宇宙發展歷史

1. 簡述人類探索宇宙的歷程

古代的天文學家通過觀測太陽、月球和其他一些天體及天象，確定了時間、方向和歷法。這也是天體測量學的開端。如果從人類觀測天體，記錄天象算起，天文學的歷史至少已經有5、6千年了。天文學在人類早期的文明史中，佔有非常重要的地位。埃及的金字塔、歐洲的巨石陣都是很著名的史前天文遺址。 天文學的研究范疇和天文的概念從古至今不斷發展。在古代，人們只能用肉眼觀測天體。2世紀時，古希臘天文學家托勒密提出的地心說統治了西方對宇宙的認識長達1000多年。直到16世紀，波蘭天文學家哥白尼才提出了新的宇宙體系的理論——日心說。到了1610年，義大利天文學家伽利略獨立製造折射望遠鏡，首次以望遠鏡看到了太陽黑子、月球表面和一些行星的表面和盈虧。在同時代，牛頓創立牛頓力學使天文學出現了一個新的分支學科天體力學。天體力學誕生使天文學從單純描述天體的幾何關系和運動狀況進入到研究天體之間的相互作用和造成天體運動的原因的新階段，在天文學的發展歷史上，是一次巨大的飛躍。 19世紀中葉天體攝影和分光技術的發明，使天文學家可以進一步深入地研究天體的物理性質、化學組成、運動狀態和演化規律，從而更加深入到問題本質，從而也產生了一門新的分支學科天體物理學。這又是天文學的一次重大飛躍。 20世紀50年代，射電望遠鏡開始應用。到了20世紀60年代，取得了稱為「天文學四大發現」的成就：微波背景輻射、脈沖星、類星體和星際有機分子。而與此同時，人類也突破了地球束縛，可到天空中觀測天體。除可見光外，天體的紫外線、紅外線、無線電波、X射線、γ射線等都能觀測到了。這些使得空間天文學得到巨大發展，也對現代天文學成就產生很大影響。

2. 宇宙的起源的發展歷程

穩恆宇宙思想所遭遇到的另外困難是，根據牛頓的引力定律，宇宙中的每一顆恆星必須相互吸引。如果是這樣的話，它們怎麼能維持相互間恆定距離，並且靜止地停在那裡呢？
牛頓知道這個問題。在一封致當時一位主要哲學家裡查德·本特里的信中，他同意這樣的觀點，即有限的一群恆星不可能靜止不動，它們全部會落某個中心點。然而，他論斷道，一個無限的恆星集合不會落到一起，由於不存在任何可供它們落去的中心點。這種論證是人們在談論無限系統時會遭遇到的陷阱的一個例子。用不同的方法將從宇宙的其餘的無限數目的恆星作用到每顆恆星的力加起來，會對恆星是否維持恆常距離給出不同的答案。我們現在知道，其正確的步驟是考慮恆星的有限區域，然後加上在該區域之外大致均勻分布的更多恆星。恆星的有限區域會落到一起，而按照牛頓定律，在該區域外加上更多的恆星不能阻止其坍縮。這樣，一個恆星的無限集合不能處於靜止不動的狀態。如果它們在某一時刻不在作相對運動，它們之間的吸引力會引起它們開始朝相互方向落去。另一種情形是，它們可能正在相互離開，而引力使這種退行速度降低
一種現在受到普遍懷疑的宇宙學理論。該理論認為在存在的星系之間的膨脹空間中新物質會產生出來。
若干世紀以來，很多科學家認為宇宙除去一些細微部分外，基本沒有什麼變化。宇宙不需要一個開端或結束。即使是在發現宇宙正在膨脹之後，這種想法也沒有被放棄。托馬斯.戈爾德(Thomas Gold)，赫爾曼.邦迪(Herman Bondi)及弗雷德.霍伊爾(Fred Hoyle)於40年代後期提出，物質正以恰當的速度不斷創生著，這一創生速度剛好與因膨脹而使物質變稀的效果相平衡，從而使宇宙中的物質密度維持不變。這種狀態從無限久遠的過去一直存在至今，並將永遠地繼續下去。宇宙在任何時候，平均來說始終保持相同的狀態。穩態理論所要求的創生速率很小，每100億年中，在一立方米的體積內，大約創生1個原子。穩態理論的優點之一是它的明確性。它非常肯定地預言宇宙應該是什麼樣子的 。也正因如此 ，它很容易遭受觀測事實的質疑或反駁。當宇宙背景輻射被發現後，這一理論基本上已被否定。

3. 宇宙的歷史

宇宙是廣漠空間和其中存在的各種天體以及彌漫物質的總稱。
宇宙是物質世界，它處於不內斷的運動容和發展中。
《淮南子·原道訓》
註：「四方上下曰宇，古往今來曰宙，以喻天地。」即宇宙是天地萬物的總稱。

千百年來，科學家們一直在探尋宇宙是什麼時候、如何形成的。直到今天，科學家們才確信，宇宙是由大約150億年前發生的一次大爆炸形成的。
在爆炸發生之前，宇宙內的所存物質和能量都聚集到了一起，並濃縮成很小的體積，溫度極高，密度極大，之後發生了大爆炸。
大爆炸使物質四散出擊，宇宙空間不斷膨脹，溫度也相應下降，後來相繼出現在宇宙中的所有星系、恆星、行星乃至生命，都是在這種不斷膨脹冷卻的過程中逐漸形成的。

150億年

4. 人類探索宇宙的歷史

二戰後，美國和前蘇聯在德國的研究基礎上繼續從事火箭及其他航天技術的研究工作。到20世紀50年代，美國和前蘇聯研製的各種類型導彈武器相繼問世，形成了導彈武器系統，同時也積累了研製運載火箭的經驗，建立了與之配套且初具規模的工業設施。
1957年10月4日，前蘇聯採用改裝的P－7洲際導彈把世界上第一顆人造地球衛星送入太空。 人類要實現上天的願望必須滿足三個條件：第一要有強大的運載工具，第二要有乘坐宇航員的先進的航天器，第三必須弄清高空環境和飛行環境對人體的影響，並找到防護措施。到20世紀50年代，美國和前蘇聯在這幾方面都取得了長足的進步，為載人航天奠定了堅實的技術基礎。
1961年4月12日，前蘇聯首先將載有世界上第一名宇航員尤里·加加林的「東方1號」宇宙飛船送入離地面181～327千米的空間軌道。尤里·加加林的航天飛行，實現了人類夢寐以求的飛天願望，開創了載人航天的新時代。
美國也緊隨其後，1969年7月20日，「阿波羅Ⅱ號」登月艙在月球「靜海」區安全著陸，美國宇航員N·A·阿姆斯特朗和E·E·奧爾德林登上月球，實現了人類幾千年的夢想，使嫦娥奔月的神話變成了現實，人類探索太空的成就達到了新的高峰。
自第一顆人造衛星成功發射後，在短短不到半個世紀的時間里，人類對太空的探索已取得了飛速發展。從人造衛星的應用到星際探索，從月球探險到火星、土星勘探計劃再到彗星「深度撞擊」。截至2004年底，世界各國共進行了航天發射4000多次，把5500多個各類航天器送入太空，目前，仍在軌道上或宇宙中運行的航天器大約有1300多個。迄今為止，人類已經研製成功了載人飛船、空間站、太空梭等三種不同的載人航天器，將500多人送入太空，有12人登上月球，並已開始建造永久性載人空間站。

5. 你了解宇宙的發展史嗎

我們已經知道地球是作為一個小分子存在於廣大的宇宙中的，關於這個巨內大得超乎想容象的宇宙，「渺小」的人類從沒有停止過偉大的探索。宇宙的發展史就是人類最關心的宇宙學問題之一。宇宙學者們認為，宇宙在最初時刻是難以想像的熱而小的。它像一粒微小的種子，在空前絕後的大爆炸中開始了另一種恢宏的生涯。於是量子從宇宙的大背景中涌現出來了；統一場分解為強力、引力和電弱力；質子中子隨即形成了，這都是在瞬間發生的事。接著是原子核、原子的出現，這樣時間過去了100萬年；在5000萬年以後，作為物質團的恆星、恆星系和星團開始形成；在距今40-50億年以前，我們的太陽系誕生了，地球作為它的一個成員也隨之誕生；在10億年前，海藻、水母等簡單的生命體在地球上出現；在距今2.48億年前，恐龍已經漫遊在地球上了；直到3500萬前，真正意義上的智能生物———人類才出現。這是一部宇宙的編年史，在這部歷史中，人們只能選取幾個有重大意義的點來加以描述，然而對於漫長的宇宙發展過程中所有的細節，人類至今還沒有能力模擬或是描繪。

6. 中國探索宇宙的發展歷程

中國進行載人航天研究的歷史可以追溯到20世紀70年代初。

在中國第一顆人造地球衛星東方紅一號上天之後，當時的國防部五院院長錢學森就提出，中國要搞載人航天。國家當時將這個項目命名為「714工程」（即於1971年4月提出），並將飛船命名為「曙光一號」。

然而，中國在開展了一段時間的工作之後，認為無論是在研製隊伍、經驗方面，還是在綜合國力、工業基礎方面搞載人航天都存在一定的困難，這個項目就擱到了一邊。

20世紀70年代初，中國第一顆人造地球衛星東方紅一號上天之後，開始了東方紅二號、東方紅二號甲、東方紅三號等多顆通信衛星的研製工作。

進入80年代後，中國的空間技術取得了長足的發展，具備了返回式衛星、氣象衛星、資源衛星、通信衛星等各種應用衛星的研製和發射能力。

特別是1975年，中國成功地發射並回收了第一顆返回式衛星，使中國成為世界上繼美國和前蘇聯之後第三個掌握了衛星回收技術的國家，這為中國開展載人航天技術的研究打下了堅實的基礎。

1992年1月，中國政府批准載人航天工程正式上馬，並命名為「921工程」。在「921工程」的七大系統中，核心是載人飛船，載人飛船則由中國空間技術研究院為主來進行研製。

「921工程」正式上馬時中央就提出了「爭8保9」的奮斗目標， 即1998年要在技術上有一個大的突破，1999年要爭取飛船上天。中國唐家嶺航天城，為中國的載人航天工程完成載人航天的任務做了物質條件的保證。

(6)宇宙發展歷史擴展閱讀

世界探索宇宙的發展歷程：

二戰後，美國和前蘇聯在德國的研究基礎上繼續從事火箭及其他航天技術的研究工作。到20世紀50年代，美國和前蘇聯研製的各種類型導彈武器相繼問世，形成了導彈武器系統，同時也積累了研製運載火箭的經驗，建立了與之配套且初具規模的工業設施。

1957年10月4日，前蘇聯採用改裝的P－7洲際導彈把世界上第一顆人造地球衛星送入太空。 人類要實現上天的願望必須滿足三個條件：

第一要有強大的運載工具，第二要有乘坐宇航員的先進的航天器，第三必須弄清高空環境和飛行環境對人體的影響，並找到防護措施。

到20世紀50年代，美國和前蘇聯在這幾方面都取得了長足的進步，為載人航天奠定了堅實的技術基礎。

1961年4月12日，前蘇聯首先將載有世界上第一名宇航員尤里·加加林的「東方1號」宇宙飛船送入離地面181～327千米的空間軌道。尤里·加加林的航天飛行，實現了人類夢寐以求的飛天願望，開創了載人航天的新時代。

美國也緊隨其後，1969年7月20日，「阿波羅Ⅱ號」登月艙在月球「靜海」區安全著陸，美國宇航員N·A·阿姆斯特朗和E·E·奧爾德林登上月球，實現了人類幾千年的夢想，使嫦娥奔月的神話變成了現實，人類探索太空的成就達到了新的高峰。

自第一顆人造衛星成功發射後，在短短不到半個世紀的時間里，人類對太空的探索已取得了飛速發展。

從人造衛星的應用到星際探索，從月球探險到火星、土星勘探計劃再到彗星「深度撞擊」。截至2004年底，世界各國共進行了航天發射4000多次，把5500多個各類航天器送入太空，目前，仍在軌道上或宇宙中運行的航天器大約有1300多個。

迄今為止，人類已經研製成功了載人飛船、空間站、太空梭等三種不同的載人航天器，將500多人送入太空，有12人登上月球，並已開始建造永久性載人空間站。

7. 人類對宇宙的認識發展史

1881年，美國實驗物理學家A.麥克爾遜以高度的准確性測量了光沿著不同方向傳播的速度數值。為了探測預想中的微小差別，A.麥克爾遜使用了非常精確的實驗設備，他的實驗精確性很高，他測量出來的速度差別比預想中的差別要小得多。A.麥克爾遜的實驗，以後在不同的條件下又作過多次。他的實驗得到了出乎預料的結果。在一個運動著的參照系裡，光的傳播情形同我們在前面推想的恰恰相反。A.麥克爾遜發現，在地球上，光向任何方向傳播，其速度都時相同的、不變的。在這一意義上，光的傳播使我們聯想到子彈的飛行。前面我們曾經設想，在一列運動中的火車上，子彈運動同火車的運動無關。同車廂相對而言，子彈向任何方向運動，其前進速度是相同的。

於是，A.麥克爾遜的實驗證明：同我們的推想恰恰相反，光的傳播同運動的相對性原理並不矛盾，而是完全符
合運動的相對性原理。這也就是說，我們在前面「運動的相對性原理會被動搖嗎」一節中所作的推理是完全錯誤的。

相對論的研究對象是超越我們日常經驗的高速運動世界和廣闊的宇宙，這是我們難以理解相對論的主要原因。

自相對論誕生之日起，它所帶來的時空觀革命就極大地拓展了人類對宇宙的理解。從相對論中，人們發現了時間旅行的奧秘、原子裂變的巨大能量、宇宙的起源和終結、黑洞和暗能量等奇妙現象。幾乎宇宙所有的奧秘都隱藏在相對論那幾行簡單的公式中。

狹義相對論證明高速旅行會使時間變慢，假定將來的某個時候，人們已解決了所有的技術難題，能夠製造一艘以亞光速飛行的宇宙飛船，一定意義上的時間旅行就變成可能了。如果飛船以亞光速從地球出發向遙遠的星系飛去，來回的旅程僅僅幾年（按飛船上的時間），但在此期間地球上卻已過去了幾千年，一切都發生了天翻地覆的變化。如果人類文明依然還存在的話，那又會是一個什麼新的模樣呢？

廣義相對論表明，時空可以不是平坦的，而是彎曲的。我們可以在地球與宇宙遙遠的地方這兩點之間鑿出一個蟲洞，然後用某種「奇異物質」把洞口撐開，使之成為一個突然出現在宇宙中的超空間管道，讓我們在瞬間到達遙遠的彼岸。然後當我們返回時，蟲洞的奇異性質讓我們年輕了很多。

廣義相對論判定足夠的質量能改變和扭曲時空，數學家法蘭克•提普勒據此設想了把時空捲起來的時間旅行方法。他認為，如果太空中的一個巨大物體以一半光速旋轉，時空便會扭曲折回。因此，只要將來有人製造一個巨大的圓筒，它的長約為直徑的10倍，然後使圓筒以15萬公里/秒的速度旋轉，便會使圓筒中央附近產生一個扭曲折回的時空。

要將這圓筒當時間機器使用，宇宙飛船一定要開到圓筒的中心沿圓筒內壁盤旋飛行：逆圓筒旋轉的方向航行是駛入過去，順圓筒旋轉的方向航行是駛入未來，每盤旋一周都使宇宙飛船更深入過去或未來一些。時間旅行者到達了目的時間，便將飛船駛離圓筒。有一件必須明了的事是，正像所有理論上的時間機器一樣，就是駛向過去無論怎樣也不能到達比製成圓筒更早的時間。

時間旅行是一個極具幻想色彩、也極具魅力的話題，長期以來，科學家們提出的方案一個又一個，時間旅行可能遇到的問題也被熱烈討論著。總有一天，相對論迷人的光芒會照耀著我們開始真正的時間旅行。

原子裂變

1905年11月，愛因斯坦同樣在德國《物理學紀事》雜志上發表了關於狹義相對論的第二篇文章：《物體的慣性同它所包含的能量有關嗎？》，這是一篇短文，在這篇論文中，他提出一個物體的質量並不是恆定不變的，而是隨著運動速度的增加而增加。這就是運動中物體的「質增效應」。

現在我們想像我們在推一輛小板車，板車很輕，上面什麼東西也沒有。假設這是一輛在真空中的「理想」板車，沒有任何摩擦力、也沒有任何阻力，因此，只要我們持續地推它，它的速度就越來越快，但隨著時間的推移，它的質量也越來越大，起初像車上堆滿了鋼鐵，然後好像是裝著一座喜馬拉雅山、再然後好像是裝著一個地球、一個太陽系、一個銀河系……當小板車接近光速時，好像整個宇宙都裝在它上面——它的質量達到無窮大。這時，你無論施加多大力，無論推多長時間，它都不可能運動得再快一些。

由此可見，光子既然以光速傳播，它的靜止質量就必須等於零，否則它的運動質量就會無窮大。

當物體運動接近光速時，我們不斷地對物體施加外力，供給能量，可物體速度的增加越來越困難，我們施加的能量去哪兒了呢？其實能量並沒有消失，而是轉化為了質量。這就是說，物體質量的增加與動能增加有著密切聯系，或者說物體的質量與能量之間有著密切聯系。愛因斯坦在說明這種聯系的過程中，提出了著名的質能關系式：E=mc2.

能量等於質量乘以光速的平方，即使是在不甚關心其實用價值的純理論型的物理學家看來也是驚心動魄的，而在絕大多數人眼裡，能量等於質量乘以光速的平方，即能量是質量的9萬億倍，是多麼誘人的前景呀！指甲蓋般大小的物質的質量如果完全消失，其釋放的能量是用以萬噸煤炭來計算的。

遺憾的是，沒人能隨便減少質量，譬如一塊石頭，我們盡可以用錘子砸成小塊，然後碾成碎末，可是當你仔細地收集這些碎末後就會發現它的質量並未變化。

但是，十幾年後的1939年，約里奧•居里、費米、西拉德這三位科學家分別獨立發現了鏈式反應，使人類找到了釋放巨大原子能的方法。鈾235的核收到中子轟擊就會發生裂變，分裂成兩個中等質量的新原子核，放出1～3個中子，並釋放出巨大能量，這些中子又能引發其它鈾核再分裂，如此反復，形成連鎖反應，不斷釋放巨大能量。這就是鏈式反應。

宇宙大爆炸

令我們這些當代人感到驚詫的是，遲至1917年，那些人類最具智慧的大腦仍然以為我們的銀河系就是整個宇宙，而這個銀河系大小的宇宙永遠都是穩定不變的，既不會變大也不會變小，這就是流傳了千百年的穩恆態宇宙觀。

1917年，愛因斯坦試圖根據廣義相對論方程推導出整個宇宙的模型，但他發現，在這樣一個只有引力作用的模型中，宇宙不是膨脹就是收縮。為了使這個宇宙模型保持靜止，愛因斯坦在他的方程里額外增加了一個新的概念——宇宙常數，它表示的是一種斥力，同引力相反，它隨著天體之間距離的增大而增強。這是一個假想的、用以抵消引力作用的力。

然而，愛因斯坦很快發現自己錯了。因為科學家們很快發現，宇宙實際上是膨脹的！

最早觀察到這一點的是20世紀的天文學之父哈勃。哈勃1889年出生於美國的密蘇里州，畢業於芝加哥大學天文系。1929年，哈勃發現所有星系都在遠離我們而去，這表明宇宙正在不斷膨脹。這種膨脹是一種全空間的均勻膨脹，因此，在任何一點的觀測者都會看到完全一樣的膨脹，從任何一個星系來看，一切星系都以它為中心向四面散開，越遠的星系間彼此散開的速度越大。

宇宙的膨脹意味著，在早先，星體相互之間更加靠近，並且在更遙遠過去的某一刻，它們似乎在同一個很小的范圍內。

宇宙膨脹的消息傳到著名物理學家伽莫夫那裡去的時候，立即引起了這位學者的興趣。喬治•伽莫夫出生於俄國，自小對詩歌、幾何學和物理學都深感興趣，在大學時期成為物理學家弗里德曼的得意門生。弗里德曼曾在愛因斯坦之後提出了重要的宇宙膨脹模型，伽莫夫也成為宇宙膨脹理論的熱心支持人之一。1945年，人類史上第一顆原子彈爆炸成功，看著蘑菇雲升起的照片，伽莫夫突發靈感：把原子彈規模「放大」到無窮大，不就成了宇宙爆炸嗎？他把核物理知識和宇宙膨脹理論結合起來，逐漸形成了自己的一套大爆炸宇宙理論體系。

1948年，伽莫夫和他的學生阿爾法合寫了一篇著名論文，系統地提出了宇宙起源和演化的理論。與我們慣常的想法不同，這個創生宇宙的大爆炸不是發生在一個確定的點，然後向四周的空氣傳播開去的那種爆炸，而是空間本身在擴展，星系物質隨著空間的擴展而分開。

根據大爆炸宇宙論，極早期的宇宙是一大片由微觀粒子構成的均勻氣體，溫度極高，密度極大，且以很大的速率膨脹著。伽莫夫還作出了一個非凡的預言：我們的宇宙仍沐浴在早期高溫宇宙的殘余輻射中，不過溫度已降到6K左右。正如一個火爐雖然不再有火了，還可以冒一點熱氣。

1964年，美國貝爾電話公司年輕的工程師——彭齊亞斯和威爾遜，因一次偶然的機會發現了伽莫夫所預言的早期宇宙的殘余輻射，經過測量和計算，得出這個殘余輻射的溫度是2.7K（比伽莫夫預言的溫度要低），一般稱為3K宇宙微波背景輻射。這一發現有力的佐證了宇宙大爆炸理論。

廣義相對論的智慧之處就在於，它從誕生起就能描述整個完整的宇宙，即使那些未知的領域也被全部囊括進去。讓它對付像太陽系這樣小小的、很普通的時空領域可真是大材小用了。

宇宙常數死而復生——暗能量

在發現了宇宙膨脹這個事實後，愛因斯坦就急急忙忙把他方程中的宇宙常數項去掉了，並認為宇宙常數是他「一生中最大的錯誤」。隨後，宇宙常數被拋進歷史的垃圾堆。

然而造化弄人，幾十年後，宇宙常數又像鬼魂般的復活了。這次宇宙常數的復活要歸因於暗能量的發現。

1998年，天文學家們發現，宇宙不只是在膨脹，而且在以前所未有的加速度向外擴張，所有遙遠的星系遠離我們的速度越來越快。那麼一定有某種隱藏的力量在暗中把星系相互以加速膨脹的方式撕扯開來，這是一種具有排斥力的能量，科學家們把它稱為「暗能量」。近年來，科學家們通過各種的觀測和計算證實，暗能量不僅存在，而且在宇宙中佔主導地位，它的總量約達到宇宙總量的73%，而宇宙中的暗物質約佔23%、普通物質僅約佔4%.我們一直以為滿天繁星就已經夠多了，宇宙中還有什麼能比得上它們呢？而現在，我們才發現這滿天繁星卻是「弱勢群體」，剩下的絕大部分都是我們知之甚少或乾脆一無所知的，這怎麼不讓人感到驚心動魄呢！

事實上，早在1930年，就有天體物理學家指出，愛因斯坦那加入了宇宙常數的宇宙學方程並不能導出完全靜態的宇宙：因為引力和宇宙常數是不穩定的平衡，一個小小的擾動就能導致宇宙失控的膨脹和收縮。而暗能量的發現告訴我們，愛因斯坦那作為與引力相抗衡的宇宙常數不僅確確實實存在，而且大大擾動了我們的宇宙，使宇宙的膨脹速率嚴重失控。在經歷了一系列曲折後，宇宙常數正在時間中復活。

宇宙常數今日以暗能量的面目出現在世人面前，它所產生的洶涌澎湃的排斥力已令整個宇宙為之變色！暗能量和引力之間的角力戰自宇宙誕生起就沒有停止過，在這場漫長的戰斗中，最舉足輕重的就是彼此的密度。物質的密度隨著宇宙膨脹導致的空間增大而遞減；但暗能量的密度在宇宙膨脹時，變化得非常緩慢，或者根本保持不變。在很久以前，物質的密度是較大的，因此那時的宇宙是處於減速膨脹的階段；現今的暗能量密度已經大於物質的密度，排斥力已經從引力手中徹底奪得了控制權，以前所未有的速度推動宇宙膨脹。根據一些科學家的預測，再過200多億年，宇宙將迎來動盪的末日，恐怖的暗能量終將把所有的星系、恆星、行星一一撕裂，宇宙將只剩下沒有盡頭的寒冷、黑暗。

暗能量的發現，也充分地體現了人類認知過程又走進了一個「悖論怪圈」：即宇宙中所佔比例最多的，反而是最遲也是最難為我們所知曉的。一方面人類現在對宇宙奧秘的了解越來越多，另一方面我們所要面對的未知也越來越多。而這日益深遠的未知又反過來不斷刺激著人類去探索宇宙背後的真相。

暗能量是怎麼來的？它將如何發展？這已經是21世紀宇宙學所面臨的最重大問題之一。

黑洞大發現

廣義相對論表明，引力場可以造成空間彎曲，強大的引力場可以造成強烈的空間彎曲，那麼無限強大的引力場會產生什麼情況呢？

1916年愛因斯坦發表廣義相對論後不久，德國物理學家卡爾•史瓦西就用這個理論描繪了一個假設的完全球狀星體附近的空間和時間是如何彎曲的。他證明，假如星體質量聚集到一個足夠小的球狀區域里，比如一個天體的質量與太陽相同，而半徑只有3公里時，引力的強烈擠壓會使那個天體的密度無限增大，然後產生災難性的坍塌，使那裡的時空變得無限彎曲，在這樣的時空中，連光都不能逃逸！由於沒有了光信號的聯系，這個時空就與外面的時空分割成兩個性質不同的區域，那個分割球面就是視界。

這就是我們今天耳熟能詳的黑洞，但在那個年代，幾乎沒有人相信有這么奇怪的天體存在，甚至包括愛因斯坦本人和愛丁頓這樣的相對論大師也明確表示反對這種怪物，愛因斯坦還說他可以證明沒有任何星體可以達到密度無限大。就連黑洞這個名稱也是一直到1967年才由美國物理學家惠勒命名。

歷史當然不會因此而停止前進，時間進入20世紀30年代，美國天文學家錢德拉塞卡提出了著名的「錢德拉塞卡極限」，即：一顆恆星當其氫核燃盡後的質量是太陽質量的1.44倍以上時，將不可能變成白矮星，而會繼續坍塌收縮，變成體積比白矮星更小、密度比白矮星更大的星體，即中子星。1939年，美國物理學家奧本海默進一步證明，一顆恆星當其氫核燃盡後的質量是太陽質量的3倍以上時，其自身引力的作用將能使光線都不能逃出這個星體的范圍。

隨著經驗的積累，關於黑洞的理論變得成熟起來，人們從徹底拒絕這個怪物到漸漸相信它，到20世紀60年代，人們已普遍接受黑洞的概念，黑洞的奧秘被逐漸研究出來。

嚴格而言，黑洞並不是通常意義下的「星」，而只是空間的一個區域。這是與我們日常宇宙空間互不連通的區域，黑洞視界將這兩個區域隔絕開，在視界以外，可以由光信號在任意距離上相互聯系，這就是我們所居住的正常宇宙；而在視界以內，光線並不能自由地從一個地方傳播到另一個地方，而是都朝向中心集聚，事件之間的聯系受到嚴格限制，這就是黑洞。

在黑洞的內部，物體向黑洞墜落的過程中，潮汐力越來越大，在中心區域，引力和起潮力都是無限大。因此，在黑洞中心，除了質量、電荷和角動量以外，物質其他特性全部喪失，原子、分子等等都將不復存在！在這種情形下，無法談論黑洞的哪一部分物質，黑洞是一個統一體！

在黑洞中心，全部物質被極為緊密地擠壓成為一個體積無限趨近於零的幾何點，任何強大的力量都不可能把它們分開，這就是所謂的「奇點」狀態。廣義相對論無法對此進行考察，而必須代之以新的正確理論——量子理論。諷刺的是，廣義相對論給我們導出了一個黑洞，卻在黑洞的奇點之處失效，量子理論取而代之，而量子理論和相對論卻根本互不相容！

宇宙觀念的發展 宇宙結構觀念的發展 遠古時代，人們對宇宙結構的認識處於十分幼稚的狀態，他們通常按照自己的生活環境對宇宙的構造作了幼稚的推測。在中國西周時期，生活在華夏大地上的人們提出的早期蓋天說認為，天穹像一口鍋，倒扣在平坦的大地上；後來又發展為後期蓋天說，認為大地的形狀也是拱形的。公元前7世紀 ，巴比倫人認為，天和地都是拱形的，大地被海洋所環繞，而其中央則是高山。古埃及人把宇宙想像成以天為盒蓋、大地為盒底的大盒子，大地的中央則是尼羅河。古印度人想像圓盤形的大地負在幾只大象上，而象則站在巨大的龜背上，公元前7世紀末，古希臘的泰勒斯認為，大地是浮在水面上的巨大圓盤，上面籠罩著拱形的天穹。

最早認識到大地是球形的是古希臘人。公元前6世紀，畢達哥拉斯從美學觀念出發，認為一切立體圖形中最美的是球形，主張天體和我們所居住的大地都是球形的。這一觀念為後來許多古希臘學者所繼承，但直到1519～1522年，葡萄牙的F.麥哲倫率領探險隊完成了第一次環球航行後 ，地球是球形的觀念才最終證實。

公元2世紀，C.托勒密提出了一個完整的地心說。這一學說認為地球在宇宙的中央安然不動，月亮、太陽和諸行星以及最外層的恆星天都在以不同速度繞著地球旋轉。為了說明行星視運動的不均勻性，他還認為行星在本輪上繞其中心轉動，而本輪中心則沿均輪繞地球轉動。地心說曾在歐洲流傳了1000多年。1543年，N.哥白尼提出科學的日心說，認為太陽位於宇宙中心，而地球則是一顆沿圓軌道繞太陽公轉的普通行星。1609年，J.開普勒揭示了地球和諸行星都在橢圓軌道上繞太陽公轉，發展了哥白尼的日心說，同年，伽利略•伽利雷則率先用望遠鏡觀測天空，用大量觀測事實證實了日心說的正確性。1687年，I.牛頓提出了萬有引力定律，深刻揭示了行星繞太陽運動的力學原因，使日心說有了牢固的力學基礎。在這以後，人們逐漸建立起了科學的太陽系概念。

在哥白尼的宇宙圖像中，恆星只是位於最外層恆星天上的光點。1584年，喬爾丹諾•布魯諾大膽取消了這層恆星天，認為恆星都是遙遠的太陽。18世紀上半葉，由於E.哈雷對恆星自行的發展和J.布拉得雷對恆星遙遠距離的科學估計，布魯諾的推測得到了越來越多人的贊同。18世紀中葉，T.賴特、I.康德和J.H.朗伯推測說，布滿全天的恆星和銀河構成了一個巨大的天體系統。弗里德里希•威廉•赫歇爾首創用取樣統計的方法，用望遠鏡數出了天空中大量選定區域的星數以及亮星與暗星的比例，1785年首先獲得了一幅扁而平、輪廓參差、太陽居中的銀河系結構圖，從而奠定了銀河系概念的基礎。在此後一個半世紀中，H.沙普利發現了太陽不在銀河系中心、J.H.奧爾特發現了銀河系的自轉和旋臂，以及許多人對銀河系直徑、厚度的測定，科學的銀河系概念才最終確立。

18世紀中葉，康德等人還提出，在整個宇宙中，存在著無數像我們的天體系統(指銀河系)那樣的天體系統。而當時看去呈雲霧狀的「星雲」很可能正是這樣的天體系統。此後經歷了長達170年的曲折的探索歷程，直到1924年，才由E.P.哈勃用造父視差法測仙女座大星雲等的距離確認了河外星系的存在。

近半個世紀，人們通過對河外星系的研究，不僅已發現了星系團、超星系團等更高層次的天體系統，而且已使我們的視野擴展到遠達200億光年的宇宙深處。

宇宙演化觀念的發展 在中國，早在西漢時期，《淮南子•俶真訓》指出：「有始者，有未始有有始者，有未始有夫未始有有始者」，認為世界有它的開辟之時，有它的開辟以前的時期，也有它的開辟以前的以前的時期。《淮南子•天文訓》中還具體勾畫了世界從無形的物質狀態到渾沌狀態再到天地萬物生成演變的過程。在古希臘，也存在著類似的見解。例如留基伯就提出，由於原子在空虛的空間中作旋渦運動，結果輕的物質逃逸到外部的虛空，而其餘的物質則構成了球形的天體，從而形成了我們的世界。

太陽系概念確立以後，人們開始從科學的角度來探討太陽系的起源。1644年，R.笛卡爾提出了太陽系起源的旋渦說；1745年，G.L.L.布豐提出了一個因大彗星與太陽掠碰導致形成行星系統的太陽系起源說；1755年和1796年，康德和拉普拉斯則各自提出了太陽系起源的星雲說。現代探討太陽系起源z的新星雲說正是在康德-拉普拉斯星雲說的基礎上發展起來。

1911年，E.赫茨普龍建立了第一幅銀河星團的顏色星等圖；1913年，伯特蘭•阿瑟•威廉•羅素則繪出了恆星的光譜-光度圖，即赫羅圖。羅素在獲得此圖後便提出了一個恆星從紅巨星開始，先收縮進入主序，後沿主序下滑，最終成為紅矮星的恆星演化學說。1924年 ，亞瑟•斯坦利•愛丁頓提出了恆星的質光關系；1937～1939年，C.F.魏茨澤克和貝特揭示了恆星的能源來自於氫聚變為氦的原子核反應。這兩個發現導致了羅素理論被否定，並導致了科學的恆星演化理論的誕生。對於星系起源的研究，起步較遲，目前普遍認為，它是我們的宇宙開始形成的後期由原星系演化而來的。

1917年，A.阿爾伯特•愛因斯坦運用他剛創立的廣義相對論建立了一個「靜態、有限、無界」的宇宙模型，奠定了現代宇宙學的基礎。1922年，G.D.弗里德曼發現，根據阿爾伯特•愛因斯坦的場方程，宇宙不一定是靜態的，它可以是膨脹的，也可以是振盪的。前者對應於開放的宇宙，後者對應於閉合的宇宙。1927年，G.勒梅特也提出了一個膨脹宇宙模型.1929年 哈勃發現了星系紅移與它的距離成正比，建立了著名的哈勃定律。這一發現是對膨脹宇宙模型的有力支持。20世紀中葉，G.伽莫夫等人提出了熱大爆炸宇宙模型，他們還預言，根據這一模型，應能觀測到宇宙空間目前殘存著溫度很低的背景輻射。1965年微波背景輻射的發現證實了伽莫夫等人的預言。從此，許多人把大爆炸宇宙模型看成標准宇宙模型。1980年，美國的古斯在熱大爆炸宇宙模型的 基礎上又進一步提出了暴漲宇宙模型。這一模型可以解釋目前已知的大多數重要觀測事實。

宇宙圖景 當代天文學的研究成果表明，宇宙是有層次結構的、物質形態多樣的、不斷運動發展的天體系統。

現代天文學已經揭示了天體的起源和演化的歷程。當代關於太陽系起源學說認為，太陽系很可能是50億年前銀河系中的一團塵埃氣體雲(原始太陽星雲)由於引力收縮而逐漸形成的（見太陽系起源）。恆星是由星雲產生的，它的一生經歷了引力收縮階段、主序階段、紅巨星階段、晚期階段和臨終階段。星系的起源和宇宙起源密切相關，流行的看法是：在宇宙發生熱大爆炸後40萬年，溫度降到4000K，宇宙從輻射為主時期轉化為物質為主時期，這時或由於密度漲落形成的引力不穩定性，或由於宇宙湍流的作用而逐步形成原星系，然後再演化為星系團和星系。熱大爆炸宇宙模型描繪了我們的宇宙的起源和演化史：我們的宇宙起源於200億年前的一次大爆炸，當時溫度極高、密度極大。隨著宇宙的膨脹，它經歷了從熱到冷、從密到稀、從輻射為主時期到物質為主時期的演變過程，直至10～20億年前，才進入大規模形成星系的階段，此後逐漸形成了我們當今看到的宇宙。1980年提出的暴漲宇宙模型則是熱大爆炸宇宙模型的補充。它認為在宇宙極早期，在我們的宇宙誕生後約10-36秒的時候，它曾經歷了一個暴漲階段。

宇宙的創生 有些宇宙學家認為，暴漲模型最徹底的改革也許是觀測宇宙中所有的物質和能量從無中產生的觀點，這種觀點之所以在以前不能為人們接受，是因為存在著許多守恆定律，特別是重子數守恆和能量守恆。但隨著大統一理論的發展，重子數有可能是不守恆的，而宇宙中的引力能可粗略地說是負的，並精確地抵消非引力能，總能量為零。因此就不存在已知的守恆律阻止觀測宇宙從無中演化出來的問題。這種「無中生有」的觀點在哲學上包括兩個方面：①本體論方面。如果認為「無」是絕對的虛無，則是錯誤的。這不僅違反了人類已知的科學實踐，而且也違反了暴漲模型本身。按照該模型，我們所研究的觀測宇宙僅僅是整個暴漲區域的很小的一部分，在觀測宇宙之外並不是絕對的「無」。現在觀測宇宙的物質是從假真空狀態釋放出來的能量轉化而來的，這種真空能恰恰是一種特殊的物質和能量形式，並不是創生於絕對的「無」。如果進一步說這種真空能起源於「無」，因而整個觀測宇宙歸根到底起源於「無」，那麼這個「無」也只能是一種未知的物質和能量形式。②認識論和方法論方面。暴漲模型所涉及的宇宙概念是自然科學的宇宙概念。這個宇宙不論多麼巨大，作為一個有限的物質體系 ，也有其產生、發展和滅亡的歷史。暴漲模型把傳統的大爆炸宇宙學與大統一理論結合起來，認為觀測宇宙中的物質與能量形式不是永恆的，應研究它們的起源。它把「無」作為一種未知的物質和能量形式，把「無」和「有」作為一對邏輯范疇，探討我們的宇宙如何從「無」——未知的物質和能量形式，轉化為「有」——已知的物質和能量形式，這在認識論和方法論上有一定意義。

時空起源 有些人認為，時間和空間不是永恆的，而是從沒有時間和沒有空間的狀態產生的。根據現有的物理理論，在小於10-43秒和10-33厘米的范圍內，就沒有一個「鍾」和一把「尺子」能加以測量，因此時間和空間概念失效了，是一個沒有時間和空間的物理世界。這種觀點提出已知的時空形式有其適用的界限是完全正確的。正像歷史上的牛頓時空觀發展到相對論時空觀那樣，今天隨著科學實踐的發展也必然要求建立新的時空觀。由於在大爆炸後10-43秒以內，廣義相對論失效，必須考慮引力的量子效應，因此有些人試圖通過時空的量子化的途徑來探討已知的時空形式的起源。這些工作都是有益的，但我們決不能因為人類時空觀念的發展或者在現有的科學技術水平上無法度量新的時空形式，而否定作為物質存在形式的時間、空間的客觀存在。

人和宇宙 從本世紀60年代開始，由於人擇原理的提出和討論，出現了人類存在和宇宙產生的關系問題。人擇原理認為 ，可能存在許多具有不同物理參數和初始條件的宇宙，但只有物理參數和初始條件取特定值的宇宙才能演化出人類，因此我們只能看到一種允許人類存在的宇宙。人擇原理用人類的存在去約束過去可能有的初始條件和物理定律，減少它們的任意性，使一些宇宙學現象得到解釋，這在科學方法論上有一定的意義。但有人提出，宇宙的產生依賴於作為觀測者的人類的存在。這種觀點值得商榷。現在根據暴漲模型，那些被傳統大爆炸模型作為初始條件的狀態，有可能從極早期宇宙的演化中產生出來，而且宇宙的演化幾乎變得與初始條件的一些細節無關。這樣就使上述那種利用初始條件的困難來否定宇宙客觀實在性的觀點失去了基礎。但有些人認為，由於暴漲引起的巨大距離尺度，使得從整體上去觀測宇宙的結構成為不可能。這種擔心有其理由，但如果暴漲模型正確的話，隨著科學實踐的發展，一定有可能突破人類認識上的困難。

8. 宇宙的發展

第一部分：人類的太空夢 我們的祖先仰望太空，太空深不可測，日月星辰的無窮變化等都引起了他們的遐想，嫦娥奔月、孫悟空大鬧天宮、希臘神話等等，成為人類飛向太空的夢想。為實現這一夢想，人類開始了不懈的努力，如中國的萬戶和原始火箭等等。 真正的太空探索並非是有勇氣就可以實現的，這需要一系列理論准備和一定的實踐基礎。本部分著重介紹太空理論和實踐的奠基人----齊奧爾科夫斯基，以及其他為人類實現太空夢想而做出貢獻的戈達德、布勞恩等人的經歷和成就。 第二部分：飛向太空 這一部分講述人類進入太空之前的各種准備活動和實踐，包括前蘇聯發射的第一顆人造衛星，這是首次進入太空的地球上的物品，動物作為人類的朋友首次進入太空，為人類上天奠定基礎，第一個進入太空的宇航員加加林等。 人類進入太空對宇航員的要求十分嚴格，不僅需要很高的學識和技術，還要有良好的體魄，此外還必須擁有過硬的心理素質以忍得住太空的寂寞……在這一部分也詳細地介紹挑選宇航員和訓練宇航員的過程及步驟。 第三部分：月球漫步 月球到底是什麼樣子的，這是多少年以來人們心目中的疑問。1969年美國人終於踏上了月球，這是人類第一次踏上地球以外的星球，是人類航天歷史上的一次偉大勝利。美國先後進行了17次登月試飛和飛行，有6次登上月球。 第四部分：太空生活 在太空微重力的條件下，人類的生活和工作方式發生了很大的變化，那麼宇航員在太空是怎樣吃飯、睡覺、洗澡、上廁所、運動、娛樂、工作的呢？這一部分你可以了解宇航員的太空生活。 第五部分：太空英烈 為實現人類的太空夢，很多人都付出了艱苦的努力，在鋪滿鮮花和綵帶的輝煌中，人類也為此付出了血的代價，留下了痛苦的回憶，那些為人類航天事業獻身的宇航員們將永載史冊。這部分重點介紹航天史上兩次重大的事故，挑戰者號和哥倫比亞號的失事。 第六部分：中國的航天之路 中國的航天事業起步比較晚，但是完全依靠自己的力量，經過多年的努力和探索，如今我國已經處於航天事業發展的前端。2003年10月15日，我國成功的發射了載人太空梭，這將標志著我國成為繼美國、前蘇聯（俄羅斯）之後的第三個能夠發射載人航天器的國家。這一部分主要介紹中國航天事業的發展歷程。 第七部分：飛向未來 盡管人類進入了太空，登上了月球，但人類開發太空和尋找其他文明的夢還在繼續。這一部分介紹人類將在太空建立居民點，在月球、火星建立城市等的設想，以及開發水星、木星、金星、天王星、海王星、冥王星的設想和向宇宙深處挺進的打算。

9. 宇宙歷史

大約150億年前，我們的宇宙還是一個質量非常大但體積非常小的點。突然這個點爆炸了，中子、質子、電子產生了。這時的溫度高達100億度以上。隨著宇宙的迅速膨脹，其溫度也逐漸降低，這些基本粒子就形成了各種元素，這些物質微粒相互吸引、融合，形成越來越大的團塊，這些團塊又逐漸演化成星系、恆星、行星，在個別的天體上還出現了生命現象，能夠認識宇宙的人類最終誕生了。

這就是目前有關宇宙歷史最可能的一種解釋。這一理論就是現代宇宙學中最有影響的大爆炸學說。4月23日，美國加利福尼亞大學天文物理學家喬治·斯穆特在美國物理學會會議上宣布，他領導的科學小組發現了宇宙誕生初期的物質雲團，有力地支持了大爆炸學說。他們的這一發現最近引起世界科學界的極大關注，被認為是繼愛因斯坦之後最傑出的理論物理學家斯蒂芬·霍金4月24日發表聲明說：「這是本世紀最重要的發現」。

斯穆特的科學小組是利用美國1989年11月發射的宇宙背景探測衛星發現這一物質雲團的。斯穆特認為該雲團是宇宙大爆炸30萬年後的產物。這個巨大的雲團是目前發現的最大的宇宙結構，其最大跨度約100億光年，為現有宇宙尺寸的三分之二，其最小跨度也有5億光年。在此之前科學家發現的最大宇宙結構為長達2億光年的「宇宙長城」。

早在60年代，科學家就已探測到宇宙空間中均勻分布著的宇宙背景輻射，其溫度為零下270攝氏度。大爆炸學說認為，這種輻射是宇宙大爆炸後的「余燼」。從這些「余燼」中，科學家可以推測大爆炸初期的情景。

宇宙背景探測衛星進入地球軌道後，對天空進行了3億次測量。研究人員利用計算機對這些觀測數據進行分析後發現，在遙遠天際的宇宙背景輻射中存在著一個三千萬分之一度的微小溫度波動，如同在「余燼」中閃動著的微弱「火光」，這表明在遙遠天際存在著密度非常小的物質雲團。
目前，大爆炸學說可以解釋較多的觀測現象。天文學家觀測到遠處的天體總是遠離地球而去，這證明宇宙仍在膨脹；各種天體的年齡都小於200億年，這也符合該學說有關大爆炸後才形成各種天體的推論。另外，大爆炸理論還成功地預言了宇宙背景輻射的存在。大爆炸學說預言在大爆炸之後、星系形成之前宇宙的結構應當是雲團。不過，在此之前科學家缺乏從大爆炸到星系形成這一階段的觀測事實，這一巨大雲團的發現證實了大爆炸學說的預言，通過對它的觀測，科學家可以進一步推測宇宙初期的情景。

另外，這一巨大雲團的發現還證實了科學家的另一項預言，即宇宙質量的百分之九十存在於「暗物質」中。以往天文學家觀測到的宇宙總質量遠比理論上計算出的宇宙總質量要小得多。這些「消失」了的物質被稱為「暗物質」。「暗物質」的多少直接影響著宇宙的未來，如果宇宙總質量小於某一數值，那麼它將象現在這樣一直膨脹下去；如果其總質量大於這一數值，那麼天體之間的引力將使宇宙停止膨脹，並在這一巨大引力作用下開始收縮，形成宇宙「大坍塌」，直至大爆炸前的狀態。

目前，科學家正進一步利用這顆宇宙背景探測衛星探測雲團是如何形成原始星系的。英國科學家表示將於明年利用地面射電望遠鏡對這個雲團進行觀測，進一步揭示宇宙的奧秘。分別於1990年4月和1991年4月進入太空的「哈勃」天文望遠鏡和伽馬射線探測器也將有助於人們進一步認識宇宙。「哈勃」望遠鏡可以「窺測到」140億光年遠的地方，也就是能「窺測到」140億年前宇宙大爆炸初期的情景；而伽馬射線探測器則通過對伽馬射線的探測揭開「暗物質」之謎，從而揭示宇宙未來的命運。

宇宙是廣漠空間和其中存在的各種天體以及彌漫物質的總稱。
宇宙是物質世界，它處於不斷的運動和發展中。
《淮南子·原道訓》
注:「四方上下曰宇，古往今來曰宙，以喻天地。」即宇宙是天地萬物的總稱。

千百年來，科學家們一直在探尋宇宙是什麼時候、如何形成的。直到今天，科學家們才確信，宇宙是由大約150億年前發生的一次大爆炸形成的。
在爆炸發生之前，宇宙內的所存物質和能量都聚集到了一起，並濃縮成很小的體積，溫度極高，密度極大，之後發生了大爆炸。
大爆炸使物質四散出擊，宇宙空間不斷膨脹，溫度也相應下降，後來相繼出現在宇宙中的所有星系、恆星、行星乃至生命，都是在這種不斷膨脹冷卻的過程中逐漸形成的。

10. 宇宙的歷史發展

這個用文字很難說清楚。
但是推薦朋友你看一部科教片
《宇宙與人》回
《宇宙與人》是中國高科技含量最高的一部科教電影，僅電腦動畫製作就長達45分鍾。同時，該片還是第一部關於宇宙到生命的大型科教電影，也是我國第一部立體聲科教電影，該片獲得第七屆北京大學生電影節科教片特別獎。?

影片《答宇宙與人》帶領觀眾在宇宙之中暢游，倘佯在宇宙150億年的時空里，遙看地球的誕生，生命的進化，聆聽物質創生的述說，觀賞宇宙偉大的史詩般進程。影片詳盡、真切地表現人類所認識到的宇宙重大事件以及人類認識宇宙的智慧。

通過電影製作後的影片以驚人的場面展現了宇宙的奧秘，恢宏的立體聲音響、深刻的哲理、精美的地球景觀、空靈而深邃的音樂，將給觀眾以空前的視聽享受。業內人士高度評價該片的藝術成就，稱該片是一部堪與外國大片較量的中國科教大片，它能使觀眾在60分鍾的時間里，完成一次150億年宇宙時間的漫遊，並且能感受到一支孤軍奮戰的智能生命在浩翰的宇宙中的人文情懷。

影片由何祚庥、吳心智、胡景耀等6位科學家出任科學顧問。

迅雷裡面可以找得到。