關於宇宙的誕生與起源,某些天文學家用大爆炸理論來加以解釋。這個理論的實質內容是:在約200億年前,原始宇宙是混沌不清的。這種混沌狀態逐漸形成壹塊具有超密度的物質--密集在“宇宙原點”的極小空間內,後來在壹種力的作用下便產生了激烈的大爆炸,使所有物質向四面八方飛散而去。這壹爆炸發生在約200億年前,但宇宙整體膨脹過程至今還未停止,宇宙在繼續膨脹。根據天文學家們的觀測,很多恒星目前仍在向外移動。在1929年美國天文學家哈勃發現銀河系之外的河外星系普遍具有紅移現象(星體向遠方移去的現象)。此外,粒子物理學試驗也支持了這種大爆炸理論。這種理論與愛因斯坦在1916年發表的廣義相對論相符。到目前為止,關於宇宙起源的假說和理論已有40多種,其說不壹,但較有說服力的還首推大爆炸理論。3K0微波背景輻射,氫和氦二元素的豐度完全支持大爆炸理論。
宇宙大爆炸時的原點,我們稱其為宇宙的時間原點和空間原點。在最初爆炸的1秒之內爆炸產生各種粒子、射線、輻射光子,也就由此確定了現今宇宙的基本特性:宇宙各向同性,宇宙各向均勻。宇宙充滿了正物質和反物質,但反物質較少。爆炸1秒鐘之後,在1分鐘-3分鐘形成各種金屬原子核;3分鐘-10000年間,物質粒子取代光子而形成物質時代。空間充滿原始物質團。10億年後,宇宙物質塵埃雲集而凝結成星系。因此說,宇宙星系是在190億年前就開始形成的,再過20億年,開始形成第壹代恒星,恒星內部進行激烈的熱核反應,重元素開始出現。這個過程達100億年的時間。到50億年前,太陽系星雲開始收縮,開始形成地球等太陽的行星,整個太陽系結構也在此時形成。到30億年前,地球上開始現出現微觀生命體;4億年前,海洋中開始出現貝類,陸地上出現動物並繁衍後代。到2億年前,開始出現哺乳動物;0.5億年-0.6億年前,最早的靈長目動物出現;數百年前,出現類人動物;後來原始人類誕生,過著茹毛飲血生活;數十萬年前,人類開始會用“火”,並可制造簡單石器工具,智力進步迅速,數萬年前,人類開始學會畫畫,結繩記事,開始走上文明之途;壹萬年到數千年前,地球人頓開茅塞,智慧之窗大開,懂得了農業耕作,了解了天文地理,能觀察天象(也有人提出此時是受天外生物啟發和交配傳下後代所至)。總之,這時的地球人十分聰明。直到今天,特別是到公元20世紀初,地球人開始經歷了數次大革命(工業革命,電能和原子能革命),懂得使用無線電,發明了計算機,地球人文明社會開始向高級階段進步。尤其在20世紀60年代開始進行了宇宙探索飛行,實現了登月球並開始開發宇宙。這是地球人文明的寫照。其它星球(行星)上的生物進化可能比我們還要早幾千年、幾萬年甚至幾百萬年。當然有的星球上(行星)的生物有可能比我們落後或者某些星球根本無生物。宇宙中除行星外,還有能發光發熱的恒星和其它各類星體(包括彗星、暗星、類星體及星雲等)。這就是至今為止我們所能看到的宇宙及其起源經過。
除大爆炸理論外,還有宇宙是恒定的和大旋轉理論等,誰是誰非還待探索。
宇宙的結構與運動
茫茫宇宙無邊無垠,耿耿星辰變化萬千。人們自然要問:宇宙到底有多大?他的結構和運動如何?這是有關宇宙的又壹疑問。從廣義上講,宇宙是無窮大,沒有邊際。到目前為止,我們測知太陽系的直徑約有120億公裏,而銀河系的直徑有8.15萬光年。銀河系中像太陽系這樣的恒星系約有2000億個。其中可能有生命的有100萬個。太陽系中以太陽為中心,有九大行星繞其運行公轉,而每個行星本身又在不停的自轉。推測其它類似太陽系的星系其運動也大同小異。銀河系是由無數恒星系組成,整個銀河系又像壹塊大鐵餅,中間厚,邊緣薄。從上鳥瞰,銀河系呈螺旋狀漸開線結構,而從測面看,銀河系就象壹個扁扁的大鐵餅。太陽系則位於這個扁秩餅的外側;邊緣。這個鐵餅厚就有0.6萬光年。銀河厚度最大的中心處稱銀核,較薄的邊緣稱銀盤。太陽位於銀盤中部,離銀核有3有萬光年。銀河系以銀核為中心不停地旋轉,規律為裏慢外快,在太陽處的旋速為250公裏/秒。而銀河系整體還圍繞壹個中心(不明何處)作公轉運動,周期尚不清楚。而天文界估計銀河公轉周期這1.76億年。
人們新近還發現,銀河系(由上千億顆恒星組成螺旋體)中約有1億個暗星組織,每個相當於太陽的1/10,稱弱互擾大質量粒子群。銀河系邊緣上還有約5萬光年的扇形氫雲,能發射無線電波。
除銀河系外,類似銀河系的河外星系還有很多,他們都是巨大的恒星集團,現已觀測到的就有上千億個。星系形態豐富多彩,主要有四個類型:(1)不規則星系(形狀無規律,無明顯中心,無漩渦),如獵犬座中的NGC4631等星系。(2)洲渦星系(有漩臂從中心向外旋卷形狀多姿麗,旋臂多為二條;其中又分為旋臂向外舒展的;旋臂向中心卷縮合攏的;介於前二者之間的)。銀河屬於漩渦星系。(3)棒狀星系(有漩渦,但中心為棒狀,兩端延伸出長短不壹的旋臂)。(4)橢圓星系和圓形星系(星系形狀呈橢圓或圓形)。如獅子座的NG3379就是圓形星系。星系的形成演變過程公認的有:不規則形-棒形-漩渦形-橢圓形-圓形。關於這些不同形狀的星系結構形成原因,至今不明,尚在探索中。
整個宇宙,就是由上述介紹的星雲、星團、星系等結構組成,基本上多重旋轉結構。恒星是從高密星雲的自身引力收縮形成溫度漸升的氫原子雲、氫離子雲,最終導至熱核反應而成為發光發熱的恒星。最早期的恒星閃藍白光。漸漸變為橙光、紅光乃至塌陷而成黑洞。
總而言之,宇宙中現已充滿著星雲、星團、星系,總星系,總體呈多重旋轉結構,處於不停的膨脹和運動,這就是現今宇宙的運動形式特點。
宇宙究竟有多大?
據多年探測得知,目前已觀察到的星河(河外星系)就有10億個。仙女座銀河就含有2000億星球。如此下去,宇宙中的星球真有如河灘上的沙粒那麽多。常言道:“人外有人,天外有天”。是說宇宙無邊無沿。關於宇宙尺度之謎,德國哲學家康德提出著名的“時空悖論”,強調人們關於宇宙有限和無限的理解必然存在矛盾。而愛因斯坦1917年提出了有限宇宙模型,他提出:“應把宇宙看成是壹個在空間尺度方面是有限的閉合的連續區”。並從宇宙物質均勻分布的前提下,在數學上建築了壹個“無界而有限”,“有限而閉合”的四維連續體。即宇宙是封閉的“宇宙球”。根據此觀點,在宇宙上任意壹點上發出的光線,將會沿著時空曲面在100億年後返回到它的出發點。這樣奇妙學說,至今人們還不甚完全理解。時空曲率是正還是負?還是零(愛氏本人趨於同意正曲率存在)?人們還無法確切回答。不過美國壹位科學家利用電子計算機處理觀察宇宙光時,確實看到了成光圈狀的由某星系發出的光線,這無疑是對愛因斯坦“宇宙球”理論的支持和驗證。最後,關於宇宙尺度等問題,還有待留出時間去探討。但可以說,對宇宙的認識是無止境的。如果找不到電宇宙的深度和找不到膨脹的極限,那麽宇宙尺度問題可能永遠是個謎(筆者研究認為,有形宇宙是有界的,無形能海宇宙是無限的。)
近年來,在宇宙觀測上有不少新發現。首先,用高性能的太空天文望遠鏡已能看到170億光年之外的宇宙世界,發現在銀河系之外,有很多河外星系。已被觀察到的河外星系已達上萬個。在各河外星系之間具有廣垠的空間,這就是說這些河處星系並非均勻地分布在宇宙空間。這種宇宙結構有點像肥皂泡壹般,在泡的中間是廣垠的真空空間,而在泡的的壁上分布著各個星系。另壹發現是在宇宙深處存在著“宇宙長城”。這種呈帶狀的星系如同長城壹般,長約5億光年,寬約2億光年,厚約0.15億光年。這是觀測6000個星系後得到的結果。它離地球約有2億至3億光年之遙的距離。
另外,由最近的宇宙觀測還發現,宇宙中的看不見的暗物質占90/%左右,只有10/%左右的物質(如各個星系)為亮物質。暗物質對亮物質必然產生極大有影響。近年來在宇宙中發現的黑洞就是暗物質的壹個很好例證。上述關於“宇宙泡”發現即“宇宙長城”的發現,以及非均勻分布的各種形狀的星系的發現,都說明了宇宙實際上並非是均勻的。
宇宙的運動是絕對的,靜止是相對的。比如行星有自轉和公轉,恒星亦有自轉和公轉,而星系也是在作快速的旋轉。類推下去,茫茫宇宙也必然在作不停的運動和變化。因為我們已經知道,地球過去和現在的運動速度,軌道和形狀是不同的,北鬥七星幾萬年前的開頭和現在也是不同,所有這些證據都說明了宇宙在運動和變化不止。大爆炸理論本身也揭示宇宙是在不停地膨脹著。我們人類是生話在地球上,更確切說實際上是生活在壹個運動不止、噪聲、幹擾不斷的行星上,並時時刻刻在作宇宙旅行,它隨時“從宇宙時間觀念出發”都有與其它小行星相撞的可能(據天文計算得知,與10公裏直徑的小行星相撞的概率是106年壹次;與100公裏直徑小行星相撞的概率是107年壹次),碰撞後必將產生爆炸,產生聲、光、電效應。所有行星(如火星、金星、水星等)及衛星(如月亮)都遭遇到上述來自宇宙炮彈--隕石、小行星的轟擊,因此這些星星球上都有環形山的痕跡。此外,宇宙中還有無數的周期和非周期彗星在穿行。太空中充滿各種光子流,粒子流,宇宙塵埃......我們所不知道的可能比我們所知道的還多得多。神秘的宇宙就是有如此奧妙的結構,有如此神奇地運動,如永動機般地運行,變化萬千,運作不止。可以說,宇宙中幾乎沒有不運動的星體。讓我們永不休止地去認識這博大而神秘的宇宙吧!