宇宙的起源和世界的起源是怎么来的？

几千年来，科学家们一直在探索宇宙是何时以及如何形成的。直到今天，科学家们都确信宇宙是由大约6543.8+037亿年前的一次大爆炸形成的。宇宙中储存的物质和能量聚集在一起，凝聚成极小的体积，温度和密度极高，瞬间产生巨大的压力，然后就有了大爆炸。这种大爆炸的反应原理被物理学家称为量子物理学。

研究经历

空间和时间的本质是什么？这是古代哲学家和现代天文学家苦苦思索了两千多年的问题。在哥白尼、赫歇尔、哈勃从太阳系、银河系、河外星系探索宇宙的三部曲之后，宇宙学不再是抽象的哲学思辨，而是建立在天文观测和物理实验基础上的现代科学。

直到20世纪，出现了两种比较有影响的“宇宙学模型”。一个是稳态理论，一个是大爆炸理论。20世纪20年代末，埃德温·哈勃发现了红移现象，表明宇宙正在膨胀。20世纪60年代中期，阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊发现了“宇宙微波背景辐射”。这两个发现有力地支持了大爆炸理论。

相关理论

爆炸

大爆炸宇宙学在现代宇宙体系中影响最大的图是一个理论，也叫大爆炸宇宙学。与其他宇宙模型相比，它能解释更多的观测事实。它的主要思想是，我们的宇宙曾经有一个从热到冷的演化过程。在此期间，宇宙系统不是静止的，而是不断膨胀的，使得物质的密度从稠密演化到稀疏。这个由热到冷，由密到稀的过程，就像一次巨大的爆炸。根据宇宙大爆炸的宇宙学，宇宙大爆炸的全过程是在宇宙早期，温度极高，在1000亿度以上。物质的密度也相当大，整个宇宙系统处于平衡状态。宇宙中只有一些基本粒子，比如中子、质子、电子、光子、中微子。但是因为整个系统在膨胀，温度下降很快。当温度下降到大约100亿度时，中子开始失去自由存在的条件，它们或者衰变，或者与质子结合形成重氢、氦等元素。正是从这个时期开始，化学元素开始形成。当温度进一步下降到654.38+000万度时，形成化学元素的早期过程结束(见元素合成论)。宇宙中的物质主要是质子、电子、光子和一些较轻的原子核。当温度降到几千度时，辐射减少，宇宙主要是气态物质。气体逐渐凝结成气体云，然后进一步形成各种恒星系统，成为我们今天看到的宇宙。大爆炸模型可以统一解释以下观察事实:

(1)大爆炸理论认为，所有的恒星都是在气温下降后诞生的，所以任何天体的年龄都应该比气温下降到今天的时期短，也就是不到200亿年。对各种天体年龄的测量证明了这一点。

(2)观测到河外天体有系统性的谱线红移，红移大致与距离成正比。如果用多普勒效应来解释，那么红移就是宇宙膨胀的反映。

(3)氦在各种天体中都很丰富，大部分都是30%。恒星核反应的机制不足以解释为什么会有这么多氦。根据宇宙大爆炸理论，早期的温度很高，氦产生的效率也很高，这可以通过WMAP对宇宙大爆炸后宇宙微波背景的图像来说明。

(4)根据宇宙的膨胀速度和氦丰度，我们可以计算出各个历史时期宇宙的温度。宇宙大爆炸理论的创始人之一加莫夫预言，今天的宇宙已经很冷了，绝对温度只有几度。1965在微波波段探测到具有热辐射谱的微波背景辐射，温度约为3K。

大爆炸理论认为宇宙起源于一个单一的无量纲点，即一个没有时空尺度但包含了宇宙中所有物质的奇点。至少在120 ~ 15亿年前，宇宙和空间本身就是由这个点爆炸形成的。

在一次无与伦比的大爆炸中分裂成无数碎片，形成了今天的宇宙。1948年，俄裔美国物理学家加莫夫等人绘制了15亿年前一次大爆炸后，宇宙从密集而炽热的奇点到一系列元素，最终形成行星和星系的整个膨胀演化过程的详细图景。但是这个理论有很多困惑。

宏观宇宙是相对无限的。“大爆炸宇宙论”假设宇宙起初只是一个点，但在其周围是一片空白，即人类迄今无法确定范围和质量的宇宙被压缩在一个非常小的空间里，这只是一个猜想。而且，考虑到能量和质量成正比，一个小点突然无缘无故爆发到浩瀚宇宙中的能量从何而来？

人类把地球绕太阳公转设定为测量时间-年份的标准。但是宇宙中所有天体的运动速度是不一样的，宇宙中没有时间的度量。比如地球上东西南北方向的概念，在宇宙中没有任何意义。既然对于宇宙来说年的概念是不存在的，那么大爆炸宇宙学如何利用年的概念来计算宇宙的确切年龄呢？

1929年，美国天文学家哈勃提出了星系红移与星系间距离成正比的哈勃定律，并推导出星系在暴胀宇宙理论中，美国天文学家哈勃距离彼此很远。哈勃定律只是说明，离地球越远，星系运动越快——星系的红移与星系的距离成正比。但他未能发现另一个重要的点——星系的红移也与星系的质量成正比。

宇宙中星系之间的距离非常非常远，光的传播会因为空间物质的吸收和阻挡而逐渐减弱。那些运动速度较快的星系是质量较大的星系。质量大，能量辐射强。所以我们观测到的红移很大的星系当然是质量很大的星系。这就是为什么被称为类星体的遥远星系由于其巨大的质量而具有巨大的红移量的原因。另外，那些质量小、能量辐射弱的星系(除了少数靠近银河系的星系，如大小麦哲伦星系)很难观测到，所有的恒星都能看到，所以恒星的红移和紫移数量大致相当。

星系红移少紫移的另一个原因是，宇宙中所有的物质结构都是在一定范围内围绕一个中心做环形轨道运动，而不是像大爆炸宇宙学中描述的那样，从一个中心向外围做直线径向运动。所以从地球上看到的紫移星系范围很窄，数量很少。它们只能是和银河系同方向运动的星系，而且正面比银河系小。后方比银河系大的星系。未来只有发展更高分辨率的天文观测仪器，才能看到更多的紫移星系。

当宇宙中物质分布不平衡时，局部物质结构会不断膨胀收缩，但宇宙整体结构的相对平衡不会改变。仅仅通过部分(不是全部)观测星系与地球的距离，不能说宇宙整体在膨胀或收缩。就像地球上的海洋在重力作用下不断升降的潮汐现象，并不意味着海水总量在增加或减少。

1994年，美国卡内基研究所的弗里德曼等人通过估算宇宙的膨胀速率计算出宇宙的年龄，得到了80 ~ 12亿年的年龄计算值。但根据恒星光谱分析，宇宙中最古老的恒星年龄为140 ~ 16亿岁。恒星比宇宙古老。

1964年，美国工程师彭齐亚斯和威尔逊探测到了微波背景辐射，这是由于充满空间的各种物质之间的能量转移效应。宇宙中物质的辐射无时无刻不在，3K或5K的温度值只是人类根据自己的判断而设计的一种度量。这种能量辐射现象只能说明宇宙中的物质受到引力的吸引。

至于大爆炸宇宙学中氦的丰度，氦本来就是宇宙中极其丰富的原子结构，仅次于氢。它在空间中的百分含量和其他元素的百分含量也是物质结构分布规律中很常见的物理现象。在宇宙的大尺度范围内，不仅氦的丰度相似，氢、氧等其他元素的丰度也相似。而且各种元素是随着不同的温度和环境不断变化的，并不总是保持一张脸，所以微波背景辐射和氦丰度与宇宙起源没有必然联系。

大爆炸宇宙学面临另一个难题。如果宇宙无限膨胀，最后的结局会是什么？德国物理学家克劳修斯指出，能量从非均匀分布到均匀分布的变化过程适用于宇宙中所有的能量形式和事件。在任何给定的物体中，都有一个基于其总能量与温度之比的物理量。他把这个物理量命名为“熵”，孤立系统中的“熵”往往会永远增加。但在宇宙中，总会有高熵和低熵的区域，不可能有绝对统一的状态。因此，当“熵”水平不断上升并达到最大值时，宇宙将进入一种永恒的死寂状态，最终死于“热寂”。当宇宙膨胀到一定程度，所有的星系和行星都会被异化，分子会分解成夸克甚至更小。整个宇宙继续膨胀，变成一个死气沉沉的状态。这个预测是基于数百颗A1超新星的亮度。

根据天文观测数据和物理理论，描述宇宙的具体形态。星系的形态特征对于研究宇宙的结构非常重要，从星系的运动规律可以推断出整个宇宙的结构形态。星系共有的圆形涡旋结构是整个宇宙的缩影，那些椭圆、棒旋等不同的星系形状只是星系年龄和观测角度不同造成的视觉效果。

奇妙的螺旋是自然界中最常见、最基本的物质运动形式。这种螺旋现象对理解宇宙的形态有重要的启发作用。大到旋涡星系，小到DNA分子，都是在这个旋涡中产生的。自然界不承认直线形式，自然界所有物质的基本结构都是曲线运动的圆形。从原子、分子到行星、星系，再到星系团、超星系团，毫无疑问，浩瀚的宇宙就是一个大旋涡。因此，建立一个“宇宙螺旋运动模型”，比“宇宙”作为所有物质的总和，脱离曲线运动模型，以直线从一个中心向四面八方无限拉伸的“大爆炸模型”，更能反映宇宙的真实结构。

还有一点，大爆炸是周期性的。一些科学家声称宇宙将变成一个密度高、体积小的球体。萎缩到一定程度后，又会有一次大爆发。根据能量守恒定律，宇宙的能量并没有消亡。但是，没有人能解释大爆炸每一次循环的时间、空间和分子结构是和上次一样(几千亿年后，有太阳系、地球、中国和你)还是重新排列(光可以凭空弯曲)。

稳态理论

宇宙起源的问题有点像这个老问题:先有鸡还是先有蛋？换句话说，是什么创造了宇宙，又是什么创造了宇宙？也许宇宙，或者创造它的东西，已经存在了无限的时间，不需要被创造。直到最近，科学家们一直在试图回避这样的问题，认为它们属于形而上学或宗教而不是科学。然而，人们在过去的几年中发现，科学定律即使在宇宙开始时也是成立的。那样的话，宇宙可以自给自足，完全由科学规律决定。

关于宇宙是否以及如何开始的争论贯穿了整个有记载的历史。基本上有两个学派。许多早期的传统，以及犹太教、基督教和伊斯兰教，相信宇宙是在相当近的过去创造的。17世纪，吴·谢尔主教计算出宇宙诞生的日期是公元前4004年，这是把《旧约》中人物的年龄加起来得到的。)近代以来出现了明显的人类文化和技术的进化来支持上述观点，这是事实。我们记得那种表演的创始人或者这种技术的开发者。可以说我们不可能存在那么久；因为不然的话，圣经的创世日期和上一个冰河世纪末期差不多，好像是现代人类最早出现的时间。

另一方面，也有一些人，比如希腊哲学家亚里士多德，不喜欢宇宙有开端的想法。他们认为这意味着神的干预。他们更愿意相信宇宙已经存在，并将无限期地继续存在。不朽的东西比必须被创造的东西更完美。他们对上述关于人类进步的问题的回答是:周期性的洪水或其他自然灾害反复把人类带回到原始状态。

理论比较

这两个学派都认为宇宙基本上不会随时间而改变。因为人类的生命——整个有记录的历史是如此短暂，宇宙在此期间从未发生过重大变化。在一个稳定的宇宙框架中，它是存在了无限的时间，还是诞生于有限的时间，这真的是一个形而上学或宗教的问题:任何理论都解释它。1781年，哲学家伊曼纽尔·康德写了一部里程碑式的、非常模糊的著作《纯粹理性批判》。在这本书中，他总结说，有同样有效的论据来支持宇宙有开端或宇宙没有开端的信念。正如他的书名所暗示的，他简单地根据推理得出结论，换句话说，他简单地忽略了对宇宙的观察。毕竟，在一个不变的宇宙中有什么可观察的呢？

然而，在十九世纪，证据开始积累，表明地球系统和宇宙是其他部分，实际上随着时间而变化。地质学家认识到，岩石和其中的化石的形成需要几亿年甚至几十亿年。这比神创论者计算的地球年龄要长得多。德国物理学家路德维希·玻尔兹曼提出的所谓热力学第二定律也提供了进一步的证据，证明宇宙中无序的总量(用一个叫做熵的量来衡量)总是随时间增加的，就像关于人类进步的论点暗示它只能运行有限的时间，否则。

稳定宇宙的想法遇到的另一个困难是，根据牛顿引力定律，宇宙中的每一颗恒星都必须相互吸引。如果牛顿的果实是这样的，它们怎么能保持恒定的距离，静止不动呢？

牛顿知道这个问题。在给当时著名哲学家理查德·本特利的一封信中，他同意这样的观点，即有限的一群星星不可能静止不动，它们都会落在一个中心点上。然而，他得出结论，无限多的恒星不会一起坠落，因为没有中心点让它们坠落。这个论点是人们在谈论无限系统时会遇到的陷阱的一个例子。把宇宙中无限多的恒星以不同的方式作用在每颗恒星上的力加起来，对于恒星是否保持恒定的距离会给出不同的答案。然后加入更多大致均匀分布在区域外的恒星。有限区域的恒星会一起坍缩，根据牛顿定律，在这个区域之外增加更多的恒星也无法阻止它们坍缩。这样一来，无限多的恒星不可能处于静止状态。如果它们在某个时刻没有相对运动，它们之间的吸引力会使它们开始向彼此的方向下落。在另一种情况下，它们可能正在远离彼此，重力减缓了这种回归。