一般認(rèn)為,宇宙產(chǎn)生于150億年前一次大爆炸中.大爆炸后30億年,最初的物質(zhì)漣漪出現(xiàn).大爆炸后20億～30億年,類星體逐漸形成.大爆炸后100億年,太陽誕生.38億年前地球上的生命開始逐漸演化. 大爆炸散發(fā)的物質(zhì)在太空中漂游,由許多恒星組成的巨大的星系就是由這些物質(zhì)構(gòu)成的,我們的太陽就是這無數(shù)恒星中的一顆.原本人們想象宇宙會(huì)因引力而不再膨脹,但是,科學(xué)家已發(fā)現(xiàn)宇宙中有一種 “暗能量”會(huì)產(chǎn)生一種斥力而加速宇宙的膨脹. 大爆炸后的膨脹過程是一種引力和斥力之爭(zhēng),爆炸產(chǎn)生的動(dòng)力是一種斥力,它使宇宙中的天體不斷遠(yuǎn)離；天體間又存在萬有引力,它會(huì)阻止天體遠(yuǎn)離,甚至力圖使其互相靠近.引力的大小與天體的質(zhì)量有關(guān),因而大爆炸后宇宙的最終歸宿是不斷膨脹,還是最終會(huì)停止膨脹并反過來收縮變小,這完全取決于宇宙中物質(zhì)密度的大小. 宇宙內(nèi)圍為引力,宇宙外圍為斥力(暗能量) 理論上存在某種臨界密度.如果宇宙中物質(zhì)的平均密度小于臨界密度,宇宙就會(huì)一直膨脹下去,稱為“開宇宙”；要是物質(zhì)的平均密度大于臨界密度,膨脹過程遲早會(huì)停下來,并隨之出現(xiàn)收縮,稱為“閉宇宙”. 問題似乎變得很簡(jiǎn)單,但實(shí)則不然.理論計(jì)算得出的臨界密度為5×8^-30克/厘米3.但要測(cè)定宇宙中物質(zhì)平均密度就不那么容易了.星系間存在廣袤的星系間空間,如果把目前所觀測(cè)到的全部發(fā)光物質(zhì)的質(zhì)量平攤到整個(gè)宇宙空間,那么,平均密度就只有2×10^-31克/厘米3,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于上述臨界密度. 然而,種種證據(jù)表明,宇宙中還存在著尚未觀測(cè)到的所謂的暗物質(zhì),其數(shù)量可能遠(yuǎn)超過可見物質(zhì),這給平均密度的測(cè)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于臨界密度仍是一個(gè)有爭(zhēng)議的問題.不過,就目前來看,開宇宙的可能性大一些. 恒星演化到晚期,會(huì)把一部分物質(zhì)（氣體）拋入星際 NGC 5139 半人馬座Ω空間,而這些氣體又可用來形成下一代恒星.這一過程中氣體可能越來越少（并未確定這種過程會(huì)減少這種氣體.）.以致于不能再產(chǎn)生新的恒星.10^14年后,所有恒星都會(huì)失去光輝,宇宙也就變暗.同時(shí),恒星還會(huì)因相互作用不斷從星系逸出,星系則因損失能量而收縮,結(jié)果使中心部分生成黑洞,并通過吞食經(jīng)過其附近的恒星而長大.（根據(jù)質(zhì)能守恒定律,形成恒星的氣體并不會(huì)減少而是轉(zhuǎn)換成其他形態(tài).所以新的恒星可能會(huì)一直產(chǎn)生.) 10^17～10^18年后,對(duì)于一個(gè)星系來說只剩下黑洞和一些零星分布的死亡了的恒星,這時(shí),組成恒星的質(zhì)子不再穩(wěn)定.10^32年后,質(zhì)子開始衰變?yōu)楣庾雍透鞣N輕子.10^71年后,這個(gè)衰變過程進(jìn)行完畢,宇宙中只剩下光子、輕子和一些巨大的黑洞. 10^108年后,通過蒸發(fā)作用,有能量的粒子會(huì)從巨大的黑洞中逃逸出.宇宙將歸于一片黑暗.這也許就是開宇宙“末日”到來時(shí)的景象,但它仍然在不斷地、緩慢地膨脹著.（但質(zhì)子是否會(huì)衰變還未得到結(jié)論,因此根據(jù)質(zhì)能守恒定律.宇宙中的質(zhì)能會(huì)不停的轉(zhuǎn)換.） 閉宇宙的結(jié)局又會(huì)怎樣呢?閉宇宙中,膨脹過程結(jié)束時(shí)間的早晚取決于宇宙平均密度的大小.如果假設(shè)平均密度是臨界密度的2倍,那么根據(jù)一種簡(jiǎn)單的理論模型,經(jīng)過400～500億年后,當(dāng)宇宙半徑擴(kuò)大到目前的2倍左右時(shí),引力開始占上風(fēng),膨脹即告停止,而接下來宇宙便開始收縮. 以后的情況差不多就像一部宇宙影片放映結(jié)束后再倒放一樣,大爆炸后宇宙中所發(fā)生的一切重大變化將會(huì)反演.收縮幾百億年后,宇宙的平均密度又大致回到目前的狀態(tài),不過,原來星系遠(yuǎn)離地球的退行運(yùn)動(dòng)將代之以向地球接近的運(yùn)動(dòng).再過幾十億年,宇宙背景輻射會(huì)上升到400開,并繼續(xù)上升,于是,宇宙變得非常熾熱而又稠密. 在坍縮過程中,星系會(huì)彼此并合,恒星間碰撞頻繁. 這些結(jié)局也只是假想推論的. 近幾年來,一批西方的天文學(xué)家發(fā)表了關(guān)于“宇宙無始無終”的新論斷.他們認(rèn)為,宇宙既沒有“誕生”之日,也沒有終結(jié)之時(shí),而就是在一次又一次的大爆炸中進(jìn)行運(yùn)動(dòng),循環(huán)往復(fù),以至無窮的. 至于“宇宙無始無終”的新論是否正確,科學(xué)家認(rèn)為,過幾年國際天文學(xué)界可望對(duì)此做出驗(yàn)證.1.有些宇宙學(xué)家認(rèn)為,暴漲模型最徹底的改革也許是觀測(cè)宇宙中所有的物質(zhì)和能量從無中產(chǎn)生的觀點(diǎn),這種觀點(diǎn)之所以在以前不能為人們接受,是因?yàn)榇嬖谥S多守恒定律,特別是重子數(shù)守恒和能量守恒.但隨著大統(tǒng)一理論的發(fā)展,重子數(shù)有可能是不守恒的,而宇宙中的引力能可粗略地說是負(fù)的,并精確地抵消非引力能,總能量為零.因此就不存在已知的守恒律阻止觀測(cè)宇宙從無中演化出來的問題.這種“無中生有”的觀點(diǎn)在哲學(xué)上包括兩個(gè)方面：①本體論方面.如果認(rèn)為“無”是絕對(duì)的虛無,則是錯(cuò)誤的.這不僅違反了人類已知的科學(xué)實(shí)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(cè)宇宙僅僅是整個(gè)暴漲區(qū)域的很小的一部分,在觀測(cè)宇宙之外并不是絕對(duì)的“無”.現(xiàn)在觀測(cè)宇宙的物質(zhì)是從假真空狀態(tài)釋放出來的能量轉(zhuǎn)化而來的,這種真空能恰恰是一種特殊的物質(zhì)和能量形式,并不是創(chuàng)生于絕對(duì)的“無”.如果進(jìn)一步說這種真空能起源于“無”,因而整個(gè)觀測(cè)宇宙歸根到底起源于“無”,那么這個(gè)“無”也只能是一種未知的物質(zhì)和能量形式.②認(rèn)識(shí)論和方法論方面.暴漲模型所涉及的宇宙概念是自然科學(xué)的宇宙概念.這個(gè)宇宙不論多么巨大,作為一個(gè)有限的物質(zhì)體系 ,也有其產(chǎn)生、發(fā)展和滅亡的歷史.暴漲模型把傳統(tǒng)的大爆炸宇宙學(xué)與大統(tǒng)一理論結(jié)合起來,認(rèn)為觀測(cè)宇宙中的物質(zhì)與能量形式不是永恒的,應(yīng)研究它們的起源.它把“無”作為一種未知的物質(zhì)和能量形式,把“無”和“有”作為一對(duì)邏輯范疇,探討我們的宇宙如何從“無”——未知的物質(zhì)和能量形式,轉(zhuǎn)化為“有”——已知的物質(zhì)和能量形式,這在認(rèn)識(shí)論和方法論上有一定意義. 2. 宇宙是如何起源的?空間和時(shí)間的本質(zhì)是什么?這是從2000多年前的古代哲學(xué)家到現(xiàn)代天文學(xué)家一直都在苦苦思索的問題.經(jīng)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(xué)已經(jīng)不再是幽深玄奧的抽象哲學(xué)思辯,而是建立在天文觀測(cè)和物理實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的一門現(xiàn)代科學(xué). 目前學(xué)術(shù)界影響較大的“大爆炸宇宙論”是1927年由比利時(shí)數(shù)學(xué)家勒梅特提出的,他認(rèn)為最初宇宙的物質(zhì)集中在一個(gè)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(shù)碎片,形成了今天的宇宙.1948年,俄裔美籍物理學(xué)家伽莫夫等人,又詳細(xì)勾畫出宇宙由一個(gè)致密熾熱的奇點(diǎn)于150億年前一次大爆炸后,經(jīng)一系列元素演化到最后形成星球、星系的整個(gè)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(duì)無限延伸的.“大爆炸宇宙論”關(guān)于宇宙當(dāng)初僅僅是一個(gè)點(diǎn),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(jì)算質(zhì)量的宇宙壓縮在一個(gè)極小空間內(nèi)的假設(shè)只是一種臆測(cè).況且從能量與質(zhì)量的正比關(guān)系考慮,一個(gè)小點(diǎn)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(zhuǎn)一圈確定為衡量時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)——年.但宇宙中所有天體的運(yùn)動(dòng)速度都是不同的,在宇宙范圍,時(shí)間沒有衡量標(biāo)準(zhǔn).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(duì)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(xué)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(dǎo)出星系都在互相遠(yuǎn)離的宇宙膨脹說.哈勃定律只是說明了距離地球越遠(yuǎn)的星系運(yùn)動(dòng)速度越快--星系紅移量與星系距離呈正比關(guān)系.但他沒能發(fā)現(xiàn)很重要的另一點(diǎn)--星系紅移量與星系質(zhì)量也呈正比關(guān)系. 宇宙中星系間距離非常非常遙遠(yuǎn),光線傳播因空間物質(zhì)的吸收、阻擋會(huì)逐漸減弱,那些運(yùn)動(dòng)速度越快的星系就是質(zhì)量越大的星系.質(zhì)量大,能量輻射就強(qiáng),因此我們觀察到的紅移量極大的星系,當(dāng)然是質(zhì)量極大的星系.這就是被稱作“類星體”的遙遠(yuǎn)星系因質(zhì)量巨大而紅移量巨大的原因.另外那些質(zhì)量小、能量輻射弱的星系（除極少數(shù)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(xiàn)在看到的星系大多呈紅移.而銀河系內(nèi)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(shù)量大致相等. 導(dǎo)致星系紅移多紫移少的另一原因是：宇宙中的物質(zhì)結(jié)構(gòu)都是在一定范圍內(nèi)圍繞一個(gè)中心按圓形軌跡運(yùn)動(dòng)的,不是像大爆炸宇宙論描述的從一個(gè)中心向四周作放射狀的直線運(yùn)動(dòng).因此,從地球看到的紫移星系范圍很窄,數(shù)量極少,只能是與銀河系同一方向運(yùn)動(dòng)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(cè)儀器才能看到更多的紫移星系. 宇宙中的物質(zhì)分布出現(xiàn)不平衡時(shí),局部物質(zhì)結(jié)構(gòu)會(huì)不斷發(fā)生膨脹和收縮變化,但宇宙整體結(jié)構(gòu)相對(duì)平衡的狀態(tài)不會(huì)改變.僅憑從地球角度觀測(cè)到的部分（不是全部）可見星系與地球之間距離的遠(yuǎn)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(xiàn)象并不說明海水總量是在增加或減少一樣. 1994年,美國卡內(nèi)基研究所的弗里德曼等人,用估計(jì)宇宙膨脹速率的辦法計(jì)算宇宙年齡時(shí),得出一個(gè)80～120億年的年齡計(jì)算值.然而根據(jù)對(duì)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(cè)到的微波背景輻射,是因?yàn)椴紳M宇宙空間的各種物質(zhì)相互之間能量傳遞產(chǎn)生的效果.宇宙中的物質(zhì)輻射是時(shí)刻存在的,3K或5K的溫度值也只是人類根據(jù)自己判斷設(shè)計(jì)的一種衡量標(biāo)準(zhǔn).這種能量輻射現(xiàn)象只能說明宇宙中的物質(zhì)由于引力作用,在大尺度空間整體分布的相對(duì)均勻性和星際空間里確實(shí)存在大量我們目前還觀測(cè)不到的“暗物質(zhì)”. 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(shù)量極豐富的原子結(jié)構(gòu),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(zhì)結(jié)構(gòu)分布規(guī)律中很平常的物理現(xiàn)象.在宇宙大尺度范圍中,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(huán)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(lián)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(jié)局如何呢?德國物理學(xué)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(gè)基于其總能量與溫度之比的物理量,他把這個(gè)物理量取名為“熵”,孤立系統(tǒng)中的“熵”永遠(yuǎn)趨于增大.但在宇宙中總會(huì)有高“熵”和低“熵”的區(qū)域,不可能出現(xiàn)絕對(duì)均勻的狀態(tài).所以,那種認(rèn)為由于“熵”水平的不斷升高而達(dá)到最大值時(shí),宇宙就會(huì)進(jìn)入一片死寂的永恒狀態(tài),最終“熱寂”而亡的結(jié)局,是把我們現(xiàn)在可觀測(cè)到的一部分宇宙范圍當(dāng)作整個(gè)宇宙的誤識(shí). 根據(jù)天文觀測(cè)資料和物理理論描述宇宙的具體形態(tài),星系的形態(tài)特征對(duì)研究宇宙結(jié)構(gòu)至關(guān)重要,從星系的運(yùn)動(dòng)規(guī)律可以推斷整個(gè)宇宙的結(jié)構(gòu)形態(tài).而星系共有的圓形旋渦結(jié)構(gòu)就是整個(gè)宇宙的縮影,那些橢圓、棒旋等不同的星系形態(tài)只是因?yàn)樾窍的挲g和觀測(cè)角度不同而產(chǎn)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(zhì)運(yùn)動(dòng)形式.這種螺旋現(xiàn)象對(duì)于認(rèn)識(shí)宇宙形態(tài)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(chǎn)生.大自然并不認(rèn)可筆直的形式,自然界所有物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)都是曲線運(yùn)動(dòng)方式的圓環(huán)形狀.從原子、分子到星球、星系直到星系團(tuán)、超星系團(tuán)無一例外,毋庸置疑,浩瀚的宇宙就是一個(gè)大旋渦.因此,確立一個(gè)“螺旋運(yùn)動(dòng)形態(tài)宇宙模型”,比那種作為所有物質(zhì)總和的“宇宙”卻脫離曲線運(yùn)動(dòng)模式而獨(dú)辟蹊徑,以直線運(yùn)動(dòng)方式從一個(gè)中心向四面八方無限伸展的“大爆炸宇宙模型”,更能體現(xiàn)真實(shí)的宇宙結(jié)構(gòu)形態(tài).
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