宇宙的發展歷史

A. 人類對宇宙的認識發展史具體的說明哪一年有什麼具體

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.

B. 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。

C. 宇宙的起源與發展

「宇宙到底是什麼樣子?」目前尚無定論。值得一提的是史蒂芬·霍金的觀點比較讓人容易接受：宇宙有限而無界，只不過比地球多了幾維。比如，我們的地球就是有限而無界的。在地球上，無論從南極走到北極，還是從北極走到南極，你始終不可能找到地球的邊界，但你不能由此認為地球是無限的。實際上，我們都知道地球是有限的。地球如此，宇宙亦是如此。

怎麼理解宇宙比地球多了幾維呢?舉個例子：一個小球沿地面滾動並掉進了一個小洞中，在我們看來，小球是存在的，它還在洞裡面，因為我們人類是「三維」的；而對於一個動物來說，它得出的結論就會是：小球已經不存在了!它消失了。為什麼會得出這樣的結論呢?因為它生活在「二維」世界裡，對「三維」事件是無法清楚理解的。同樣的道理，我們人類生活在「三維」世界裡，對於比我們多幾維的宇宙，也是很難理解清楚的。這也正是對於「宇宙是什麼樣子」這個問題無法解釋清楚的原因。

1、均勻的宇宙

長期以來，人們相信地球是宇宙的中心。哥白尼把這個觀點顛倒了過來，他認為太陽才是宇宙的中心。地球和其他行星都圍繞著太陽轉動，恆星則鑲嵌在天球的最外層上。布魯諾進一步認為，宇宙沒有中心，恆星都是遙遠的太陽。

無論是托勒密的地心說還是哥白尼的日心說，都認為宇宙是有限的。教會支持宇宙有限的論點。但是，布魯諾居然敢說宇宙．是無限的，從而挑起了宇宙究竟有限還是無限的長期論戰。這場論戰並沒有因為教會燒死布魯諾而停止下來。主張宇宙有限的人說：「宇宙怎麼可能是無限的呢?」這個問題確實不容易說清楚。主張宇宙無限的人則反問：「宇宙怎麼可能是有限的呢?」這個問題同樣也不好回答。

隨著天文觀測技術的發展，人們看到，確實像布魯諾所說的那樣，恆星是遙遠的太陽。人們還進一步認識到，銀河是由無數個太陽系組成的大星系，我們的太陽系處在銀河系的邊緣，圍繞著銀河系的中心旋轉，轉速大約每秒250千米，圍繞銀心轉一圈約需2.5億年。太陽系的直徑充其量約1光年，而銀河系的直徑則高達10萬光年。銀河系由1000多億顆恆星組成，太陽系在銀河系中的地位，真像一粒砂子處在北京城中。後來又發現，我們的銀河系還與其他銀河系組成更大的星系團，星系團的直徑約為107光年(1000萬光年)。目前，望遠鏡觀測距離已達100億光年以上，在所見的范圍內，有無數的星系團存在，這些星系團不再組成更大的團，而是均勻各向同性地分布著。這就是說，在10的7次方光年的尺度以下，物質是成團分布的。衛星繞著行星轉動，行星、彗星則繞著恆星轉動，形成一個個太陽系。這些太陽系分別由一個、兩個、三個或更多個太陽以及它們的行星組成。有兩個太陽的稱為雙星系，有三個以上太陽的稱為聚星系。成千億個太陽系聚集在一起，形成銀河系，組成銀河系的恆星(太陽系)都圍繞著共同的重心——銀心轉動。無數的銀河系組成星系團，團中的各銀河系同樣也圍繞它們共同的重心轉動。但是，星系團之間，不再有成團結構。各個星系團均勻地分布著，無規則地運動著。從我們地球上往四面八方看，情況都差不多。粗略地說，星系固有點像容器中的氣體分子，均勻分布著，做著無規則運動。這就是說，在10的8次方光年(一億光年)的尺度以上，宇宙中物質的分布不再是成團的，而是均勻分布的。由於光的傳播需要時間，我們看到的距離我們一億光年的星系，實際上是那個星系一億年以前的樣子。所以，我們用望遠鏡看到的，不僅是空間距離遙遠的星系，而且是它們的過去。從望遠鏡看來，不管多遠距離的星系團，都均勻各向同性地分布著。

因而我們可以認為，宇觀尺度上(10的5次方光年以上)物質分布的均勻狀態，不是現在才有的，而是早已如此。

於是，天體物理學家提出一條規律，即所謂宇宙學原理。這條原理說，在宇觀尺度上，三維空間在任何時刻都是均勻各向同性的。現在看來，宇宙學原理是對的。所有的星系都差不多，都有相似的演化歷程。因此我們用望遠鏡看到的遙遠星系，既是它們過去的形象，也是我們星系過去的形象。望遠鏡不僅在看空間，而且在看時間，在看我們的歷史。

2、有限而無邊的宇宙

愛因斯坦發表廣義相對論後，考慮到萬有引力比電磁力弱得多，不可能在分子、原子、原子核等研究中產生重要的影響，因而他把注意力放在了天體物理上。他認為，宇宙才是廣義相對論大有用武之地的領域。

愛因斯坦1915年發表廣義相對論，1917年就提出一個建立在廣義相對論基礎上的宇宙模型。這是一個人們完全意想不到的模型。在這個模型中，宇宙的三維空間是有限無邊的，而且不隨時間變化。以往人們認為，有限就是有邊，無限就是無邊。愛因斯坦把有限和有邊這兩個概念區分開來。

一個長方形的桌面，有確定的長和寬，也有確定的面積，因而大小是有限的。同時它有明顯的四條邊，因此是有邊的。如果有一個小甲蟲在它上面爬，無論朝哪個方向爬，都會很快到達桌面的邊緣。所以桌面是有限有邊的二維空間。如果桌面向四面八方無限伸展，成為歐氏幾何中的平面，那麼，這個歐氏平面是無限無邊的二維空間。

我們再看一個籃球的表面，如果籃球的半徑為r，那麼球面的面積是4πr的2次方，大小是有限的。但是，這個二維球面是無邊的。假如有一個小甲蟲在它上面爬，永遠也不會走到盡頭。所以，籃球面是一個有限無邊的二維空間。
按照宇宙學原理，在宇觀尺度上，三維空間是均勻各向同性的。愛因斯坦認為，這樣的三維空間必定是常曲率空間，也就是說空間各點的彎曲程度應該相同，即應該有相同的曲率。由於有物質存在，四維時空應該是彎曲的。三維空間也應是彎的而不應是平的。愛因斯坦覺得，這樣的宇宙很可能是三維超球面。三維超球面不是通常的球體，而是二維球面的推廣。通常的球體是有限有邊的，體積是4/3πr的3次方，它的邊就是二維球面。三維超球面是有限無邊的，生活在其中的三維生物(例如我們人類就是有長、寬、高的三維生物)，無論朝哪個方向前進均碰不到邊。假如它一直朝北走，最終會從南邊走回來。

宇宙學原理還認為，三維空間的均勻各向同性是在任何時刻都保持的。愛因斯坦覺得其中最簡單階情況就是靜態宇宙，也就是說，不隨時間變化的宇宙。這樣的宇宙只要在某一時刻均勻各向同性，就永遠保持均勻各向同性。

愛因斯坦試圖在三維空間均勻各向同性、且不隨時間變化的假定下，救解廣義相對論的場方程。場方程非常復雜，而且需要知道初始條件(宇宙最初的情況)和邊界條件(宇宙邊緣處的情況)才能求解。本來，解這樣的方程是十分困難的事情，但是愛因斯坦非常聰明，他設想宇宙是有限無邊的，沒有邊自然就不需要邊界條件。他又設想宇宙是靜態的，現在和過去都一樣，初始條件也就不需要了。再加上對稱性的限制(要求三維空間均勻各向同性)，場方程就變得好解多了。但還是得不出結果。反復思考後，愛因斯坦終於明白了求不出解的原因：廣義相對論可以看作萬有引力定律的推廣，只包含「吸引效應」不包含「排斥效應」。而維持一個不隨時間變化的宇宙，必須有排斥效應與吸引效應相平衡才行。這就是說，從廣義相對論場方程不可能得出「靜態」宇宙。要想得出靜態宇宙，必須修改場方程。於是他在方程中增加了一個「排斥項」，叫做宇宙項。這樣，愛因斯坦終於計算出了一個靜態的、均勻各向同性的、有限無邊的宇宙模型。一時間大家非常興奮，科學終於告訴我們，宇宙是不隨時間變化的、是有限無邊的。看來，關於宇宙有限還是無限的爭論似乎可以畫上一個句號了。

3、膨脹或脈動的宇宙

幾年之後，一個名不見經傳的前蘇聯數學家弗利德曼，應用不加宇宙項的場方程，得到一個膨脹的、或脈動的宇宙模型。弗利德曼宇宙在三維空間上也是均勻、各向同性的，但是，它不是靜態的。這個宇宙模型隨時間變化，分三種情況。第一種情況，三維空間的曲率是負的；第二種情況，三維空間的曲率為零，也就是說，三維空間是平直的；第三種情況，三維空間的曲率是正的。前兩種情況，宇宙不停地膨脹；第三種情況，宇宙先膨脹，達到一個極大值後開始收縮，然後再膨脹，再收縮……因此第三種宇宙是脈動的。弗利德曼的宇宙最初發表在一個不太著名的雜志上。後來，西歐一些數學家物理學家得到類似的宇宙模型。愛因斯坦得知這類膨脹或脈動的宇宙模型後，十分興奮。他認為自己的模型不好，應該放棄，弗利德曼模型才是正確的宇宙模型。

同時，愛因斯坦宣稱，自己在廣義相對論的場方程上加宇宙項是錯誤的，場方程不應該含有宇宙項，而應該是原來的老樣子。但是，宇宙項就像「天方夜譚」中從瓶子里放出的魔鬼，再也收不回去了。後人沒有理睬愛因斯坦的意見，繼續討論宇宙項的意義。今天，廣義相對論的場方程有兩種，一種不含宇宙項，另一種含宇宙項，都在專家們的應用和研究中。

早在1910年前後，天文學家就發現大多數星系的光譜有紅移現象，個別星系的光譜還有紫移現象。這些現象可以用多譜勒效應來解釋。遠離我們而去的光源發出的光，我們收到時會感到其頻率降低，波長變長，並出現光譜線紅移的現象，即光譜線向長波方向移動的現象。反之，向著我們迎面而來的光源，光譜線會向短波方向移動，出現紫移現象。這種現象與聲音的多普勒效應相似。許多人都有過這樣的感受：迎面而來的火車其鳴叫聲特別尖銳刺耳，遠離我們而去的火車其鳴叫聲則明顯遲鈍。這就是聲波的多普勒效應，迎面而來的聲源發出的聲波，我們感到其頻率升高，遠離我們而去的聲源發出的聲波，我們則感到其頻率降低。

如果認為星系的紅移、紫移是多普勒效應，那麼大多數星系都在遠離我們，只有個別星系向我們靠近。隨之進行的研究發現，那些個別向我們靠近的紫移星系，都在我們自己的本星系團中(我們銀河系所在的星系團稱本星系團)。本星系團中的星系，多數紅移，少數紫移；而其他星系團中的星系就全是紅移了。
1929年，美國天文學家哈勃總結了當時的一些觀測數據，提出一條經驗規律，河外星系(即我們銀河系之外的其他銀河系)的紅移大小正比於它們離開我們銀河系中心的距離。由於多普勒效應的紅移量與光源的速度成正比，所以，上述定律又表述為：河外星系的退行速度與它們離我們的距離成正比：

V＝HD

式中V是河外星系的退行速度，D是它們到我們銀河系中心的距離。這個定律稱為哈勃定律，比例常數H稱為哈勃常數。按照哈勃定律，所有的河外星系都在遠離我們，而且，離我們越遠的河外星系，逃離得越快。

哈勃定律反映的規律與宇宙膨脹理論正好相符。個別星系的紫移可以這樣解釋，本星系團內部各星系要圍繞它們的共同重心轉動，因此總會有少數星系在一定時間內向我們的銀河系靠近。這種紫移現象與整體的宇宙膨脹無關。

哈勃定律大大支持了弗利德曼的宇宙模型。不過，如果查看一下當年哈勃得出定律時所用的數據圖，人們會感到驚訝。在距離與紅移量的關系圖中，哈勃標出的點並不集中在一條直線附近，而是比較分散的。哈勃怎麼敢於斷定這些點應該描繪成一條直線呢?一個可能的答案是，哈勃抓住了規律的本質，拋開了細節。另一個可能是，哈勃已經知道當時的宇宙膨脹理論，所以大膽認為自己的觀測與該理論一致。以後的觀測數據越來越精，數據圖中的點也越來越集中在直線附近，哈勃定律終於被大量實驗觀測所確認。

4、宇宙有限還是無限

現在，我們又回到前面的話題，宇宙到底有限還是無限?有邊還是無邊?對此，我們從廣義相對論、大爆炸宇宙模型和天文觀測的角度來探討這一問題。

滿足宇宙學原理(三維空間均勻各向同性)的宇宙，肯定是無邊的。但是否有限，卻要分三種情況來討論。

如果三維空間的曲率是正的，那麼宇宙將是有限無邊的。不過，它不同於愛因斯坦的有限無邊的靜態宇宙，這個宇宙是動態的，將隨時間變化，不斷地脈動，不可能靜止。這個宇宙從空間體積無限小的奇點開始爆炸、膨脹。此奇點的物質密度無限大、溫度無限高、空間曲率無限大、四維時空曲率也無限大。在膨脹過程中宇宙的溫度逐漸降低，物質密度、空間曲率和時空曲率都逐漸減小。體積膨脹到一個最大值後，將轉為收縮。在收縮過程中，溫度重新升高、物質密度、空間曲率和時空曲率逐漸增大，最後到達一個新奇點。許多人認為，這個宇宙在到達新奇點之後將重新開始膨脹。顯然，這個宇宙的體積是有限的，這是一個脈動的、有限無邊的宇宙。

如果三維空間的曲率為零，也就是說，三維空間是平直的(宇宙中有物質存在，四維時空是彎曲的)，那麼這個宇宙一開始就具有無限大的三維體積，這個初始的無限大三維體積是奇異的(即「無窮大」的奇點)。大爆炸就從這個「無窮大」奇點開始，爆炸不是發生在初始三維空間中的某一點，而是發生在初始三維空間的每一點。即大爆炸發生在整個「無窮大」奇點上。這個「無窮大」奇點。溫度無限高、密度無限大、時空曲率也無限大(三維空間曲率為零)。爆炸發生後，整個「奇點」開始膨脹，成為正常的非奇異時空，溫度、密度和時空曲率都逐漸降低。這個過程將永遠地進行下去。這是一種不大容易理解的圖像：一個無窮大的體積在不斷地膨脹。顯然，這種宇宙是無限的，它是一個無限無邊的宇宙。

三維空間曲率為負的情況與三維空間曲率為零的情況比較相似。宇宙一開始就有無窮大的三維體積，這個初始體積也是奇異的，即三維「無窮大」奇點。它的溫度、密度無限高，三維、四維曲率都無限大。大爆炸發生在整個「奇點」上，爆炸後，無限大的三維體積將永遠膨脹下去，溫度、密度和曲率都將逐漸降下來。這也是一個無限的宇宙，確切地說是無限無邊的宇宙。

那麼，我們的宇宙到底屬於上述三種情況的哪一種呢?我們宇宙的空間曲率到底為正，為負，還是為零呢?這個問題要由觀測來決定。

廣義相對論的研究表明，宇宙中的物質存在一個臨界密度ρc，大約是每立方米三個核子(質子或中子)。如果我們宇宙中物質的密度ρ大於ρc，則三維空間曲率為正，宇宙是有限無邊的；如果ρ小於ρc，則三維空間曲率為負，宇宙也是無限無邊的。因此，觀測宇宙中物質的平均密度，可以判定我們的宇宙究竟屬於哪一種，究競有限還是無限。

此外，還有另一個判據，那就是減速因子。河外星系的紅移，反映的膨脹是減速膨脹，也就是說，河外星系遠離我們的速度在不斷減小。從減速的快慢，也可以判定宇宙的類型。如果減速因子q大於1/2，三維空間曲率將是正的，宇宙膨脹到一定程度將收縮；如果q等於1/2，三維空間曲率為零，宇宙將永遠膨脹下去；如果q小於1/2，三維空間曲率將是負的，宇宙也將永遠膨脹下去。

表3列出了有關的情況：

表3

宇宙中物質密度 紅移的減速因子 三維空間曲率 宇宙類型 膨脹特點

ρ＞ρc q＞1/2 正 有限無邊 脈動

ρ＝ρc q＝1/2 零 無限無邊 永遠膨脹

ρ＜ρc q＜1/2 負 無限無邊 永遠膨脹

我們有了兩個判據，可以決定我們的宇宙究竟屬於哪一種了。觀測結果表明，ρ＜ρc，我們宇宙的空間曲率為負，是無限無邊的宇宙，將永遠膨脹下去!不幸的是，減速因子觀測給出了相反的結果，q＞1/2，這表明我們宇宙的空間曲率為正，宇宙是有限無邊的，脈動的，膨脹到一定程度會收縮回來。哪一種結論正確呢?有些人傾向於認為減速因子的觀測更可靠，推測宇宙中可能有某些暗物質被忽略了，如果找到這些暗物質，就會發現ρ實際上是大於ρc的。另一些人則持相反的看法。還有一些人認為，兩種觀測方式雖然結論相反，但得到的空間曲率都與零相差不大，可能宇宙的空間曲率就是零。然而，要統一大家的認識，還需要進一步的實驗觀測和理論推敲。今天，我們仍然肯定不了宇宙究竟有限還是無限，只能肯定宇宙無邊，而且現在正在膨脹!此外，還知道膨脹大約開始於100億-200億年以前，這就是說，我們的宇宙大約起源於100億-200億年之前。

5、愛因斯坦宇宙模型

根據物理理論，在一定的假設前提下提出的關於宇宙的設想與推測，稱為宇宙模型。

著名科學家愛因斯坦於1915年建立了廣義相對論的物理理論。這一理論認為，宇宙中沒有絕對空間和絕對時間，無論是空間和時間都不能與物質隔開來，空間和時間均受物質影響；引力是空間彎曲的效應，而空間彎曲是由物質存在決定的。愛因斯坦將他的理論應用於宇宙研究，1917年發表了《根據廣義相對論的宇宙學考察》的論文，他將廣義相對論的引力場方程用於整個宇宙，建立起一種宇宙模型。
當時科學家普遍認為宇宙是靜止的，不隨時間變化的。雖然在幾年前，美國天文學家斯里弗已發現了河外星系的譜線紅移(顯然這是對靜止宇宙的挑戰)，但由於當時正值第一次世界大戰，這一消息並沒有傳到歐洲。因此，愛因斯坦也和大多數科學家一樣，認為宇宙是靜態的。愛因斯坦想從引力場方程著手，得出一個宇宙是靜態的、均勻的、各向同性的答案。但他得到的解是不穩定的，表明全間和距離不是恆定不變的，而是隨時變化的。為了得到一個空間是穩定的解，愛因斯坦人為地在引力場方程中引入一個叫做「宇宙常數」的項，讓它起斥力的作用。愛因斯坦得出一個有限無邊的靜態宇宙模型，稱為愛因斯坦宇宙模型。為了便於理解，可把它比喻為三維空間中的一個二維球面：球面的面積是有限的、但沿著球面沒有邊界，也無中心，球面保持靜態狀態。幾年以後，愛因斯坦得知河外星系退行，宇宙是膨脹的消息後，非常後悔在自己的模型中加了一個宇宙常數項，稱這是他一生中犯的最大錯誤。
最新發現：銀河系奇異恆星的伴星現身

科學家利用NASA的遠紫外譜儀探索衛星首次探測到船底座伊塔星(Eta Carinae)的伴星。船底座伊塔星是銀河系中最重最奇異的星體，座落在離地球7500光年船底座，在南半球用肉眼就可以清楚的看到。科學家認為船底座伊塔星是一個正迅速走向衰亡的不穩定恆星。
長期以來，科學家們就推斷它應該存在著一顆伴星，但是一直得不到直接的證據。間接的證據來自其亮度呈現的規則變化。科學家發現船底座伊塔星在可見光，X-射線，射電波和紅外線波段的亮度都呈現規則的重覆模式，因此推測它可能是一個雙星系統。最有力的證據是每過5年半，船底座伊塔星系統發出的X-射線就會消失約三個月時間。科學家認為船底座伊塔星溫度太低，本身並不能發出X-射線，但是它以每秒300英里的速度向外噴發氣體粒子，這些氣體粒子和伴星發出的粒子相互碰撞後發出X-射線。科學家認為X-射線消失的原因是船底座伊塔星每隔5年半就擋住了這些X-射線。最近一次X-射線消失開始於2003年6月29日。

科學家推斷船底座伊塔星和其伴星的距離是地球到太陽之間的距離的10倍，因為它們距離太近，離地球又太遠，無法用望遠鏡直接將它們區分開。另外一種方法就是直接觀測伴星所發出的光。但是船底座伊塔星的伴星比其本身要暗的多，以前科學家曾經試圖用地面望遠鏡和哈勃望遠鏡觀測，但都沒有成功。

美國天主教大學的科學家羅辛納. 而平(Rosina Iping)及其合作者利用遠紫外譜儀衛星來觀測這顆伴星，因為它比哈勃望遠鏡能觀測到波長更短的紫外線。它們在6月10日，17日觀測到了遠紫外線，但是在6月27日，也就是在X-射線消失前的兩天遠紫外線消失了。觀測到的遠紫外線來自船底座伊塔星的伴星，因為船底座伊塔星溫度太低，本身不會發出遠紫外線。這意味著船底座伊塔星擋住了X-射線的同時也擋住了伴星。這是科學家首次觀測到船底座伊塔星的伴星發出的光，從而證實了這顆伴星的存在。

有三個太陽的恆星
據新華社14日電 據14日出版的《自然》雜志報道，美國天文學家在距離地球149光年的地方發現了一個具有三顆恆星的奇特星系，在這個星系內的行星上，能看到天空中有三個太陽。
美國加州理工學院的天文學家在該雜志上報告說，他們發現天鵝星座中的HD188753星系中有3顆恆星。處於該星系中心的一顆恆星與太陽系中的太陽類似，它旁邊的行星體積至少比木星大14%。該行星與中心恆星的距離大約為800萬公里，是太陽和地球之間距離的二十分之一。而星系的另外兩顆恆星處於外圍，它們彼此相距不遠，也圍繞中心恆星公轉。

銀河系中的星系多為單星系或雙星系，具有三顆以上恆星的星系被稱為聚星系，不太多見。

恆星並不是平均分布在宇宙之中，多數的恆星會受彼此的引力影響，形成聚星系統，如雙星、三恆星，甚至形成星團，及星系等由數以億計的恆星組成的恆星集團。

天文學家發現宇宙中生命誕生是普遍的現象

近日美國宇航局尋找地球以外生命物質存在證據的科研小組研究發現，某些在實際生命化學反應中起到至關重要作用的有機化學物質，普遍存在於我們地球以外的浩瀚宇宙中。研究結果表明，在宇宙深處存在生命物質、或者有孕育生命物質的化學反應發生，這在浩瀚的宇宙中是一種普遍現象。
上述研究來自「美國宇航局艾姆斯研究中心(NASA Ames Research Center)」的一個外空生物科研小組。在該小組工作的科學家道格拉斯-希金斯介紹時稱：「根據科研小組最新的研究結果顯示，一類在生物生命化學中起至關重要作用的化合物，在廣袤的宇宙空間中廣泛而且大量地存在著。」 作為該外空生物學研究小組的主要成員之一，道格拉斯-希金斯以第一作者的身份將他們的最新研究成果撰文發表在10月10日出版的《天體物理學》雜志上。
希金斯在描述其研究結果時介紹：「利用美國宇航局斯皮策太空望遠鏡(Spitzer Space Telescope)最近的觀測結果，天文學家在我們所居住的銀河系內，到處都發現了一種復雜有機物『多環芳烴』(PAHs)存在的證據。但是這項發現一開始只得到天文學家的重視，並沒有引起對外空生物進行研究的天體生物學家們的興趣。因為對於生物學而言，普通的多環芳烴物質存在並不能說明什麼實質問題。但是，我們的研究小組在最近一項分析結果中卻驚喜的發現，宇宙中看到的這些多環芳烴物質，其分子結構中含有『氮』元素(N)的成分，這一意外發現使我們的研究發生了戲劇性改變。」
該研究小組的另一成員，來自美國宇航局艾姆斯研究中心的天體生物學家路易斯-埃蘭曼德拉說：「包括DNA分子在內，對於大多數構成生命的化學物質而言，含氮的有機分子參與是必須的條件。舉一個含氮有機物質在生命物質意義上最典型的例子，象我們所熟悉的葉綠素，其對於植物的光合作用起著關鍵作用，而葉綠素分子中富含這種含氮多環芳烴(PANHs)成分。」
據介紹，在科研小組的研究工作中，除了利用來自斯皮策望遠鏡得到的觀測數據外，科研人員還使用了歐洲宇航局太空紅外天文觀測衛星的觀測數據。在美國宇航局艾姆斯研究中心的實驗室中，研究人員對這類特殊的多環芳烴，利用紅外光譜化學鑒定技術對其分子結構和化學成分進行了全面分析，找到其中氮元素存在的證據。同時科學家利用計算機技術對這些宇宙中普遍存在的含氮多環芳烴，進行了紅外射線光譜模擬分析。
路易斯-埃蘭曼德拉同時還表示：「除去上述分析結論以外，更加富有戲劇性的發現是，在斯皮策太空望遠鏡的觀測中還顯示出，在宇宙中一些即將死亡的恆星天體周圍，環繞其外的眾多星際物質中，都大量蘊藏著這種特殊的含氮多環芳烴成分。這一發現從某種意義上似乎也告訴我們，在浩瀚的宇宙星空中，即使在死亡來臨的時候，同時也孕育著新生命開始的火種。」

本年度最大科學突破:宇宙正膨脹 發現暗能量

通過分析星系團(圖中左側的點)，斯隆數字天空觀測計劃天文學家確定，暗能量正在驅動著宇宙不斷地膨脹。

據英國《衛報》報道，證實宇宙正在膨脹是本年度最重大的科學突破。

報道說，近73％的宇宙由神秘的暗能量組成，它是一種反重力。在19日出版的美國《科學》雜志上，暗能量的發現被評為本年度最重大的科學突破。通過望遠鏡，人類在宇宙中已經發現近2000億個星系，每一個星系中又有約2000億顆星球。但所有這些加起來僅占整個宇宙的4％。

現在，在新的太空探索基礎上，以及通過對100萬個星系進行仔細研究，天文學家們至少已經弄清了部分情況。約23％的宇宙物質是「暗物質」。沒有人知道它們究竟是什麼，因為它們無法被檢測到，但它們的質量大大超過了可見宇宙的總和。而近73％的宇宙是最新發現的暗能量。這種奇特的力量似乎正在使宇宙加速膨脹。英國皇家天文學家馬丁·里斯爵士將這一發現稱為「最重要的發現」。

這一發現是繞軌道運行的威爾金森微波各向異性探測器（WMAP）和斯隆數字天文台（SDSS）的成果。它解決了關於宇宙的年齡、膨脹的速度及組成宇宙的成分等一系列問題的長期爭論。天文學家現在相信宇宙的年齡是137億年

D. 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

E. 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。

F. 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。

G. 宇宙的演化是如何的

宇宙是如何起源的？空間和時間的本質是什麼？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。 目前來說，最為普遍的是「大爆炸宇宙論」是1927年由比利時數學家勒梅特提出的。但是，宇宙大爆炸僅僅是一種學說，是根據天文觀測研究後得到的一種設 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。 科學家認為它起源為137億年前之間的一次難以置信的大爆炸。這是一次不可想像的能量大爆炸，宇宙邊緣的光到達地球要花120億年到150億年的時間。大爆炸散發的物質在太空中漂游，由許多恆星組成的巨大的星系就是由這些物質構成的，我們的太陽就是這無數恆星中的一顆。原本人們想像宇宙會因引力而不再膨脹，但是，科學家已發現宇宙中有一種 「暗能量」會產生一種斥力而加速宇宙的膨脹。 大爆炸後的膨脹過程是一種引力和斥力之爭，爆炸產生的動力是一種斥力，它使宇宙中的天體不斷遠離；天體間又存在萬有引力，它會阻止天體遠離，甚至力圖使其互相靠近。引力的大小與天體的質量有關，因而大爆炸後宇宙的最終歸宿是不斷膨脹，還是最終會停止膨脹並反過來收縮變小，這完全取決於宇宙中物質密度的大小。 理論上存在某種臨界密度。如果宇宙中物質的平均密度小於臨界密度，宇宙就會一直膨脹下去，稱為開宇宙；要是物質的平均密度大於臨界密度，膨脹過程遲早會停下來，並隨之出現收縮，稱為閉宇宙。 問題似乎變得很簡單，但實則不然。理論計算得出的臨界密度為5×8^-30克/厘米3。但要測定宇宙中物質平均密度就不那麼容易了。星系間存在廣袤的星系間空間，如果把目前所觀測到的全部發光物質的質量平攤到整個宇宙空間，那麼，平均密度就只有2×10^-31克/厘米3，遠遠低於上述臨界密度。 然而，種種證據表明，宇宙中還存在著尚未觀測到的所謂的暗物質，其數量可能遠超過可見物質，這給平均密度的測定帶來了很大的不確定因素。因此，宇宙的平均密度是否真的小於臨界密度仍是一個有爭議的問題。不過，就目前來看，開宇宙的可能性大一些。 恆星演化到晚期，會把一部分物質（氣體）拋入星際空間，而這些氣體又可用來形成下一代恆星。這一過程中氣體可能越來越少（並未確定這種過程會減少這種氣體。）。以致於不能再產生新的恆星。10^14年後，所有恆星都會失去光輝，宇宙也就變暗。同時，恆星還會因相互作用不斷從星系逸出，星系則則因損失能量而收縮，結果使中心部分生成黑洞，並通過吞食經過其附近的恆星而長大。（根據質能守恆定律,形成恆星的氣體並不會減少而是轉換成其他形態。所以新的恆星可能會一直產生.) 10^17～10^18年後，對於一個星系來說只剩下黑洞和一些零星分布的死亡了的恆星，這時，組成恆星的質子不再穩定。10^32年後，質子開始衰變為光子和各種輕子。10^71年後，這個衰變過程進行完畢，宇宙中只剩下光子、輕子和一些巨大的黑洞。 10^108年後，通過蒸發作用，有能量的粒子會從巨大的黑洞中逃逸出。宇宙將歸於一片黑暗。這也許就是開宇宙「末日」到來時的景象，但它仍然在不斷地、緩慢地膨脹著。（但質子是否會衰變還未得到結論，因此根據質能守恆定律。宇宙中的質能會不停的轉換。）閉宇宙的結局又會怎樣呢？閉宇宙中，膨脹過程結束時間的早晚取決於宇宙平均密度的大小。如果假設平均密度是臨界密度的2倍，那麼根據一種簡單的理論模型，經過400～500億年後，當宇宙半徑擴大到目前的2倍左右時，引力開始占上風，膨脹即告停止，而接下來宇宙便開始收縮。 以後的情況差不多就像一部宇宙影片放映結束後再倒放一樣，大爆炸後宇宙中所發生的一切重大變化將會反演。收縮幾百億年後，宇宙的平均密度又大致回到目前的狀態，不過，原來星系遠離地球的退行運動將代之以向地球接近的運動。再過幾十億年，宇宙背景輻射會上升到400開，並繼續上升，於是，宇宙變得非常熾熱而又稠密。 在坍縮過程中，星系會彼此並合，恆星間碰撞頻繁。 宇宙大爆炸至今已有約200億年的歷史，時至今日。宇宙目前正處於繁星期中期。在這個時期，恆星和星系保持較高的能量，因此夜空中呈現一片繁星閃爍的景象。天文學認為，太陽是一個已經45億歲的黃矮星。再過數十億年以後，當它的能量逐漸消耗完的時候，它將先衰變為紅巨星，然後進一步變成白矮星。這時候的太陽只有地球一般大小，而且由於它散發出的巨在熱量，它將使地球上的一切生命無法存在，那時人類將不得不在宇宙中另尋棲身之地。有一種叫做紅矮星的恆星不會衰變成紅巨星，但它們的燃料也只能維持10萬億年。當紅矮星最後也開始逐漸黯淡下去的時候，宇宙就開始進入衰落期。
衰落期 亞當斯等人認為，宇宙的衰落期將從距今1000億年以後開始。在這個時期，宇宙中到處都是失去燃料的星體殘骸，它們包括白矮星、褐矮星、中子星和黑洞。這個時期的一個特點是，原來巨大的恆星坍塌到相對較小的空間之內，可能只有原來恆星的核心部分那麼大。由於這些物質無法再利用氫為原料進行核聚變，因此它們完全失去了光輝。這時的次原子微粒也失去了以往的物理特性。 在衰落期，星系開始逐漸解體。衰變的星體相互碰撞，一些將從此漫遊於廣闊原星際空間，一些便滑向星系的中心部分。在此過程中，一此星體殘骸將被黑洞吞噬，而兩顆褐矮星也有可能相撞形成新星。這時宇宙中的文明將不得不適應衰落期的現實，而新的生命將不會自動產生。研究人員通過計算發現，衰落期的白矮星將吸收宇宙中游離的「弱相互作用質量微粒」，這一過程將給黯淡的宇宙增添一絲熱量。
黑洞期 恆星的殘骸開始解體，這時宇宙的演變將慢慢進入黑洞期。衰落期終結時光子開始喪失（光子存在於每一個電之之中），光子的喪失將導致白矮星和中子星的解體，使宇宙中絕大部分質量轉化為能量，同時標志著衰落期的結束。隨著光子從電子中逃逸出來，一切以碳為基礎的生命將不能在宇宙中繼續生存。由於黑洞具有極大的引力，它能將一切靠近它的物質吸引到其中而成為它的一部分。但根據量子力學理論，黑洞的周圍部分也會損失一些能量。這些微小的損失在經典物理學中幾乎可以忽略不計，但經過億萬年的過程，黑洞最終也逃脫不了解體的結局。
黑暗期 黑暗期是指整個宇宙處於一片黑暗。亞當斯等天文學家們認為，當宇宙中最後一個黑洞也煙消雲散之後，整個宇宙的景像是茫茫宇宙陷入一片黑暗，所有的星星早已燃燒殆盡，一切有機生命形式都歸於沉寂，黑暗之中僅存的是由一些基本粒子構成的薄雲。一片由正電子、負電子、光子和中微子組成的雲霧散布在無邊無際的時空當中。在大約100個宇宙年代（10的100次方年）之後，光的波長將變得相當長，亮度也變得相當暗，那時的宇宙將成為一個當今人們無法了解的世界。
這幅由亞當斯和勞林描繪的圖畫，也許是目前人們能得到的關於宇宙終結的最具體的描述。

H. 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。

I. 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。