宇宙大爆炸(Big Bang)僅僅是壹種學說，是根據天文觀測研究後得到的壹種設麥哲倫星雲[NGC 265]
想。 大約在150億年前，宇宙所有的物質都高度密集在壹點，有著極高的溫度，因而發生了巨大的爆炸。大爆炸以後，物質開始向外大膨脹，就形成了今天我們看到的宇宙。大爆炸的整個過程是復雜的，現在只能從理論研究的基礎上，描繪過去遠古的宇宙發展史。在這150億年中先後誕生了星系團、星系、我們的銀河系、恒星、太陽系、行星、衛星等。現在我們看見的和看不見的壹切天體和宇宙物質，形成了當今的宇宙形態，人類就是在這壹宇宙演變中誕生的。
宇宙的不斷膨脹
科學家認為它起源為137億年前之間的壹次難以置信的大爆炸。這是壹次不可想像的能量大爆炸，宇宙邊緣的光到達地球要花120億年到150億年的時間。大爆炸散發的物質在太空中漂遊，由許多恒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恒星中的壹顆。原本人們想象宇宙會因引力而不再膨脹，但是，科學家已發現宇宙中有壹種 “暗能量”會產生壹種斥力而加速宇宙的膨脹。 大爆炸後的膨脹過程是壹種引力和斥力之爭，爆炸產生的動力是壹種斥力，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。 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，宇宙就會壹直膨脹下去，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麽容易了。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，那麽，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壹個有爭議的問題。不過，就目前來看，開宇宙的可能性大壹些。 恒星演化到晚期，會把壹部分物質（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壹代恒星。這壹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恒星。10^14年後，所有恒星都會失去光輝，宇宙也就變暗。同時，恒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恒星而長大。（根據質能守恒定律,形成恒星的氣體並不會減少而是轉換成其他形態。所以新的恒星可能會壹直產生.) 10^17～10^18年後，對於壹個星系來說只剩下黑洞和壹些零星分布的死亡了的恒星，這時，組成恒星的質子不再穩定。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、輕子和壹些巨大的黑洞。 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。宇宙將歸於壹片黑暗。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，因此根據質能守恒定律。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，那麽根據壹種簡單的理論模型，經過400～500億年後，當宇宙半徑擴大到目前的2倍左右時，引力開始占上風，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壹部宇宙影片放映結束後再倒放壹樣，大爆炸後宇宙中所發生的壹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，星系會彼此並合，恒星間碰撞頻繁。 這些結局也只是假想推論的。 近幾年來，壹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，而就是在壹次又壹次的大爆炸中進行運動，循環往復，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。
宇宙的創生
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恒定律，特別是重子數守恒和能量守恒。但隨著大統壹理論的發展，重子數有可能是不守恒的，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恒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壹部分，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，這種真空能恰恰是壹種特殊的物質和能量形式，並不是創生於絕對的“無”。如果進壹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”，那麽這個“無”也只能是壹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。這個宇宙不論多麽巨大，作為壹個有限的物質體系 ，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壹理論結合起來，認為觀測宇宙中的物質與能量形式不是永恒的，應研究它們的起源。它把“無”作為壹種未知的物質和能量形式，把“無”和“有”作為壹對邏輯範疇，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壹定意義。 2. 宇宙是如何起源的？空間和時間的本質是什麽？這是從2000多年前的古代哲學家到現代天文學家壹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壹門現代科學。 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壹個超原子的“宇宙蛋”裏，在壹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壹個致密熾熱的奇點於150億年前壹次大爆炸後，經壹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壹個點，而它周圍卻是壹片空白，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壹個極小空間內的假設只是壹種臆測。況且從能量與質量的正比關系考慮，壹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壹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系。但他沒能發現很重要的另壹點--星系紅移量與星系質量也呈正比關系。 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。而銀河系內的恒星由於距地球近，大小恒星都能看到，所以恒星的紅移紫移數量大致相等。 導致星系紅移多紫移少的另壹原因是：宇宙中的物質結構都是在壹定範圍內圍繞壹個中心按圓形軌跡運動的，不是像大爆炸宇宙論描述的從壹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，只能是與銀河系同壹方向運動的，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壹樣。 1994年，美國卡內基研究所的弗裏德曼等人，用估計宇宙膨脹速率的辦法計算宇宙年齡時，得出壹個80～120億年的年齡計算值。然而根據對恒星光譜的分析，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。 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壹種衡量標準。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裏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豐度問題，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、環境而不斷互相變換的，並不是始終保持壹副面孔，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系。 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，適用於宇宙間的壹切能量形式和壹切事件，在任何給定物體中有壹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，宇宙就會進入壹片死寂的永恒狀態，最終“熱寂”而亡的結局，是把我們現在可觀測到的壹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，星系的形態特征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***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、超星系團無壹例外，毋庸置疑，浩瀚的宇宙就是壹個大旋渦。因此，確立壹個“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辟蹊徑，以直線運動方式從壹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。
大爆炸宇宙模型
（big-bang model） 壹種廣為認可的宇宙演化理論。其要點是，宇宙是從溫度和密度都極高的狀態中由壹次“大爆炸”產生的。時間至少發生在100億年前。這種模型基於兩個假設：第壹是愛因斯坦提出的，能正確描述宇宙物質的引力作用的廣義相對論；第二是所謂宇宙學原理，即宇宙中的觀測者所看到的事物既同觀測的方向無關也同所處的位置無關。這個原理只適用於宇宙的大尺度上，而它也意味著宇宙是無邊的。因此，宇宙的大爆炸源不是發生在空間的某壹點，而是發生在同壹時間的整個空間內。有這兩個假設，就能計算出宇宙從某壹確定時間（稱為普朗克時間）起始的歷史，而在此之前，何種物理規律在起作用至今還不清楚。宇宙從那時起迅速膨脹，使密度和溫度從原來極高的狀態降下來，緊接著，預示質子衰變的壹些過程也使物質的數量遠超過反物質，如同我們今天所看到的壹樣。許多基本粒子在這壹階段也可能出現。過了幾秒鐘，宇宙溫度就降低到能形成某些原子核。這壹理論還預言能形成壹定數量的氫、氦和鋰的核素，豐度同今天所看到的壹致。大約再過100萬年後，宇宙進壹步冷卻，開始形成原子，而充滿宇宙中的輻射則在宇宙空間自由傳播。這種輻射稱為宇宙微波背景輻射，它已經被觀測所證實。除了原始物質和輻射外大爆炸理論還預言，現在宇宙中應充滿中微子，它們是無質量或無電荷的基本粒子。現在科學家們正在努力找尋這種物質。 大爆炸模型能統壹地說明以下幾個觀測事實： （a）理論主張所有恒星都是在溫度下降後產生的，因而任何天體的年齡都應比自溫度下降至今天這壹段時間為短，即應小於200億年。各種天體年齡的測量證明了這壹點。 （b）觀測到河外天體有系統性的譜線紅移，而且紅移與距離大體成正比。如果用多普勒效應來解釋，那麽紅移就是宇宙膨脹的反映。 （c）在各種不同天體上，氦豐度相當大，而且大都是30%。用恒星核反應機制不足以說明為什麽有如此多的氦。而根據大爆炸理論，早期溫度很高，產生氦的效率也很高，則可以說明這壹事實。 （d）根據宇宙膨脹速度以及氦豐度等，可以具體計算宇宙每壹歷史時期的溫度。 按照大爆炸理論，宇宙是137億年前從壹個極小的點誕生的，從那裏誕生了時間和空間、質量和能量，從而由物質小微粒聚集成大團的物質，最終形成星系、恒星和行星等。在大爆炸發生前，宇宙中沒有物質，沒有能量，甚至沒有生命。 但是，大爆炸理論無法回答現在的宇宙在大爆炸發生之前到底是什麽樣，或者說發生這次大爆炸的原因是什麽？按照大爆炸理論，宇宙沒有開端。它只是壹個循環不斷的過程，便是宇宙創生與毀滅並再創生的過程。 這只是壹個設想，並不是壹個完美的理論。
大爆炸的論據
大爆炸理論雖然並不成熟，但是仍然是主流的宇宙形成理論的關鍵就在於目前有壹些證據支持大爆炸理論，比較傳統的證據如下所示： （a）紅位移 從地球的任何方向看去，遙遠的星系都在離開我們而去，故可以推出宇宙在膨脹，且離我們越遠的星系，遠離的速度越快。 （b）哈勃定律 哈勃定律就是壹個關於星系之間相互遠離速度和距離的確定的關系式。仍然是說明宇宙的運動和膨脹。 V=H×D 其中，V（Km/sec）是遠離速度；H（Km/sec/Mpc）是哈勃常數，為50；D（Mpc）是星系距離。1Mpc=3.26百萬光年。 （c）氫與氦的豐存度 由模型預測出氫占25%，氦占75%，已經由試驗證實。 （d）微量元素的豐存度 對這些微量元素，在模型中所推測的豐存度與實測的相同。 （e）3K的宇宙背景輻射 根據大爆炸學說，宇宙因膨脹而冷卻，現今的宇宙中仍然應該存在當時產生的輻射余燼，1965年，3K的背景輻射被測得。 （f）背景輻射的微量不均勻 證明宇宙最初的狀態並不均勻，所以才有現在的宇宙和現在星系和星團的產生。 （g）宇宙大爆炸理論的新證據 在2000年12月份的英國《自然》雜誌上，科學家們稱他們又發現了新的證據，可以用來證實宇宙大爆炸理論。 長期以來，壹直有壹種理論認為宇宙最初是壹個質量極大，體積極小，溫度極高的點，然後這個點發生了爆炸，隨著體積的膨脹，溫度不斷降低。至今，宇宙中還有大爆炸初期殘留的稱為“宇宙背景輻射”的宇宙射線。 科學家們在分析了宇宙中壹個遙遠的氣體雲在數十億年前從壹個類星體中吸收的光線後發現，其溫度確實比現在的宇宙溫度要高。他們發現，背景溫度約為-263. 89攝氏度，比現在測量的-273.33的宇宙溫度要高。