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人們常常會問：宇宙是永遠不變的嗎

宇宙有多大？宇宙是什麼時候誕生的？宇宙中的物質是怎麼來的等等。1917年，愛因斯坦

發表了著名的「廣義相對論」，為我們研究大尺度、大質量的宇宙提供了比牛頓「萬有引力定律」更先進的武器。應用後，科學家解決了恆星一生的演化問題。而宇宙是否是靜止的呢？對這一問題，連愛因斯坦也犯了一個大錯誤。

宇宙誕生之謎

人們常常會問：宇宙是永遠不變的嗎？宇宙有多大？宇宙是什麼時候誕生的？宇宙中的物質是怎麼來的等等。

當人類第一次把眼睛投向天空時，他就想知道這浩瀚無垠的天空以及那閃閃發光的星星是怎樣產生的。所以，各個民族、各個時代都有種種關於宇宙形成的傳說。不過那都是建立在想像和幻想基礎上的。今天，雖然科學技術已經有了重大進步，但關於宇宙的成因，仍處在假說階段。歸納起來，大致有以下這麼幾種假說。

到目前為止，許多科學家傾向於「宇宙大爆炸」的假說。

這一觀點是由美國著名天體物理學家加莫夫和弗里德曼提出來的。這一假說認為，大約在200億年以前，構成我們今天所看到的天體的物質都集中在一起。密度極高，溫度高達100多億度，被稱為原始火球。

這個時期的天空中，沒有恆星和星系，只是充滿了輻射。後來不知什麼原因，原始火球發生了大爆炸，組成火球的物質飛散到四面八方，髙溫的物質冷卻起來，密度也開始降低。在爆炸兩秒鐘之後，在100億度高溫下產生了質子和中子，在隨後的自由中子衰變的11分鐘之內，形成了重元素的原子核。大約又過了1萬年，產生了氫原子和氦原子。在這1萬年的時間裡，散落在空間的物質便開始了局部的聯合，星雲、星系的恆星，就是由這些物質凝聚而成的。在星雲的發展中，大部分氣體變成了星體，其中一部分物質因受到星體引力的作用，變成了星際介質。

1929年，哈勃對24個星系進行了全面的觀測和深入的研究。

他發現這些星系的譜線都存在明顯的紅移。根據物理學中的多普勒效應，這些星系在朝遠離我們的方向奔去，即所謂的退行。而且，哈勃發現這些星系退行的速度與它們的距離成正比。也就是說，離我們越遠的星系，其退行速度越大。這種觀測事實表明宇宙在膨脹著。那麼，宇宙從什麼時候開始膨脹？已膨脹多久了？根據哈勃常數H=150千米/秒，這個意義是：距離我們1000萬光年的天體，其退行的速度為每秒150千米，從而計算出宇宙的年齡為200億年。也就是說，這個膨脹著的宇宙已存在200億年了。

20世紀60年代天文學中的四大發現之一的微波背景輻射認為。

星空背景普遍存在著3微波背景輻射，這種輻射在天空中是各向同性的。這似乎是當年大爆炸後遺留下的餘熱，從某種意義上這也是支持了大爆炸宇宙學的觀點。但是，熱天爆炸宇宙學也有些根本性問題沒有解決。如大爆炸前的宇宙是什麼樣大爆炸是怎麼引起的？宇宙的膨脹未來是什麼格局？

第二種是「宇宙永恆」假說。

這種假說認為，宇宙並不是像人們所說的那樣動蕩不定，自從開天闢地以來，宇宙中的星體、星體密度以及它們的空間運動都處在一種穩定狀態，這就是宇宙永恆假說。這種假說是英國天文學家霍伊爾、邦迪和戈爾特等人提出來的。霍伊爾把宇宙中的物質分成以下幾大類：恆星、小行星、隕石、宇宙塵埃，星雲，射電源，脈衝星，類星體、星際介質等，認為這些物質在大尺度範圍內處於一種力和物質的平衡狀態。就是說，一些星體在某處湮滅了，在另一處一定會有新的星體產生。宇宙只是在局部發生變化，在整體範圍內則是穩定的。

第三種是「宇宙層次」假說。

這種假說是法國天文學家沃庫勒等人提出來的。他們認為宇宙的結構是分層次的，如恆星是一個層次恆星集合組成星系是一個層次許多星繫結合在一起組成星系團是一個層次一些星系團組成超星系又是一個層次。

綜合起來看，以上種種假說雖然說明了模式的部分道理，但還都缺乏概括Z性，還有繼續探討的必要。

人們常常用「不知天高地厚」這句話來批評那些無知的人。其實，天究竟有多高，至今也沒有人能說得清楚，宇宙的大小和形狀，也就成為天文學家爭論不休的問題之一。

宇宙到底有多大？古今中外有過許多說法，但爭論的焦點集中在宇宙是有限的還是無限的這個問題上。

大約在公元140年，古希臘著名天文學家托勒密

在總結前人天文學說的基礎上，提出了「地球中心說」認為地球是宇宙的中心，太陽、月球、行星和恆星都圍繞地球轉動。在後來的1000多年中，托勒密的地球中心說一直在歐洲占統治地位。到16世紀，波蘭天文學家哥白尼經過40多年的辛勤研究，於1543年提出了「日心說」，認為太陽是宇宙的中心，地球和其他行星都圍繞太陽轉動。他把宇宙的中心從地球搬到了太陽，把人類居住的地球降低到了普通的行星地位，從而開始把自然科學從神學中解放出來，並且動搖了神權對於人類的統治。但是，由於受當時生產力水平和實踐條件的限制，哥白尼和托勒密一樣，

都把宇宙局限在很小的範圍內，錯誤地認為太陽系就是全部宇宙，把宇宙看成是有限的，即有邊界的。

同托勒密、哥白尼的宇宙有限論相反，中國古代很早就有一些天文學家認為宇宙是無限的。屍佼在《屍子》

一書中說：「天地四方曰宇，往古來今曰宙。」他把空間和時間聯繫起來思考，從而模糊地表示了宇宙在空間上和時間上無限的思想。《列子》一書的作者認為，大地僅僅是宇宙間一種很小的東西，而不是宇宙的中心「上下八方」都是「無限無盡」的而不是「有極有盡」的。

唐代著名的哲學家柳宗元曾在《天對》中說過：宇宙「無中無旁」，既沒有中心也沒有邊界。

1584年，義大利哲學家布魯諾在倫敦出版了《論無限宇宙和世界》一書十分明確地提出了宇宙無限的理論。

他指出：「宇宙是無限大的，其中的各個世界是無數的。」他認為，在任何一個方向上，都展開著無窮無盡的空間，任何一種形狀的天空都是不存在的，任何的宇宙中心都是不存在的。所有的恆星都是巨大的球體，就像太陽一樣。他把太陽從宇宙的中心天體降為一個普通的恆星。

隨著天文學的發展，人們通過望遠鏡觀測發現，太陽系的直徑是120億公里，

地球同整個太陽系比較不過是滄海之一粟銀河系擁有1500億顆恆星和大量星雲，直徑約10萬光年，厚約1萬光年，太陽系同它比較也不過是滄海之一粟總星系已經發現的星系有10億個以上，距離我們有幾十億光年到100多億光年，銀河系同其相比較也好比是滄海中的一顆「沙粒」。目前，大型天文望遠鏡已能觀測到100多億光年以外的天體，但是還遠沒有發現宇宙的邊沿。因此，多數天文學家認為宇宙是無限的，是沒有邊界和沒有中心的。同時，也有部分人認為，宇宙是有限的理由是宇宙起源於大爆炸，大爆炸至今的時間是有限的，宇宙膨脹的速度是一定的，宇宙的大小也一定是有限的還有一部分人認為，人類對宇宙的認識僅僅是初步的，對太空的觀測能力還十分有限，給宇宙的大小下一個結論還為時過早。總之，目前人們對宇宙大小的種種說法，多數是一種猜測，還沒有完全被天文實踐所證明，宇宙到底有多大，是有限的還是無限的，的確至今還是一個謎，還有待於航天技術的發展和天文學家的進一步研究探索來加以證明。

太陽是太陽系的中心，太陽系中所有的行星都繞著太陽旋轉。銀河也有中心，它周圍所有的恆星也都繞著銀河系的中心旋轉。那麼宇宙有中心嗎？有一個讓所有的星系包圍在中間的中心點嗎？

看起來應該存在這樣的中心，但是實際上它並不存在。因為宇宙的膨脹一般不發生在三維空間內，而是發生在四維空間內的。

它不僅包括普通三維空間（長度、寬度和高度），還包括第四維空間——時間。描述四維空間的膨脹是非常困難的，但是我們也許可以通過推斷氣球的膨脹來解釋它。

我們可以假設宇宙是一個正在膨脹的氣球，而星系是氣球表面上的點，我們就住在這些點上。我們還可以假設星系不會離開氣球的表面，只能沿著表面移動而不能進人氣球內部或向外運動。在某種意義上可以說我們把自己描述為一個二維空間的人。

如果宇宙不斷膨脹，也就是說氣球的表面不斷地向外膨脹，則表面上的每個點彼此離得越來越遠。其中，某一點上的某個人將會看到其他所有的點都在退行，而且離得越遠的點退行速度越快。

現在，假設我們要尋找氣球表面上的點開始退行的地方，那麼我們就會發現它已經不在氣球表面上的二維空間內了。氣球的膨脹實際上是從內部的中心開始的，是在三維空間內的，而我們是在二維空間上，所以我們不可能探測到三維空間內的事物。

同樣的，宇宙的膨脹不是在三維空間內開始的，而我們只能在宇宙的三維空間內運動。宇宙開始膨脹的地方是在過去的某個時間，即億萬年以前。雖然我們可以看到，可以獲得有關的信息，而我們卻無法回到那個時候。