宇宙是什么时候起源的？
年龄计算
宇宙的年龄是6543.8+037.5亿年
用整个星系作为镜头观看其他星系，研究人员最近使用了一种精确的方法来测量宇宙的大小和年龄，以及它是如何快速膨胀的。这一测量证实了指示宇宙大小的哈勃常数的实用性，证实了宇宙年龄为654.38+03.75亿年。
相关文章-
星空和宇宙的奥秘自古以来就吸引着人们，许多学者毕生致力于探索这一奥秘的科学真相。那么，宇宙是如何产生和发展的，它的未来会是什么样的呢？
宇宙和宇宙学
《淮南子元道训》注:“四方上下说于，古往今来说周，谓天地。”这给了宇宙一个相当确切的定义，即宇宙是物质宇宙。宇宙是世间万物的总称，也包含了空间和时间的含义。今天，人类对物质宇宙的认识已经达到太空中654.38+05亿光年的宇宙深度；在时间上，可以追溯到6543.8+05亿年前的宇宙早期历史。大量的观测数据为人们研究宇宙的结构和演化提供了非常有用的信息。
地球是人类的发源地，它年复一年地围绕着太阳转。太阳以其巨大的引力支配着太阳系的每一个成员，以冥王星的轨道为界，其直径约为654.38+02亿公里。太阳只是银河系中普通的一员。在银河系中，像太阳这样的恒星总数超过6543.8+0000亿。银河系外还有一个巨大的恒星系统，即河外星系。在观测到的宇宙中，星系总数约为6543.8+0000亿。
天文学是最古老的自然科学之一，宇宙学是天文学的一个分支。其研究内容是从整体的角度探索宇宙的结构和演化。人类对宇宙的认识由来已久。哥白尼曾在《天体论》中说:“太阳是宇宙的中心。”这意味着，在当时，人们心目中的宇宙其实就是太阳系。
中国古代有三大宇宙结构学说，即盖天说、浑天说和叶璇说。在欧洲，公元前6世纪到公元1世纪，古希腊罗马也有很多关于宇宙结构和起源的理论。在中世纪，托勒密的地心说占据了学术界的主导地位。直到16世纪哥白尼创立日心说，人类才对太阳系有了正确的认识。17世纪，牛顿开创了用力学方法研究宇宙的方式，建立了经典宇宙学。1785年，德国出生的英国天文学家w·赫歇尔提出了银河系的第一张图像。此后，人类的视野从太阳系扩展到了恒星世界。
1917年，爱因斯坦根据广义相对论建立了“静止、有界、无限”的宇宙学模型，发表了题为《基于广义相对论的宇宙考察》的著名文章，开启了现代宇宙学的研究。1924年，美国天文学家e·哈勃证实了河外星系的存在。后来一系列重要的观测和理论研究成果使宇宙学研究沿着科学的方向发展。
宇宙膨胀的发现以及由此产生的问题
研究宇宙的一个重要内容就是探测宇宙中各种天体的运动，进而探索整个宇宙的运动状态。天体离地球很远，不容易测量它们的速度。一种有效的方法是利用多普勒效应测量天体沿观测者视线的速度——视速度。火车进出站时，站台上的人会听到火车不同的鸣笛声，这就是多普勒效应。利用这种效应，可以测量火车的速度。同样，通过测量天体光谱中某些谱线位置的变化，可以计算出天体的视速度。
早在1912年，美国天文学家斯莱弗就开始研究星系的视运动。13年，他测量了40个星系的视速度，发现其中38个星系距离地球很远。后人的工作进一步证实了这一普遍现象，即大多数星系都表现出这种“倒退”运动，这引起了天文学家的注意。
1929年，哈勃仔细分析了24个已知距离的星系的退行速度，得出了一个惊人的结论:星系的退行速度与距离成正比，并基于此提出了著名的哈勃定律。如今，哈勃定律已经被天文学界广泛接受。
根据宇宙学原理，只要一个星系的视在速度与距离成正比，这种现象不仅在银河系的位置可以观察到，在其他星系位置也可以观察到，只是同一星系的观察者在不同位置的视在回归速度不同。由此得出一个重要结论:银河系在宇宙中没有特殊的位置，银河系不是宇宙的中心；其次，从地球上观测到的星系视速度与距离成正比，不仅说明河外星系与银河系的距离在扩大，也说明任意两个星系之间的距离在增加。这就引出了一个重要的推论:整个物质宇宙都在膨胀。
在理论研究上，苏联数学家j·弗里德曼在1922年抛弃了爱因斯坦的静态宇宙概念，提出了非静态宇宙理论，论证了宇宙随时间膨胀的可能性。1927年，比利时主教兼天文学家勒迈特提出了宇宙膨胀的统一各向同性模型。1929年哈勃定律的发现，支持了宇宙膨胀的动态图像。英国天文学家a·爱丁顿把星系的退行解释为均匀各向同性膨胀的观测效应。1932年，勒迈特提出现在的宇宙是由“原始原子”在极高的温度和密度下爆炸膨胀形成的，从而开始明确讨论宇宙的诞生；从65438年到0948年，美国天文学家g·伽莫夫和r·阿尔弗进一步发展了勒迈特的思想，从而为今天被称为标准模型的“大爆炸宇宙学”奠定了基础。
宇宙在膨胀！这是早前一个令人惊讶的结论。如果这是真的，并且这种膨胀是一个持久的过程，那么在过去，星系之间的距离比现在更近。由此追溯过去，在过去的某个时刻，宇宙中所有的物质一定都在一个很小的范围内，宇宙的膨胀就是从这个开始的，宇宙中发生的一切都是从那个时刻开始的。那么，那一刻发生了什么？它是如何造成今天观测到的宇宙宏观图像的？
宇宙诞生于大爆炸。
大爆炸宇宙学的主要观点是，宇宙有一个从热到冷、从稠密到稀薄的不断膨胀的历史，其过程就像一个规模极其巨大的超级大爆炸。
根据这个理论，大约15亿年前，今天观测到的所有物质世界都集中在一个极小的范围内，温度极高，密度极高。大爆炸后0.01秒，宇宙温度约为10000亿度。物质的主要成分是轻粒子(如光子、电子或中微子)，质子和中子只占十亿分之一。所有这些粒子都处于热平衡。
因为整个系统膨胀很快，温度下降很快。大爆炸后0.1秒，温度下降到300亿度，中子与质子之比从1下降到0.61。1秒后，温度降至1000亿度。随着密度的降低，中微子不再处于热平衡，开始向外逃逸，正负电子对开始发生湮灭反应，中子与质子的比值进一步下降到0.3。但此时由于温度仍然过高，核力仍然不足以将中子和质子束缚在一起。
宇宙大爆炸后13.8秒，温度降到30亿度。这时质子和中子可以形成像氘和氦一样稳定的原子核。35分钟后，温度降至3亿度，核过程停止。但由于温度较高，质子仍然无法与电子结合形成中性原子。大爆炸后大约30万年，原子开始形成。此时温度已降至3000度，化学键足以束缚中性原子中的大部分自由电子。
在这个阶段，宇宙的主要成分是气态物质，慢慢凝结成高密度的气体云，然后进一步形成各种恒星系统。这些恒星系统经历了漫长的演化，成为今天人们看到的宇宙，星系中恒星的演化产生了碳、氧、硅、铁等元素。
为了解决大爆炸宇宙学模型解释宇宙极早期状态时遇到的一些困难，人们在1980年代早期提出了暴胀宇宙学。该理论中对哈勃体积的描述除了大爆炸后的第一个10-30秒外，与标准的大爆炸模型非常吻合，但对最早时刻的描述却大相径庭。
根据暴胀模型，宇宙在很短的时间内经历了非常快速的膨胀(称为“暴胀”)。在这非常短的时间内，物质处于一种被称为“假真空”的奇怪状态。由于假真空造成的引力排斥，宇宙呈指数级膨胀，其规模每10-34秒翻一番。在这种惊人的爆炸式增长中，宇宙的所有质量和能量都是从完全真空中产生的。在这个新模型中，极早期宇宙的尺度比标准模型小得多，标准大爆炸模型中的一些困难在这里可以得到简单的解释。
大爆炸其实是从“奇点”开始的。大爆炸后的10-43秒称为普朗克周期。在此期间，哈勃体积的尺度甚至比原子核还要小:半径只有10-23 cm，密度高达1090 kg/cm3，温度高达1032度。
经过约654.38+05亿年的不断膨胀和冷却，哈勃体积的范围达到了654.38+05亿光年，其平均物质密度仅为2× 654.38+00-365.438+0 g/cm3，即每立方米空间只能分配一个氢原子。今天的宇宙与极早期宇宙相比，尺度差为1061，密度差为10124，温度差为1032。
寻找证据
虽然Gamov和Alpha在1948年的工作奠定了大爆炸宇宙学的理论基础，但是并没有得到观测的支持，其中的一些观点在当时看来是不可接受的，尤其是极早期宇宙的极端物理状态和变化过程的剧烈程度更是不可想象的。所以这个理论在1950年代几乎被人们遗忘了，从65438年到60年代初，随着理论工作的进展和观测上的一些重要发现，大爆炸宇宙学越来越被学术界广泛接受。
首先，河外星系的宇宙退行和哈勃定律的发现，有力地支持了宇宙诞生于大爆炸的理论。根据哈勃定律，宇宙的年龄约为654.38+05亿年，宇宙中的所有天体都不可能超过这个数。根据天体物理理论，特别是恒星演化理论，最古老的星系和最古老的恒星的年龄约为130 ~ 140亿年。太阳的年龄约为50亿年，地球上最古老岩石的年龄约为40亿年。这些测年结果可以在一个好的时间序列中纳入大爆炸后宇宙整体演化的框架。
支持大爆炸理论的另一个强有力的观测证据是所谓的“微波背景辐射”。根据现代大爆炸理论，宇宙温度从普朗克时期的1032度一直膨胀和冷却到15亿年。目前温度只有3摄氏度左右，在不同观测方向的微波波段应该是各向同性的。这一理论预测是由普林斯顿大学的R.Dicke教授的研究团队在20世纪60年代提出的。
20世纪60年代初，美国贝尔电话实验室的两位科学家penzias和R. W. Wilson建造了一种高灵敏度天线，以提高卫星通信能力，并测量天空中的噪声源。他们在实验中发现，扣除地球大气吸收和地面噪声等已知噪声源的影响后，仍然存在无法解释的残余微波噪声。
1965年，他们确定微波辐射温度约为3 kHz，且呈各向同性分布，不随观测时间变化。虽然他们无法解释这种噪音，但他们可以得出结论，这不可能来自任何特定的辐射源。
这时，迪克等人关于微波背景辐射的理论预言传到了贝尔实验室，双方很快建立了联系，进行了分析和讨论。他们终于确信，这种没有来源的噪音正是Dick的团队所预测并正在寻找的:宇宙微波背景辐射。这一发现是20世纪天文学的伟大成就，人们可以从中捕捉到宇宙早期创造的重要信息，彭齐亚斯和威尔逊共同获得了1978诺贝尔物理学奖。
宇宙起源于超级大爆炸的另一个证据与化学元素的形成有关。如前所述，在宇宙诞生后的初始阶段，如大爆炸后1秒，宇宙温度达到1000亿度。因为温度太高，质子和中子无法结合成稳定的原子核。这时宇宙的物质状态就像一锅基本粒子汤，里面有质子、中子、电子。随着温度的进一步下降，从爆炸后13.8秒开始形成稳定的氘、氦等原子核，化学元素的形成也从这一刻开始。
理论计算表明氦核的形成过程持续约3分钟。在此期间，约23% ~ 27%的物质质量聚合成氦，所有可利用的中子同时用完，而剩余的原子核，即没有参与聚合的质子，自然形成氢核。这一理论预言宇宙应该是由大约75%的氢和25%的氦组成的，与测量结果符合得很好。
早期宇宙中的初级核反应也可能产生极少量的较重元素，如锂和碳。现在已知的除了氢和氦，其他重元素的总量不到宇宙可见物质的1%，大部分都不是宇宙大爆炸的产物，而是后来在恒星内部形成的。它们被超新星爆发抛向太空，成为下一代恒星形成的原料。
大爆炸宇宙学成功地解释了一些非常重要的观测事实，赢得了大多数天文学家的青睐。然而，自1980年代后期以来，一些新的观察结果的出现对这一理论提出了挑战。持相反观点的学者对此提出了批评，而大爆炸宇宙学家则继续发展这一理论，以进一步合理解释新观察到的事实。
宇宙可能的终结
新陈代谢，生必有死，这是不可抗拒的客观自然规律。根据大爆炸理论，宇宙在空间和时间上都有一个开端，也就是大爆炸的那一刻。在此之前，没有空间和时间的概念，所以没有“之前”。虽然这个概念与人们日常生活中的感受格格不入，但是根据生活大爆炸理论。只要承认这一点，人们就会问，宇宙的终极在哪里？什么时候发生的？会是一种什么样的状态？这是宇宙的末日。
大爆炸后的膨胀过程是引力和斥力的斗争，爆炸产生的动力是一种斥力，使宇宙中的天体远离。天体之间有引力，会阻止天体远离，甚至试图让它们彼此靠近。引力与天体质量有关，所以宇宙在大爆炸后最终是膨胀还是停止膨胀进而收缩，完全取决于宇宙中的物质密度。
理论上存在一个临界密度。如果宇宙中物质的平均密度小于临界密度，宇宙就会不断膨胀，这叫开宇宙；如果物质的平均密度大于临界密度，膨胀过程迟早会停止，然后就会收缩，这就是所谓的封闭宇宙。
问题看似简单，实则不然。理论计算的临界密度为5× 10-30g/cm3。但是要确定宇宙中物质的平均密度并不那么容易。星系之间有广阔的星系间空间。如果将目前观测到的所有发光物质的质量均匀分布在整个宇宙中，平均密度只有2× 10-31g/cm3，远低于上述临界密度。
但种种证据表明，宇宙中仍存在未被观测到的所谓暗物质，其数量可能远远超过可见物质，这给平均密度的确定带来了很大的不确定性。因此，宇宙的平均密度是否真的小于临界密度，仍然是一个有争议的问题。不过，目前来看，更有可能是打开宇宙。所以我们先来看看宇宙开启的情况。
恒星演化到后期，会把一些物质(气体)抛入星际空间，这些气体可以用来形成下一代恒星。这个过程会消耗越来越少的气体，以至于最后无法形成新的恒星。1014年后，所有的星星都将失去光彩，宇宙将变得黑暗。同时，恒星会因为相互作用而不断逃离星系，星系也会因为能量的损失而收缩。这样一来，中央部分就会产生一个黑洞，它会吞噬从它身边经过的恒星而长大。
1017 ~ 1018之后，留给一个星系的只有黑洞和一些零散的死星。此时，构成恒星的质子不再稳定。当宇宙年龄达到1024时，质子开始衰变为光子和各种轻子。1032年，这个衰变过程完成，宇宙中只剩下光子、轻子和一些巨大的黑洞。
10100年后，高能粒子将通过蒸发逃离巨大的黑洞，最终完全消失，宇宙将回归黑暗。这可能是宇宙末日到来时的场景，但它仍在不断地、缓慢地膨胀。
关闭宇宙的结局会怎样？在封闭的宇宙中，膨胀过程的结束时间取决于宇宙的平均密度。如果假设平均密度是临界密度的两倍，那么根据一个简单的理论模型，400-500亿年后，当宇宙半径膨胀到目前大小的两倍左右时，引力将开始占上风，膨胀将停止，然后宇宙开始收缩。
在未来，情况几乎就像一部放映后倒放的宇宙电影，大爆炸后宇宙发生的所有重大变化都将被逆转。在收缩了数百亿年后，宇宙的平均密度大致回到了现在的状态。但是，远离地球的星系的退行会被更靠近地球的运动所取代。再过几十亿年，宇宙的背景辐射会上升到400 kHz，并继续上升，所以宇宙会变得非常热，密度很大，收缩得越来越快。
在坍缩过程中，星系会相互融合，恒星会频繁碰撞。一旦宇宙温度上升到4000 kHz，电子就会从原子中解离出来；当温度达到几百万度时，所有的中子和质子都从原子核中脱离出来。很快，宇宙进入“大坍缩”阶段，所有的物质和辐射都非常迅速地被吞进一个无限高密度、无限小的空间，回到大爆炸发生时的状态。
人们可能会认为，似乎打开宇宙的结局比关闭宇宙的结局更好，因为理论上，只要有星系和大黑洞存在，它们旋转，高度发达的人类或地外文明总能从中汲取能量，继续生存下去；一旦出现大收缩，似乎一切都在劫难逃。但毕竟人们还有几百亿年的时间来思考这个问题。他们应该相信科技的进步和人类的发展能力，没必要做无谓的担心。迎接每一个美好的明天，为之做出自己的贡献。这是人应该做的。