兄弟姐妹好，小编签到，上篇文章发出后有很多同学评论进贴，今天主要对元宇宙大爆炸这本书好吗，宇宙大爆炸与元素起源来进行分析，请大家先安静一下，专心听讲。
本文目录
一、宇宙大爆炸理论
1932年勒梅特首次提出了现代宇宙大爆炸理论：整个宇宙最初聚集在一个“原始原子”中，后来发生了大爆炸，碎片向四面八方散开，形成了我们的宇宙。美籍俄国天体物理学家伽莫夫第一次将广义相对论融入到宇宙理论中，提出了热大爆炸宇宙学模型：宇宙开始于高温、高密度的原始物质，最初的温度超过几十亿度，随着温度的继续下降，宇宙开始膨胀。
1965年，彭齐亚斯和威尔逊发现了宇宙背景辐射，后来他们证实宇宙背景辐射是宇宙大爆炸时留下的遗迹，从而为宇宙大爆炸理论提供了重要的依据。他们也因此获1978年诺贝尔物理学奖。20世纪科学的智慧和毅力在霍金的身上得到了集中的体现。他对于宇宙起源后10-43秒以来的宇宙演化图景作了清晰的阐释。
宇宙的起源：最初是比原子还要小的奇点，然后是大爆炸，通过大爆炸的能量形成了一些基本粒子，这些粒子在能量的作用下，逐渐形成了宇宙中的各种物质。至此，大爆炸宇宙模型成为最有说服力的宇宙图景理论。然而，至今宇宙大爆炸理论仍然缺乏大量实验的支持，而且我们尚不知晓宇宙开始爆炸和爆炸前的图景。
今天我给大家演讲的题目是《宇宙是从大爆炸中诞生的吗》，大家一看这个题目就会联想翩翩，首先想到很奇怪，再一个感觉觉得有点不可思议，怎么会是大爆炸呢？那我们就看一下，这个宇宙究竟是怎样诞生的，为什么我们会想到大爆炸？
上一个世纪最早想到这件事情的是一个匈牙利的天文学家叫勒马特，他怎么想到的呢？我们知道上一个世纪初期以后，物理学的发展都很快。其中在物理学里边有一个很重要的规律，就是这个物质结构和次序都是从简单到复杂，那么描写这个量呢？有一个物理参数叫做熵，这个熵说什么呢？就是说任何一个事物，宇宙世界，这个发展次序都是从简单到复杂。所以我们宇宙中的熵也是在不断地增加，从简单到复杂，最简单是什么呢？最简单就是一个小的单元。所以勒马特就想到，这个宇宙最初的可能就是从一个原始的原子诞生的，然后这个原子演变演变最后演变成现在的宇宙。这就符合这个物理规律，这个熵是不断增加的。这是勒马特最早提出来的一个设想。
但是真正想到大爆炸理论，还是从我们物理学里边的老祖宗开始，也就是上一个世纪最伟大的物理学家爱因斯坦。大家知道，爱因斯坦创立了广义相对论，这张照片是爱因斯坦非常天真的一张照片。那么他创立了广义相对论以后，这个广义相对论最主要的一个用途就是来描写宇宙。所以广义相对论产生以后，就有了一个理论基础来描述我们的宇宙，但是光有这么一个理论还不行，还需要天文学家有一个实践。天文学家里边有一位非常有名的人哈勃。大家知道天上飞着一个空间望远镜，就叫做哈勃空间望远镜。为什么呢？就是为了纪念哈勃，这位天文学家有很大的功劳，他主要的功劳是什么呢？他证明了宇宙在不断地膨胀，通过观测来证明。
那么有这两点。一个是有了一个广义相对论；一个是有观测事实。这个观测事实呢，就证明了我们的宇宙在不断地膨胀。这两件事情加在一起，当时就有几位物理学家首先提出了大爆炸的思想，那么主要的一位叫做伽莫夫。伽莫夫就想到，如果按照广义相对论的理论再加上一些原子的反应过程，就有可能推算出我们宇宙的演化历史。伽莫夫有个学生叫阿尔文，他把这个稿子投到当时著名的一个刊物叫《物理学评论》，一位编辑也是他的朋友叫做贝瑟。伽莫夫就建议把他的名字也加上，所以这篇文章最后就按照希腊文的三个字母αβγ，就变成叫做αβγ理论。
中间有其他的一些人又做了很多的修正和补充，就使得这个理论慢慢就越来越完善。那么这个大爆炸理论提出来以后，它最核心的一点他就指出来，如果他这个理论要是成立的话，我们这个宇宙一边膨胀，一边降低温度。那么降到现在，宇宙最边沿的就是四周的温度，应该降到多少度呢？应该降到五度左右，大家注意，这个五度是指的绝对温标。我们说绝对温标是这样，如果它要是五度的话，相当于摄氏温度负二百多度，摄氏温度的负273度才是绝对温标的0度，这个温度是非常非常低。但是他预言了这件事情，非常的凑巧，他预言了以后呢！就等待着看看有没有观测的结果，天文学家也做了很多努力去观测。但是一想这个温度这么低，你们可以想一想，这样低的一个温度去观测，那实在是太困难了，也就是说，零下负二百多度去观测，那太困难了，天上星星的温度都比这高得多。
但就在这时，有两位工程师是贝尔实验室的两位工程师，一位叫彭齐亚斯，一位叫威尔逊。他们两个人在做什么实验呢？就在做通信实验，用他背后这个天线在做通信实验。他们为了使他这个通信实验的灵敏度提高，他们就把这个天线做得非常的精致，也就是说噪音非常低，那么他这个天线如果在传输的时候，它的温度大约也就是三百度，如果说不做传输工作，它本身就是它本身固有的噪音应该非常非常低。他们认为几乎就应该到了绝对温度的0度，也就是说要到了负273度，他们认为最多有0.5度，这个天线的本底噪音就这么低。那么它这样低，他们要实验，那么这个天线对到任何一个地方。你们可以想一想，都有温度。只有对在什么地方，对到宇宙，对到天空，如果对到天空里边，不对着太阳，也不对着其他的星球，那个地方的温度应该是什么呢？应该是0度，而且应该是绝对0度，一点温度都没有。但是对着宇宙以后呢！非常出乎他们的意料，总是有那么一点温度干扰他们这个仪器，也就是说，仪器里边总接收到那么一点温度。
这时候他们就通知了在普林斯顿当时正在从事理论研究的一些天文学家，这些天文学家知道以后欣喜若狂，说你们这个东西太重要了，就是伽莫夫预言的大爆炸的这个温度。是不是呢？这就是后来在他们的启发下做的测量，那么测量的结果的的确确存在着，我们管它叫做微波背景辐射，这就是全宇宙中的微波背景辐射。
那么这个辐射是什么特征呢？这个辐射很有意思，如果我们把这个辐射仔细分析一下，看上去好像有点不均匀。这个颜色就代表一个温度，好像北边稍微温度高一点，南边温度稍微低一点。其实不然，这一点点差别，并不是宇宙背景辐射的差别，而是由于我们地球的运动，使得温度有一点点改变。如果你把这一点点温度修正了以后，你就会发现这个宇宙四周来的辐射是完全均匀的，这是第一点。
第二点更重要的，这个辐射是一个黑体辐射。我们看一下什么叫黑体辐射，就说这个辐射的谱形是由于有温度来造成的。我们说这种辐射有各种可能性，你比如说X射线辐射，那就不是黑体辐射，可能某一个仪器发射的。如果说你烤这个煤火炉，在煤火炉旁边烤，这个就是典型的热辐射。它出来的谱就是典型的黑体谱。而这个谱大家看一下，上边的每一个每一个点就是具体的观测值。那横坐标，就是它的波长，纵坐标就是它的强度。这个谱是一个黑体谱，换句话说，我们这个宇宙的四周，的的确确是一个完全均匀的，一个黑体的辐射的一个剩余谱。这个理论和大爆炸的理论非常吻合，因为大爆炸认为我们的宇宙不断膨胀，一边膨胀温度就一边降低，降到现在大约是5度左右，因此它测出来是2.7度或者大约说是3度，正好和这个理论非常吻合。然后那些天文学家就鼓励他们赶紧发表你们的文章。这两个人就在《天体物理学》杂志上投了一篇稿子，题目就叫做《对天线的一次的温度的过热的测量》。就说我测量来测量去，天线有一点过热。就这么一篇文章，不足千字的文章，就决定了我们宇宙的确是从大爆炸来的，所以很快这两个人就获得了诺贝尔物理学奖，这个理论也就被大家承认了。
在座的一定要想，你就光这么一条理论就认为是大爆炸，会不会还有其他的可能性？这一条是非常重要的，为什么说这一条非常重要呢？因为这一条不是先有的观测，后去搞的理论。而是我们先有了一套理论，而这条理论就是以大爆炸为基础。那么这个观测呢，果然就出来了。而且这套理论在观测验证以前，认为好像是也很难想像，说我们这个宇宙是大爆炸有点不可思议。所以这个观测出来以后，对大爆炸理论是一个非常有利的支持，这是最重要的一个支持之一。
除此之外还有一个重要的支持。既然你是大爆炸，那我们这个宇宙意味着什么呢？在不断地膨胀，是不是不断膨胀，也要由观测来验证，那么这个观测主要就是由哈勃来完成的，在上个世纪的20年代到30年代，哈勃工作在美国的威尔逊天文台。他在观测什么？他在观测河外星系。我们说哈勃本来还有一个功劳，他就证明了除了银河系之外还有和我们银河系一样的，很多的河外星系。这是他的一个功劳，但是他另外一个功劳比这个功劳还要大。他就是去测量这些河外星系相对于银河系有没有运动，他就测量这个，怎么测量呢？就测量河外星系的运动速度，我们说运动速度是可以测量的，通过测量它的光谱，根据多谱勒运动，我们就可以算出它的运动速度来，那么测量的结果非常地惊人。
怎么个惊人法呢？就发现我们宇宙就像气球一样，在不断地膨胀，在不断地扩大。什么叫在不断地膨胀呢？就说我们看到的河外星系，每一个星系我们测量它的速度以后都发现这个速度是一个正的速度，也就说这个河外星系在远离我们，无一例外。所有的河外星系都在远离我们，而且这个远离是非常有规律的。所以这个宇宙的膨胀就非常有利的支持了大爆炸理论，我们看一下这个膨胀的过程，大家看出来了吧，这就是模拟宇宙在不断膨胀的情况。
除了宇宙膨胀以外，还有没有其他的观测事实来证明大爆炸理论呢？我们说还有一个非常重要的观测事实，什么观测事实呢？就是我们测量宇宙中的元素的含量，我们说宇宙中的元素，当初根据大爆炸理论的话，应该是首先生成的是元素中最简单的元素。最简单元素是什么呢？是氢，所以宇宙中氢是首先产生的，而且氢的含量应该非常多，那么有了氢以后，这个氢在逐渐地通过原子核的聚变过程。就是说原子核和原子核通过聚变反应，在不断地生成更重的元素，那么紧接着氢，下一个要生成的元素是什么呢？就是氦，也就是说氢通过聚变反应来生成氦，这个反应非常非常重要，为什么说重要呢？目前呀，所有的恒星它的产能，也就说它辐射的能量就是通过氢聚变成氦得到的原子核的能量。当然最典型的是什么呢？就是我们的太阳，我们太阳为什么发光呢？如果你指望着像烧煤球炉子一样，来烧煤球，那得多少煤也不行，靠其他的化学也不行，维持这么多年是不可能的。那么惟一的就是太阳上边的氢，通过聚变过程来生成氦，这样一个核反应过程就给我们提供了几乎是无穷无尽的能量。你看重要不重要？非常重要。我们可以顺便说一下，我们这个人类开发核能源，很重要的原因，就是通过太阳的产能得到的启发。
比方说我们地面用的氢弹就是一种聚变反应，原子弹是一个分裂反应那么现在人类还不满足，正在搞受控热核反应，受控热核反应是什么呢？就是制造一些小太阳，如果那个要实现的话，你可以想像看，氢都可以聚变成氦。好了，既然宇宙中的元素，是有恒星在燃烧过程中通过氢来聚变成氦，当然这有个过程。我图上面说的很清楚，它也聚变成氦的同位素，叫做氘，然后再合成叫做氚，最后就合成有四个中子和质子的氦。
那么这个过程我们可以算出来，宇宙中大体上有多少个恒星，这个恒星的年龄有多大？那么现在宇宙中应该有多少氢？有多少氦？就算出来了。那算出来的结果和观测非常地不符合，怎么不符合呢？如果说我们这个宇宙中的氦完全是由每一个单个的恒星，通过氢聚变成氦的热核反应产生的。那么宇宙中的氦大概有多少呢？也不过只有百分之几，只有百分之几，占到总含量的百分之几。可是我们现在测量结果发现宇宙中的氦非常多，多到有多少呢？宇宙中的氦大约占了宇宙中总元素的四分之一，也就是说有25％是氦，70％多是氢，然后再加上其他的一些元素。那么这个问题就来了，这些氦是怎么产生的呢？就要问这个问题。
那么用正常的办法，我们把天上所有的恒星都把它整个都加起来，把它年龄也计算出来。然后产生了多少氦？我们可以算出来，用这些正常的手段是绝对产生不了宇宙中这么多氦的。那么最后的结论是什么呢？只有在当初通过一个非常时期，也就是说一次大爆炸的过程，那么在大爆炸过程中就会迫使很多氢聚变成氦，然后在造我们这个恒星的时候，就不单是纯粹由氢来造了。而是由氢再加上氦一起来造的这个恒星。所以恒星在造的时候，已经就含了好多个氦的元素含量已经多了，因此我们现在测出来宇宙中的元素含量才有了这么多的氦。所以我们概括起来大家就知道了，一个主要的观测事实呢，就是说宇宙是膨胀的。还有一个非常重要的观测事实呢，我们宇宙膨胀到现在，它的剩余温度正好和我们预算的一样，它的温度是多少呢？我们说是3度K或者说摄氏负270度。还有一条就是宇宙中有这么多的氦元素，也是通过大爆炸来产生的。所以我们总括起来，有哪些证据来支持大爆炸呢？就有这么多证据，第一个就是叫微波背景辐射。第二个就是哈勃定律，也就是说宇宙在膨胀。
除此之外还有一个很重要的理由，什么理由呢？就是我们宇宙的年龄，如果我们说宇宙的年龄是无限大，那就没有起始了，就没有大爆炸这一说了，现在我们测量的结果，宇宙的年龄是有限的，不但是有限的，而且我把年龄也测出来了。宇宙的年龄有多大呢？我们说小于二百亿年，我们宇宙的年龄小于二百亿年，目前倾向性的看法认为宇宙的年龄大约是一百五十亿年。我经常说这个年龄很好记，怎么记呢？你就把这个“亿”字去掉，就是一百五十年。那就是说我们努努力，科学发展以后，健康条件好了，有可能活到一百五十岁，差不多人的极限。我们知道太阳它的寿命大约是一百亿年。现在太阳已经活了差不多是五十亿年了，还有五十亿年，这就是宇宙的年龄，大约就是小于二百亿年。那么这四个证据，就证明了我们这个宇宙可能是通过一次大爆炸产生的。这就是大体上我给大家一个轮廓，有这么一个理论，有这么多观测事实。
大家肯定要问你这么大轮廓这么一说究竟怎么一炸就炸出个宇宙来？我就想像不出来。孙悟空从石头里边出来那毕竟是神话，一蹦就蹦出来了。你这个宇宙是我们所有的星球的居住地，就是包罗万象才叫宇宙了。怎么会这么一爆炸就爆炸出宇宙来，所以我必须回答你，就是说这个宇宙究竟是怎样一步一步来的。
那么最近我们国内流行一本书叫做《时间简史》，是由英国的一个物理学家和天文学家霍金写的，就描述了宇宙的演化，大家很感兴趣，实际上在他之前还有一本书也不错，叫做《最初三分钟》。那本书就是专门写我们这个宇宙最初的状态怎么来的，这个最初的状态听起来，那就有点更离奇，它物理的味道就更重。所以呢，大家得要好好听，要不然你就不可以理解，那么我也尽我最大的努力把这个事情给大家讲清楚。
那么最初怎么来的呢？我们说最初这个宇宙通过膨胀以后慢慢来产生，但是这个诞生的时间是非常非常快，有多快呢？三分钟造就一个宇宙，你信不信呢？我们来看一看三分钟就给你造就一个宇宙，那么宇宙最初始的时候，宇宙的年龄是多大呢？0.01秒。这时候的温度是多少度呢？是十的十一次方度，也就是说一千亿度。这个宇宙是个什么状态，我说这个宇宙是一团混沌。这团混沌是什么样子的，我有一个动画片可以给大家看一下，这就是我们那个宇宙最初的情况，那这宇宙是什么？这一团混沌就是比我们现在知道的这些个电子也好、中子也好、质子也好、原子也好，更基本的粒子，或者说这是一堆叫做夸克。所以有种说法，在最初的时候就是一个夸克星，就是一个夸克的海洋，就是一团混沌，什么都不是，都是造就物质的基本原料的温度是非常非常高，一千亿度，那么在这么高的温度下，这堆东西不可能产生任何东西，因为大家都是平权的，在里边就是自己在那儿漫游。那么这堆东西有一个特点，什么特点呢？它在不断地扩张，也是必然要扩张，为什么呢？温度很高，它一扩张的时候这个温度就降低了。那么我们看一下由0.01秒扩张到1秒，也就是1秒钟的工夫就膨胀了。膨胀了以后，它这个温度降到了十的十次方，一百亿度。这时候就出现电子、中子和质子，为什么呢？因为这时候温度降低以后，它里边的一些反应，就使得一些光子慢慢通过反应过程，光子就会变成电子，然后再可以聚合成中子和质子，这是温度降低以后。
如果我们的温度再降低降到3分钟，这时候的温度差不多十的九次方，也就是10亿度的样子。在这个温度下，这个宇宙出现一些轻的元素，什么元素呢？氢和氦。我们来看一下，由于温度降低，原初的这些东西就开始有一个聚合反应。你看一下，它们就聚合聚合，出现了一些什么呢？氢、氦这些元素就产生了。有了这个元素以后，就等于我们盖大楼一样，就有了基本的砖瓦了。这就是我们宇宙最主要的原材料，只要是有了氢再加上氦，我们这个宇宙就可以造起来了。我们这个宇宙由于温度在不断地降低，就造就了氢和氦。那么再稍微确切一点，到了3分45秒我们基本的元素就都造成了。换句话说，我们这个宇宙的雏形就产生了。因此我们说宇宙是最初三分钟，如果再说的确切一点，最初的3分45秒钟，我们这个宇宙的大厦就基本上奠基了，就可以了。你们想想我们宇宙造的怎么样？速度是够快的。你们学校里边要是盖一座大楼的话还得盖一年，我们宇宙三分钟宇宙的基石就奠起来了，剩下的工作就好办了，怎么叫好办了呢？因为我们宇宙中的基本原材料有了，氢也有了，氦也有了。以后我们就拿这些氢和氦再去造星球，慢慢我们的宇宙就一步一步就把它造起来了。
问：何老师您好，我想问一下，你说这个宇宙现在是在膨胀吗？我想问一下它到底是什么作用力使它在膨胀呢？
答：宇宙的膨胀呢，现在是一个事实，这个事实是什么原因呢，就是的的确确我们宇宙因为当初在不断地膨胀，现在没有力量把它拉住，拉不住。所以宇宙就不断地在膨胀下去，这是一个观测事实，那么这个宇宙会不会永远膨胀下去呢？现在我们知道拉住宇宙膨胀的惟一的力量还是靠引力，因此要想把宇宙不让它继续膨胀下去，把它拉住，那就只有增加宇宙中的引力。那这就是天文学家的一个任务，我们想法找到宇宙中更多的物质，增加了宇宙的相互吸引力，那它就会慢慢的膨胀一段时间以后就会收缩回来，现在我们还找不到其他的力来制止宇宙来膨胀，只有靠引力。
问：老师我想问一下宇宙的年龄是通过什么方法测量出来的？
答：这个问题问的很好，你怎么知道宇宙的年龄是一百五十亿年呢？我们有几种测量方法，其中一个方法呢，就是根据哈勃定律。我们说宇宙是在膨胀，而且这个膨胀的规律非常简单，就是一个线性的，距离越远膨胀速度越大，非常简单的一个线性关系。那么你这个膨胀的斜率，也就是哈勃常数，我把它倒过来，就是哈勃常数的倒数，正好就是宇宙从最初的一点膨胀到现在的时间。那么这个年龄呢，我们就管它叫做哈勃年龄，这是一个很重要的。用到现在，那么哈勃常数也是越小的话，那就说这个年龄经历的越长。那哈勃常数就越大呢，这个年龄呢，这个年龄就越大，那么哈勃常数越大呢。这个年龄就越小，为什么呢？很简单，因为膨胀到现在了，你膨胀的速率慢，也就是哈勃常数小，膨胀到现在需要的时间呢就越长。所以天文学家一个很重要的任务，要想测量准宇宙的年龄，你就要把这个哈勃定律里边的哈勃常数来测准。我们放哈勃空间望远镜，很重要的理由就想把哈勃常数测准。那么现在测量的结果呢，这个哈勃常数还不是特别的小，所以我们宇宙的年龄也不是特别的大。大约是一百五十亿年，另外一个我们可以算一算，在宇宙中，一些星球的年龄，特别是我们可以算一算星团的年龄。就这个星团的年龄，就是好多星球组成在一起的我们叫做星团，我们把这个星团的年龄算一下，因为这个星团正好是从非常年轻的恒星，还有非常老的恒星，那么有刚生成的，还有很老的恒星。那么这一个星团的年龄我们是可以测出来的，我们通过它这个在一个图上的一个反应，我们可以测出来它年龄是一百多亿年。除此之外我们还有更直接的方法来测，怎么叫更直接的方法呢？就是通过同位素来测量，比方我们测量地球上边的铀的同位素，通过铀位素衰变的周期来测量地球的年龄。我们测量出来地球的年龄是四十多亿年，此外我们还可以从宇宙飞来的陨石里边测量它上边同位素的含量，也可以确定年龄。总之通过所有的这些因素我们加在一起，就估算出来这个宇宙的年龄不超过二百亿年，那么大家现在倾向于说一百五十亿年。
问：我想请问老师一下，因为宇宙它在0.01秒刚开始的年龄的时候，它所处的空间宇宙外部空间是一个什么样的状态？
答：这个问题问的也很好，那么宇宙在0.1秒钟的时候，或者在0.01秒的时候，宇宙空间非常非常小，那么小到多小呢？小到你想像它有多小就有多小，绝对比你想像的还要小。你把它想像的像一个米粒那么大，那么我这个宇宙比那个米粒小多了。大家经常在问这个问题，那么这个米粒外头是什么？我们不知道，因为我们就生活在我们这个宇宙里边，我们只知道我们这个宇宙，宇宙以外的事情我们不知道。很可能宇宙外边还有一个宇宙，那个宇宙是另外一个独立的宇宙。可惜目前我们这个宇宙和宇宙还没有连通，不要说宇宙和宇宙没有连通了，我们宇宙内部的星球之间都还没有沟通。所以宇宙外头的事情我们是一概不知，如果你要想知道的话，只能从理论上推测。那么还有一种说法就认为，我们这个宇宙看上去就是一个大黑洞，那外边这个宇宙呢，也是一个大黑洞。所以都是黑洞和黑洞，老死不相往来，谁也不知道谁。但是我们这个宇宙呢，就是从这么小的空间不断不断地膨胀，就是我们现在的就是我们现在的宇宙状态。
问：老师我想问一下，现在科学家能不能确定地球在宇宙空间中的位置？
答：这个很容易，现在天文学家把地球在宇宙空间的位置确定的非常的精确，精确到什么程度呢？大家从历史上来说，以为老子天下第一。就这个地球，地球就是中心，大家知道后来有一位哥白尼，就把我们的地球搬了搬家，地球不是中心。谁是中心呢？太阳是中心，那么天文家后来再一发现，对不起，太阳也不是中心。太阳也不过就是我们的银河系里非常普通的星球，离银河系的中心大概是五万光年，所我们就想，地球从宇宙的角度来看实在是太渺小了。
问：老师我想问一个问题，就是在一开始的时候，您提出了一个熵的概念，而根据熵增原理，熵越大这个体系就越稳定。而对于咱们这个宇宙，如果是处在一个熵增的过程当中，它会不会发展到最后就成所有的星球都发展成碎片？而如果以这样的说法看来，那它不就又回到了最初混沌的状态了吗？还有一个问题就是说现在宇宙的边缘的温度大概是2.7K.您又说，它会处在一个继续降温的过程当中，而降到一个温度之后，它又会有可能收缩，任何一个体系它都有趋向自我稳定的一个趋势，如果是这样的话，那它是不是有一个相对稳定的温度？
答：这个问题问的比较好，也比较深入，我们说现在从热力学的原理来讲，的确熵是增加了。这个增加这样，就因为呢，这个状态总是从有序到无序，这个熵的概念看起来很神秘，实际上在很多方面都可以用到熵，我可以给你引申一下，比方说我们可以用熵的概念描绘我们一个城市。我们城市来讲的话，一开始总是熵比较小，所谓熵比较小，就是我们城市供应的都是食品等等都是非常有序的。经过我们城市消化了以后等等，都变成垃圾了。那熵怎么样？就增加了，那你要想这个城市维持得好，就需要在这城市里边注入负熵，也就是让它更有序化。这样的话不使得这个城市越来越混乱，都变成垃圾了，这就是熵的一个基本的概念。我们的宇宙也是这样，目前的宇宙的的确确是处在熵增加的状态，熵在不断地增加。但是我说了，可能增加到一定程度以后，会由无序又逐渐的走向有序，也就是说它可能又凝聚。凝聚以后原来小的一些星球都可能凝聚成更大的星球，使得更有序，那熵就减小了，这种可能是存在的。
二、宇宙大爆炸那个原点又是从哪来的呢
宇宙诞生之前,没有时间,没有空间,也没有物质和能量.大约150亿年前,在这片四大皆空的“无”中,一个体积无限小的点爆炸了.时空从这一刻开始,物质和能量也由此产生,这就是宇宙创生的大爆炸.
刚刚诞生的宇宙是炽热、致密的,随着宇宙的迅速膨胀,其温度迅速下降.最初的1秒钟之后,宇宙的温度降到约100亿度,这时的宇宙是由质子、中子和电子形成的一锅基本粒子汤.随着这锅汤继续变冷,核反应开始发生,生成各种元素.这些物质的微粒相互吸引、融合,形成越来越大的团块,并逐渐演化成星系、恒星和行星,在个别天体上还出现了生命现象.然后,能够认识宇宙的人类终于诞生了.
这幅大爆炸图景,是目前关于宇宙起源最可能的一种解释,被称为“大爆炸模型”.大爆炸理论诞生于20世纪20年代,在40年代得到补充和发展,但一直寂寂无闻.直到50年代,人们才开始广泛注意这个理论,不过也只是觉得它很好玩,并不信服.人们更愿意认为,宇宙是稳定的、永恒的.
但是,越来越多的证据表明,大爆炸模型在科学上有强大的说服力,至少现在没有比它更好的理论.我们不得不相信,宇宙有一个开始,也将有一个终结.它产生于“无”,或许也终将回归于“无”.
在人类历史的大部分时期,有关创世的问题,一向是留给神去解决的.宇宙起源于何处?终点又在哪里?生命如何产生?人类怎样出现?对这些疑问,许多宗教都能给出一份体系完备的答案.至于上帝从哪里来,这种问题是不该问的.直到最近几个世纪,人们才开始学着把神撇开,以超越宗教的角度,去思考世界的本源.这样一来,就有一个重大的原则性问题需要解决：宇宙是永恒存在的,还是有起始的?
这个问题长久以来一直困扰着科学家、哲学家和神学家,更不用说普通人.不同版本的宗教和神话都认为世界是有起始的,并把创世的时间定在不太遥远的过去——一般是几千年前.这当然不足为信,因为后来地质和天文观测都表明,地球和其它天体年龄大到在以亿年来计.如此长的时间实在难以想象,因此很多人倾向于认为宇宙一直存在,在时间上没有起源,即宇宙的年龄是无穷大.无穷大这个概念,一听就让人头昏脑胀：既然已经过去了无穷久的时间,我们的“现在”又是什么呢?而如果说宇宙是有起始的,那么它是怎样从“无”中突然产生的呢?我们真的需要一个创世的上帝吗?
以人类短暂生命中获得的知识,要完全弄明白这些是很难的.不过,我们可以从科学上寻求一些佐证,来尽量靠近真理.大爆炸模型的一个基本假设是宇宙的年龄有限,这个说法令人信服的直接理由,来自物理学中一条最基本的定律——热力学第二定律.这条科学史上最令人伤心绝望的定律,冥冥中似乎早已规定了宇宙的命运.
简而言之,第二定律认为热量从热的地方流到冷的地方.对任何物理系统,这都是显而易见的特性,毫无神秘之处：开水变凉,冰淇淋化成糖水.要想把这些过程颠倒过来,就非得额外消耗能量不可.就最广泛的意义而言,第二定律认为宇宙的“熵”（无序程度）与日俱增.例如,机械手表的发条总是越来越松；你可以把它上紧,但这就需要消耗一点能量；这些能量来自于你吃掉的一块面包；做面包的麦子在生长的过程中需要吸收阳光的能量；太阳为了提供这些能量,需要消耗它的氢来进行核反应.总之宇宙中每个局部的熵减少,都须以其它地方的熵增加为代价.
在一个封闭的系统里,熵总是增大的,一直大到不能再大的程度.这时,系统内部达到一种完全均匀的热动平衡的状态,不会再发生任何变化,除非外界对系统提供新的能量.对宇宙来说,是不存在“外界”的,因此宇宙一旦到达热动平衡状态,就完全死亡,万劫不复.这种情景称为“热寂”.
宇宙正在缓慢地、但坚定不移地走向这种不可抗拒的命运,几代智者为此怀疑人类的存在是否有意义.暂且抛开这种沮丧的情绪,作一个简单的推理,我们就可以发现,宇宙不可能有无限的过去.很简单,如果宇宙无限老,那它早就已经死了.以有限速率演变的东西,是不可能永远维持下去的.换句话说,宇宙必然是在某个有限的时间之前诞生的.
第二定律明示了宇宙有起始,19世纪的一些科学家曾模模糊糊地谈到过这个结论,如英国科学哲学家威廉·杰文斯在1873就曾提出应该有一个“创世”的时刻.不过大多数科学家都忽视了这个推论,它只是在后来成为大爆炸模型的佐证之一.该模型的提出,最早的理论基础是爱因斯坦广议相对论,实证基础则是19世纪末、20世纪初的天文观测.
大家都非常熟悉多普勒效应,最常见的例子是火车通过的汽笛声：当火车快速接近我们时,汽笛的音调升高,远去时音调则降低.音调的变化是由于声波相对于我们的频率发生了变化.
多普勒效应不仅适用于声波,也适用于光波.当运动光源的光波到达我们的眼睛时,光波的频率也会发生相应的改变.如果光源向着我们运动,我们看到的光就会向光谱的高频端（紫端）偏移；反之,如果光源离我们远去,光波就会向光谱低频端（红端）偏移.
多普勒效应是奥地利天文学家多普勒在1842年首先发现的.它首先被用于观察太阳和行星的自转.1968年,英国天文滂学家W·哈金斯首次应用此原理测量了天狼星的视向速度,并宣布它正以每秒47公里的速度离我们远去.这一数字不算精确,但基本结论是对的.此后,各国天文学家对其它恒星乃至河外星系进行了大量类似的观测.结果发现,星系光谱有普遍的红移现象.除了几个最近的星系外,所有的星系都在离我们远去.
1929年,天文学家埃德温·哈勃提出,这些星系的退行速度在有规律地增加,一个星系的退行速度与其距离成正比.这个规律叫做哈勃定律,它很快就为天文观测所证实.
离我们越远的星系远去得越快,为什么为这样呢?设想一个表面涂满小点的气球,当气球膨胀时,小点便各自远离.假设有个小人站在任一点上,在它看来,其它所有的点似乎都在离它远去,而且离它越远的点远离得越快.不论它站在哪个点上,效果都是一样的.（这也意味着,哈勃定律决不表示地球是宇宙的中心）.
星系这种远去的行为使人们觉得宇宙仿佛是在膨胀,就像膨胀着的气球一样.天文学家现在大都承认了宇宙膨胀这一事实.而且对爱因斯坦广义相对论中“场方程”的解释,能够与膨胀宇宙相符合.
既然宇宙一直在不断地膨胀,那么可以合理地设想,它在过去应该比现在小.如果能把宇宙史这部影片倒过来放,我们应该会发现,在很久很久以前的某个时候,所有的星辰都是聚合在一起的,宇宙最初是一个致密的物质核.
1922年,苏联数学家A·A·弗里德曼首先提出这种可能性.当时哈勃定律还没有提出,弗里德曼完全是通过理论推导得出此结论的.在此之前,爱因斯坦已经发现自己的方程只能描述一个膨胀或收缩的宇宙.但这位科学巨匠缺乏敢于预言宇宙并非静止的自信心,遂强行在方程中引入一个斥力,描述了一个静态宇宙.
弗里德曼指出,爱因斯坦静态宇宙是极不稳定、不可能维持的,一个膨胀的宇宙虽然听上去有些古怪,却更为合理.爱因斯坦被说服了.年轻的弗里德曼率先预言了宇宙膨胀.可惜天妒英才,弗里德曼未能看到他的理论被哈勃所证实.1925年他因伤寒去世,终年37岁,其成果鲜为人知.
1927年,比利时天文学家勒梅特独立研究出了类似的膨胀宇宙说.由于宇宙一直在膨胀,所以它在过去某一时刻会体积非常小而密度非常大,这东西被勒梅特称为宇宙蛋.他还提出,宇宙一直在膨胀,并且是从过去的一次超级爆炸开始的；今天的星系就是宇宙蛋的碎片；而星系相互退行,就是很久以前那次爆炸的回波.
勒梅特的成果在当时也未受人注意,直到更有名望的英国大科学家爱丁顿阐述膨胀宇宙论,才引起科学界的普遍关注.到20世纪30年代和40年代,俄国血统的美国物理学家伽莫夫才真正普及了宇宙起源于爆炸的观念.有趣的是,“大爆炸”（BIG BANG）这个词,是一位大爆炸理论的反对者造的.这位叫霍伊尔的天文学家认为,认同大爆炸模型等于“公然邀请创世理论”,与上帝妥协,不是严肃的科学态度.
大致说起来,大爆炸模型是这样的：宇宙是不断膨胀的,而且由于引力的作用,膨胀的速度会随时间发生变化.万有引力作用于宇宙一切物质与能量之间,起到刹车的作用,阻止星系往外跑,从而使膨胀速度越来越慢.在诞生初期,宇宙从高密度状态迅速膨胀,随着时间的推移,宇宙体积越来越大,膨胀速度越来越小.将此过程回溯到宇宙创生的那一刻,可以发现当时宇宙体积为零,而膨胀速度为无限大.这就是大爆炸.
大爆炸是空间、时间、物质与有量的起点.这些概念都不能外推到大爆炸之前.大爆炸之前是什么、什么引起了大爆炸,这些问题在逻辑上就是没有意义的.那以前所有的,只是“无”.
这个结论让人接受起来很不容易.1948年,两位奥地利天文学家邦迪和戈尔德提出另一种理论,承认膨胀宇宙但否认大爆炸.后来英国天文学家霍伊尔发展并普及了这一被称为“连续创生论”的理论.该理论认为宇宙是稳恒态的；在星系散开的过程中,不断有新的星系从空间中产生出来；形成星系的物质是无中生有的,而且运动速度非常缓慢,用现有技术无法测出.结论是,宇宙总是保持着同一状态,在没有限度的过去和没有限度的未来中,它一直是这样,没有开始也没有结束.
在十多年的时间里,大爆炸和连续创生论和争论非常激烈,但没有实际的证据来裁决到底哪一个对.在这段时间里,“大爆炸”这个词是一种贬义用语,引申含义是“不严肃”、“可笑”.
热寂、宇宙膨胀等理论,似都不足以令大多数人信服大爆炸的存在.如果过去某个时候曾发生过一次大爆炸,如此惊天动地的力量是否在今天的宇宙结构上留下了某种印迹?既然有那么多宗教考古学家热衷于寻找伊甸园的旧址、亚当夏娃的文物,科学家是否该去发掘一下宇宙创生的遗迹呢?
1948年,伽莫夫指导的一位年轻研究生R·A·阿尔弗在他的博士学位论文中提出,宇宙源于约140亿年前的一次大爆炸,并详述了宇宙诞生的最初几分钟里,基本粒子结合成为元素的过程.论文的题目是“化学元素的起源”,发表于《物理评论通讯》杂志上.在这篇文章里,伽莫夫玩了一个文字游戏,将对此项研究并无贡献的物理学家H·贝特的名字添入论文中.这样,论文的三位作者阿尔弗、贝特、伽莫夫的名字,念起来与希腊字母表中头三个字母阿尔法、贝塔和伽马颇为相似.这对一篇谈论宇宙起源的论文来说,实在是再合适不过了.
这篇论文给出了大爆炸理论的第一个数学模型.此后不久,阿尔弗与另一位科学家赫尔曼一道,在《自然》杂志上发表了另一篇论文,提出了一个证实大爆炸理论的方法.
按照大爆炸理论,最初的几分钟里,宇宙是一个炽热的火球,到处充满温度高达几十亿度的光辐射.由于此时的宇宙处于热动平衡中,这种辐射具有独特的光谱特征,称为“黑体谱”.随着宇宙的膨胀,辐射的温度不断下降,但仍保留着黑体谱的特征,以及总体均匀性.按照推算,现在的宇宙应存在着温度约为5K的背景黑体辐射.
这个杰出的预言在当时并未引起重视,而被埋没在浩瀚的物理学文献之中.在没有电脑、没有互联网的1948年,科学家之间的交流无法与今天同日而语.阿尔弗与赫尔曼不是射电天文学家,没办法自己设计出合适的探测器来在太空中搜索大爆炸的残留辐射——即使他们愿意那样做,在那个时代也没有足够的技术力量.而且,在40年代和50年代,在多数物理学家看来,再现宇宙早期史的细节并不是一种严肃的学术活动.
多年以后,即1965年,美国贝尔实验室的两位无线电工程师A·彭齐亚斯和R·威尔逊,在为跟踪一颗卫星而校准一具非常灵敏的天线时偶然发现,接收器中存在着某种无法消除的噪声.这表明宇宙浸润在一种辐射当中,它相当于在电磁波谱微波波段波长7.35厘米的某种无线电信号,以相同的强度从空间各个方向射向地球,在大尺度上分布非常均匀.其温度约为3K,谱线有完美的黑体谱特征.与此同时,美国普林斯顿大学R·迪克领导的一个科学家小组,独立地重新发现了阿尔弗和赫尔曼早先作过的预言,并着手设计一台探测器供搜索大爆炸的残余辐射.他们听说了贝尔实验室发现的这种辐射之后,立即将它解释为大爆炸后原初宇宙高热的遗迹,即大爆炸火球黯淡下去的最后光芒.
由于这种背景辐射频率集中在微波波段,因此被称为微波背景辐射.大多数天文学家都认为,它的发现为大爆炸理论提供了结论性的依据.大多数人因此而接受了大爆炸曾经发生的说法,抛弃了连续创生论.因为这项发现,彭齐亚斯和威尔逊获得了1978年诺贝尔物理学奖.然而,最早对微波背景辐射作出预言的阿尔弗和赫尔曼,却未因此获得荣誉,甚至在许多总结大爆炸理论发展史的文献中被遗忘.
还应当提及的是,在1983年,人们开始获悉苏联无线电物理学家什茂诺夫或许早在1958年就发现了这种辐射,并用俄文公布了这一事实.什茂诺夫建造了一具对微波信号敏感的天线,并报道探测到了某种在天空中各个方向上均匀的信号,与之相当的辐射具有的温度在1K到7K之间.当时无论是他本人或是其他任何人都不清楚这项发现的重要性.事实上,什茂诺夫直到1983年才闻知大爆炸的预言及彭齐亚斯和威尔逊的发现,这已是他们两位获得诺贝尔奖五年后的事情了.像阿尔弗和赫尔曼一样,什茂诺夫亦未能获得应有的荣誉,科学史上往往颇多此种遗憾.
大爆炸是什么时候发生的呢?由于红移容易测量,所以我们相当确切地知道星系退行的速度.但确定宇宙的年龄,我们还必须确定星系的距离.距离越大,星系退行到现在位置所需的时间也越长.但距离并不容易确定出来.科学界对宇宙的年龄有不同说法,大体在100-200亿间之前,比较通行的说法是150亿年.我们并不确切地知道大爆炸已经过去了多久,倒是对大爆炸刚刚发生之后1秒到几分钟的时间里发生的事了解得更多.
最初的1秒钟是宇宙史上的一道分水岭.在此时刻以后,宇宙的温度已降到一定程度,能用我们现有的物理知识来描述,从而获得一幅大致准确的宇宙鸟瞰图.而在1秒钟之前,致密、高热的宇宙是一堆人类尚无力了解其行为的粒子,现有的物理规律不足以描述其行为.这是黑箱式的1秒钟.
在1秒钟之前,宇宙中应该存在着等量的质子和中子,因为弱相互作用会使质子与中子相互转化,维持其数目的平衡.但到了1秒钟时,膨胀速度变得太大了,弱相互作用不能再维持质子与中子数的平衡.由于中子比质子稍重一些,质子转变为中子需要消耗较多能量,比中子转变为质子困难一些.然后,弱相互作用停止,中子和质子不再大量互相转换,留下的中子与质子相对数目有一个确定的比值——大概是1比6.
在最初1秒过后、3分钟之内,中子和质子进行剧烈的聚合反应,形成氘核、氦核和锂核,主要是形成氦核.这个过程用完了所有的中子,余下的质子就成了氢原子核.3分钟过后,宇宙的温度降到10亿度以下,物质密度也迅速下降,这类核反应遂告中止.计算表明,最初三分钟里大约有22-24%的物质形成的氦4,剩下的物质几乎全部保持氢的形式,仅有十万分之几成为氦3和氘,还有百亿分之几成为锂.
因此,大爆炸模型预言宇宙中应有22-24%的物质为氦,余大绝大部分为氢.最初三分钟里形成的氢和氦,构成了宇宙中99%以上的物质.形成行星和生命的丰富多彩的重元素,只占宇宙总质量的不到1%,它们大部分是在大爆炸之后很久于恒星的内部形成的.
对宇宙各处的氦、氘及其它元素等的观测,极好地证实了上述丰度值的普适性.简单的大爆炸模型与严格的天文观测间形成了美妙的一致.这一预言是大爆炸图景最大的成功.
大爆炸模型并不是终极真理.它只是现有宇宙起源理论中最好的,但仍有许多难题未能解决.例如最初三分钟过后的许多年里,物质如何聚集成团形成星系、恒星,依旧是一个模糊的过程.此外,把“大爆炸之前是什么”简单地归为逻辑上不合理的问题而不予回答,虽然很高明却似乎有点不负责任.
对于大爆炸模型,科学界目前存在的一个主要分岐在于,宇宙是“开放”的,抑或是“闭合”的.这个问题关联到宇宙的终结.
根据推断,宇宙的形成距今约100-200亿年.天文观测表明,各种天体的年龄均小于200亿年,这与大爆炸理论符合得很好.我们的地球大概是50亿年前形成的,至于人类出现的历史便短得不值一提了.宇宙现在还算得上年轻,担忧末日来临,对单个人来说是十分无聊的事.然而,为全人类的命运想一想这个问题,还是有必要的.
按照大爆炸模型,宇宙在诞生后不断膨胀,与此同时,物质间的万有引力对膨胀过程进行牵制.如果宇宙的总质量大于某一特定数值（临界质量）,那么总有一天宇宙将在自身引力的作用下收缩,造成与大爆炸相反的“大坍塌”,这样的宇宙是“闭合”的.如果宇宙总质量小于这一数值,则引力不足以阻止膨胀,宇宙就将永远膨胀下去,即“开放”的.
开放宇宙和闭合宇宙两种理论都很流行,且相持不下.这是因为给宇宙过磅实在过于困难,无论从实际观测或理论推导上都不易实现.最近几年,天文观测结果似乎更多地支持开放理论,即宇宙总质量太轻,达不到引起收缩的临界质量；甚至有人声称发现了造成宇宙加速膨胀的“反引力力”.不过,这些结果没有一项是决定性的.
有趣的是,科学家发现,无论宇宙是开放或闭合的,它都必须非常接近临界质量.如果质量太大造成引力太大,宇宙便会在膨胀后不久就开始收缩,活不了太长.这样,恒星还来不及形成,生命和人类就更不用提.如果宇宙质量太小,宇宙就会膨胀得太快,物质很快就变得非常稀薄,不足以聚集成恒星、星系,生命也不会产生.在这两类宇宙里,都不会产生人类这种对宇宙起源寻根究底的麻烦东西.或许在某些地方存在着与临界质量相距很远的宇宙,但既然眼前这个宇宙里有我们的存在,那末它的质量必须与临界质量相差不大.这个事实无形中使确定宇宙是开放或闭合更为困难——我们需要非常精确的数据来确定宇宙的质量到底是大于或小于临界质量.
因此,我们不得不对两种未来都进行一下预言.
如果宇宙永远膨胀下去,在非常遥远的将来——譬如1亿亿亿年以后,所有的恒星都已燃烧完毕,茫茫黑暗中,潜伏着一些黑洞、中子星等天体.宇宙的尺度已经膨胀到今天的1亿亿倍,而且还在扩张下去.在这个系统里,引力不足以使膨胀停止,但不动声色地消耗着系统的能量,使宇宙缓慢地走向衰亡.黑洞在霍金效应的作用下释放出微弱的辐射,最终全都以光和热的形式蒸发掉.足够长的时间之后,连质子这样稳定的基本粒子也衰变、消亡了,宇宙最终变成一锅稀得难以置信的汤,其中有光子、中微子,越来越少的电子和正电子.这些粒子缓慢地运动,彼此越来越远,不会再有任何基本物理过程出现.这是寒冷、黑暗、荒凉而空虚的宇宙,它已经走完了自己的历程,面对的是永恒的生命,抑或永恒的死亡.这种情景,与传统意义上的“热寂”并不相同,荒凉程度却甚为相似.
如果宇宙质量大于临界质量,终有一天开始收缩,又将何如呢?在大尺度上,收缩过程与大爆炸后的膨胀是对称的,像一场倒放的电影,收缩的过程起初很慢,随后越来越快.在从膨胀到收缩的转折点过后,宇宙的体积开始缩小,背景辐射温度上升.漆黑寒冷的宇宙变成一个越来越热的熔炉,生命无处可逃,全都被煮熟烤焦.最后,行星、恒星也毁灭了,分布在如今浩瀚空间里的物质被挤进一个很小的体积中,最后三分钟来临了.
温度变得如此之高,连原子核也被撕毁,宇宙又成了一锅基本粒子汤.然而这种状态也只能生存几秒钟的时间.在最后的1秒钟里,质子和中子也无法区分,挤成一堆由夸克构成的等离子体.在最后的时刻里,引力成为占绝对优势的作用力,它毫不留情地把物质和空间碾得粉碎,时空曲率不断加大.在这场“大坍塌”中,所有的物质都不复存在,一切“存在”的东西,包括时间和空间本身,都被消灭.剩下的只有一个时空奇点.
这就是末日.它是一切事物的末日.大爆炸中诞生于无的宇宙,此刻也归于无.多少亿年的辉煌灿烂,连一丝回忆也不会留下.
碧声注：从前给《环球》杂志写过一篇较短的同题目文章,蒙诸位网友青眼四处转载.后经补充成为现在这篇,算是2.0版.不过其中仍颇有些地方经不起推敲,如热寂问题与宇宙的结局等.正在努力读书,也许有一天会拿出一个更好的版本来罢.
三、一个有关“宇宙大爆炸”的问题
所有的天体都有其诞生和发展变化至直衰亡的历史。按天体物理学家的论断，宇宙空间也是在一次灾变中降生的，在一次绝无仅有的大爆炸中“诞生”的。
在大爆炸时刻，宇宙的体积是零，所以其温度是无限热的。大爆炸开始后，随着宇宙的膨胀，辐射的温度随之降低。大爆炸1秒钟之后，温度降低到了100亿度，这个温度是太阳中心的1千倍。此时的宇宙中主要包含光子、电子、中微子和它们的反粒子（光子的反粒子就是它本身），以及少量的质子和中子。。此时粒子的能量极高，它们相互碰撞并产生大量不同种类的正反粒子对。这些正反粒子对碰到一起时又会湮灭。但此时它们的产生率远大于湮灭率。
顺便一提的是，中微子和反中微子之间以及它们和其它粒子之间的相互作用非常微弱，所以它们并没有互相湮灭掉，以致于直到今天它们仍然存在。中微子的质量被认为是零，但1981年前苏联和1998、1999年日本的研究显示，中微子可能具有微小的质量。如果被证实的话，有助于我们间接地探测到它们。它们是“暗物质”的一种形式，具有足够的引力去阻止宇宙的膨胀并使其坍缩。
宇宙继续膨胀，温度的降低使得粒子不再具有如此高的能量。它们开始结合。与此同时，大部分正反电子相互湮灭，并产生了更多的光子。大爆炸100秒后，温度降到了10亿度，这相当于最热的恒星的内部温度。质子和中子由于强相互作用力（核力）而结合。一个质子和一个中子组成氚核（重氢）；氚核再和一个质子和一个中子形成氦核。根据计算，大约有四分之一的质子和中子转变为氦核，以及少量更重元素，如锂和铍。其余的中子衰变为质子，也就是氢核。
几个钟头之后氦和其它元素的产生停止下来。在这之后的100万年左右，宇宙什么也没有发生，只是膨胀。当温度降低到了几千度时，电子和原子核不能再抵抗彼此间相互的吸引力而结合成原子。由于宇宙存在着小范围的不均匀，区域性的坍缩开始发生。其中一些区域在区域外物体引力的作用下开始缓慢的旋转。当坍缩的区域逐渐缩小，由于角动量的守恒，它自转的速度就逐渐加快。当区域变得足够小时，自转的速度足以平衡引力的作用，象我们银河系这样的碟状星系就诞生了。另外一些区域由于没有得到旋转而形成椭圆形星系。这种星系的整体不发生旋转，但它的个别部分稳定地绕着它的中心旋转，因而也能平衡引力坍缩。
由于星系中的星云仍有不均匀性，它们被分割为更小的星云，并进一步收缩形成恒星。恒星由于引力坍缩产生的高温引发核聚变，聚变产生的能量又抵抗了继续收缩的趋势，恒星进入稳定地燃烧。质量越大的恒星燃烧的越快，因为它需要释放更多的能量才能平衡自身更强的引力。它们甚至会在1亿年这样短的时间里耗尽自己的燃料。
恒星有时会发生被称为“超新星”的巨大喷发，这种喷发令其它一切恒星都显得黯淡无光。这时一些恒星在晚期产生的重元素就会被抛回到星系中，并成为下一代恒星的原料。我们的太阳就是第二或第三代恒星，它含有大约2%的这种重元素。还有少量的重元素聚集并形成了绕恒星公转的行星，我们的地球也是其中之一。
对于宇宙的起源，我们仍然有很多问题：第一、为什么宇宙在大尺度如此的均匀？背景辐射的温度也一样？除非宇宙的不同区域刚好从同样的温度开始！第二、又为什么我们的宇宙会以如此接近临界的速率膨胀？如果它在大爆炸后1秒钟的时刻其膨胀速率只要小十亿亿分之一，那么我们的宇宙早以坍缩！第三、我们的宇宙非常光滑和规则，而从概率上来讲，紊乱的和无规则宇宙的数量应该占绝对优势，因为宇宙初始状态的选择是随机的。我们为何恰巧遇到这样渺茫的几率呢？
为了解释这些现象，麻省理工学院的学者阿伦·固斯提出了“暴涨宇宙模型”。他认为，早期的宇宙不是象现在这样以递减的速率膨胀，而是存在着一个快速膨胀的时期，宇宙的加速度膨胀使其半径在远远小于1秒钟的时间里增大了100万亿亿亿（1的后面跟30个0）倍。
固斯认为，大爆炸的状态是非常热和相当紊乱的。这些高温表明宇宙中的粒子具有极高的能量。在如此的高温下，强相互作用力、弱相互作用力和电磁力都被统一成为一个力；当宇宙膨胀并变冷，力之间的对称性由于粒子能量降低而被破坏，强力、弱力和电磁力变得彼此不同。这就好象液态水在各个方向上性质都相同，而结冰形成晶体后，就变成了各向异性，水的对称性在低能态被破坏了。
当宇宙暴涨时，它所有的不规则性都被抹平，就如同吹涨一个气球时，它上面的皱摺都被抹平一样。
暴涨模型还能解释为什么宇宙中存在着这么多物质。在量子理论里，粒子可以从“粒子——反粒子对”的形式从能量中创生出来。这些粒子和反粒子具有正能量，而这些粒子的质量产生的引力场具有负能量（因为靠得较近的物体比分开得较远的物体能量低），宇宙的总能量为零，这保证了能量守恒不被破坏。零的倍数仍然为零，在暴涨时期宇宙体积急剧加倍的过程中，可以制造粒子的总能量变得非常之大，以致于我们的宇宙现在大约拥有1亿亿亿亿亿亿亿亿亿亿（1后面跟80个零）个粒子。固斯是这样形容这件事的：“宇宙是最彻底的免费午餐！”
我们往往以为，要看到过去，就必须乞灵于时光隧道旅行。其实，这是误解：由于光的传递需要时间，所以只要在晚上仰望穹苍，那么所见从远距离来的星光就已经是过去的景象。例如银河系核心离太阳大约3万光年，因此目前所见的银核光谱是在3万年前，亦即新石器时代出现之前的情况；同样，距离为5，000万光年的M87星云在望远镜中所显示的，则是5，000万年前，即远在人类出现之前，甚至非洲和南美洲大陆板块还未分离之时的景象。两年之前，我们曾在本栏报导，对一个约16亿光年之遥的星云的观测显示，在16亿年前宇宙的背景温度高达7.4 K，远远超过目前银河系附近的2.7 K。
宇宙从「大爆炸」（the big bang）形成至今，年龄估计约130亿年左右。那么有没有可能观察更遥远，譬如说100亿光年以外（亦即100亿年以前）的天体，以测定宇宙混沌初开之时的景象呢？以沙弗（P.A.Shaver）为首的一组英国天文学家最近证实，“类星体”在远距离开始变得稀少，到了相当于宇宙年龄6.5%左右那么远的距离，它就根本不存在了。类星体是星云互相碰撞或者星云核心塌缩而产生的异常规象，因此必须先有星云才会有类星体出现。但早期宇宙是一个高密度而相对均匀的质球，它需要相当时间才会由于微细的密度涨落和重力作用而产生空间不均匀结构，亦即前星云结构。所以，在宇宙早期类星体不可能存在。沙弗的研究结果，多少从实际观测上证验了这一构想。
其实，在过去二十年间，已经有不少这一方面的工作，但都受到下列问题困扰：远方星云（包括类星体）以极高径向速度运动，且速度与距离成正比——这就是由于大爆炸而造成所谓宇宙膨胀。这径向速度造成了星云光谱的红移（见方块中的解释），但那同时又使得星云所发的光变为红光，从而论弥漫在星云之间的微尘吸收。因此，见不到极遥远的类星体很可能是由于上述吸收作用造成，而并非其不存在。
沙弗等人解决这个问题的关键在于：大部分类星体会同时发出可见光和无线电波，可见光的红移程度是测定距离所必须的，但它可能被微尘吸收，而无线电波却不会被吸收。因此，倘若能为每一个可能是类星体的无线电源找到相应的可见光源，并且由是确定其距离，那么就可以有信心确定最远的类星体距离有类星体（quasars）是1968年发现的特异天体。令人惊诧的是，它亮度（luminosity，即每秒所发出的幅射能量）极高，相当于甚至超过整个星云（每一星云包含10的9次方至10的11次方颗星）。亮度是这样推算的：由于类星体的谱线显示了极高的红移系数z，由是可以推断它有极高的后退速度；但根据哈勃定律，星体的距离与后退速度成正比，因而又可以推知它有极远的距离，并且因而可以从它的表观（apparent）亮度算出它的惊人本有（intrinsic）亮度。另一方面，类星体显示出极迅速的闪烁。也就是说，它可以在几秒钟之内，大幅改变亮度。由于合它表面任何两点产生同步变化的讯号不能快过光速，所以又可以从它闪烁的特徵时间估计它表面直径的上限。这样，就发现类星体的表面积远小于星云，只和一颗恒星相若。其所以称为类星体，就是由于其亮度近于星云，大小则像恒星，所以无从简单判断其性质和构造。
类星体的本质，曾经今天文学家长期感到迷惑。现在他们多少趋向于同意，类星体是所谓活跃星云的核心，亦即是由于星云相撞或者其中心由于重力塌缩而形成巨大黑洞之后，又不断吸人大量物质所造成的现象。类星体是宇宙进化的产物，所以它出现的高峰，集中在宇宙目前年龄大约20%，亦即宇宙形成之后大约25忆年的时代。在这之后（也就是说，在较接近太阳的距离）类星体密度大大减少，那是早已研究清楚的；至于在此之前类星体密度的减少，则是本文讨论的题目。多远和属于甚么年代，而不必担心由于微尘的吸收而有所遗漏了。这一需要有系统和大量高度精密观测的工作，正就是沙弗小组最近完成的。
他们首先将整个南半球天空所有已知具有类星体无线电波谱型的射电源加以精确定位，然后在其位置一一寻找到了相应的可见光源，并且辨明这些光源的形态、红移程度和距离。这样所得结果是：最遥远的类星体的红移系数是z= 4.46，那说明它发光的时间离宇宙形成之初只有89亿年，亦即目前宇宙年龄的6.5%左右。在更远的距离（相当于z>5和更早的年代）尽管还有许多其他发光星体，但具有其特殊无线电谱型的类星体则并不存在。由是证明，早期宇宙是没有发射强无线电波的类星体的。他们并且认为，有理由相信同样结果还适用于所有类星体。
倘若这一结论可以站得住脚的话，那未我们对星云开始形成的年代也得到了一个估计，即不迟于大爆炸之后8.9亿年。
在纽约长岛的沙林深处，物理学家正准备进行一项返回宇宙诞生那一刻的实验。今年5月，物理学家埋藏在美国能源部布鲁克黑文国家实验室内的“时间机器”将开始把黄金原子内的电子分隔出来，并把它们加速至光速的99．995％，然后将一对对的原子猛力撞击在一起，撞击力度之大足以产生比太阳酷热1万倍的气温。但这些都不会构成危险，因为每次撞击所产生的总能量只像蚊子降落到屏风般大小。
科学家们相信，第一批原子约在宇宙诞生后一秒钟才出现，因此把它们撕开来就会重新创造宇宙诞生前的状况。物理学家可以想象得到那个领域，有如一个高温的小粒状等离子体大锅，里面既不存在原子，也没有质子和中子。参与这次研究的耶鲁大学物理学家哈里斯称：“我们希望能制造出小粒状等离子体，然后切实地去探索及了解它的特性。”
[美国《纽约时报》3月8日文章]题：从前有个大爆炸理论
曾几何时。有个似乎十分简单的设想，即宇宙始于一次大爆炸。
宇宙诞生的故事慢慢拼凑起来。“大爆炸”方程式甚至还可以用于预测宇宙历史早期形成的质量较轻元素(氢、氢和锂)的相对数量。而且“大爆炸”理论还与观测结果十分吻合，这真是不可思议。
但是这种理论上的乐园已经难有好日子过了。最近几年，“大爆炸”理论不能自圆其说的问题接踵而来，宇宙不再那么循规蹈矩了。
最新的打击是上个月出现的。人们长期以来一直认为，星系彼此之间的引力与宇宙扩张相抗衡，向心引力刚好与离心张力形成平衡，使宇宙得到控制。理论学家们看到2月27日一期的《科学》杂志时肯定会深感震惊，因为这期杂志报告了宇宙在加膨胀的证据，这表明存在某种尚无法解释的与引力作用相反的斥力。
虽然还未成定论，但是它却是理论学家一直绞尽脑汁要弄明白的一系列惊人结论中最新出现的一个。由于天文学家们的观测工具越来越灵敏，所以就必须不断往原始的“大爆炸”理论中塞进一个又一个用心良苦的假设——先是宇宙诞生大爆炸之后随即出现过短暂的“膨胀期”、存在大量看不见并无法解释的“暗物质”，现在则可能是正使宇宙加速扩张的某种神秘的东西。
爱因斯坦是最先模模糊糊领悟到后来称为“大爆炸”的人之一，他对这种设想深恶痛绝。1917年，他意识到他的广义相对论意味着宇宙或者在收缩，或者在膨胀。他给他的方程增加了一个项，后来称之为宇宙常数，这是一个附加因素，可以使宇宙体积的变化忽略不计。
后来，天文学家们收集到了确凿的证据，表明星系的确在膨胀，离开地球的距离以及彼此间的距离越来越远。爱因斯坦因此有个著名的论断，认为其宇宙常数是他的“最大错误”。
“大爆炸”理论几乎从问世以来就一直命运多舛。
通过间接测量星系之间的距离以及星系漂移的速度，著名天文学家埃德温·哈勃得出结论认为，宇宙大爆炸距今已有20亿年历史了。但是地质学家利用铀衰变为铅的速度却计算出地球本身的年龄为40亿年。
这一矛盾很快得到了解决。星系的移动速度是根据星系光线红移量测定的，这有点像远去的轮船汽笛声，音量急剧下降。对星系距离的测量甚至就更不确切了。人们不得不进行这样的推理，即如果能够在某个天体附近并一览无余地盯着看的话，该天体的亮度该有多大。通过将这种假设的固有亮度与实际上抵达地球的光线亮度相比较，我们就能估算出该天体与地球之间的距离了。直到1965年前后，该理论的拥护者还没有怀疑者多，当时天文学家阿尔诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊发现了无处不在的背景辐射，这是最初大爆炸留下的余光。再加上对最初大爆炸后形成丰富轻元素的预言得到验证，大爆炸理论似乎可以盖棺定论了。
但并不是所有事情都能得到解释。例如，为什么无论在哪里出现的背景辐射都有完全一样的温度呢?这种吻合似乎过于完美，而显得不真实自然。还有更令人不可思议的，那就是宇宙匪夷所思的形状。一个“封闭”的宇宙是弯曲的，所以宇宙万物最终会崩溃。而一个“开放”的宇宙则将无限扩张。但是无论如何，我们自己的宇宙似乎是“平的”，介乎这两者之间。
除非存在宽厚仁慈的独裁者，否则宇宙中一切怎么能够如此和谐呢?
1979年时出现了一个答案，当时物理学家艾伦·古思提出了—个假设，认为在最初大爆炸之后，宇宙紧接着进入超高速疯狂扩张期，宇宙体积成倍成倍地膨胀。该膨胀期只持续远远不到一秒钟的刹那间。但是计算结果表明，这就足以使辐射变得均匀，并使弯曲展平——消除了大爆炸留下的波纹，于是又恢复了宇宙常数。
但是宇宙学家们随后又开始感到不安了，因为宇宙辐射过于均匀；这表明宇宙最初是均质单一的，后来莫名其妙地演化成我们今天所见到的不规则的宇宙，中间点缀着恒星、星系和巨大星系团。要想让这么多的物质凝结起来，似乎宇宙的年龄还不够大，引力也不够强。于是就出现了另一次修正。宇宙学家们已经发现，理论上存在的暗物质可以让“大爆炸”理论自圆其说。如果宇宙中存在足够多的这种看不见的物质，那么这种物质就可以产生额外的引力，促使形成巨型结构。
“大爆炸”理论变得不再简单明了，现在甚至似乎变得越来越复杂了。
以正在发生爆炸的恒星超新星作为测量距离的信标(因为可以用超新星闪烁的速度来估计它们的实际亮度)，天文学家们最近几周很不清愿地得出这样一个结论，即宇宙可能正在莫名其妙地加速扩张。
还可能出现这样的情况，光学错觉让天文学家看走了眼。与此同时，理论学家们又在忙着修补漏洞
美专家最新测量结果表明宇宙大爆炸理论需要修正
新华社今日上午专电美国科学家对银河系中央区域氘元素含量的最新测量结果表明，目前的宇宙大爆炸理论标准模型可能需要一些修正。
美国物理研究所的唐·路博维希等科学家在新一期英国《自然》杂志上报告说，他们研究了距银河系中心仅32光年的射手座星云的光谱，结果发现氘的丰度比按照大爆炸理论标准模型计算出的结果高出约10万倍。
科学家对这些氘的来历进行了多种猜测。例如，如果在过去数十亿年里银河系中央曾经存在过一个类星体，它消亡后会留下大量氘元素。或者在宇宙射线的作用下，碳等重元素会崩解产生氘。但计算表明，类星体残留的氘应当比现在多得多，而银河系中央区域的宇宙射线密集程度又不足以使碳产生这么多氘。这样，就只剩下一种解释，即这些氘是从银河系外部区域跌落到银河系中央的，它们产
生于宇宙刚刚诞生后不久。新测量结果表明，宇宙大爆炸理论参数需要修正。
这次小编对元宇宙大爆炸这本书好吗，宇宙大爆炸与元素起源的讲解希望对大家有所提升，有喜欢的朋友欢迎转发，小编先干为谢。
发表评论 取消回复