呢？我們的宇宙目前是在膨脹，膨脹膨脹以後怎麼樣，就慢慢就收縮了，就又收縮到一點。
那麼現在天文學家有一個很重要的任務之一，就是不斷地來研究宇宙中總的質量究竟有多少，大家知道我們放了空間望遠鏡，還放宇宙飛船，不僅觀測它的光學波段，還觀測它的X射線波段，還不夠，還觀測它的γ射線波段。所有這些目的之一，就想真正了解一下我們宇宙中究竟有多少物質，最重要的是回答我們的宇宙究竟要到那裡去，什麼時間終結，會不會終結，會不會收縮到一起再重新開始。
我講了這些以後我不用問你們，你們自然有很多問題。這個實在是太玄妙了，不可思議，肯定有很多不可思議的問題。比方說這個宇宙到底有多大呀？你說了半天，這個宇宙有沒有邊呀，宇宙是大爆炸，大爆炸開始是怎麼回事？大爆炸之前是個什麼東西呀？大爆炸的空間有多大呀？那麼大爆炸的時候，這么大一個宇宙裝在那麼一個小的空間里邊裝得下嗎？諸如此類的問題太多了，我先回答一個問題。什麼問題呢？我們的宇宙有沒有邊，這個宇宙到底有多大，那麼天文學家會告訴你，這個宇宙是無限大的，你走不到盡頭，走多遠都走不到。你就不相信，我到任何一個地方去，我從這個地方到另外一個地方去，那麼走的時間長一點我總能走到，最遠是繞著地球轉一圈。我也可以轉過去，怎麼走不到頭呢？我先給大家最簡單的演示一下，你看這是一張紙，我把這個紙稍微彎一下，彎成這么一個環。大家知道這個環，你看這個面上如果有一個小螞蟻在這個面上走，你會發現它怎麼樣？它走得到頭走不到？走不到。它轉著圈就回來了。你說這個面有幾個面？你仔細看一下，這只有一個面。這就說明什麼呢？這我就告訴你一件事情，只要我這個空間把它彎曲了，你就會出現這個現象，就不會再走到頭了。就這么簡單的事情，你放上一個螞蟻它在上面走，永遠也走不到頭。所以說空間只要一彎曲你就走不到頭了。這就是我剛才彎的曲面的一個卡通片，你看這個螞蟻在這個面上走來走去，它會怎麼感覺，它認為能不能走到盡頭？永遠走不到盡頭，這個宇宙永遠走不到盡頭。
那麼回過來說為什麼永遠走不到盡頭？就因為在我們目前這個宇宙中，我們量宇宙的距離是通過什麼來量呢？是通過光線，根據廣義相對論這個光線在宇宙中是彎曲的，而這個彎曲已經被實驗證實了。就說通過日全食的觀測已經證明了光線的確是彎曲的，因此我們看這個宇宙是永遠看不到盡頭，所以我們的宇宙是無限的。
另外一點我們要說，你總是想找誰是宇宙的中心？誰是宇宙的邊緣？這個不存在。我們說在這個宇宙中根據這個理論，我們宇宙中的任何一點都是平權的。我們說哥白尼把地球為中心搬到太陽為中心，我們就引用他這個名字，把這個原理叫做哥白尼原理。哥白尼原理用在宇宙上怎麼說？就在宇宙中各點都是平權的，都是一樣的。我們宇宙的話，你站在任何一點來觀測宇宙，得到的效果都是一樣的，大家都是平權的。這就是說我們的宇宙是一個不會有一個邊界宇宙，不會有一個特殊的位置。
那麼還要回答一個問題，你說宇宙從大爆炸起始的，那麼大爆炸之前是什麼？我剛才圖里演示了，但是一種可能大爆炸之前也是一個宇宙，它收縮了以後開始大爆炸。那麼也可能是有其他的可能性，這個可能性我們目前實事求是的說不是太了解。而且宇宙最初這個物理狀態這么極端，我們研究透了沒研究透，也實事求是的說也沒有研究透，這個狀態還是非常特殊。但是不管怎麼說，這個大爆炸理論到目前為止無論從理論上還是從觀測上已經被大部分人都接受了。所以有種說法，我們管目前的大爆炸理論叫做標準的宇宙。由於這個大爆炸它是一個熱的大爆炸，而不是一個冷的，所以我們管這個模型叫做熱大爆炸宇宙模型。這個熱大爆炸宇宙模型，目前呢，已經被廣泛地接受了。
雖然是說廣泛地接受了，但是畢竟有好多不盡如人意的地方，想想起來非常困難。特別是我在介紹宇宙最初三分鍾的時候你們都很難想像，說是0.01秒我們整個宇宙都裝進去，你會想到不要說整個宇宙把地球裝進去都很困難。所以不見得令人那麼滿意，那麼就問了？有沒有更理想、更令人滿意的學說呢？這個回答應該說是有。盡管有的學說還沒有被完全的普遍的接受，但是也不無道理。這樣的學說很多，我來介紹其中的一個就是霍伊爾的學說。霍伊爾是英國的一位天文學家，他前年去世的，這個人的在天文學上面有很多重要的貢獻。那麼其中他就創立了一個學說，叫什麼學說呢？叫穩恆態學說。他說我簡直就不可思議，你這個宇宙起始的時候就那麼一個大爆炸，這個不可思議是兩方面：一方面你這個物理狀態就不可思議。你說是誇克湯，哪來這么多誇克湯？誰來煮這個誇克湯能煮出這么一鍋來？所以這個物理狀態不可思議。另外一個他說你這個物理規律也不可思議，在那樣極端的條件下，目前我們理解的物理規律在那個地方大概早就破壞了。
❽ 福雷德·霍伊爾資料
福雷德·霍伊爾 (1915-) 福雷德·霍伊爾是英國天文學家,他解決了或協助解決了二十世紀天文學的許多重要問題,並激勵 其他的科學家進行研究。今天,許多天文學家常常提到霍伊爾,認為他 是最初靈感的源泉著名英國科學家、穩恆態宇宙起源學說的創始人佛雷德·霍伊爾於2001年8月20日去世,享年86歲。霍伊爾的作品包括《黑雲》(1957)、《A代表仙女座》(1962)、《10月1日太遲》(1966)、《第五行星》(1963)、《距離太陽7步》
在牛津大學完成物理學學位課程,搬到劍橋大學攻讀研究生,英國天文學家福雷德·霍伊爾(1915-),霍金青少年時代心目中的一位英雄,是這里的天文學教授。霍金被診斷患了「盧伽雷病」,不久,就完全癱瘓了。
❾ 真的有「宇宙大爆炸」嗎
究竟宇宙是怎樣誕生的，為什麼我們會想到大爆炸？ 真正想到大爆炸理論，還是必須提到上一個世紀最偉大的物理學家愛因斯坦。愛因斯坦為天文學的發展提供了物理學的基礎。大家知道，愛因斯坦創立了廣義相對論，這張照片是愛因斯坦非常天真的一張照片。他創立了廣義相對論以後，廣義相對論的動態方程最主要的一個用途就是來描寫宇宙。按照廣義相對論，宇宙是動態的，這就建立了一個來描述我們的宇宙的框架。天文學家裡還有一位非常有名的人哈勃。哈勃空間望遠鏡就是為了紀念他的。這位天文學家哈勃有很大的功勞，他提出了哈勃定律，他主要觀測外部的宇宙，通過觀測，他證明證明了宇宙在不斷地膨脹，這為大爆炸提供了一個理論依據。 哈勃定律是1929年發現的。這台哈勃望遠鏡望遠鏡的直徑是2.5米，而我們國家在1929年還用比較落後的器械觀測宇宙。我記得在上個世紀80年代的時候，我帶一個英國的天文學家參觀我們古觀象台的儀器，結果他提出古觀象台的天文儀器與18世紀第谷的儀器一樣。後來我從搞天文學史的人那裡證實到，古觀象台的儀器的確是康熙時期由傳教士知道建造的。可見我們國家的天文學是很落後的。現在我們國家最大的光學望遠鏡是直徑2.16米，而世界上最大的光學望遠鏡的直徑是10米。 1929年發現哈勃定律後，科學家就一直在測量哈勃常數。但是哈勃常數卻是不容易測準的，因為哈勃常數在不斷變化中。上世紀70年代的阿波羅計劃就與哈勃定律有關系。 另外微波背景輻射與大爆炸理論也有關系。這兩位工程師是貝爾實驗室的兩位工程師，一位叫彭齊亞斯，一位叫威爾遜。他們發現了微波背景輻射。他們兩個人用背後這個天線在做微波通信實驗。為了使通信實驗的靈敏度提高，他們把這個天線做得非常的精緻，也就是說噪音非常低，那麼這個天線如果在傳輸的時候，它的溫度大約也就是三網路，如果說不做傳輸工作，它本身固有的噪音也應該非常非常低。他們認為這個天線的本底噪音幾乎就應該到了絕對溫標的0度，也就是說要到了攝氏－273度，他們認為最多隻有0.5度的誤差。既然這個天線的本底噪音就這么低，那麼在實驗中，這個天線只要對到空間任何一個地方，那個地方的溫度就應該應該是0度，而且應該是絕對0度，即一點溫度都沒有。但是對准宇宙以後，非常出乎他們的意料，總是有那麼一點溫度，大約5－6度，在干擾他們的儀器，也就是說，儀器里邊總接收到那麼一點溫度。這時候他們就通知了在普林斯頓當時正在從事理論研究的一些天文學家，這些天文學家知道以後欣喜若狂，因為在這些天文學家看來，這就是伽莫夫預言的宇宙大爆炸後剩餘的溫度。後來就在此啟發下做了測量，測量結果也的的確確存在著，就稱為微波背景輻射，也就是全宇宙中的微波背景輻射。後來兩人就在《天體物理學》雜志上投了一篇稿子，題目就叫做《對天線的一次的溫度的過熱的測量》。這篇文章，只有千字左右，為我們宇宙的確是從大爆炸來的提供了證據，很快這個理論就被大家承認，兩人也因此獲得了諾貝爾物理學獎。 第二點更重要的與大爆炸理論相關的是黑體輻射。我們看一下什麼叫黑體輻射，即這個輻射的譜形是由於有溫度來造成的。這種輻射有各種可能性，比如說X射線輻射，就不是黑體輻射，可能某一個儀器發射的。如煤火爐也是典型的熱輻射。這個譜形大家看一下，上邊的每一個點就是具體的觀測值，橫坐標，就是它的波長，縱坐標就是它的強度。這個譜是一個黑體譜，換句話說，我們這個宇宙的四周，的的確確是一個完全均勻的，一個黑體輻射後的一個剩餘譜。這個理論和大爆炸的理論非常吻合，因為大爆炸認為我們的宇宙不斷膨脹，一邊膨脹溫度就一邊降低，降到現在大約是5度左右，因此它測出來是2.7度或者大約說是3度，正好和這個理論非常吻合。 第三點是我們宇宙中元素含量的問題。我們宇宙中最多的是氫，佔75％，氦佔25％，其他所有元素總量加起來也就大約1％。而氦是由氫合成的，即由四個氫合成一個氦。這與大爆炸的關系在於如果說我們宇宙中的氦完全是由每一個單個的恆星，通過氫聚變成氦的熱核反應產生的，那麼宇宙中的氦大概有多少呢？也不過只佔到總含量的百分之幾。可是我們現在測量結果發現宇宙中的氦有25％。那麼問題就是這些氦是怎麼產生的呢？唯一的解釋辦法就是說原初物質中有氦，如果沒有這個過程，那麼宇宙中就不應該有這個多含量的氦。 所以這三點就是對大爆炸的最重要的證據。另外，宇宙的年齡大約就是200億年，也就是說宇宙必須要有一個開始。所以這三點觀測事實加上宇宙的年齡讓理論家們提出了宇宙爆炸的理論。 上一個世紀最早提到宇宙爆炸的是1927年一個匈牙利的天文學家勒馬特。物理學中有一個很重要的規律，就是物質結構和次序都是從簡單到復雜，物理參數熵來描寫這個量。任何一個事物，宇宙世界，這個發展次序都是從簡單到復雜。所以我們宇宙中的熵也是在不斷地增加，從簡單到復雜，最簡單的就是一個小的單元。所以勒馬特就想到，這個宇宙最初的可能就是從一個原始的原子誕生的，然後這個原子最後演變成現在的宇宙，同時熵不斷增加。大爆炸理論最初稱αβγ理論，一位叫做伽莫夫的物理學家與他學生叫阿爾文及一位《物理學評論》的編輯貝瑟共同提出了這一理論，用了三人名字的首字母來稱這一理論。另外還有其他的學者對這一理論進行修正。中間有其他的一些人又做了很多的修正和補充，就使得這個理論慢慢就越來越完善。 1932年勒梅特首次提出了現代宇宙大爆炸理論：整個宇宙最初聚集在一個「原始原子」中，後來發生了大爆炸，碎片向四面八方散開，形成了我們的宇宙。美籍俄國天體物理學家伽莫夫第一次將廣義相對論融入到宇宙理論中，提出了熱大爆炸宇宙學模型：宇宙開始於高溫、高密度的原始物質，最初的溫度超過幾十億度，隨著溫度的繼續下降，宇宙開始膨脹。 1965年，彭齊亞斯和威爾遜發現了宇宙背景輻射，後來他們證實宇宙背景輻射是宇宙大爆炸時留下的遺跡，從而為宇宙大爆炸理論提供了重要的依據。他們也因此獲1978年諾貝爾物理學獎。20世紀科學的智慧和毅力在霍金的身上得到了集中的體現。他對於宇宙起源後10－43秒以來的宇宙演化圖景作了清晰的闡釋。 霍金寫的《時間簡史》就描述了宇宙的演化，非常暢銷，大家也很感興趣，實際上在他之前還有一本由溫伯格寫的書叫做《最初三分鍾》，這本書就是專門寫宇宙最初的狀態怎麼來的。 下面就是宇宙爆炸的演繹過程。 那麼最初怎麼來的呢？最初宇宙通過膨脹以後慢慢來產生，但是這個誕生的時間是非常非常快，三分鍾造就一個宇宙。宇宙最初始的時候的年齡是0.01秒。這時候的溫度是十的十一次方度，也就是說一千億度。這時宇宙是一團混沌，這一團混沌就是比我們現在知道的電子、中子、質子、原子更基本的粒子，或者說叫做誇克。最初造就物質的基本原料的溫度非常高，一千億度，在這么高的溫度下，不可能產生任何東西，因為大家都是平權的，在里邊就是自己在那兒漫遊。這堆東西有一個特點，它在不斷地擴張，也是必然要擴張，因為溫度很高，它一擴張的時候這個溫度就降低了。那麼我們看一下由0.01秒擴張到1秒，也就是1秒鍾的工夫就膨脹了。膨脹了以後溫度降到了十的十次方，一百億度。這時候就出現電子、中子和質子然後聚合成中子和質子。 如果我們的溫度再降低降到3分鍾，這時候的溫度差不多十的九次方，也就是10億度的樣子。在這個溫度下，這個宇宙出現氫和氦。由於溫度降低，原初的這些東西就開始有一個聚合反應。氫、氦這些元素就產生了。有了這個元素以後，就等於我們蓋大樓一樣，就有了基本的磚瓦了。這就是我們宇宙最主要的原材料，只要是有了氫再加上氦，我們這個宇宙就可以造起來了。我們這個宇宙由於溫度在不斷地降低，就造就了氫和氦。那麼再稍微確切一點，到了3分45秒我們基本的元素就都造成了。換句話說，我們這個宇宙的雛形就產生了。因此我們說宇宙是最初三分鍾，如果再說的確切一點，最初的3分45秒鍾，我們這個宇宙的大廈就基本上奠基了。 大爆炸僅僅持續了三分多鍾，也就說三分鍾我們的宇宙基本框架就形成了。下面我們看，三分鍾以後宇宙怎樣演化，怎樣一步一步的演化到我們現在的星球，現在的宇宙狀態。那麼我要回答的是星系是怎樣形成的這個問題，是先有的雞還是先有的蛋？ 現在有兩種理論。我們來看一下，這個圖就是一個典型的宇宙從一開始大爆炸以後，逐步演化的一個示意圖。一開始那一點就是大爆炸，大爆炸以後，宇宙不斷的膨脹，同時溫度也在不斷地降低。中間一部分，就是我們現在看到的宇宙的背景輻射，或者叫做微波背景輻射，再往外邊看到，宇宙在一點一點降低以後，物質慢慢就溫度就越來越降低，物質的分子結構就越來越大。由於萬有引力的作用，物質就開始往一塊靠，就開始形成一些小的團塊，這些團塊再慢慢聚合，一步一步地就形成星系，叫bottom－up。 但是還有一種可能，叫做top－down，即突然之間就先形成一些大的團塊，然後大的團塊一點一點分裂。宇宙的溫度最初非常高，有一千億度，在這么高的溫度下，不可能形成物質團塊。溫度降低到四千度的時候，宇宙中就開始形成物質團塊，換句話說，引力就開始起作用，這就是我們星系開始形成的時間，這個時間大約是在宇宙爆炸之後的十億年，宇宙從爆炸以後，到了十億年，就開始形成物質團塊。目前這兩種理論並存。 我們現在看這就是真實拍下來的宇宙空間的一部分。你會看到宇宙彌漫著很多的物質，這些物質就在不斷地形成新的星球，宇宙中和我們銀河系一樣的星系太多了。我們銀河系跟這個星系比的話，可能還沒有這個星系漂亮，這個星系叫做漩渦星系，中間有一個核，非常漂亮，這個星系在那兒不停的旋轉，這就是一個和我們銀河系類似的一個河外信息。我們再看一個，這也是一個星系，我們把它叫做橢圓星系。它是一個橢圓形的，但是這個星系非常大，往往比漩渦星系還要大。橢圓星系在宇宙中也非常多，我們再看一個星系，它一邊有旋轉，另外它中間那個核不是一個圓，有點像棒槌一樣，所以我們管這個星系叫做棒旋星系。 這是星系團，就是星系和星系也可以組合在一起，成為一個更大的家庭，我們叫做星系團。這個星系團是目前離我們銀河系最近的一個星系團，叫做仙女座星系團，與銀河系的結構很相似，離我們最近。我提到哈勃證明了我們的銀河系之外還有和我們銀河系一樣的星系，他就是通過這個星系來證明的，他在這個星系裡邊找到了單個的星，而且通過這個星測出了仙女座大星雲的距離，發現仙女座大星雲，證明其是一個河外星系。 我們談到現在，問題就變成我們的宇宙會終結嗎？天文學家正在努力去回答這個問題。這個圖的橫坐標就是時間，這個縱坐標就是宇宙的大小，那麼靠近坐標軸的這個地方的綠線就是我們目前的狀態，就是我們目前宇宙的位置。我們宇宙有三種可能，第一種可能就是最上邊那個紅線，這個可能就是我們的宇宙一直膨脹下去，而且膨脹的速度是越來越快，往外膨脹，這是的宇宙一種可能。第二種可能宇宙也是在膨脹，但是它膨脹的速度比較慢一點，比較平坦，但也會是不斷地膨脹下去。那麼第三種狀態，就是最下邊那條藍線，它表明我們目前的宇宙的確是在膨脹，但是我們宇宙膨脹以後，還會收縮，就是說從最初出發以後，膨脹一段時間以後，經過若干若干年以後，還會要收縮回來。 這告訴我們，宇宙有這么三種可能性。這從理論上講很簡單，從實測上來講很困難。究竟宇宙是繼續膨脹下去，還是膨脹以後就收縮回來，主要取決於我們宇宙中的平均物質密度，也就是說我們宇宙中到底有多少物質。如果我們宇宙中平均的物質密度比較高，那麼它的引力的作用就會越來越大，那就有可能膨脹一段以後，就收縮回來。如果宇宙中物質密度比較低，宇宙就一直膨脹下去。而宇宙的年齡與物質密度有關，目前，科學家通過對宇宙物質密度的測量，得出宇宙的年齡是137億年。 宇宙之前是一個量子化的狀態，是一片誇克的海洋。誇克溪之前是什麼則是我們人類認識的極限，這個極限由測不準關系決定。宇宙最小的單元是一個很小的能量，在極限時間內造成了一個離子對，這都可以根據萬有引力常數計算出來。宇宙產生的基礎也是離不開測不準原理，更離不開普朗克常數，普朗克溫度。這就是我們人類了解的宇宙大爆炸的原初。 我再談一個反物質的問題。狄拉克最早提出有反物質，目前有在探測反物質的科學家。他認為既然有正電子，就有可能有反電子，也就是說宇宙中有反物質，而且可能有一種反宇宙，與我們現在的宇宙相反，但是不影響其運轉。目前，物理學家丁肇中就在探測反物質，期望用磁鐵來探測到反質子的存在。但目前還沒有探測到反質子。當前天文學研究發現，如果真的有反物質，那麼它發出的光就會有反向偏振，但是並沒有發現。 還有一個問題需要天文學家注意，就是宇宙中的暗物質、暗能量。我們國家著名的物理學家李政道教授在他的演講就提到，他說21世紀物理學的一個重要的任務之一就是研究宇宙中的暗物質。 宇宙膨脹也中有解決不了的問題，如果宇宙膨脹不加速，就不會膨脹到現在的程度，所以要引入暗能量。暗能量最早是愛因斯坦提出來的，愛因斯坦在他的廣義相對論方程中加了宇宙項，認為加入宇宙項方程才能平衡，但後來愛因斯坦認為宇宙常數加錯了，他認為他犯的一個最大的錯誤，就是在方程里邊加了個宇宙常數。可是沒想到愛因斯坦的宇宙項現在被看作是暗能量，是應該加進去，也只有這樣才能解釋宇宙爆炸。目前的問題是我們如何能在宇宙真空中將暗能量取出，如果這個問題得到了解決，我們的大爆炸理論也就進一步完善了。 當然，目前也有與此不同的理論，如英國物理學家霍伊爾，他認為隨著宇宙的膨脹，物質是不斷的產生的。我們古代的混天說和蓋天說也是對宇宙模型的一種認識。其實，我們的宇宙就像在茅比斯面上爬的螞蟻一樣，茅比斯面沒有正反，螞蟻不可能走到盡頭，而宇宙也是處於這樣一種沒有盡頭、沒有反正的狀態中。 課堂討論：問：請問何老師能談一下奇點問題嗎？答：這是一個數學問題，這個問題也很難討論清楚的。但今天我所討論的這些都是有理論和觀測根據的。 問：所有理論都是支持大爆炸理論的嗎？有沒有反對的理論。答：支持大爆炸理論的居多，也有反對的，如霍伊爾就認為物質不斷在產生，但現在沒有公認的與大爆炸並行的理論。 問：請問，暗能量與暗物質有什麼區別。答：二者的區別很大。暗物質是以物質形式存在，只是成分不清；暗能量則是一種以斥力形式表現的能量，我認為應該存在，但是存在形式不清楚。 問：您認為空間是有限的嗎？時間是什麼，宇宙是封閉的系統嗎？答：空間應該有界無限，時間是演變的，時間是一種流量。我們的宇宙是封閉的，也有尺度。我們的宇宙是一個封閉的宇宙，也許有其他宇宙，但是我們沒有辦法與之連通。