宇宙是什么???

宇宙构成

小小宇宙诞生之前，没有时间，没有空间，也没有物质和能量。

大约150亿年前，在这四大皆空的“无”中，一个体积无限小的点爆炸了。

时空从这一刻开始，物质和能量也由此产生，这就是宇宙创生的大爆炸。

刚刚诞生的宇宙是炽热、致密的，随着宇宙的迅速膨胀，其温度迅速下降。

最初的1秒钟过后，宇宙的温度降到约100亿度，这时的宇宙是由质子、中子和电子形成的一锅基本粒子汤。

随着这锅汤继续变冷，核反应开始发生，生成各种元素。

这些物质的微粒相互吸引、融合，形成越来越大的团块，并逐渐演化成星系、恒星和行星，在个别天体上还出现了生命现象。

然后，能够认识宇宙的人类终于诞生了。

这幅大爆炸图景，是目前关于宇宙起源最可能的一种解释，被称为“大爆炸模型”。

大爆炸理论诞生于20年代，在40年代由伽莫夫等人进行补充和发展，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，不过也只是觉得它很好玩，并不信服。

人们更愿意认为，宇宙是稳定的、永恒的。

但是，越来越多的证据表明，大爆炸模型在科学上有强大的说服力。

我们不得不相信，宇宙有一个开始，也将有一个终结。

它产生于“无”，也终将回归于“无”。

宇宙：可有始，可有终？

在人类历史的大部分时期，有关创世的问题，一向是留给神去解决的。

宇宙起源于何处？终点又在哪里？生命如何产生？人类怎样出现？对这些疑问，许多宗教都能给出一份体系完备的答案。

至于上帝从哪里来，这种问题是不该问的。

直到最近几个世纪，人们才开始学着把神撇开，以超越宗教的角度，去思考世界的本源。

这样一来，就有一个重大的原则性问题需要解决：宇宙是永恒存在的，还是有起始的？

这两种说法长久以来一直困扰着科学家、哲学家和神学家，对于普通人来说，更是难以理解。

假设宇宙在时间上没有起源，即过去一直存在，那么宇宙的年龄就是无穷大了。

无穷大这个概念，一听就让人头昏脑胀：既然是已经过去了无穷久的时间，我们的“现在”又是什么呢？而如果说宇宙是有起始的，那么它就是从“无”中突然产生的了，这最初的一刹那，又是怎样呢？

凭着人类在短暂的生命中获得的常识，实在是很难想明白这些东西。

不过，我们可以从科学上寻求一些佐证。

大爆炸模型的一个基本假设是宇宙的年龄有限，这个说法令人信服的直接理由，来自物理学中一条最基本的定律——热力学第二定律。

这条科学史上最令人伤心绝望的定律，冥冥中早已规定了宇宙的命运。

简而言之，第二定律认为热量从热的地方流向冷的地方。

对任何物理系统，这都是众所周知并且显而易见的特性，毫无神秘之处：开水变凉，冰淇淋化成糖水。

要想把这些过程倒过来，就非得额外消耗能量不可。

就最广泛的意义而言，第二定律认为宇宙的“嫡”（无序程度）与日俱增。

例如，机械手表的发条总是越来越松；你可以把它上紧，但这就要消耗一点能量；这些能量来自于你吃掉的一块面包；麦子在生长的过程中需要吸收阳光的能量；太阳为了提供这些能量，需要消耗它的氢来进行核反应。

总之宇宙中每个局部的嫡减少，都须以其它地方的嫡增加为代价。

在一个封闭的系统里，嫡总是增大的，一直大到不能再大的程度。

这时，系统内部达到一种完全均匀的热动平衡状态，不会再发生任何变化，除非外界对系统提供新的能量。

对宇宙来说，是不存在“外界”的，因此宇宙一旦到达热动平衡状态，就完全死亡，万劫不复。

这种情景称为“热寂”。

宇宙正在缓慢地、但坚定不移地走向这无法抗拒的命运，几代智者为此怀疑人类的存在是否有意义。

暂且撇开这种沮丧的情绪，作一个简单的推理，我们就可以发现，宇宙不可能有无限的过去。

很简单，如果宇宙无限老，那它早就已经死了。

以有限速率演变的东西，是不可能永远维持下去的。

换句话说，宇宙必然是在某个有限的时间之前诞生的。

大爆炸：有推论有根据

第二定律明示了宇宙有起始，但这个重要推论竟然被19世纪的科学家忽略了，它只是在后来成为大爆炸模型的佐证。

该模型的提出，是基于20世纪初的天文观测。

20年代，天文学家埃德温·哈勃注意到，不同距离的星系发出的光，颜色上稍稍有些差别。

远星系的光要比近星系红一些，即波长要长一些，这种现象被称为“哈勃红移”。

它说明，各星系正以很高的速度彼此飞离。

一列火车快速驶远时，它的汽笛声听来会沉闷很多，因为声波相对于我们的频率变低、波长变长了，这就是多普勒效应。

把声波换成光，产生的效果就是红移。

哈勃对众多星系的光谱进行研究后确认，红移是一种普遍现象，这表明宇宙正在膨胀。

这一发现，奠定了现代宇宙学的基础。

如果宇宙正在膨胀，那它过去必定比较小。

如果能把宇宙史这部影片倒过来放，我们势必会发现，在过去的某个时刻，所有的星辰都是聚合在一起的。

这个时间大概是100多亿年前，要准确推断它比较困难。

另外，宇宙膨胀的速度会随时间发生变化，这与引力有关。

万有引力作用于字宙中一切物质与能量之间，起到刹车的作用，阻止星系往外跑，从而使膨胀速度越来越慢。

在诞生初期，宇宙从高密度状态迅速膨胀，随着时间的推移，体积越来越大，膨胀速度越来越小。

将这个过程向回追溯到宇宙创生的那一刻，可以发现当时宇宙体积为零，而膨胀速度为无限大。

这就是大爆炸。

大爆炸是空间、时间、物质与能量的起源。

这些概念都不能外推到大爆炸之前。

大爆炸之前发生了什么、是什么引起了大爆炸，这些问题在逻辑上就是没有意义的。

那以前所有的，只是“无”。

以上所述仅是旁证，似不足以令大多数人信服。

如果150亿年前发生了一场大爆炸，如此惊天动地的力量是否在今天的宇宙结构上留下了某种印迹？于是，有一阵子，科研人员热衷于寻找宇宙创生的遗迹，劲头赛过当年的宗教考古学家寻找伊甸园。

亚当和夏娃的文物是一样也没发现，原初宇宙最重要的遗迹倒真给找出来了，这就是微波背景辐射。

按照大爆炸理论，最初的几分钟里，宇宙是一个炽热的火球，到处充满温度高达几十亿度的光辐射。

由于此时的宇宙处于热动平衡中，这种辐射具有独特的光谱特征，称为“黑体谱”。

1965年，贝尔电话公司的两位物理学家彭齐亚斯和威尔逊偶然发现，宇宙确实浸润在一种热辐射之中。

这种辐射以相同的强度从空间各个方向射向地球，其温度约为3k，谱线具有完美的黑体谱特征。

微波背景辐射的发现，是对大爆炸模型最有力的支持。

知道了今天宇宙背景辐射的温度，就很容易推算出，宇宙诞生后约1秒钟各处的温度约为100亿度。

在如此高温下，不仅我们熟悉的物质无法存在，连原子核也会被撕得粉碎。

宇宙只能是一锅由质子、中子和电子等构成的基本粒子汤。

随着这锅汤变冷，核反应发生了。

中子和质子很容易聚合在一起，产生由两个质子、两个中子组成的氦核。

计算表明，氦核形成的过程持续了大约3分钟，形成的氦约占宇宙物质总质量的四分之一。

这个过程用完了所有的中子，余下的质子就成了氢原子核。

因此，大爆炸模型预言宇宙应当由大约25％的氦和75％的氢组成，这与天文测量结果极为符合。

最初三分钟里形成的氢与氦，构成了宇宙中99％以上的物质。

形成行星和生命的丰富多彩的重元素，只占宇宙总质量的不到l％，它们大部分是在恒星内部形成的。