宇宙(Universe)是萬(wàn)物的總稱，是時(shí)間和空間的統(tǒng)一。那么，宇宙是怎么形成的?

　　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(wèn)題。經(jīng)過(guò)了哥白尼、赫歇爾、哈勃的從太陽(yáng)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(wú)與倫比的大爆炸中分裂成無(wú)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(guò)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(wú)限延伸的?！按蟊ㄓ钪嬲摗标P(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(wú)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(wú)緣無(wú)故地突然爆炸成浩瀚宇宙的能量從何而來(lái)呢?

　　人類把地球繞太陽(yáng)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(méi)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(méi)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(guó)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(shuō)。哈勃定律只是說(shuō)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(méi)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(lái)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(jiàn)星系與地球之間距離的遠(yuǎn)近變化，不能說(shuō)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(shuō)明海水總量是在增加或減少一樣。

　　1994年，美國(guó)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(guó)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(shuō)明宇宙中的物質(zhì)由于引力作用，在_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(wèn)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_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(wú)限膨脹下去，最后的結(jié)局如何呢?德國(guó)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(guò)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(jué)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(wú)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(wú)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)。

　　一種廣為認(rèn)可的宇宙演化理論。其要點(diǎn)是，宇宙是從溫度和密度都極高的狀態(tài)中由一次“大爆炸”產(chǎn)生的。時(shí)間至少發(fā)生在100億年前。這種模型基于兩個(gè)假設(shè)：第一是愛(ài)因斯坦提出的，能正確描述宇宙物質(zhì)的引力作用的廣義相對(duì)論;第二是所謂宇宙學(xué)原理，即宇宙中的觀測(cè)者所看到的事物既同觀測(cè)的方向無(wú)關(guān)也同所處的位置無(wú)關(guān)。這個(gè)原理只適用于宇宙的_上，而它也意味著宇宙是無(wú)邊的。因此，宇宙的大爆炸源不是發(fā)生在空間的某一點(diǎn)，而是發(fā)生在同一時(shí)間的整個(gè)空間內(nèi)。

　　有這兩個(gè)假設(shè)，就能計(jì)算出宇宙從某一確定時(shí)間(稱為普朗克時(shí)間)起始的歷史，而在此之前，何種物理規(guī)律在起作用至今還不清楚。宇宙從那時(shí)起迅速膨脹，使密度和溫度從原來(lái)極高的狀態(tài)降下來(lái)，緊接著，預(yù)示質(zhì)子衰變的一些過(guò)程也使物質(zhì)的數(shù)量遠(yuǎn)超過(guò)反物質(zhì)，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(xiàn)。過(guò)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(yù)言能形成一定數(shù)量的氫、氦和鋰的核素，豐度同今天所看到的一致。大約再過(guò)100萬(wàn)年后，宇宙進(jìn)一步冷卻，開(kāi)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(jīng)被觀測(cè)所證實(shí)。除了原始物質(zhì)和輻射外大爆炸理論還預(yù)言，現(xiàn)在宇宙中應(yīng)充滿中微子，它們是無(wú)質(zhì)量或無(wú)電荷的基本粒子?，F(xiàn)在科學(xué)家們正在努力找尋這種物質(zhì)。

　　大爆炸模型能統(tǒng)一地說(shuō)明以下幾個(gè)觀測(cè)事實(shí)：

　　(a)理論主張所有恒星都是在溫度下降后產(chǎn)生的，因而任何天體的年齡都應(yīng)比自溫度下降至今天這一段時(shí)間為短，即應(yīng)小于200億年。各種天體年齡的測(cè)量證明了這一點(diǎn)。

　　(b)觀測(cè)到河外天體有系統(tǒng)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(yīng)來(lái)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(dāng)大，而且大都是30%。用恒星核反應(yīng)機(jī)制不足以說(shuō)明