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題。直至20世紀(jì)，有兩種"宇宙模型"比較有影響，一是穩(wěn)態(tài)理論，一是大爆炸理論。

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，在一次無與倫比的大爆炸中分裂成無數(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140億年前一次大爆炸后，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)無限延伸的。"大爆炸宇宙論"關(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，即人類至今還不能確定范圍也無法計(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。況且從能量與質(zhì)量的正比關(guān)系考慮，一個(gè)小點(diǎn)無緣無故地突然爆炸成浩瀚宇宙的能量從何而來呢?

1929年，美國天文學(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，他通過對(duì)星系光譜的研究，發(fā)現(xiàn)星系的運(yùn)動(dòng)有如下特點(diǎn):所有星系都在遠(yuǎn)離我們而去(星系都在互相遠(yuǎn)離的宇宙膨脹說);星系離我們?cè)竭h(yuǎn)，它的退行速度越快;星系之間的距離在不斷擴(kuò)大。哈勃定律只是說明了距離地球越遠(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。

定宇宙永恒說是科學(xué)家提出的第二種假說。他們認(rèn)為，宇宙是處于一種穩(wěn)定的狀態(tài)這就是定宇宙永恒說。這就是說，一些星體湮沒了，在另一處會(huì)有新的星體產(chǎn)生。宇宙只是在局部發(fā)生變化，在整體范圍內(nèi)是穩(wěn)定的。

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。只有將來研制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(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到的部分(不是全部)可見星系與地球之間距離的遠(yuǎn)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(xiàn)象并不說明海水總量是在增加或減少一樣。

美國卡內(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。

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?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)象只能說明宇宙中的物質(zhì)由于引力作用，在大尺度空間整體分布的相對(duì)均勻性和星際空間里確實(shí)存在大量我們還觀測不到的"暗物質(zhì)"。

至于大爆炸宇宙論中的氦豐度問題，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。在宇宙大尺度范圍中，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。

如果宇宙無限膨脹下去，最后的結(jié)局如何呢?德國物理學(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和觀測角度不同而產(chǎn)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(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

有科學(xué)家聲稱:宇宙現(xiàn)在的膨脹達(dá)到極點(diǎn)時(shí)將又發(fā)生一場大爆炸。如同黑洞的形成過程一樣，宇宙將變成一個(gè)高密度、小體積的球體?？s小到一定程度后，將再次發(fā)生大爆炸。根據(jù)能量守恒定律，宇宙的能量并沒有消亡。但是，卻沒有人能解釋，大爆炸每次循環(huán)時(shí)間、空間、分子結(jié)構(gòu)等等，都是像上次一樣(幾百幾千億年以后，又有太陽系，又有地球，又有中國，又有你)，還是重新排列(光憑空可以彎曲)

宇宙起源的問題有點(diǎn)像這個(gè)古老的問題:是先有雞呢，還是先有蛋。換句話說，就是何物創(chuàng)生宇宙，又是何物創(chuàng)生該物呢?也許宇宙，或者創(chuàng)生它的東西已經(jīng)存在了無限久的時(shí)間，并不需要被創(chuàng)生。直到不久之前，科學(xué)家們還一直試圖回避這樣的問題，覺得它們與其說是屬于科學(xué)，不如說是屬于形而上學(xué)或宗教的問題，然而，人們?cè)谶^去幾年發(fā)現(xiàn)，科學(xué)定律甚至在宇宙的開端也是成立的。在那種情形下，宇宙可以是自足的，并由科學(xué)定律所完全確定。

關(guān)于宇宙是否并如何啟始的爭論貫穿了整個(gè)記載的歷史?；旧洗嬖趦蓚€(gè)思想學(xué)派。許多早期的傳統(tǒng)，以及猶太教、基督教和伊斯蘭教認(rèn)為宇宙是相當(dāng)近的過去創(chuàng)生的。(十七世紀(jì)時(shí)鄔謝爾主教算出宇宙誕生的日期是公元前4004年，這個(gè)數(shù)目是由把在舊約圣經(jīng)中人物的年齡加起來而得到的。)承認(rèn)人類在文化和技術(shù)上的明顯進(jìn)化，是近代出現(xiàn)的支持上述思想的一個(gè)事實(shí)。我們記得那種業(yè)績的首創(chuàng)者或者這種技術(shù)的發(fā)展者?？梢匀绱诉@般地進(jìn)行論證，即我們不可能存在了那許久;因?yàn)榉駝t的話，我們應(yīng)比目前更加先進(jìn)才對(duì)。事實(shí)上，圣經(jīng)的創(chuàng)世日期和上次冰河期結(jié)束相差不多，而這似乎正是現(xiàn)代人類首次出現(xiàn)的時(shí)候。

另一方面，還有諸如希臘哲學(xué)家亞里士多德的一些人，他們不喜歡宇宙有個(gè)開端的思想。他們覺得這意味著神意的干涉。他們寧愿相信宇宙已經(jīng)存在了并將繼續(xù)存在無限久。某種不朽的東西比某種必須被創(chuàng)生的東西更加完美。他們對(duì)上述有關(guān)人類進(jìn)步的詰難的回答是:周期性洪水或者其他自然災(zāi)難重復(fù)地使人類回到起始狀態(tài)。

兩種學(xué)派都認(rèn)為，宇宙在根本上隨時(shí)間不變。它要么以現(xiàn)在形式創(chuàng)生，要么以今天的樣子維持了無限久。這是一種自然的信念，由于人類生命--整個(gè)有記載的歷史是如此之短暫，宇宙在此期間從未顯著地改變過。在一個(gè)穩(wěn)定不變的宇宙的框架中，它是否已經(jīng)存在了無限久或者是在有限久的過去誕生的問題，實(shí)在是一種形而上學(xué)或宗教的問題:任何一種理論都對(duì)此作解釋。1781年哲學(xué)家伊曼努爾·康德寫了一部里程碑式的，也是非常模糊的著作《純粹理性批判》。他在這部著作中得出結(jié)論，存在同樣有效的論證分別用以支持宇宙有一個(gè)開端或者宇宙沒有開端的信仰。正如他的書名所提示的，他是簡單地基于推理得出結(jié)論，換句話說，就是根本不管宇宙的觀測。畢竟也是，在一個(gè)不變的宇宙中，有什么可供觀測的呢?

然而在十九世紀(jì)，證據(jù)開始逐漸積累起來，它表明地球戲及宇宙拭其他部分事實(shí)上是隨時(shí)間而變化的。地學(xué)家們意識(shí)到巖石以及其中的化石的形成需要花費(fèi)幾億甚至幾十億年的時(shí)間。這比創(chuàng)生論者計(jì)算的地球年齡長得太多了。由德國物理學(xué)家路德維?！て茽柶澛岢龅乃^熱力學(xué)第二定律還提供了進(jìn)一步的證據(jù)，宇宙中的無序度的總量(它是由稱為熵的量所測量的)總是隨時(shí)間而增加，正如有關(guān)人類進(jìn)步的論證，它暗示只能運(yùn)行了有限的時(shí)間，否則的話，它應(yīng)該已退化到一種完全無序的狀態(tài)，在這種狀態(tài)下萬物都牌相同的溫度下。

穩(wěn)恒宇宙思想所遭遇到的另外困難是，根據(jù)牛頓的引力定律，宇宙中的每一顆恒星必須相互吸引。如果是這樣的話，它們?cè)趺茨芫S持相互間恒定距離，并且靜止地停在那里呢?

牛頓知道這個(gè)問題。在一封致當(dāng)時(shí)一位主要哲學(xué)家里查德·本特里的信中，他同意這樣的觀點(diǎn)，即有限的一群恒星不可能靜止不動(dòng)，它們?nèi)繒?huì)落某個(gè)中心點(diǎn)。然而，他論斷道，一個(gè)無限的恒星集合不會(huì)落到一起，由于不存在任何可供它們落去的中心點(diǎn)。這種論證是人們?cè)谡務(wù)摕o限系統(tǒng)時(shí)會(huì)遭遇到的陷阱的一個(gè)例子。用不同的方法將從宇宙的其余的無限數(shù)目的恒星作用到每顆恒星的力加起來，會(huì)對(duì)恒星是否維持恒常距離給出不同的答案。我們現(xiàn)在知道，其正確的步驟是考慮恒星的有限區(qū)域，然后加上在該區(qū)域之外大致均勻分布的更多恒星。恒星的有限區(qū)域會(huì)落到一起，而按照牛頓定律，在該區(qū)域外加上更多的恒星不能阻止其坍縮。這樣，一個(gè)恒星的無限集合不能處于靜止不動(dòng)的狀態(tài)。如果它們?cè)谀骋粫r(shí)刻不在作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，它們之間的吸引力會(huì)引起它們開始朝相互方向落去。另一種情形是，它們可能正在相互離開，而引力使這種退行速度降低

一種現(xiàn)在受到普遍懷疑的宇宙學(xué)理論。該理論認(rèn)為在存在的星系之間的膨脹空間中新物質(zhì)會(huì)產(chǎn)生出來。

若干世紀(jì)以來，很多科學(xué)家認(rèn)為宇宙除去一些細(xì)微部分外，基本沒有什么變化。宇宙不需要一個(gè)開端或結(jié)束。即使是在發(fā)現(xiàn)宇宙正在膨脹之后，這種想法也沒有被放棄。托馬斯.戈?duì)柕?Thomas Gold)，赫爾曼.邦迪(Herman Bondi)及弗雷德.霍伊爾(Fred Hoyle)于40年代后期提出，物質(zhì)正以恰當(dāng)?shù)乃俣炔粩鄤?chuàng)生著，這一創(chuàng)生速度剛好與因膨脹而使物質(zhì)變稀的效果相平衡，從而使宇宙中的物質(zhì)密度維持不變。這種狀態(tài)從無限久遠(yuǎn)的過去一直存在至今，并將永遠(yuǎn)地繼續(xù)下去。宇宙在任何時(shí)候，平均來說始終保持相同的狀態(tài)。穩(wěn)態(tài)理論所要求的創(chuàng)生速率很小，每100億年中，在一立方米的體積內(nèi)，大約創(chuàng)生1個(gè)原子。穩(wěn)態(tài)理論的優(yōu)點(diǎn)之一是它的明確性。它非?？隙ǖ仡A(yù)言宇宙應(yīng)該是什么樣子的 。也正因如此 ，它很容易遭受觀測事實(shí)的質(zhì)疑或反駁。當(dāng)宇宙背景輻射被發(fā)現(xiàn)后，這一理論基本上已被否定。