第2章 宇宙的形成和演变

宇宙的形成

大约在150亿年前，宇宙所有的物质都高度密集于一个很小、温度极高、密度极大的原始火球，后来原始火球发生了大爆炸，物质开始向外大膨胀，就形成了今天我们看到的宇宙。在这150亿年中先后诞生了星系团、黑洞和星系等。

宇宙的尽头

“大爆炸宇宙论”提出宇宙常常是周而复始地从诞生至消亡，再诞生、再消亡的轮回。按照宇宙诞生后就急速扩大的宇宙模型，可以计算出宇宙的年龄为130亿年。这就是说，从地球到宇宙“尽头”的距离，理论上应是130亿光年。

宇宙的膨胀

科学研究发现，宇宙不是永恒的，而是在不断地膨胀中。宇宙的不平衡现象最早是由一位德国的医生发现的，他在夜空观察星星时发现，每个星球间的距离并没有因万有引力而彼此靠近。那么，在星球之间必定存在另一种力量抵消了它们之间的万有引力，他就把这现象假设为宇宙在不断地膨胀。

宇宙里的红移

科学家发现宇宙中存在红移现象，即远距离星球射向地球的光以红光为多，近距离的则以紫光为主。这一现象说明了这些星球在远离地球，接着爱因斯坦提出了广义相对论，他提出加速度不等于零的理论，其中就包含了宇宙膨胀的学说。1931年美国天文学家利用先进的天文望远镜发现，在银河系外仍有很多星系，并且在不断地膨胀，至此才使得宇宙膨胀的理论得到证实。

热大爆炸宇宙学说

这种学说认为，宇宙膨胀是按“绝热”的方式进行，即宇宙是从热至冷演变的。在宇宙早期，辐射和物质的密度都很高，光子被物质吸收或散射，然后物质发射出光子，辐射和物质频繁地相互作用，当宇宙温度下降时，质子与电子结合成氢原子对辐射的吸收减少，物质跟辐射不再相互作用，光子便可以在空间自由穿行。微波背景辐射的发现，有力地支持了热爆炸宇宙模型，因此，热大爆炸宇宙学说得到了大多数科学家的认同。

暴胀宇宙学说

这个学说是美国科学家古思、温伯格和威尔茨克3人于1979年至1981年提出的。这个学说认为，在大爆炸后不到10秒至35秒的瞬间，宇宙迅速膨胀，故称为暴胀。暴胀后体积增大了10⁴³倍。这种学说还认为引力强度会导致宇宙膨胀速率减慢。当暴胀阶段终了，宇宙过渡至今天的平缓状态，物质分布不均匀现象便产生了。

宇宙中的“黑色骑士”

在太阳系中存在着来自地球之外的人造天体。1961年，法国学者雅克•瓦莱发现了一颗运行方向与其他卫星相反的地球卫星，这颗来历不明的卫星被命名为“黑色骑士”。科学家研究发现，“黑色骑士”可能是一艘由于内部爆炸而变成10块碎片的外星太空船的残骸。

宇宙中的黑洞

黑洞是一种引力极强的天体。黑洞的所谓“黑”，表明它不向外界发射和反射任何光线，因此人们无法看见它。所谓“洞”，是表明任何东西一旦进入它的边界便休想再出去，所以它活像一个真正的“无底洞”。

黑洞强大的引力场还足以摧垮其内部的一切物体，就连光也不能逃脱。所以黑洞内部不具备任何类型的物质结构，这就是著名的“黑洞无常定理”。

宇宙白洞

白洞是否存在，至今尚无观测证据。有人认为，白洞并不存在，因为，所谓的白洞外部的时空性质与黑洞一样，白洞可以把它周围的物质吸积到边界上形成物质层。只要有足够多的物质，引力坍缩就会发生，导致形成黑洞。另外，按照目前的理论，大质量恒星演化至晚期可能经坍缩而形成黑洞，但并不知道有什么过程会导致形成白洞。如果白洞存在，则可能是宇宙大爆炸时残留下来的，有底称为洞，无底的称为道。

宇宙中的灯塔

脉冲星并非或明或暗地闪烁发光，而是发射出恒定的能量流。只是这一能量汇聚成一束非常窄的电波，从星体的磁极发射出来。星体旋转时，这一电波就像灯塔的光束或救护车警灯一样扫过太空。只有当电波直接照射到地球时，我们才能探测到脉冲信号。这样，恒定的能量流汇聚成的电波就变成了脉冲波。

来自天体的脉冲信号

1967年夏天，著名的英国射电天文学家休伊什和女研究生贝尔小姐发现了一个能发射无线电脉冲的天体。后来这个天体被命名为脉冲星。它很有规律地发射一断一续的脉冲，每经过1.337秒就重复一次，这是脉冲星自转的结果。

宇宙的自然和谐

宇宙的运动有规律而且和谐，这似乎已成为一种万古不变的信条。毕德哥拉斯学派提出“美是和谐与比例”，进而指出，人类生活的宇宙正是由于这种和谐才演化至今天并且秩序井然的。现代物理学家爱因斯坦则指出，宇宙这种先定的和谐可以给人以美感和快感。

拓展阅读

大爆炸理论：该理论认为宇宙是由一个致密炽热的奇点于137亿年前一次大爆炸后膨胀形成的。1929年，美国天文学家哈勃提出星系的红移量与星系间的距离成正比的哈勃定律，并推导出星系都在互相远离的宇宙膨胀说。