关于宇宙大爆炸

Question

本人不相信宇宙大爆炸
既然说爆炸,难道只有我们会爆炸形成宇宙吗,别的宇宙就不会爆炸吗?
这样看来宇宙并不唯一,难道宇宙同星星一样多?
难到宇宙不会交错吗,听说宇宙在扩张?难道众多宇宙并不交错吗,还是众多宇宙组成了一个宇宙?
如果没有大爆炸就能说明宇宙的唯一,以上问题也就不存在了
谈谈大家的观点(请别从各个网站引进长篇大论本人自己会找)

Answer 1

Answer 2

十万个冷知识

Answer 3

宇宙的未来

在过去的几十年中，天文学家们已逐渐认识到现在宇宙的年龄约为100亿至150亿年之间，这段时间若与人类历史或者地质年代相比简直太长了。但从某种意义上说，宇宙仍然是个新生儿，人生历程才刚刚开始，宇宙自身许许多多的神奇故事还没有上演呢！

随着时间的推移，宇宙将改变它现有的特征，一系列激动人心的天文事件将会发生，最终我们现在这个由恒星和星系统治的世界将让位于由怪异的冻结的星体、不断蒸发着的黑洞及孤独的星系般大小的原子组成的宇宙。

在天文学家们的日常工作中，经常讨论一些也许多少亿年也不会发生的事情。比如，根据恒星演化的理论，在大约11亿年以后，我们的太阳将变得非常热，被煎熬的地球由于不再适于生命的存在而变得一片荒凉。70亿年以后，它将成为一个庞大的红巨星。接着在随后的几亿年的时间里，它将耗尽自己的核能，外壳变暗成为一颗白矮星，进而开始了一个漫长的逐渐暗淡的过程。

这些严肃的事实让人不禁会问是不是天上所有的星星都有一天会走到自己生命的尽头？是否有一天每颗星都已熄灭而又没有更多的产生出来？如果所有的星都逝去了，宇宙中将会发生什么事情？生命会在一个无星的环境中存在吗？生命的是否还有其它奇怪的形式？并且很快我们就会问到这样一个终结问题：宇宙是否存在一个最终状态，在此以后又重新开始的可能也没有？

以上这些问题中部分问题的答案正在逐渐变得清晰。

大致而言，宇宙的前途有三种可能：封闭、平直和开放。对封闭宇宙猛烈的攻击始自1969年Martin Rees（现在是英国皇家天文学家）的一篇开创性的文章。而后，Iamal Islam和Freeman Dyson推动了开放和平直宇宙模型的长远发展。

在此，根据Rees, Islam, Dyson的理论以及现在人类对物理和天文的最新理解，为大家描绘出遥远未来宇宙的一幅图像。正象我们的描述与前人的描述在一些细节上有所不同一样，随着天文学与物理学的发展，这些描述同样也会被重写。

一个开放的宇宙

大爆炸理论空前成功地解释了我们现在的宇宙及其特性，特别是在有关宇宙膨胀、微波背景辐射及各种轻元素的不同丰度等方面，而几乎所有的通常意义上的物质都是由这些轻元素组成的。

始自大爆炸的宇宙将面临三种不同的命运：一个封闭的宇宙将由于自身引力作用而最终走向塌缩，开放的宇宙将永远膨胀下去，平直宇宙则介于二者之间，它也会永远膨胀下去，膨胀速度不断减慢，但永远不会达到静止。

最后的结局从宇宙开始就已决定了。它取决于宇宙的总体密度，一个被宇宙学家称做 W0 的值。平直宇宙，处于准确的平衡状态，其W0 值被定义为1。如果W0 大于1，哪怕仅超过一点点，宇宙就会拥有足够的质量也可说是能量，从而靠其自身引力阻止膨胀的趋势，把所有的物质捡回到一个难以想象的奇点，如果W0小于1，宇宙正以快于其 “逃逸速度”的速度在膨胀， 且会继续膨胀下去。

我们到目前还没有完全确定哪一种可能性是正确的。但一个最终判决正在到来，基于近来几种方式的天文观测表明W0在0.2至0.3之间。这么低的值的可能性很大。许多理论学家倾向于W0等于1。但不论观测还是理论都没有得出过大于1的结论。

如果W0 小于或等于1，那么宇宙将会存活足够长的时间以允许许多有趣的事件发生。封闭的宇宙则不会让所有激动人心的事件全部发生。在这篇文章中，我们暂且认为宇宙会永远膨胀，并可以持续到无穷的时间。

暴胀时代

对于宇宙的极早期，我们知之甚少，虽然如此，现代物理还是把答案归咎于大爆炸。理论物理学家已经提出了一些看似可行的观点来解释宇宙的开始。一般认为存在许多次大爆炸，而非仅一次，不断地从以前形成的时空中产生出来，每次大爆炸，宇宙都迅速胀大，并从产生它的母体中分离，这个新的宇宙与其它宇宙相互隔离并且是以其自有的方式演化。

对于我们存在的这个宇宙，对数时间轴有一个确切的始点：10－44秒，这个时间称普朗克时间，被认为是时间的量子单位，不能把时间划分得比这儿再小了，正如一种基本粒子电子不能再分隔成更小的成分一样。

根据现有理论，时间轴上下一个重要的事件发生于10－7量级之后，即10－37秒的时候，在此时新生的宇宙具有难以置信的高温和密度。超高能量的量子场使空间以很大的加速度在膨胀。与此同时，产生了非常小的密度起伏，否则这个微小寂寞的宇宙将充满光滑又毫无特征的能量场。这些微小的变化随空间的膨胀而保留了下来。它们以后便成为了我们现在所看到的星系、星系团和大尺度结构的种子。在10－32秒的时候，这样的暴胀停止了，随后宇宙膨胀的步子温和多了。

这里要提醒大家注意的是：暴胀理论预言的宇宙W0 等于1，至少也是理论的最简单情况。物理学家正设法使这种理论能产生出开放的宇宙来。

辐射为主的时代

下一个不断冷却且不断膨胀的时代持续了1043个数量级，直至宇宙的年龄为一万年，在这段时间里，宇宙中除了光滑单一的辐射海洋外，几乎一无所有，我们熟悉的天体，如恒星和星系，现在还没有诞生。

在以辐射为主的时代中，许多重要的事件奠定了我们现在所知宇宙的性质，例如：复杂粒子的相互作用使得正物质比反物质稍稍多了一点。反物质和几乎所有的正物质都相互湮灭了。残留下来的一些正物质便形成了我们知道的这个宇宙。

大爆炸后数分钟时，冷却的初期原初汤已开始形成轻元素的核，包括氢、氘、氦和锂。核物理定律对标准大爆炸模型在这时期的温度、压强和密度已经开始适用。因此我们可以准确地计算所应产生的原初汤的成份。计算结果与我们实际所观测到的宇宙中最古老物质的成份是相符的。

当不断减少的辐射能量密度低于物质的能量密度时，辐射为主的时代就结束了。

以上情况不久，另一有划时代意义的事件便发生了。在宇宙年龄为30万年时，宇宙的温度第一次下降到了可以让整个原子（特别是氢原子）得以形成并保持下来的程度。在此之前，温度太高了，即使有一电子与原子结合在一起也会很快被撞为自由电子的。宇宙转化为由中性氢构成的这一时期被称做“复合时期”。

这个过程很重要，因为这是第一次把宇宙从辐射中解放出来，还之以透明。在此这前，宇宙是不透明的，辐射不断地与物质粒子相互作用。由于气体氢是透明的，所以这时的辐射可以自由飞翔了。首次以自由光的形式传播。今天我们观测到的微波背景辐射就是复合时期遗留下来的。由于其强度大大减弱，该辐射已经产生了很大的红移。

由此开始，那些没有被漫布宇宙的辐射之海所平滑掉的物质密度的起伏开始产生结构，我们熟悉的天体，像恒星和星系开始形成。

恒星时代

恒星时代意味着这是一个“充满恒星”的时代，在该时代中，宇宙中产生的大部分能量来自于普通恒星的核聚变。恒星不断地形成、演化和死亡。我们目前就生活在恒星时代的中期。

第一代恒星可能形成于宇宙仅有几百万年历史的时候（虽然这类属于“星族III”的恒星到目前还没被证实）。在随后的几十亿年间，最初的星系开始出现，并逐渐形成星系团、超星系团和大尺度结构。在很多星系内部，恒星形成过程以惊人的速率发生。许多年轻的星系还经历着与其贪婪的中心黑洞有关的剧烈过程。黑洞会把落入其魔爪的恒星撕裂，并把它们变成由热气体组成的围绕其自身的吸积盘。在时间的长河中，大多数的类星体和活动星系核逐渐死去。我们的太阳和太阳系形成得稍晚，大约在45亿年前，这时银河系已经存在了相当长的一段时间了。

在我们太阳系演化的过程中，不能不提的一个事件是当太阳耗尽其氢燃料后，重新调整自身结构并形成一颗红巨星。计算机模拟结果表明太阳表面将会令人伤心地膨胀到几乎足以吞没我们的地球。在此之前的几十亿年期间，由于太阳亮度的慢慢增长，地球上已是一片荒芜。由于太阳表面接近地球，强大的热量将使地壳熔化，毁灭所有曾经存在于这个行星表面的生物和文明留下的证据。

然而，地球也在以各种可能的方式脱离这场灾难。成为红巨星的太阳将以很强的太阳风的形式抛弃大量物质。随着胀大的了太阳把它的物质丢弃在太空，地球的轨道也会逐渐扩展一些，到一个稍安全些的地方，也许会变得和目前火星的轨道大小差不多。

与些同时，在更大的尺度上，星系之间的碰撞和合并也在继续，然而这对星系中的单个恒星或行星并没有多少影响。据估计，60亿年后，我们的银河系将与M31，即仙女座大星云产生相互作用，即使那次不会合并，在更久远的未来这种命运也是难以逃脱的。这两个星系是很明显地由引力作用束缚在一起的一对儿，两者合并为一个更大的系统仅是一个时间问题。

对很多存在于星系团中的星系来说，相似的命运在等待着它们。在以后几个宇宙时代里，当时间以太年（即1012年）来计算时，星系团也将合并，并让位于更大的不定形的类星系系统，在一些富星系团中，这样的过程已经开始上演了。

随着恒星时代的继续，一个关键性的角色将落到一类最不起眼儿，最通常的星体上，这就是红矮星。这类星的质量不足太阳质量的一半，但由于其数量庞大，它们的总质量很容易就超过其它星体质量的总和。尤其需要指出的是，这些红矮星在把它们的氢燃烧成氢的过程中，可是真正的吝啬鬼。它们节省着自己的燃烧，以至于在九太年之后它们中的最节俭的成员还在闪闪发光。到那时，所有大一些的星都早已燃尽而变成象冰冷的白矮星这样的残渣或者以超新星的形式炸毁了。

红矮星的长期演化与太阳这样更重些的恒星是不同的。最小的恒星在把自身的氢燃烧成氦的过程中，其亮度和温度都增加得非常缓慢，而不是很快膨胀并变成红巨星。一个很有趣的巧合：一个0.2太阳质量的恒星将经历一个相对平淡的人生，直到将近生命的尽头。在这期间，它的大小、温度、光度都几乎不变，其数值与今天的太阳差不多。

小质量星将在遥远的未来经历长时间的逐渐加热过程。在以后的某阶段，它们将比现在这种虚弱状态明亮得多。这也许需要几十亿年的时间，比如，一个0.16太阳质量的恒星在以后55亿年期间，其亮度将从现在太阳亮度的10％增加到25％，这段时间已足够在所有合适的行星上产生生命，比如我们的地球。在此之前，这些行星将在寒冷的状况下呻吟，因为这需要最小的恒星花几太亿年的时间在低温的主序阶段缓慢的进化。我们大胆地设想假如我们能到达这样一个遥远未来中的行星，我们会发现一个和现在地球差不多的世界被照耀在阳光下，但那时的夜晚的天空将是一片空白，好象没有一颗星。

最后，即使是最小质量的红矮星也燃尽了它的氢，而以低质量氦白矮星的形式结束它的生命。今天处于主序最低层的星，其质量仅有太阳的百分之八，它的主序阶段将持续10太年，而以后又该如何呢？

一个星系只要它能不断地得到星际气体这种原料，它就能维持星系内恒星的不断产生，随着恒星时代星风的减弱，恒星形成率也在不断下降。虽然这种趁势相当缓慢，10到100太年之后（这段时间相当于最长寿命的恒星的生命期），宇宙中的氢气将耗尽，普通恒星的形成过程也永远不会再有了。

最后阶段产生的恒星们将是经历过许多代恒星演化循环的气体聚合而成的。因此，在这些后天恒星中，比氢和氦重的元素的含量会很高。当氧在恒星混合物中的含量足够高时，具有0.04个太阳质量的天体会在它的上层大气中形成厚厚的冰云，从而停止自身的收缩。核心因微量的核聚变而产生的热与从表面散失的能量保持平衡，使云层保持温热。这是些很怪异却真的很冷具有冰大气的天体。

当最后一颗红矮星也暗淡后，恒星时代也就结束了，这时宇宙的年龄大约是100太年（1014年），天空中已没有一颗闪亮的恒星了。

简并时代

这个时代，恒星演化过程已经终结，宇宙中绝大部分的物质都被禁锢在简并天体中。本文中，“简并”指的是物质的一种特殊的量子力学状态，与伦理、道德等毫无关系。简并物质的存在形式包括冰冷的褐矮星、白矮星以及中子星。黑洞也可以包含一些以前恒星的物质。

褐矮星是一种“不称职”的星，因为质量太小而不能维持氢聚变，它们一开始就具有简并的核，进入简并时代，它的形式没有发生变化，仅是更冷了一点儿。白矮星是大多数普通恒星的余烬。质量在0.08到8个太阳质量之间的恒星都将演化成白矮星。无论褐矮星还是白矮星其数量都可与现在星系中的恒星数量相比。因为白矮星的质量更大些，所以它将包含宇宙中的大部分通常物质。

质量大于8个太阳质量的恒星将以超新星爆发的形式死亡，它们经常会留下一个微小而致密的中子星，或者一个恒星级黑洞。在大多数星系的中心还存在一种更大质量的黑洞。这些黑洞的质量从几百万到几十亿个太阳质量不等。

在整个简并时代宇宙都是冰冷而黑暗的。因为没有任何源发出辐射来照亮漫漫的黑夜，来温暖长期冰冻的行星或者把光热赋予星系。宇宙的温度仅比绝对零度稍偏上一点儿。

尽管如此，在漆黑一团的背景中，一些有趣的事件仍将会发生。偶然的遭遇将分散这些由死星构成的星系的轨道。通过这些分散作用的缓慢累积，星系或者超级星系将会调整其结构。一些星将会得到轨道能量（动能）而向外运动，同时一些星会失去能量向星系深处落去。相距很近的遭遇还会把死恒星的行星掠走，使它们自由地飞翔。在宇宙从1019年到1020年演化的期间，绝大多数的暗恒星余烬将会从星系或超星系中脱离出来，漂泊于星系际之间，从而获得了很大程度上的自由。对于松散的行星以及诸如小行星这样的小天体，类似情况也会发生。为数不多的不幸的大质量死星将会被星系中心的黑洞所吸积。在整个简并时代，各种大小的黑洞由于它们不断吞并一些误入歧途的质量而在逐渐增大。

当两颗褐矮星相互碰撞而产生一个低质量红矮星和围绕这颗星的新的行星系统时，会发出一些微弱的光。这颗新的红矮星将会生存几太年。但这段时间与我们当前讨论的宇宙的年龄相比仅仅是一瞬间而已。对于像银河系这般大小的星系，在那个时代任意时刻会有10到100颗这样的星存在，由这些星提供给整个星系的能量比今天太阳发出的能量还要略少些。

此外，平均每一太年，对一个特定星系来说会由于两颗较大质量的白矮星碰撞和合并而经历一次闪光持续数星期的超新星爆发。今天一颗超新星爆发会给我们留下深刻的印象。到那时，这样的事件更将会无比的壮丽。因为那时宇宙一片漆黑，星系在逐渐死亡，越来越没有生气。

白矮星碰撞最一般的产物并不是一颗超新星，而是一种很不寻常的星。如果碰撞产物不小于0.3个太阳质量，并且碰撞给该天体注入了足够的能量，那么在这颗星的核心会把氦点燃。同样，当碰撞产物的质量在0.9~1.4个太阳质量，则会把星内部的碳点燃。星体碰撞过程会一直持续到星系把它所有的星都抛出为止。此时宇宙的年龄已到了1020年的量级。

随着宇宙年龄的继续增长，引力辐射的作用变得明显起来。这种耗时的作用使各种各样的轨道运动失去能量而变得越来越衰弱，一个初始间距为一个天文单位的双星系统经过1020年的引力辐射作用，会逐渐抢劫轨道能量进而合并在一起。轨道较小的行星也有同样的情况发生。星系中心区域星体轨道的衰弱过程需更长的时间。由于缺少竞争的作用(In the absence of competing effects)，它们将会持续1025年甚至更长。这依赖于那时星系中的所剩质量的多少。

在简并时代，另一种东西也许会变得重要起来。这就是不知以何种形式存在的暗物质，它们存在于星系周围的扑朔迷离的晕中。最有可能的暗物质候选体是物理学家们设想的“弱相互作用大质量粒子”（weakly interacting massive particles, WIMPs）， 这些粒子最终将被暗乎乎的白矮星扫光。一旦落入白矮星的陷阱，弱相互作用大质量粒子将会湮灭，从而做为能源提供能量。实际上，暗物质的湮灭将会取代恒星内传统的核燃烧，成为宇宙以后的生涯中占统治地位的产能机制。一颗代表性的由弱相互作用大质量粒子提供能量的白矮星，其表面温度大约为64K，比液氮稍冷。
到1030年或更早一些，WIMP将被耗尽。WIMP湮灭这种供能方式也不复存在了。宇宙的存货已仅限于白矮星、褐矮星、中子星、死去的更加分散的行星和岩石。这都是些极冷极黑的家伙。
下一步会怎样呢？正像故事的开始那样，情况变得更加难以推测了。

质子，曾被认为像电子一样是永恒的。但仅到此而止，许多“大统一理论”预言质子的寿命是有限的，在1030到1040年之间。一些其它的过程（例如量子引力论中的虚黑洞机制和弱电理论中不同真空状态间的隧道机制）允许质子有更大时间尺度的衰变过程，从1046到10200年。质子是重子，因此重子数是不守恒的，以允许它们衰变。因为我们的宇宙中正物质比反物质多一点，所以只有在宇宙早期的大爆炸中重子数的不守恒才能产生今天的物质重子数的不守恒，使得质子（还有中子都）不会永远存在下去。( 因为我们的宇宙看起来物质比反物质多，在宇宙中存在重子数的破缺，质子还有中子都不会永远存在下去。因此，没有什么由通常物质构成的东西，包括原子会得到永恒。

为了明确起见，在本文中我们假定质子的寿命为1037年，但读者需明白，到目前为止，质子寿命还没有被实验测量出来。

质子衰变标志着简并时代的最后阶段。蕴藏在白矮星、中子星及其它个体中的质量能，将随着组成它们的质子衰变为正电子，中微子、p 介子 和g 光子而消失。一颗白矮星，质子衰变提供的功率约为400瓦，足够驱动几只灯泡。但这些能量是从白矮星那么大的表面上发出的，因此，白矮星的温度也仅比绝对零度高一丁点儿。

随着质子衰变消灭所有物质，简并时代落下帷幕，更黑暗、更空洞无物的宇宙要再一次改变特性了。

黑洞时代

现在留下来的质量天体只有黑洞了。它们没有受到质子衰变的影响，从简并时代幸存下来。

随着白矮星不断气化和消失，黑洞吸收这些物质而变得更大一些，然而黑洞也不是长生不老的。它们最终会通过一种被称作霍金辐射的缓慢量子力学过程气化掉。虽被称为黑洞，但它并非全黑。黑洞表面靠发射一种光子热谱和其它粒子来发“光”，形象地称该过程为蒸发。

蒸发强度依赖于黑洞表面的曲率，也可说是黑洞的大小和质量，一个恒星级黑洞的蒸发是极其轻微的。黑洞不断蒸发和收缩，蒸发速度将加快，最后将以g 射线闪光的形式结束。

一个太阳质量大小的黑洞，其表面温度仅有10－7K，存在时间达1065年，一个像今天大星系质量大小的黑洞的表面温度则仅有10－18K，其蒸发过程会持续1098－10199年之久，当其生命快要终结之时，这时它已变成一个不断收缩的微型黑洞。微型黑洞的表面温度相对较高，在不到一毫米空间大小中能保持室温达1035年，最大黑洞的蒸发完毕，标志着黑洞时代的结束。

黑暗时代

粘结在一起的东西已经不存在了，宇宙对于从光子到黑洞的所有物质来说都是空空如也。偶然会发现一点儿以前时代残留下来的不久也将消失的“垃圾”，例如，红移到巨大波长的光子，很少的中微子、电子和正电子，粒子间的距离都大得难以想象，活动已几乎没有了。粒子间的空间尺度大得你想一想都会感到吃惊。

在空间漂游的电子和正电子，偶尔会闯入对方的势力范围，从而形成一种正电子原子（positronium atom）－－－电子和正电子相互环绕－－－它的大小比我们今天看到的整个宇宙还要大。这种巨大而单薄的原子是很不稳定的，电子和正电子会相互旋入并以极长的时间尺度而最终湮灭。另一些低水平的湮灭也有可能发生，只是更缓慢而矣。这些事件偶尔会产生高能的光子。宇宙的膨胀仍会把这些光子红移到低能量状态去。

与其过去放荡的生活相比，宇宙现在过着一种保守而孤独的生活。难道不是吗？眼前的这种落迫残景仅是我们不全面的推测吗？

哥白尼时间原理

我们所熟悉的这个世界在宇宙的演化中只是短暂的一瞬，有恒星提供繁衍生息的能量，有行星提供生活的空间，目前的环境对生命来说太友好了。这不免让我们自然而然地认为当前的时代会具有某种特殊地位。某些人还会强调说我们的时代是一个特殊时代，是真正丰富多彩的时代。这是一个唯一能让生命存在并被这些生命所探寻、理解的时代。笔者不同意这样的观点，相反，我们接受“哥白尼时间原理”的观点，即目前时代在宇宙年代中没有任何特殊地位。换句话说，有趣的事件随着宇宙的演化和变迁会继续发生。

通常来说，宇宙要面对能量和熵产生的减少而带来的影响（后者为复杂系统例如生命的产生、繁衍提供了可能〕。但是宇宙这种趋势被每个宇宙时代大尺度的时间延续所抵消了。

用另一种方式来说，我们相信物理定律不能预言宇宙会达到一个最终的、完全静止的状态。更确切些说，我们怀疑有趣的物理过程在我们敢于设想的未来中会不断发生。

哥白尼时间原理的观点，是我们对宇宙认识的又一个自然扩展，我们目前对宇宙的认识在历史上就被不断扩展深入。在16世纪人类对宇宙的认识发生了一次革命性的变革。在那时以前人们都认为地球是宇宙的中心，哥白尼却提出反驳说地球不是宇宙中心。他正确认识到地球只不过是绕太阳公转的数颗行星中的一颗。后来人们又知道了太阳也仅是银河系数千亿颗恒星中的一员。我们知道这些星中的一部分也同样拥有自己的行星。此外，银河系本身也仅是在由无数星系组成的宇宙中随机地占了一小块地方。

地球中心地位的不断降级导致了一个不可更改的结论：我们的星球在整个宇宙中没有丝毫特殊地位。哥白尼时间原理把这个观点从空间推广到了时间。正像我们的星球以及我们人类没有任何特殊地位一样，现在的宇宙时代在漫漫的宇宙生涯中也没任何特殊之处。这个原理使以人类为中心的观点彻底破灭了。

关于生命的延续

人们正在艰难地认识到人类灭绝是可能的。核军备竞赛、自然灾害、致命病菌等这些摆在人们面前的威胁人类生存的因素，期望在谨慎而大胆地为人类造福的考虑下能有所突破。更长远一些，我们会担心诸如小行星、彗星碰撞或者是g 射线暴之类的天文事件。你也可以乐观的期望火箭输送、太空移民，甚至整个的星系征服。这样我们的后代（也许是以更快速度进化的人类的继承者）就可以逍遥地生活，能对付各种灾难。

但是生命能离开恒星而存在吗？能有某种形式的智能生物可以逃避质子衰变吗？能有生命幸存于最后不断蒸发并最终变得空无的黑暗时代吗？

生命是否能最终存在，以及宇宙是否会发生最后的湮灭，把所有的意识、精神、思想还有这些东西曾经存在过的记录全部毁灭。这些想法都包含有极大的猜测。在本文中我们仅讨论了物理世界的未来。剩下的故事：生命的未来，我们留在以后再说。

Answer 4

物质现象的总和。广义上指无限多样、永恒发展的物质世界，狭义上指一定时代观测所及的最大天体系统。后者往往称作可观测宇宙、我们的宇宙，现在相当于天文学中的“总星系”。

2003年2月份，美国国家航空航天局曾向全世界公布他们有关宇宙年龄的研究成果。根据其公布的资料显示，宇宙年龄应该为137亿岁。2003年11月份，国际天体物理学研究小组宣称，宇宙的确切年龄应该是141亿岁。地球的形成大约是距今45亿年。

词源考察 在中国古籍中最早使用宇宙这个词的是《庄子·齐物论》。“宇”的含义包括各个方向，如东西南北的一切地点。“宙”包括过去、现在、白天、黑夜，即一切不同的具体时间。战国末期的尸佼说：“四方上下曰宇，往古来今曰宙。”“宇”指空间，“宙”指时间，“宇宙”就是时间和空间的统一。后来“宇宙”一词便被用来指整个客观实在世界。与宇宙相当的概念有“天地”、“乾坤”、“六合”等，但这些概念仅指宇宙的空间方面。《管子》的“宙合”一词，“宙”指时间，“合”（即“六合”）指空间，与“宇宙”概念最接近。

在西方，宇宙这个词在英语中叫cosmos，在俄语中叫кocMoc ，在德语中叫kosmos ，在法语中叫cosmos。它们都源自希腊语的κoσμoζ，古希腊人认为宇宙的创生乃是从浑沌中产生出秩序来，κoσμoζ其原意就是秩序。但在英语中更经常用来表示“宇宙”的词是universe。此词与universitas有关。在中世纪，人们把沿着同一方向朝同一目标共同行动的一群人称为universitas。在最广泛的意义上，universitas 又指一切现成的东西所构成的统一整体，那就是universe，即宇宙。universe和cosmos常常表示相同的意义，所不同的是，前者强调的是物质现象的总和，而后者则强调整体宇宙的结构或构造。

宇宙观念的发展 宇宙结构观念的发展 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作了幼稚的推测。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。

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证实。

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。为了说明行星视运动的不均匀性，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的普通行星。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，G.伽利略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。

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，G.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。F.W.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。

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。

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200亿光年的宇宙深处。

宇宙演化观念的发展 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。

1911年，E.赫茨普龙建立了第一幅银河星团的颜色星等图；1913年，H.N.罗素则绘出了恒星的光谱-光度图，即赫罗图。罗素在获得此图后便提出了一个恒星从红巨星开始，先收缩进入主序，后沿主序下滑，最终成为红矮星的恒星演化学说。1924年 ，A.S.爱丁顿提出了恒星的质光关系；1937～1939年，C.F.魏茨泽克和贝特揭示了恒星的能源来自于氢聚变为氦的原子核反应。这两个发现导致了罗素理论被否定，并导致了科学的恒星演化理论的诞生。对于星系起源的研究，起步较迟，目前普遍认为，它是我们的宇宙开始形成的后期由原星系演化而来的。

1917年，A.爱因斯坦运用他刚创立的广义相对论建立了一个“静态、有限、无界”的宇宙模型，奠定了现代宇宙学的基础。1922年，G.D.弗里德曼发现，根据爱因斯坦的场方程，宇宙不一定是静态的，它可以是膨胀的，也可以是振荡的。前者对应于开放的宇宙，后者对应于闭合的宇宙。1927年，G.勒梅特也提出了一个膨胀宇宙模型。1929年，哈勃发现了星系红移与它的距离成正比，建立了著名的哈勃定律。这一发现是对膨胀宇宙模型的有力支持。20世纪中叶，G.伽莫夫等人提出了热大爆炸宇宙模型，他们还预言，根据这一模型，应能观测到宇宙空间目前残存着温度很低的背景辐射。1965年微波背景辐射的发现证实了伽莫夫等人的预言。从此，许多人把大爆炸宇宙模型看成标准宇宙模型。1980年，美国的古斯在热大爆炸宇宙模型的 基础上又进一步提出了暴涨宇宙模型。这一模型可以解释目前已知的大多数重要观测事实。

宇宙图景 当代天文学的研究成果表明，宇宙是有层次结构的、物质形态多样的、不断运动发展的天体系统。

层次结构 行星是最基本的天体系统。太阳系中共有九大行星：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星和冥王星。除水星和金星外，其他行星都有卫星绕其运转，地球有一个卫星——月球，土星的卫星最多，已确认的有17颗。行星、小行星、彗星和流星体都围绕中心天体太阳运转，构成太阳系。太阳占太阳系总质量的99.86％，其直径约140万千米，最大的行星木星的直径约14万千米。太阳系的大小约120亿千米。有证据表明，太阳系外也存在其他行星系统。2500亿颗类似太阳的恒星和星际物质构成更巨大的天体系统——银河系。银河系中大部分恒星和星际物质集中在一个扁球状的空间内，从侧面看很像一个“铁饼”，正面看去�则呈旋涡状。银河系的直径约10万光年，太阳位于银河系的一个旋臂中，距银心约3万光年。银河系外还有许多类似的天体系统，称为河外星系，常简称星系。现已观测到大约有10亿个。星系也聚集成大大小小的集团，叫星系团。平均而言，每个星系团约有百余个星系，直径达上千万光年。现已发现上万个星系团。包括银河系在内约40个星系构成的一个小星系团叫本星系群。若干星系团集聚在一起构成更大、更高一层次的天体系统叫超星系团。超星系团往往具有扁长的外形，其长径可达数亿光年。通常超星系团内只含有几个星系团，只有少数超星系团拥有几十个星系团。本星系群和其附近的约50个星系团构成的超星系团叫做本超星系团。目前天文观测范围已经扩展到200亿光年的广阔空间，它称为总星系。

多样性 天体千差万别，宇宙物质千姿百态。太阳系天体中，水星、金星表面温度约达700K，遥远的冥王星向日面的温度最高时也只有50K；金星表面笼罩着浓密的二氧化碳大气和硫酸云雾，气压约50个大气压，水星、火星表面大气却极其稀薄，水星的大气压甚至小于2×10-9毫巴；类地行星(水星、金星、火星)都有一个固体表面，类木行星却是一个流体行星；土星的平均密度为0.70克／厘米3，比水的密度还小，木星、天王星、海王星的平均密 度略大于水的密度，而水星、金星、地球等的密度则达到水的密度的5倍以上；多数行星都是顺向自转，而金星是逆向自转；地球表面生机盎然，其他行星则是空寂荒凉的世界。

太阳在恒星世界中是颗普遍而又典型的恒星。已经发现，有些红巨星的直径为太阳直径的几千倍。中子星直径只有太阳的几万分之一；超巨星的光度高达太阳光度的数百万倍，白矮星光度却不到太阳的几十万分之一。红超巨星的物质密度小到只有水的密度的百万分之一，而白矮星、中子星的密度分别可高达水的密度的十万倍和百万亿倍。太阳的表面温度约为6000K，O型星表面温度达30000K，而红外星的表面温度只有约600K。太阳的普遍磁场强度平均为1×10-4特斯拉，有些磁白矮星的磁场通常为几千、几万高斯（1高斯＝10-4特斯拉），而脉冲星的磁场强度可高达十万亿高斯。有些恒星光度基本不变，有些恒星光度在不断变化，称变星。有的变星光度变化是有周期的，周期从1小时到几百天不等。有些变星的光度变化是突发性的，其中变化最剧烈的是新星和超新星，在几天内，其光度可增加几万倍甚至上亿倍。

恒星在空间常常聚集成双星或三五成群的聚星，它们可能占恒星总数的1／3。也有由几十、几百乃至几十万个恒星聚在一起的星团。宇宙物质除了以密集形式形成恒星、行星等之外，还以弥漫的形式形成星际物质。星际物质包括星际气体和尘埃，平均每立方厘米只有一个原子，其中高度密集的地方形成形状各异的各种星云。宇宙中除发出可见光的恒星、星云等天体外，还存在紫外天体、红外天体、X射线源、γ射线源以及射电源。

星系按形态可分为椭圆星系、旋涡星系、棒旋星系、透镜星系和不规则星系等类型。60年代又发现许多正在经历着爆炸过程或正在抛射巨量物质的河外天体，统称为活动星系，其中包括各种射电星系、塞佛特星系、N型星系、马卡良星系、蝎虎座BL型天体，以及类星体等等。许多星系核有规模巨大的活动：速度达几千千米／秒的气流，总能量达1055焦耳的能量输出，规模巨大的物质和粒子抛射，强烈的光变等等。在宇宙中有种种极端物理状态：超高温、超高压、超高密、超真空、超强磁场、超高速运动、超高速自转、超大尺度时间和空间、超流、超导等。为我们认识客观物质世界提供了理想的实验环境。

运动和发展 宇宙天体处于永恒的运动和发展之中，天体的运动形式多种多样，例如自转、各自的空间运动(本动)、绕系统中心的公转以及参与整个天体系统的运动等。月球一方面自转一方面围绕地球运转，同时又跟随地球一起围绕太阳运转。太阳一方面自转，一方面又向着武仙座方向以20千米／秒的速度运动，同时又带着整个太阳系以250千米／秒的速度绕银河系中心运转，运转一周约需2.2亿年。银河系也在自转，同时也有相对于邻近的星系的运动。本超星系团也可能在膨胀和自转。总星系也在膨胀。

现代天文学已经揭示了天体的起源和演化的历程。当代关于太阳系起源学说认为，太阳系很可能是50亿年前银河系中的一团尘埃气体云(原始太阳星云)由于引力收缩而逐渐形成的（见太阳系起源）。恒星是由星云产生的，它的一生经历了引力收缩阶段、主序阶段、红巨星阶段、晚期阶段和临终阶段。星系的起源和宇宙起源密切相关，流行的看法是：在宇宙发生热大爆炸后40万年，温度降到4000K，宇宙从辐射为主时期转化为物质为主时期，这时或由于密度涨落形成的引力不稳定性，或由于宇宙湍流的作用而逐步形成原星系，然后再演化为星系团和星系。热大爆炸宇宙模型描绘了我们的宇宙的起源和演化史：我们的宇宙起源于200亿年前的一次大爆炸，当时温度极高、密度极大。随着宇宙的膨胀，它经历了从热到冷、从密到稀、从辐射为主时期到物质为主时期的演变过程，直至10～20亿年前，才进入大规模形成星系的阶段，此后逐渐形成了我们当今看到的宇宙。1980年提出的暴涨宇宙模型则是热大爆炸宇宙模型的补充。它认为在宇宙极早期，在我们的宇宙诞生后约10-36秒的时候，它曾经历了一个暴涨阶段。

哲学分析 宇宙概念 有些宇宙学家认为，我们的宇宙是唯一的宇宙；大爆炸不是在宇宙空间的哪一点爆炸，而是整个宇宙自身的爆炸。但是，新提出的暴涨模型表明，我们的宇宙仅是整个暴涨区域的非常小的一部分，暴涨后的区域尺度要大于1026厘米，而那时我们的宇宙只有10厘米。还有可能这个暴涨区域是一个更大的始于无规则混沌状态的物质体系的一部分。这种情况恰如科学史上人类的认识从太阳系宇宙扩展到星系宇宙，再扩展到大尺度宇宙那样，今天的科学又正在努力把人类的认识进一步向某种探索中的“暴涨宇宙”、“无规则的混沌宇宙”推移。我们的宇宙不是唯一的宇宙，而是某种更大的物质体系的一部分，大爆炸不是整个宇宙自身的爆炸，而是那个更大物质体系的一部分的爆炸。因此，有必要区分哲学和自然科学两个不同层次的宇宙概念。哲学宇宙概念所反映的是无限多样、永恒发展的物质世界；自然科学宇宙概念所涉及的则是人类在一定时代观测所及的最大天体系统。两种宇宙概念之间的关系是一般和个别的关系。随着自然科学宇宙概念的发展，人们将逐步深化和接近对无限宇宙的认识。弄清两种宇宙概念的区别和联系，对于坚持马克思主义的宇宙无限论，反对宇宙有限论、神创论、机械论、不可知论、哲学代替论和取消论，都有积极意义。

宇宙的创生 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”。现在观测宇宙的物质是从假真空状态释放出来的能量转化而来的，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。

时空起源 有些人认为，时间和空间不是永恒的，而是从没有时间和没有空间的状态产生的。根据现有的物理理论，在小于10-43秒和10-33厘米的范围内，就没有一个“钟”和一把“尺子”能加以测量，因此时间和空间概念失效了，是一个没有时间和空间的物理世界。这种观点提出已知的时空形式有其适用的界限是完全正确的。正像历史上的牛顿时空观发展到相对论时空观那样，今天随着科学实践的发展也必然要求建立新的时空观。由于在大爆炸后10-43秒以内，广义相对论失效，必须考虑引力的量子效应，因此有些人试图通过时空的量子化的途径来探讨已知的时空形式的起源。这些工作都是有益的，但我们决不能因为人类时空观念的发展或者在现有的科学技术水平上无法度量新的时空形式，而否定作为物质存在形式的时间、空间的客观存在。

人和宇宙 从本世纪60年代开始，由于人择原理的提出和讨论，出现了人类存在和宇宙产生的关系问题。人择原理认为 ，可能存在许多具有不同物理参数和初始条件的宇宙，但只有物理参数和初始条件取特定值的宇宙才能演化出人类，因此我们只能看到一种允许人类存在的宇宙。人择原理用人类的存在去约束过去可能有的初始条件和物理定律，减少它们的任意性，使一些宇宙学现象得到解释，这在科学方法论上有一定的意义。但有人提出，宇宙的产生依赖于作为观测者的人类的存在。这种观点值得商榷。现在根据暴涨模型，那些被传统大爆炸模型作为初始条件的状态，有可能从极早期宇宙的演化中产生出来，而且宇宙的演化几乎变得与初始条件的一些细节无关。这样就使上述那种利用初始条件的困难来否定宇宙客观实在性的观点失去了基础。但有些人认为，由于暴涨引起的巨大距离尺度，使得从整体上去观测宇宙的结构成为不可能。这种担心有其理由，但如果暴涨模型正确的话，随着科学实践的发展，一定有可能突破人类认识上的困难。

Answer 5

宇宙这个词 分两种。一种是广义的宇宙。一种是狭义的宇宙。
广义的宇宙是空间的无限曼延，无边无界，也不存在“宇宙外边是什么”这样的问题。当然广义的宇宙是唯一的。
狭义的宇宙 是根据目前的科学探测手段 所能探测到的最大空间范围。因为探测能力的限制以及光信号本身需要传播时间的限制，这个可以被人类探知的空间范围必然是有限的。因此狭义的宇宙是有边界的，这个边界是人类对空间范围的探测极限。在狭义的宇宙外面，存在着怎样的世界，这是人类所不知道的问题。
目前科学的发展可以使人类能够追寻历史。也就是说能够通过对现有信息的分析而推断出多年以前的时空中存在着怎样的现象。从目前积累的多方面信息看，的确可以得到“宇宙产生于一个big-bang”的推论。推论归推论，不等于史实，因为人类虽然可以追寻历史但是无法再现历史、无法回到过去。在无法回到过去 这样的残酷事实面前，难道人类就对历史上的时空不去关心了吗？我们人类有着强烈的好奇心，我们会很关心在很久很久以前，宇宙是个什么样子。就连这里的小学生、中学生、高中生们都是如此。不然怎么会有那么多好奇于宇宙的提问。在好奇心的驱使下，人类要对宇宙的历史进行研究，这样的研究必须是基于科学的，而不是基于幻想。虽然有的时候 基于幻想而得到结论可能是正确的，基于科学的结论反而是错误的。但是在思维方式上，我们还是要基于科学而不是幻想。
目前基于科学而得到的结论是，狭义的宇宙很可能产生于一个大爆炸，并且宇宙正在膨胀。
你的想法 很可能是对的。我有时候也这样疑问过。如果一味地认为自己的想法是正确的，那么请拿出支持该想法的科学依据来。但可惜的是，目前获得的科学数据信息并不支持这样的想法，而是支持着那个你所不愿意相信的结论。所以我们的想法都属于幻想。幻想应该尊重科学。当然幻想有时候也可以成为新发现的源泉。

参考资料：brain of my own

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