所有的天體都有其誕生和發展變化至直衰亡的歷史。按天體物理學家的論斷，宇宙空間也是在壹次災變中降生的，在壹次絕無僅有的大爆炸中“誕生”的。
在大爆炸時刻，宇宙的體積是零，所以其溫度是無限熱的。大爆炸開始後，隨著宇宙的膨脹，輻射的溫度隨之降低。大爆炸1秒鐘之後，溫度降低到了100億度，這個溫度是太陽中心的1千倍。此時的宇宙中主要包含光子、電子、中微子和它們的反粒子（光子的反粒子就是它本身），以及少量的質子和中子。。此時粒子的能量極高，它們相互碰撞並產生大量不同種類的正反粒子對。這些正反粒子對碰到壹起時又會湮滅。但此時它們的產生率遠大於湮滅率。
順便壹提的是，中微子和反中微子之間以及它們和其它粒子之間的相互作用非常微弱，所以它們並沒有互相湮滅掉，以致於直到今天它們仍然存在。中微子的質量被認為是零，但1981年前蘇聯和1998、1999年日本的研究顯示，中微子可能具有微小的質量。如果被證實的話，有助於我們間接地探測到它們。它們是“暗物質”的壹種形式，具有足夠的引力去阻止宇宙的膨脹並使其坍縮。
宇宙繼續膨脹，溫度的降低使得粒子不再具有如此高的能量。它們開始結合。與此同時，大部分正反電子相互湮滅，並產生了更多的光子。大爆炸100秒後，溫度降到了10億度，這相當於最熱的恒星的內部溫度。質子和中子由於強相互作用力（核力）而結合。壹個質子和壹個中子組成氚核（重氫）；氚核再和壹個質子和壹個中子形成氦核。根據計算，大約有四分之壹的質子和中子轉變為氦核，以及少量更重元素，如鋰和鈹。其余的中子衰變為質子，也就是氫核。
幾個鐘頭之後氦和其它元素的產生停止下來。在這之後的100萬年左右，宇宙什麽也沒有發生，只是膨脹。當溫度降低到了幾千度時，電子和原子核不能再抵抗彼此間相互的吸引力而結合成原子。由於宇宙存在著小範圍的不均勻，區域性的坍縮開始發生。其中壹些區域在區域外物體引力的作用下開始緩慢的旋轉。當坍縮的區域逐漸縮小，由於角動量的守恒，它自轉的速度就逐漸加快。當區域變得足夠小時，自轉的速度足以平衡引力的作用，象我們銀河系這樣的碟狀星系就誕生了。另外壹些區域由於沒有得到旋轉而形成橢圓形星系。這種星系的整體不發生旋轉，但它的個別部分穩定地繞著它的中心旋轉，因而也能平衡引力坍縮。
由於星系中的星雲仍有不均勻性，它們被分割為更小的星雲，並進壹步收縮形成恒星。恒星由於引力坍縮產生的高溫引發核聚變，聚變產生的能量又抵抗了繼續收縮的趨勢，恒星進入穩定地燃燒。質量越大的恒星燃燒的越快，因為它需要釋放更多的能量才能平衡自身更強的引力。它們甚至會在1億年這樣短的時間裏耗盡自己的燃料。
恒星有時會發生被稱為“超新星”的巨大噴發，這種噴發令其它壹切恒星都顯得黯淡無光。這時壹些恒星在晚期產生的重元素就會被拋回到星系中，並成為下壹代恒星的原料。我們的太陽就是第二或第三代恒星，它含有大約2%的這種重元素。還有少量的重元素聚集並形成了繞恒星公轉的行星，我們的地球也是其中之壹。
對於宇宙的起源，我們仍然有很多問題：第壹、為什麽宇宙在大尺度如此的均勻？背景輻射的溫度也壹樣？除非宇宙的不同區域剛好從同樣的溫度開始！第二、又為什麽我們的宇宙會以如此接近臨界的速率膨脹？如果它在大爆炸後1秒鐘的時刻其膨脹速率只要小十億億分之壹，那麽我們的宇宙早以坍縮！第三、我們的宇宙非常光滑和規則，而從概率上來講，紊亂的和無規則宇宙的數量應該占絕對優勢，因為宇宙初始狀態的選擇是隨機的。我們為何恰巧遇到這樣渺茫的幾率呢？
為了解釋這些現象，麻省理工學院的學者阿倫·固斯提出了“暴漲宇宙模型”。他認為，早期的宇宙不是象現在這樣以遞減的速率膨脹，而是存在著壹個快速膨脹的時期，宇宙的加速度膨脹使其半徑在遠遠小於1秒鐘的時間裏增大了100萬億億億（1的後面跟30個0）倍。
固斯認為，大爆炸的狀態是非常熱和相當紊亂的。這些高溫表明宇宙中的粒子具有極高的能量。在如此的高溫下，強相互作用力、弱相互作用力和電磁力都被統壹成為壹個力；當宇宙膨脹並變冷，力之間的對稱性由於粒子能量降低而被破壞，強力、弱力和電磁力變得彼此不同。這就好象液態水在各個方向上性質都相同，而結冰形成晶體後，就變成了各向異性，水的對稱性在低能態被破壞了。
當宇宙暴漲時，它所有的不規則性都被抹平，就如同吹漲壹個氣球時，它上面的皺摺都被抹平壹樣。
暴漲模型還能解釋為什麽宇宙中存在著這麽多物質。在量子理論裏，粒子可以從“粒子——反粒子對”的形式從能量中創生出來。這些粒子和反粒子具有正能量，而這些粒子的質量產生的引力場具有負能量（因為靠得較近的物體比分開得較遠的物體能量低），宇宙的總 能量為零，這保證了能量守恒不被破壞。零的倍數仍然為零，在暴漲時期宇宙體積急劇加倍的過程中，可以制造粒子的總能量變得非常之大，以致於我們的宇宙現在大約擁有1億億億億億億億億億億（1後面跟80個零）個粒子。固斯是這樣形容這件事的：“宇宙是最徹底的免費午餐！”
宇宙形成之初的景象
夢想家 ( 99/11/1,10:18 )
我們往往以為，要看到過去，就必須乞靈於時光隧道旅行。其實，這是誤解：由於光的傳遞需要時間，所以只要在晚上仰望穹蒼，那麽所見從遠距離來的星光就已經是過去的景象。例如銀河系核心離太陽大約3萬光年，因此目前所見的銀核光譜是在3 萬年前，亦即新石器時代出現之前的情況；同樣，距離為5，000萬光年的M87星雲在望遠鏡中所顯示的，則是5，000萬年前，即遠在人類出現之前，甚至非洲和南美洲大陸板塊還未分離之時的景象。兩年之前，我們曾在本欄報導，對壹個約16億光年之遙的星雲的觀測顯示，在16億年前宇宙的背景溫度高達7.4 K，遠遠超過目前銀河系附近的2.7 K。
宇宙從「大爆炸」（the big bang）形成至今，年齡估計約130億年左右。那麽有沒有可能觀察更遙遠，譬如說100億光年以外（亦即100億年以前）的天體，以測定宇宙混沌初開之時的景象呢？以沙弗（P.A.Shaver）為首的壹組英國天文學家最近證實，“類星體”在遠距離開始變得稀少，到了相當於宇宙年齡6.5%左右那麽遠的距離，它就根本不存在了。類星體是星雲互相碰撞或者星雲核心塌縮而產生的異常規象，因此必須先有星雲才會有類星體出現。但早期宇宙是壹個高密度而相對均勻的質球，它需要相當時間才會由於微細的密度漲落和重力作用而產生空間不均勻結構，亦即前星雲結構。所以，在宇宙早期類星體不可能存在。沙弗的研究結果，多少從實際觀測上證驗了這壹構想。
其實，在過去二十年間，已經有不少這壹方面的工作，但都受到下列問題困擾：遠方星雲（包括類星體）以極高徑向速度運動，且速度與距離成正比——這就是由於大爆炸而造成所謂宇宙膨脹。這徑向速度造成了星雲光譜的紅移（見方塊中的解釋），但那同時又使得星雲所發的光變為紅光，從而論彌漫在星雲之間的微塵吸收。因此，見不到極遙遠的類星體很可能是由於上述吸收作用造成，而並非其不存在。
沙弗等人解決這個問題的關鍵在於：大部分類星體會同時發出可見光和無線電波，可見光的紅移程度是測定距離所必須的，但它可能被微塵吸收，而無線電波卻不會被吸收。因此，倘若能為每壹個可能是類星體的無線電源找到相應的可見光源，並且由是確定其距離，那麽就可以有信心確定最遠的類星體距離有類星體（quasars）是1968年發現的特異天體。令人驚詫的是，它亮度（luminosity，即每秒所發出的幅射能量）極高，相當於甚至超過整個星雲（每壹星雲包含10的9次方至10的11次方顆星）。亮度是這樣推算的：由於類星體的譜線顯示了極高的紅移系數z，由是可以推斷它有極高的後退速度；但根據哈勃定律，星體的距離與後退速度成正比，因而又可以推知它有極遠的距離，並且因而可以從它的表觀（apparent）亮度算出它的驚人本有（intrinsic）亮度。另壹方面，類星體顯示出極迅速的閃爍。也就是說，它可以在幾秒鐘之內，大幅改變亮度。由於合它表面任何兩點產生同步變化的訊號不能快過光速，所以又可以從它閃爍的特徵時間估計它表面直徑的上限。這樣，就發現類星體的表面積遠小於星雲，只和壹顆恒星相若。其所以稱為類星體，就是由於其亮度近於星雲，大小則像恒星，所以無從簡單判斷其性質和構造。
類星體的本質，曾經今天文學家長期感到迷惑。現在他們多少趨向於同意，類星體是所謂活躍星雲的核心，亦即是由於星雲相撞或者其中心由於重力塌縮而形成巨大黑洞之後，又不斷吸人大量物質所造成的現象。類星體是宇宙進化的產物，所以它出現的高峰，集中在宇宙目前年齡大約20%，亦即宇宙形成之後大約25憶年的時代。在這之後（也就是說，在較接近太陽的距離）類星體密度大大減少，那是早已研究清楚的；至於在此之前類星體密度的減少，則是本文討論的題目。多遠和屬於甚麽年代，而不必擔心由於微塵的吸收而有所遺漏了。這壹需要有系統和大量高度精密觀測的工作，正就是沙弗小組最近完成的。
他們首先將整個南半球天空所有已知具有類星體無線電波譜型的射電源加以精確定位，然後在其位置壹壹尋找到了相應的可見光源，並且辨明這些光源的形態、紅移程度和距離。這樣所得結果是：最遙遠的類星體的紅移系數是z = 4.46，那說明它發光的時間離宇宙形成之初只有89億年，亦即目前宇宙年齡的6.5%左右。在更遠的距離（相當於z>5和更早的年代）盡管還有許多其他發光星體，但具有其特殊無線電譜型的類星體則並不存在。由是證明，早期宇宙是沒有發射強無線電波的類星體的。他們並且認為，有理由相信同樣結果還適用於所有類星體。
倘若這壹結論可以站得住腳的話，那未我們對星雲開始形成的年代也得到了壹個估計，即不遲於大爆炸之後8.9億年。
再現宇宙誕生
在紐約長島的沙林深處，物理學家正準備進行壹項返回宇宙誕生那壹刻的實驗。今年5月，物理學家埋藏在美國能源部布魯克黑文國家實驗室內的“時間機器”將開始把黃金原子內的電子分隔出來，並把它們加速至光速的99．995％，然後將壹對對的原子猛力撞擊在壹起，撞擊力度之大足以產生比太陽酷熱1萬倍的氣溫。但這些都不會構成危險，因為每次撞擊所產生的總能量只像蚊子降落到屏風般大小。
科學家們相信，第壹批原子約在宇宙誕生後壹秒鐘才出現，因此把它們撕開來就會重新創造宇宙誕生前的狀況。物理學家可以想象得到那個領域，有如壹個高溫的小粒狀等離子體大鍋，裏面既不存在原子，也沒有質子和中子。參與這次研究的耶魯大學物理學家哈裏斯稱：“我們希望能制造出小粒狀等離子體，然後切實地去探索及了解它的特性。”
大爆炸理論：拼湊起來的故事?
[美國《紐約時報》3月8日文章]題：從前有個大爆炸理論
曾幾何時。有個似乎十分簡單的設想，即宇宙始於壹次大爆炸。
宇宙誕生的故事慢慢拼湊起來。“大爆炸”方程式甚至還可以用於預測宇宙歷史早期形成的質量較輕元素(氫、氫和鋰)的相對數量。而且“大爆炸”理論還與觀測結果十分吻合，這真是不可思議。
但是這種理論上的樂園已經難有好日子過了。最近幾年，“大爆炸”理論不能自圓其說的問題接踵而來，宇宙不再那麽循規蹈矩了。
最新打擊
最新的打擊是上個月出現的。人們長期以來壹直認為，星系彼此之間的引力與宇宙擴張相抗衡，向心引力剛好與離心張力形成平衡，使宇宙得到控制。理論學家們看到2月27日壹期的《科學》雜誌時肯定會深感震驚，因為這期雜誌報告了宇宙在加膨脹的證據，這表明存在某種尚無法解釋的與引力作用相反的斥力。
雖然還未成定論，但是它卻是理論學家壹直絞盡腦汁要弄明白的壹系列驚人結論中最新出現的壹個。由於天文學家們的觀測工具越來越靈敏，所以就必須不斷往原始的“大爆炸”理論中塞進壹個又壹個用心良苦的假設——先是宇宙誕生大爆炸之後隨即出現過短暫的“膨脹期”、存在大量看不見並無法解釋的“暗物質”，現在則可能是正使宇宙加速擴張的某種神秘的東西。
理論起源
愛因斯坦是最先模模糊糊領悟到後來稱為“大爆炸”的人之壹，他對這種設想深惡痛絕。1917年，他意識到他的廣義相對論意味著宇宙或者在收縮，或者在膨脹。他給他的方程增加了壹個項，後來稱之為宇宙常數，這是壹個附加因素，可以使宇宙體積的變化忽略不計。
後來，天文學家們收集到了確鑿的證據，表明星系的確在膨脹，離開地球的距離以及彼此間的距離越來越遠。愛因斯坦因此有個著名的論斷，認為其宇宙常數是他的“最大錯誤”。
“大爆炸”理論幾乎從問世以來就壹直命運多舛。
通過間接測量星系之間的距離以及星系漂移的速度，著名天文學家埃德溫·哈勃得出結論認為，宇宙大爆炸距今已有20億年歷史了。但是地質學家利用鈾衰變為鉛的速度卻計算出地球本身的年齡為40億年。
這壹矛盾很快得到了解決。星系的移動速度是根據星系光線紅移量測定的，這有點像遠去的輪船汽笛聲，音量急劇下降。對星系距離的測量甚至就更不確切了。人們不得不進行這樣的推理，即如果能夠在某個天體附近並壹覽無余地盯著看的話，該天體的亮度該有多大。通過將這種假設的固有亮度與實際上抵達地球的光線亮度相比較，我們就能估算出該天體與地球之間的距離了。直到1965年前後，該理論的擁護者還沒有懷疑者多，當時天文學家阿爾諾·彭齊亞斯和羅伯特·威爾遜發現了無處不在的背景輻射，這是最初大爆炸留下的余光。再加上對最初大爆炸後形成豐富輕元素的預言得到驗證，大爆炸理論似乎可以蓋棺定論了。
不斷修正
但並不是所有事情都能得到解 釋。例如，為什麽無論在哪裏出現 的背景輻射都有完全壹樣的溫度 呢?這種吻合似乎過於完美，而顯得不真實自然。還有更令人不可思議的，那就是宇宙匪夷所思的形狀。壹個“封閉”的宇宙是彎曲的，所以宇宙萬物最終會崩潰。而壹個“開放”的宇宙則將無限擴張。但是無論如何，我們自己的宇宙似乎是“平的”，介乎這兩者之間。
除非存在寬厚仁慈的獨裁者，否則宇宙中壹切怎麽能夠如此和諧呢?
1979年時出現了壹個答案，當時物理學家艾倫·古思提出了—個假設，認為在最初大爆炸之後，宇宙緊接著進入超高速瘋狂擴張期，宇宙體積成倍成倍地膨脹。該膨脹期只持續遠遠不到壹秒鐘的剎那間。但是計算結果表明，這就足以使輻射變得均勻，並使彎曲展平——消除了大爆炸留下的波紋，於是又恢復了宇宙常數。
但是宇宙學家們隨後又開始感到不安了，因為宇宙輻射過於均勻；這表明宇宙最初是均質單壹的，後來莫名其妙地演化成我們今天所見到的不規則的宇宙，中間點綴著恒星、星系和巨大星系團。要想讓這麽多的物質凝結起來，似乎宇宙的年齡還不夠大，引力也不夠強。於是就出現了另壹次修正。宇宙學家們已經發現，理論上存在的暗物質可以讓“大爆炸”理論自圓其說。如果宇宙中存在足夠多的這種看不見的物質，那麽這種物質就可以產生額外的引力，促使形成巨型結構。
“大爆炸”理論變得不再簡單明了，現在甚至似乎變得越來越復雜了。
以正在發生爆炸的恒星超新星作為測量距離的信標(因為可以用超新星閃爍的速度來估計它們的實際亮度)，天文學家們最近幾周很不清願地得出這樣壹個結論，即宇宙可能正在莫名其妙地加速擴張。
還可能出現這樣的情況，光學錯覺讓天文學家看走了眼。與此同時，理論學家們又在忙著修補漏洞
美專家最新測量結果表明 宇宙大爆炸理論需要修正
新華社今日上午專電 美國科學家對銀河系中央區域氘元素含量的最新測量結果表明，目前的宇宙大爆炸理論標準模型可能需要壹些修正。
美國物理研究所的唐·路博維希等科學家在新壹期英國《自然》雜誌上報告說，他們研究了距銀河系中心僅32光年的射手座星雲的光譜，結果發現氘的豐度比按照大爆炸理論標準模型計算出的結果高出約10萬倍。
科學家對這些氘的來歷進行了多種猜測。例如，如果在過去數十億年裏銀河系中央曾經存在過壹個類星體，它消亡後會留下大量氘元素。或者在宇宙射線的作用下，碳等重元素會崩解產生氘。但計算表明，類星體殘留的氘應當比現在多得多，而銀河系中央區域的宇宙射線密集程度又不足以使碳產生這麽多氘。這樣，就只剩下壹種解釋，即這些氘是從銀河系外部區域跌落到銀河系中央的，它們產
生於宇宙剛剛誕生後不久。新測量結果表明，宇宙大爆炸理論參數需要修正。