宇宙起源從何時？

一般認為,宇宙產生於150億年前一次大爆炸中.大爆炸後30億年,最初的物質漣漪出現.大爆炸後20億～30億年,類星體逐漸形成.大爆炸後100億年,太陽誕生.38億年前地球上的生命開始逐漸演化.　　大爆炸散發的物質在太空中漂游,由許多恆星組成的巨大的星系就是由這些物質構成的,我們的太陽就是這無數恆星中的一顆.原本人們想像宇宙會因引力而不再膨脹,但是,科學家已發現宇宙中有一種 「暗能量」會產生一種斥力而加速宇宙的膨脹.　　大爆炸後的膨脹過程是一種引力和斥力之爭,爆炸產生的動力是一種斥力,它使宇宙中的天體不斷遠離；天體間又存在萬有引力,它會阻止天體遠離,甚至力圖使其互相靠近.引力的大小與天體的質量有關,因而大爆炸後宇宙的最終歸宿是不斷膨脹,還是最終會停止膨脹並反過來收縮變小,這完全取決於宇宙中物質密度的大小. 宇宙內圍為引力,宇宙外圍為斥力(暗能量)　　理論上存在某種臨界密度.如果宇宙中物質的平均密度小於臨界密度,宇宙就會一直膨脹下去,稱為「開宇宙」；要是物質的平均密度大於臨界密度,膨脹過程遲早會停下來,並隨之出現收縮,稱為「閉宇宙」.　　問題似乎變得很簡單,但實則不然.理論計算得出的臨界密度為5×8^-30克/厘米3.但要測定宇宙中物質平均密度就不那麼容易了.星系間存在廣袤的星系間空間,如果把目前所觀測到的全部發光物質的質量平攤到整個宇宙空間,那麼,平均密度就只有2×10^-31克/厘米3,遠遠低於上述臨界密度.　　然而,種種證據表明,宇宙中還存在著尚未觀測到的所謂的暗物質,其數量可能遠超過可見物質,這給平均密度的測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於臨界密度仍是一個有爭議的問題.不過,就目前來看,開宇宙的可能性大一些.　　恆星演化到晚期,會把一部分物質（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恆星.這一過程中氣體可能越來越少（並未確定這種過程會減少這種氣體.）.以致於不能再產生新的恆星.10^14年後,所有恆星都會失去光輝,宇宙也就變暗.同時,恆星還會因相互作用不斷從星系逸出,星系則因損失能量而收縮,結果使中心部分生成黑洞,並通過吞食經過其附近的恆星而長大.（根據質能守恆定律,形成恆星的氣體並不會減少而是轉換成其他形態.所以新的恆星可能會一直產生.)　　10^17～10^18年後,對於一個星系來說只剩下黑洞和一些零星分布的死亡了的恆星,這時,組成恆星的質子不再穩定.10^32年後,質子開始衰變為光子和各種輕子.10^71年後,這個衰變過程進行完畢,宇宙中只剩下光子、輕子和一些巨大的黑洞.　　10^108年後,通過蒸發作用,有能量的粒子會從巨大的黑洞中逃逸出.宇宙將歸於一片黑暗.這也許就是開宇宙「末日」到來時的景象,但它仍然在不斷地、緩慢地膨脹著.（但質子是否會衰變還未得到結論,因此根據質能守恆定律.宇宙中的質能會不停的轉換.）　　閉宇宙的結局又會怎樣呢?閉宇宙中,膨脹過程結束時間的早晚取決於宇宙平均密度的大小.如果假設平均密度是臨界密度的2倍,那麼根據一種簡單的理論模型,經過400～500億年後,當宇宙半徑擴大到目前的2倍左右時,引力開始佔上風,膨脹即告停止,而接下來宇宙便開始收縮.　　以後的情況差不多就像一部宇宙影片放映結束後再倒放一樣,大爆炸後宇宙中所發生的一切重大變化將會反演.收縮幾百億年後,宇宙的平均密度又大致回到目前的狀態,不過,原來星系遠離地球的退行運動將代之以向地球接近的運動.再過幾十億年,宇宙背景輻射會上升到400開,並繼續上升,於是,宇宙變得非常熾熱而又稠密. 在坍縮過程中,星系會彼此併合,恆星間碰撞頻繁.　　這些結局也只是假想推論的.　　　近幾年來,一批西方的天文學家發表了關於「宇宙無始無終」的新論斷.他們認為,宇宙既沒有「誕生」之日,也沒有終結之時,而就是在一次又一次的大爆炸中進行運動,循環往複,以至無窮的. 至於「宇宙無始無終」的新論是否正確,科學家認為,過幾年國際天文學界可望對此做出驗證.1.有些宇宙學家認為,暴漲模型最徹底的改革也許是觀測宇宙中所有的物質和能量從無中產生的觀點,這種觀點之所以在以前不能為人們接受,是因為存在著許多守恆定律,特別是重子數守恆和能量守恆.但隨著大統一理論的發展,重子數有可能是不守恆的,而宇宙中的引力能可粗略地說是負的,並精確地抵消非引力能,總能量為零.因此就不存在已知的守恆律阻止觀測宇宙從無中演化出來的問題.這種「無中生有」的觀點在哲學上包括兩個方面：①本體論方面.如果認為「無」是絕對的虛無,則是錯誤的.這不僅違反了人類已知的科學實踐,而且也違反了暴漲模型本身.按照該模型,我們所研究的觀測宇宙僅僅是整個暴漲區域的很小的一部分,在觀測宇宙之外並不是絕對的「無」.現在觀測宇宙的物質是從假真空狀態釋放出來的能量轉化而來的,這種真空能恰恰是一種特殊的物質和能量形式,並不是創生於絕對的「無」.如果進一步說這種真空能起源於「無」,因而整個觀測宇宙歸根到底起源於「無」,那麼這個「無」也只能是一種未知的物質和能量形式.②認識論和方法論方面.暴漲模型所涉及的宇宙概念是自然科學的宇宙概念.這個宇宙不論多麼巨大,作為一個有限的物質體系 ,也有其產生、發展和滅亡的歷史.暴漲模型把傳統的大爆炸宇宙學與大統一理論結合起來,認為觀測宇宙中的物質與能量形式不是永恆的,應研究它們的起源.它把「無」作為一種未知的物質和能量形式,把「無」和「有」作為一對邏輯範疇,探討我們的宇宙如何從「無」——未知的物質和能量形式,轉化為「有」——已知的物質和能量形式,這在認識論和方法論上有一定意義.　　2. 宇宙是如何起源的?空間和時間的本質是什麼?這是從2000多年前的古代哲學家到現代天文學家一直都在苦苦思索的問題.經過了哥白尼、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,宇宙學已經不再是幽深玄奧的抽象哲學思辯,而是建立在天文觀測和物理實驗基礎上的一門現代科學.　　目前學術界影響較大的「大爆炸宇宙論」是1927年由比利時數學家勒梅特提出的,他認為最初宇宙的物質集中在一個超原子的「宇宙蛋」里,在一次無與倫比的大爆炸中分裂成無數碎片,形成了今天的宇宙.1948年,俄裔美籍物理學家伽莫夫等人,又詳細勾畫出宇宙由一個緻密熾熱的奇點於150億年前一次大爆炸後,經一系列元素演化到最後形成星球、星系的整個膨脹演化過程的圖像.但是該理論存在許多使人迷惑之處.　　宏觀宇宙是相對無限延伸的.「大爆炸宇宙論」關於宇宙當初僅僅是一個點,而它周圍卻是一片空白,即將人類至今還不能確定範圍也無法計算質量的宇宙壓縮在一個極小空間內的假設只是一種臆測.況且從能量與質量的正比關係考慮,一個小點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一圈確定為衡量時間的標準——年.但宇宙中所有天體的運動速度都是不同的,在宇宙範圍,時間沒有衡量標準.譬如地球上東西南北的方向概念在宇宙範圍就沒有任何意義.既然年的概念對宇宙而言並不存在,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,並推導出星系都在互相遠離的宇宙膨脹說.哈勃定律只是說明了距離地球越遠的星系運動速度越快--星系紅移量與星系距離呈正比關係.但他沒能發現很重要的另一點--星系紅移量與星系質量也呈正比關係.　　宇宙中星系間距離非常非常遙遠,光線傳播因空間物質的吸收、阻擋會逐漸減弱,那些運動速度越快的星系就是質量越大的星系.質量大,能量輻射就強,因此我們觀察到的紅移量極大的星系,當然是質量極大的星系.這就是被稱作「類星體」的遙遠星系因質量巨大而紅移量巨大的原因.另外那些質量小、能量輻射弱的星系（除極少數距銀河系很近的星系,如大、小麥哲倫星系外）則很難觀察到,於是我們現在看到的星系大多呈紅移.而銀河系內的恆星由於距地球近,大小恆星都能看到,所以恆星的紅移紫移數量大致相等.　　導致星系紅移多紫移少的另一原因是：宇宙中的物質結構都是在一定範圍內圍繞一個中心按圓形軌跡運動的,不是像大爆炸宇宙論描述的從一個中心向四周作放射狀的直線運動.因此,從地球看到的紫移星系範圍很窄,數量極少,只能是與銀河系同一方向運動的,前方比銀河系小的星系；後方比銀河系大的星系.只有將來研製出更高分辨程度的天文觀測儀器才能看到更多的紫移星系.　　宇宙中的物質分布出現不平衡時,局部物質結構會不斷發生膨脹和收縮變化,但宇宙整體結構相對平衡的狀態不會改變.僅憑從地球角度觀測到的部分（不是全部）可見星系與地球之間距離的遠近變化,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象並不說明海水總量是在增加或減少一樣.　　1994年,美國卡內基研究所的弗里德曼等人,用估計宇宙膨脹速率的辦法計算宇宙年齡時,得出一個80～120億年的年齡計算值.然而根據對恆星光譜的分析,宇宙中最古老的恆星年齡為140～160億年.恆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到的微波背景輻射,是因為布滿宇宙空間的各種物質相互之間能量傳遞產生的效果.宇宙中的物質輻射是時刻存在的,3K或5K的溫度值也只是人類根據自己判斷設計的一種衡量標準.這種能量輻射現象只能說明宇宙中的物質由於引力作用,在大尺度空間整體分布的相對均勻性和星際空間里確實存在大量我們目前還觀測不到的「暗物質」.　　至於大爆炸宇宙論中的氦丰度問題,氦元素原本就是宇宙中存在的僅次於氫元素的數量極豐富的原子結構,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於物質結構分布規律中很平常的物理現象.在宇宙大尺度範圍中,不僅氦元素的丰度相似,其餘的氫、氧……元素的丰度也都是相似的.而且,各種元素是隨不同的溫度、環境而不斷互相變換的,並不是始終保持一副面孔,所以微波背景輻射和氦丰度與宇宙的起源之間看不出有任何必然的聯繫.　　大爆炸宇宙論面臨的難題還有,如果宇宙無限膨脹下去,最後的結局如何呢?德國物理學家克勞修斯指出,能量從非均勻分布到均勻分布的那種變化過程,適用於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基於其總能量與溫度之比的物理量,他把這個物理量取名為「熵」,孤立系統中的「熵」永遠趨於增大.但在宇宙中總會有高「熵」和低「熵」的區域,不可能出現絕對均勻的狀態.所以,那種認為由於「熵」水平的不斷升高而達到最大值時,宇宙就會進入一片死寂的永恆狀態,最終「熱寂」而亡的結局,是把我們現在可觀測到的一部分宇宙範圍當作整個宇宙的誤識.　　根據天文觀測資料和物理理論描述宇宙的具體形態,星系的形態特徵對研究宇宙結構至關重要,從星系的運動規律可以推斷整個宇宙的結構形態.而星系共有的圓形旋渦結構就是整個宇宙的縮影,那些橢圓、棒旋等不同的星系形態只是因為星系年齡和觀測角度不同而產生的視覺效果.　　奇妙的螺旋形是自然界中最普遍、最基本的物質運動形式.這種螺旋現象對於認識宇宙形態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生.大自然並不認可筆直的形式,自然界所有物質的基本結構都是曲線運動方式的圓環形狀.從原子、分子到星球、星系直到星系團、超星系團無一例外,毋庸置疑,浩瀚的宇宙就是一個大旋渦.因此,確立一個「螺旋運動形態宇宙模型」,比那種作為所有物質總和的「宇宙」卻脫離曲線運動模式而獨闢蹊徑,以直線運動方式從一個中心向四面八方無限伸展的「大爆炸宇宙模型」,更能體現真實的宇宙結構形態.
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