宇宙是怎么形成的

　　宇宙(Universe)是萬物的總稱，是時間和空間的統一。那么，宇宙是怎么形成的?

　　宇宙是如何起源的?空間和時間的本質是什么?這是從2000多年前的古代哲學家到現代天文學家一直都在苦苦思索的問題。經過了哥白尼、赫歇爾、哈勃的從太陽系、銀河系、河外星系的探索宇宙三部曲，宇宙學已經不再是幽深玄奧的抽象哲學思辯，而是建立在天文觀測和物理實驗基礎上的一門現代科學。

　　目前學術界影響較大的“大爆炸宇宙論”是1927年由比利時數學家勒梅特提出的，他認為最初宇宙的物質集中在一個超原子的“宇宙蛋”里，在一次無與倫比的大爆炸中分裂成無數碎片，形成了今天的宇宙。1948年，俄裔美籍物理學家伽莫夫等人，又詳細勾畫出宇宙由一個致密熾熱的奇點于150億年前一次大爆炸后，經一系列元素演化到最后形成星球、星系的整個膨脹演化過程的圖像。但是該理論存在許多使人迷惑之處。

　　宏觀宇宙是相對無限延伸的。“大爆炸宇宙論”關于宇宙當初僅僅是一個點，而它周圍卻是一片空白，即將人類至今還不能確定范圍也無法計算質量的宇宙壓縮在一個極小空間內的假設只是一種臆測。況且從能量與質量的正比關系考慮，一個小點無緣無故地突然爆炸成浩瀚宇宙的能量從何而來呢?

　　人類把地球繞太陽轉一圈確定為衡量時間的標準——年。但宇宙中所有天體的運動速度都是不同的，在宇宙范圍，時間沒有衡量標準。譬如地球上東西南北的方向概念在宇宙范圍就沒有任何意義。既然年的概念對宇宙而言并不存在，大爆炸宇宙論又如何用年的概念去推算宇宙的確切年齡呢?

　　1929年，美國天文學家哈勃提出了星系的紅移量與星系間的距離成正比的哈勃定律，并推導出星系都在互相遠離的宇宙膨脹說。哈勃定律只是說明了距離地球越遠的星系運動速度越快--星系紅移量與星系距離呈正比關系。但他沒能發現很重要的另一點--星系紅移量與星系質量也呈正比關系。

　　宇宙中星系間距離非常非常遙遠，光線傳播因空間物質的吸收、阻擋會逐漸減弱，那些運動速度越快的星系就是質量越大的星系。質量大，能量輻射就強，因此我們觀察到的紅移量極大的星系，當然是質量極大的星系。這就是被稱作“類星體”的遙遠星系因質量巨大而紅移量巨大的原因。另外那些質量小、能量輻射弱的星系(除極少數距銀河系很近的星系，如大、小麥哲倫星系外)則很難觀察到，于是我們現在看到的星系大多呈紅移。而銀河系內的恒星由于距地球近，大小恒星都能看到，所以恒星的紅移紫移數量大致相等。

　　導致星系紅移多紫移少的另一原因是：宇宙中的物質結構都是在一定范圍內圍繞一個中心按圓形軌跡運動的，不是像大爆炸宇宙論描述的從一個中心向四周作放射狀的直線運動。因此，從地球看到的紫移星系范圍很窄，數量極少，只能是與銀河系同一方向運動的，前方比銀河系小的星系;后方比銀河系大的星系。只有將來研制出更高分辨程度的天文觀測儀器才能看到更多的紫移星系。

　　宇宙中的物質分布出現不平衡時，局部物質結構會不斷發生膨脹和收縮變化，但宇宙整體結構相對平衡的狀態不會改變。僅憑從地球角度觀測到的部分(不是全部)可見星系與地球之間距離的遠近變化，不能說明宇宙整體是在膨脹或收縮。就像地球上的海洋受引力作用不斷此漲彼消的潮汐現象并不說明海水總量是在增加或減少一樣。

　　1994年，美國卡內基研究所的弗里德曼等人，用估計宇宙膨脹速率的辦法計算宇宙年齡時，得出一個80～120億年的年齡計算值。然而根據對恒星光譜的分析，宇宙中最古老的恒星年齡為140～160億年。恒星的年齡倒比宇宙的年齡大。

　　1964年，美國工程師彭齊亞斯和威爾遜探測到的微波背景輻射，是因為布滿宇宙空間的各種物質相互之間能量傳遞產生的效果。宇宙中的物質輻射是時刻存在的，3K或5K的溫度值也只是人類根據自己判斷設計的一種衡量標準。這種能量輻射現象只能說明宇宙中的物質由于引力作用，在_空間整體分布的相對均勻性和星際空間里確實存在大量我們目前還觀測不到的“暗物質”。

　　至于大爆炸宇宙論中的氦豐度問題，氦元素原本就是宇宙中存在的僅次于氫元素的數量極豐富的原子結構，它在空間的百分比含量和其它元素的百分比含量同樣都屬于物質結構分布規律中很平常的物理現象。在宇宙_范圍中，不僅氦元素的豐度相似，其余的氫、氧……元素的豐度也都是相似的。而且，各種元素是隨不同的溫度、環境而不斷互相變換的，并不是始終保持一副面孔，所以微波背景輻射和氦豐度與宇宙的起源之間看不出有任何必然的聯系。

　　大爆炸宇宙論面臨的難題還有，如果宇宙無限膨脹下去，最后的結局如何呢?德國物理學家克勞修斯指出，能量從非均勻分布到均勻分布的那種變化過程，適用于宇宙間的一切能量形式和一切事件，在任何給定物體中有一個基于其總能量與溫度之比的物理量，他把這個物理量取名為“熵”，孤立系統中的“熵”永遠趨于增大。但在宇宙中總會有高“熵”和低“熵”的區域，不可能出現絕對均勻的狀態。所以，那種認為由于“熵”水平的不斷升高而達到最大值時，宇宙就會進入一片死寂的永恒狀態，最終“熱寂”而亡的結局，是把我們現在可觀測到的一部分宇宙范圍當作整個宇宙的誤識。

　　根據天文觀測資料和物理理論描述宇宙的具體形態，星系的形態特征對研究宇宙結構至關重要，從星系的運動規律可以推斷整個宇宙的結構形態。而星系共有的圓形旋渦結構就是整個宇宙的縮影，那些橢圓、棒旋等不同的星系形態只是因為星系年齡和觀測角度不同而產生的視覺效果。

　　奇妙的螺旋形是自然界中最普遍、最基本的物質運動形式。這種螺旋現象對于認識宇宙形態有著重要的啟迪作用，大至旋渦星系，小至DNA分子，都是在這種螺旋線中產生。大自然并不認可筆直的形式，自然界所有物質的基本結構都是曲線運動方式的圓環形狀。從原子、分子到星球、星系直到星系團、超星系團無一例外，毋庸置疑，浩瀚的宇宙就是一個大旋渦。因此，確立一個“螺旋運動形態宇宙模型”，比那種作為所有物質總和的“宇宙”卻脫離曲線運動模式而獨辟蹊徑，以直線運動方式從一個中心向四面八方無限伸展的“大爆炸宇宙模型”，更能體現真實的宇宙結構形態。

　　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。這種模型基于兩個假設：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。這個原理只適用于宇宙的_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，豐度同今天所看到的一致。大約再過100萬年后，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?，F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：

　　(a)理論主張所有恒星都是在溫度下降后產生的，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，即應小于200億年。各種天體年齡的測量證明了這一點。

　　(b)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，那么紅移就是宇宙膨脹的反映。

　　(c)在各種不同天體上，氦豐度相當大，而且大都是30%。用恒星核反應機制不足以說明