宇宙小知識_宇宙科學小知識

Ⅰ 宇宙小常識!!

在自然科學中，研究地球以外宇宙環境中各種天體的運動、結構、起源和演化的基礎學科叫做天文學。它的歷史可以追溯到人類文明的萌芽時期。上古時代，游牧民族逐水草而遷徙需要辨別方向，農業民族按時令播種需要確定季節。在年復一年的長期實踐中，他們逐漸發現了這些影響自己生活的大事與日月星辰等天文現象之間的密切聯系。巴比倫的泥碑、埃及的金字塔、中國殷墟的甲骨文里，都留下了天文學誕生時期的豐富例證。天文學對人類文明的進步一直作出重大貢獻。16世紀哥白尼的日心說使自然科學第一次從中世紀神學的桎梏下解放出來；17世紀伽利略、牛頓為研究太陽系天體運動規律而建立的經典力學體系，至今仍是現代工程科學（包括宇航科學）的基礎，本世紀30年代對太陽和恆星內部結構和能源的研究導致了熱核聚變的概念，為人類利用核用能提供了啟迪；特別是近半個世紀以來，人類探索宇宙的熱情一方面有力地推動了遙測遙控、空間技術、計算技術等一系列高新技術的發展，直接服務於全球通訊、資源調查、氣象預報等國民經濟部門，而這些技術在天文上的應用則使人們對宇宙的認識突飛猛進，第一次有可能從統一的原理來說明從基本粒子到化學元素、從星繫到恆星、從太陽到地球、從原生物到人的長達上百億年的演化史。
我們所居住的地球是太陽系的一個普通成員。太陽系的中心天體是太陽，它是一個半徑約70萬公里、表面溫度達6000K的氣體球，其核心溫度高達1500萬K，發生著氫聚變為氦的核反應。我們賴以生存的光和熱，就是由這種核反應產生的。太陽系有九個行星，依次為水星、金星、地球、火星、木星、天王星、海王星、冥王星。最外面的冥王星離太陽約60億公里。在火星和木星之間運行著幾十萬顆小行星。太陽系中質量較小的天體還有彗星和流星。
晴朗夜空中有一條橫亘天際的光帶，被人稱為銀河。實際上它是由群星和彌漫物質集成的一個龐大天體系統，叫做銀河系。銀河系的發光部分直徑約7萬光年，最大厚度約二萬光年，象一個中央突起四周扁平的旋轉鐵餅，太陽是銀河系中的一顆普通恆星，銀河系中有大約2000億顆恆星，彼此之間相距很遠。離太陽最近的比鄰星也有4．3光年遠，為太陽半徑的6000萬倍。除恆星外，銀河系中還有不少由氣體和塵埃組成的團塊，稱為星雲。有的星雲含有大量分子，稱為分子雲，常常是形成恆星的場所。
銀河系之外還有數以10億計的龐大天體系統，與銀河系屬同一結構層次，統稱星系。人類肉眼可見的最遠天體一仙女座星系——就是其中之一，它距銀河系225萬光年，但在與銀河系大小相當的星系中還算最近的一個。星系在宇宙中的分布是不均勻的，有的成雙，有的成群，大的星系團甚至包含成百上千個星系。有些星系團又聚集成尺度更大的超星系團，在5億光年以上至目前觀測所及的150億光年之間尚未發現不均勻的跡象。

Ⅱ 宇宙基本知識

宇宙是所有時間、空間與其包含的內容物所構成的統一體；它包含了行星、恆星、星系、星系際空間、次原子粒子以及所有的物質與能量，宇指空間，宙指時間。目前人類可觀測到的宇宙，其距離大約為93× 109光年，最大為27,160百萬秒差距；而整個宇宙的大小可能為無限大，但未有定論。

物理理論的發展與對宇宙的觀察，引領著人類進行宇宙構成與演化的推論。根據歷史記載，人類曾經提出宇宙學、天體演化學與科學模型，解釋人們對於宇宙的觀察。最早的理論為地心說，由古希臘哲學家與印度哲學家所提出。

數世紀以來，逐漸精確的天文觀察，引領尼古拉斯·哥白尼提出以太陽系為主的日心說，以及經約翰內斯·開普勒改良的橢圓軌道模型；最終艾薩克·牛頓的重力定律解釋了前述的理論。後來觀察方法逐漸改良，引領人類意識到太陽系位於數十億恆星所形成的星系，稱為銀河系；隨後更發現，銀河系只是眾多星系之一。

在最大尺度范圍上，人們假定星系的分布平均，且各星系在各個方向之間的距離皆相同，這代表著宇宙既沒有邊緣，也沒有所謂的中心。透過星系分布與譜線的觀察，產生了許多現代物理宇宙學的理論。20世紀前期，人們發現到星系具有系統性的紅移現象，表明宇宙正在膨脹；藉由宇宙微波背景輻射的觀察，表明宇宙具有起源。

最後，1990年代後期的觀察，發現宇宙的膨脹速率正在加快，顯示有可能存在一股未知的巨大能量促使宇宙加速膨脹，稱做暗能量。而宇宙的大多數質量則以一種未知的形式存在著，稱做暗物質。

(2)宇宙小知識擴展閱讀

性質

宇宙的時空通常以歐幾里得的觀點解析，也就是三維空間加上時間維度的「四維空間」。時間與空間可結合成一個流形，稱作閔考斯基時空；物理學家以此簡化了大量的物理理論，並使用更統一的方式，描述包含超星系與次原子層次的宇宙運作機制。

時空的事件並非絕對限定於空間與時間上，而是觀測者的已知相對運動。閔考斯基空間非常接近宇宙的無重力狀態；廣義相對論的偽黎曼流形描述了物質與重力在內的時空。弦理論則假設宇宙存有額外的維度。

在4種基本相互作用中，重力於宇宙中星系與大尺度結構等大規模範圍中，具有主導地位。重力的影響可以累積；相對地，正電荷與負電荷的影響則會相互抵消，使得電磁作用於宇宙大尺度結構中的影響力變低。至於弱相互作用與強交互作用的影響力，則會隨著距離增加而大幅下降，因此它們主要作用於次原子尺度。

宇宙中有著物質比反物質多的現象，這種不對稱可以從CP破壞的觀察中得到。宇宙既沒有動量，也沒有角動量；假設宇宙有限，就會遵循公認的物理定律

Ⅲ 宇宙小知識

宇宙（Universe）是由空間、時間、物質和能量，所構成的統一體。是一切空間和時間的綜合。一般理解的宇宙指我們所存在的一個時空連續系統，包括其間的所有物質、能量和事件。宇宙根據大爆炸宇宙模型推算，宇宙年齡大約200億年。太陽系天體中，水星、金星表面溫度約達700K，金星表面籠罩著濃密的二氧化碳大氣和硫酸雲霧，氣壓約50個大氣壓，水星、火星表面大氣卻極其稀薄，水星的大氣壓甚至小於2×10-9毫巴；類地行星(水星、金星、火星)都有一個固體表面，類木行星卻是一個流體行星；土星的平均密度為0.70克／立方厘米，比水的密度還小，木星、天王星、海王星的平均密度略大於水的密度，而水星、金星、地球等的密度則達到水的密度的5倍以上；多數行星都是順向自轉，而金星是逆向自轉；地球表面生機盎然，其他行星則是空寂荒涼的世界。太陽在恆星世界中是顆普遍而又典型的恆星。已經發現，有些紅巨星的直徑為太陽直徑的幾千倍。中子星直徑只有太陽的幾萬分之一；超巨星的光度高達太陽光度的數百萬倍，白矮星光度卻不到太陽的幾十萬分之一。紅超巨星的物質密度小到只有水的密度的百萬分之一，而白矮星、中子星的密度分別可高達水的密度的十萬倍和百萬億倍。太陽的表面溫度約為6000K，O型星表面溫度達30000K，而紅外星的表面溫度只有約600K。太陽的普遍磁場強度平均為1×10-4特斯拉，有些磁白矮星的磁場通常為幾千、幾萬高斯（1高斯＝10-4特斯拉），而脈沖星的磁場強度可高達十萬億高斯。有些恆星光度基本不變，有些恆星光度在不斷變化，稱變星。有的變星光度變化是有周期的，周期從1小時到幾百天不等。有些變星的光度變化是突發性的，其中變化最劇烈的是新星和超新星，在幾天內，其光度可增加幾萬倍甚至上億倍。恆星在空間常常聚集成雙星或三五成群的聚星，它們可能占恆星總數的1／3。也有由幾十、幾百乃至幾十萬個恆星聚在一起的星團。宇宙物質除了以密集形式形成恆星、行星等之外，還以彌漫的形式形成星際物質。星際物質包括星際氣體和塵埃，平均每立方厘米只有一個原子，其中高度密集的地方形成形狀各異的各種星雲。宇宙中除發出可見光的恆星、星雲等天體外，還存在紫外天體、紅外天體、X射線源、γ射線源以及射電源。星系按形態可分為橢圓星系、旋渦星系、棒旋星系、透鏡星系和不規則星系等類型。60年代又發現許多正在經歷著爆炸過程或正在拋射巨量物質的河外天體，統稱為活動星系，其中包括各種射電星系、塞佛特星系、N型星系、馬卡良星系、蠍虎座BL型天體，以及類星體等等。許多星系核有規模巨大的活動：速度達幾千千米／秒的氣流，總能量達1055焦耳的能量輸出，規模巨大的物質和粒子拋射，強烈的光變等等。在宇宙中有種種極端物理狀態：超高溫、超高壓、超高密、超真空、超強磁場、超高速運動、超高速自轉、超大尺度時間和空間、超流、超導等。為我們認識客觀物質世界提供了理想的實驗環境。

Ⅳ 宇宙科學小知識

1、最新的研究認為宇宙的直徑為1560億光年，甚至更大，可觀測的宇宙年齡大約為138.2億年。

2、根據可反映星系發展狀態的序列號對星系進行了分類，可以粗略地將星系劃分出橢圓星系、透鏡星系、漩渦星系、棒旋星系和不規則星系等五種。

5、聲熱光磁電力運動為核心的事物體系在宇宙結構層所起的關建作用，顯示以空間，星分子原子粒子，聲熱光磁電力運動為體系的產物是形成宇宙物質和時空存在的基本要素。

Ⅳ 關於宇宙方面的知識有哪些

關於宇宙，你必須要知道的一些知識

1、宇宙誕生已有 137 億年
2、只有四種自然力
3、量子力學整合了三種自然作用力
4、超重力論，在十一維空間統合四種作用力
5、超弦，統合所有作用力和自然律
6、所有理論在奇點處完全失效
7、宇宙是平坦的
8、宇宙年輕的時候是熾熱的，並且隨著年齡的增長變得越來越冷
9、宇宙的直徑超過1500億光年
10、宇宙沒有中心
11、土星可以漂浮在水上
12、你身體的任何一個原子，可能來自於宇宙中任意一個星球
13、太陽的大小約為130萬個地球
14、肉眼只能看到5％的宇宙
15、太陽系一直在以著螺旋的方式離開銀河系
16、每天都有2750萬顆恆星在誕生、消亡
17、哈勃望遠鏡可以看到130億年前的光
18、月球的一天是708小時
19、電視出現雪花的時候，便是宇宙的嬰兒照，其中的很大一部分就是宇宙背景輻射的信號
20、4億年前，地球表面全是7米高的大蘑菇
21、宇宙的味道近似於「雞肉料理味的金屬」
22、如果把宇宙的歷史濃縮成一年，銀河系在5月15日誕生，地球在9月21日開始出現生物，恐龍在12月30日滅絕，12月31號23點59分46秒，人類所有記載的歷史，都誕生於此
23、月球的塵埃有毒
24、月球的南極有冰
25、太陽系有1顆恆星，8顆行星，5顆矮行星，178顆天然衛星，3319顆彗星，670452顆小行星
26、地球上所有的人類高達1150億人
27、銀河系在哈勃星系分類中的分類是SB
28、宇宙是有限無邊的
29、黑洞有質量，但是沒有體積
30、月球和太陽的視角大小幾乎一摸一樣
31、除了地球和少數星球，其餘的星球環境堪比地獄
32、金星一天比地球一年還要長
33、冥王星上的冰比鋼鐵還要堅硬
34、在太空會長高
35、在太空心臟會變小
36、寂靜的太空是沒有聲音的
37、宇宙有多空曠呢？你在地球上任何一個地方向天空射出一支箭，假設它可以永遠飛下去，很有可能永遠飛下去而撞不到任何東西
38、銀河系正在和人馬座矮橢球星系相撞
39、我們喝的水已經循環了幾十億年
40、宇宙不是黑色的，是米黃色的
41、宇宙總能量為零
42、21世紀再也看不到金星凌日了
43、沒有誇剋星
44、中子星，一個足球那麼大就是22000000噸
45、物質的99％都是空的，包括人
46、太陽質量是地球的30萬倍大
47、到目前為止，全世界只有三個人在大氣層之外喪命
48、木星下鑽石雨
49、在2010年4月，無線電天文學家發現一顆來自m82星系的不明天體，這顆天體持續的發出奇怪的無線電波，這是在宇宙中前所未見的事，對此，科學家提出了數個理論，不過至今沒有一個理論完全符合
50、再過幾千萬年就不會發生日全食了
51、月球遠離地球的速度和人指甲生長的速度差不多
52、你體內的氫原子幾乎都是在宇宙誕生之初形成的
53、大氣層的臭氧吸收了99%以上的太陽照射到地球的紫外線
54、人造衛星因為與稀薄的空氣摩擦，最終會墜入大氣層燒毀，如果沒有了大氣層，人造衛星將一直運行下去
55、大約45億年前，一顆火星大小的小行星撞上了地球，迸濺而出的殘骸冷卻結合形成了月球
56、芬蘭有三分之一的國土位於北極圈內，和冰島同屬世界上最北的國家，一年中有兩百多個夜晚都能觀察到北極光
57、一道閃電能把空氣加熱到大約5.4萬華氏度(3萬攝氏度)
58、每年磁極向北移動大約40英里
59、根據你在地球上的位置，你可能正在以每小時超過1000英里(1609公里)的速度旋轉
60、由於地球並非正圓球體，所以赤道上的山峰離星星更近
61、極光是高能帶電粒子使高層大氣分子/原子激發產生的，所以全球只有兩極附近的區域能看到極光
62、世界上最乾旱的地方並非撒哈拉沙漠而是南極
63、潮汐的漲退會使冰面起伏達12米
64、在北極點，實際上是沒有極光的
65、看極光最好的時間是 12 月份到 2 月份
66、極光和季節無關
67、在地球上，午夜12點看不到金星
68、水星看不到流星雨
69、引力波無時無刻不在穿透你的身體

Ⅵ 有關宇宙的小知識

星座的劃分
白羊座：3月21日～4月20日金牛座：4月21日～5月21日雙子座：5月22日～6月21日巨蟹座：6月22日～7月22日獅子座：7月23日～8月23日處女座：8月24日～9月23日天秤座：9月24日～10月23日天蠍座：10月24日～11月22日射手座：11月23日～12月21日魔羯座：12月22日～1月20日水瓶座：1月21日～2月19日雙魚座：2月20日～3月20日
十二星座
我們常常說的十二星座又叫黃道十二宮，是88個星座裡面比較特殊的一個群體。由於地球繞太陽公轉，從地球看去，太陽就像是在星座之間移動，人們把太陽的運行路線叫做黃道，而月球和行星的軌跡基本不離黃道上下9度的狹窄區域，人們就將這個區域叫做黃道帶。古時黃道帶上有十二個星座，而太陽基本上是每個月經過一個黃道星座，所以稱為黃道十二宮。經天，由於歲差的緣故，太陽經過黃道星座的日期已經和古代大不相同。
水星簡介水星是最靠近太陽的行星，它與太陽的角距從不超過28°，中國古代稱水星為辰星。古時候西方人以為水星是兩顆行星，他們在暮色中見到它時，稱它為墨丘利(Mercury)，在晨曦中見到它時，稱它為阿波羅。後來人們知道了墨丘利和阿波羅就是同一顆星，就稱水星為墨丘利。墨丘利是羅馬神話中專為眾神傳遞信息的使者，他頭戴插有雙翅的帽子，腳蹬飛行鞋，手握魔杖，行走如飛。他神通廣大，令人難以捉摸。水星確實像墨丘利那樣，行動迅速，神出鬼沒，在一個半月的時間里它會沿著一段奇特的曲線，從太陽的最東邊跑到最西邊，平均速度為每秒47.89千米，是太陽系中運動最快的行星。
金星簡介金星，中國古代稱之為太白或太白金星。它有時是晨星，黎明前出現在東方天空，被稱為「啟明」；有時是昏星，黃昏後出現在西方天空，被稱為「長庚」。金星是全天中除太陽和月亮外最亮的星，猶如一顆耀眼的鑽石，於是古希臘人稱它為阿佛洛狄忒(Aphrodite)---愛與美的女神，而羅馬人則稱它為維納斯(Venus)---美神。天文上金星符號，即美神梳裝打扮時用的寶鏡。
偉大地球簡介地球是太陽系九大行星之一，按離太陽由近及遠的次序為第三顆。它有一個天然衛星---月球，二者組成一個天體系統---地月系統。
火星按離太陽由近及遠的順序為第四顆行星。肉眼看去是一顆引人注目的火紅色的亮星。它緩慢的穿行於眾恆星之中，從地球上看火星時而順行，時而逆行。火星最暗視星等約為＋1.5等，最亮時比最亮的恆星天狼星還亮，達-2.9等，這是由於地球和火星分別在各自的軌道上運行，它們之間的距離總在不斷變化。火星熒熒如火，亮度常變，位置不定，令人迷惑，所以，中國古代稱火星為「熒惑」。而在西方古羅馬的神話中，把它想像為身披盔甲渾身是血的戰神「馬爾斯」(Mars)，即希臘神話中的戰神阿瑞斯(Ares)。阿瑞斯身世高貴，其父是神王宙斯，其母是天後赫拉。天文學中火星的符號是馬爾斯的長槍和盾牌的組合。
木星簡介木星是太陽系中最惹人注目的一顆行星，它是行星九兄弟中的老大---個兒最大。它的亮度僅次於金星。中國古代把它叫做「歲星」，用它來紀年，因為已經知道它的公轉周期近於12年。西方則稱木星為「朱庇特(Jupiter)」，即羅馬神話中的主神。相當於希臘神話中的王者---天神宙斯。
土星簡介土星是離太陽第六遠的一顆美麗的行星，凡是用望遠鏡看過土星的人，無不驚嘆不已。土星公轉軌道半徑為14億千米，沖日時最大亮度為0.4星等。土星那橘色的表面，漂浮著明暗相間的彩雲，配以赤道面上那發出柔和光輝的光環，遠遠望去真像個戴著頂大沿遮陽帽的女郎。要比兩極半徑大6000多千米。土星公轉周期為29.5年，約合二十八宿之數，每年鎮一宿，故古時我國又稱其為「鎮星」。土星長期被當作太陽系的邊界，直到1781年發現天王星以後，太陽系才得以擴大。土星運動遲緩，人們便將它看作時間和命運之神的象徵。羅馬神話中稱其為薩圖努斯神，即希臘神話中的克洛諾斯，他是神王宙斯之父，是在推翻父親之後登上天神寶座的。無論東方還是西方，都把土星與農業聯系在一起。在天文學中的符號，像是一把主宰農業的大鐮刀。
天王星簡介在睛朗的夜晚要想觀看天王星，並不是很難。它的星等是5.7等。它的公轉周期相當長，每84年繞太陽一周，平均每天只移動46"，不容易與恆星區分，歷史上曾多次被誤認為是恆星而被載入星圖。
海王星簡介距太陽的平均距離由近及遠排列，海王星排行第八。它的亮度為7.85等，只有在望遠鏡里才能看到。由於它是一顆淡藍色的行星，根據傳統的行星命名法，它被命名為涅普頓(Neptune)。涅普頓是羅馬神話中統治大海的海神，掌管著1/3的宇宙，頗有神通，海王星的天文符號象徵涅普頓手中寒光閃閃的神叉。
小行星是指大多分布在火星和木星軌道之間、沿橢圓軌道繞太陽運行的小天體。1801年，義大利天文學家皮亞齊在前人預測的位置上發現一顆星天體，後被命名為穀神星。然而，經過進一步觀測計算後，發現穀神星太小，無論在哪方面都不能與現有的大行星相提並論，於是穀神星便被定性為「小行星」。接著人們又陸續發現了智神星、婚神星、灶神星等小行星。

Ⅶ 宇宙的知識

宇宙知識——宇宙自然選擇學說簡介

為什麼宇宙會是我們觀測到的這副樣子？為什麼它具有目前已測知的那些基本常數值？80年代初，在宇宙創生大爆炸框架下發展了目前最流行的暴脹宇宙模型：宇宙在大爆炸後不到1秒的時間里膨脹了大約10-30倍，大約和橘子一般大小，然後開始以較穩定的膨脹速率，直到現在，大約150億年，成為目前的樣子。在這個過程中，物質「疙瘩」逐步形成了星系、恆星以及生命。這個模型暴脹期的長短是個關鍵。若稍短，物質為充分散開，原生宇宙就有重新坍縮為起點；若稍長，原生宇宙的物質則過於分散，形不成星系和恆星，自然也就不會出現生命和人類。因此出現了暴脹為何如此精確的問題，按照現行的物理學基本定律，大爆炸產生的宇宙其「自然尺寸」應該只有亞原子大小，即普克郎長度10 ^－35量級，而這樣的宇宙是短命的。前蘇聯科學家林德提出「自我增殖的宇宙」概念——「最有可能的是，我們正在研究的宇宙是由早期的若干宇宙所形成的。」1987年霍金進一步提出了「嬰兒宇宙」模型，兩個大宇宙通過一個細「管子」連接起來，這個細管子稱為「蟲洞」，大宇宙為母宇宙，可能存在著從母宇宙分岔出去的另一端是自由的蟲洞，這樣的管子成為子宇宙、嬰兒宇宙。就是說除了我們生存的宇宙之外還可能存在著眾多的由蟲洞連接起來的其他宇宙。1992年，薩莫林在前人基礎上提出了宇宙自然選擇學說。母宇宙是空間閉合的，猶如一個黑洞，該黑洞在生存了一段時間後坍縮為一個奇點，奇點又會反彈爆炸膨脹為新的下一代宇宙。這個學說的要點是，子宇宙中的物理常數較之母宇宙的物理常數會有小的、或強或弱的隨機變異，新生的嬰兒宇宙在再次坍縮成奇點前能膨脹到幾倍普克郎長度大小，隨機變異的物理常數有可能允許小小的暴脹，子宇宙可變的較大，當它足夠大時，可分隔為兩個或更多的不同區域，每個區域又坍縮為一個新的奇點，新奇點又觸發下一代的子宇宙，如此時代相傳，有的小宇宙重又坍縮，有的具有某些基本常數值的宇宙能更有效的產生許多黑洞，從而較具有其他某些基本常數值的宇宙留下更多的後代，借用生物進化論的術語，它們是被「自然選擇」下來的，經「選擇」作用，產生越來越多的黑洞，也就形成了更多的宇宙。如果宇宙確是由以前的宇宙世代經過這種「自然選擇」而產生的話，那麼應該預期我們生存在其中的宇宙會具有所觀測到的樣子並正好具有目前測知的基本常數值。這個學說的另一要點是關於恆星的存在。在許多情況下，恆星是黑洞的前身。在氣體和塵埃雲中，恆星仍在形成。在碳塵埃微粒表面進行著的化學反應使氣體冷卻並促使氣雲坍縮。但碳塵埃粒子是從那裡來的呢？斯莫林指出碳元素是由核聚變反應產生的這一情況只有在質子的質量稍大於中子的質量時才會發生，如果兩者質量之差比氦核的結合能大的多，則質子和中子不可能粘在一起形成氦核，沒有氦，聚變反應鏈在第一階段便終止了，根本形不成更重的元素，從而使恆星將少得多，自然也不會有多少黑洞，因此在任何一個宇宙中，若其中質子與中子的質量相差較大，將只能產生很少的宇宙，也就沒有什麼「選擇」的餘地了

Ⅷ 關於宇宙的一些知識

1.行星是金星，恆星只有太陽，太陽是太陽系的唯一恆星。
2.建立大爆炸理論的應該是：愛德文·哈勃、勒梅特、伽莫夫。
1929年，天文學家哈勃公布了一個震驚科學界的發現。這個發現在很大程度上導致這樣的結論：所有的河外星系都在離我們遠去。即宇宙在高速地膨脹著。這一發現促使一些天文學家想到：既然宇宙在膨脹，那麼就可能有一個膨脹的起點。天文學家勒梅特認為，現在的宇宙是由一個「原始原子」爆炸而成的。這是大爆炸說的前身。俄裔美國天文學家伽莫夫接受並發展了勒梅特的思想，於1948年正式提出了宇宙起源的大爆炸學說。

Ⅸ 關於宇宙的小知識！！！

第八章宇宙的起源和命運

愛因斯坦廣義相對論本身預言了：空間—時間在大爆炸奇點處開始，並會在大擠壓
奇點處（如果整個宇宙坍縮的話）或在黑洞中的一個奇點處（如果一個局部區域，譬如
恆星要坍縮的話）結束。任何拋進黑洞的東西都會在奇點處被毀滅，只有它的質量的引
力效應能繼續在外面被感覺得到。另一方面，當計入量子效應時，物體的質量和能量會
最終回到宇宙的其餘部分，黑洞和在它當中的任何奇點一道被蒸發掉並最終消失。量子
力學對大爆炸和大擠壓奇點也能有同樣戲劇性的效應嗎？在宇宙的極早或極晚期，當引
力場是如此之強，以至於量子效應不能不考慮時，究竟會發生什麼？宇宙究竟是否有一
個開端或終結？如果有的話，它們是什麼樣子的？
整個70年代我主要在研究黑洞，但在1981年參加在梵蒂岡由耶穌會組織的宇宙學會
議時，我對於宇宙的起源和命運問題的興趣重新被喚起。天主教會試圖對科學的問題立
法，並宣布太陽是繞著地球運動時，對伽利略犯下了大錯誤。幾個世紀後的現在，它決
定邀請一些專家就宇宙學問題提出建議。在會議的尾聲，所有參加者應邀出席教皇的一
次演講。他告訴我們，在大爆炸之後的宇宙演化是可以研究的，但是我們不應該去過問
大爆炸本身，因為那是創生的時刻，因而是上帝的事務。那時候我心中暗喜，他並不知
道，我剛在會議上作過的演講的主題——空間—時間是有限而無界的可能性，就表明著
沒有開端、沒有創生的時刻。我不想去分享伽利略的厄運。我對伽利略之所以有一種強
烈的認同感，其部分原因是剛好我出生於他死後的300年！
為了解釋我和其他人關於量子力學如何影響宇宙的起源和命運的思想，必須首先按
照「熱大爆炸模型」來理解為大家所接受的宇宙歷史。它是假定從早到大爆炸時刻起宇
宙就用弗利德曼模型描述。在此模型中，人們發現當宇宙膨脹時，其中的任何物體或輻
射都變得更涼。（當宇宙的尺度大到二倍，它的溫度就降低到一半。）由於溫度即是粒
子的平均能量——或速度的測度，宇宙的變涼對於其中的物質就會有較大的效應。在非
常高的溫度下，粒子會運動得如此之快，以至於能逃脫任何由核力或電磁力將它們吸引
一起的作用。但是可以預料，當它們變冷下來時，互相吸引的粒子開始結塊。更有甚者，
連存在於宇宙中的粒子的種類也依賴於溫度。在足夠高的溫度下，粒子的能量是如此之
高，只要它們碰撞就會產生出來很多不同的粒子／反粒子對——並且，雖然其中一些粒
子打到反粒子上去時會湮滅，但是它們產生得比湮滅得更快。然而，在更低的溫度下，
碰撞粒子具有較小的能量，粒子／反粒子對產生得不快，而湮滅則變得比產生更快。
就在大爆炸時，宇宙體積被認為是零，所以是無限熱。但是，輻射的溫度隨著宇宙
的膨脹而降低。大爆炸後的1秒鍾，溫度降低到約為100億度，這大約是太陽中心溫度的
1千倍，亦即氫彈爆炸達到的溫度。此刻宇宙主要包含光子、電子和中微子（極輕的粒子，
它只受弱力和引力的作用）和它們的反粒子，還有一些質子和中子。隨著宇宙的繼續膨
脹，溫度繼續降低，電子／反電子對在碰撞中的產生率就落到它們湮滅率之下。這樣只
剩下很少的電子，而大部分電子和反電子相互湮滅，產生出更多的光子。然而，中微子
和反中微子並沒有互相湮滅掉，因為這些粒子和它們自己以及其他粒子的作用非常微弱，
所以直到今天它們應該仍然存在。如果我們能觀測到它們，就會為非常熱的早期宇宙階
段的圖象提供一個很好的證據。可惜現今它們的能量太低了，以至於我們不能直接地觀
察到。然而，如果中微子不是零質量，而是如蘇聯在1981年進行的一次沒被證實的實驗
所暗示的，自身具有小的質量，我們則可能間接地探測到它們。正如前面提到的那樣，
它們可以是「暗物質」的一種形式，具有足夠的引力吸引去遏止宇宙的膨脹，並使之重
新坍縮。
在大爆炸後的大約100秒，溫度降到了10億度，也即最熱的恆星內部的溫度。在此溫
度下，質子和中子不再有足夠的能量逃脫強核力的吸引，所以開始結合產生氘（重氫）
的原子核。氘核包含一個質子和一個中子。然後，氘核和更多的質子中子相結合形成氦
核，它包含二個質子和二個中子，還產生了少量的兩種更重的元素鋰和鈹。可以計算出，
在熱大爆炸模型中大約4分之1的質子和中子轉變了氦核，還有少量的重氫和其他元素。
所餘下的中子會衰變成質子，這正是通常氫原子的核。
1948年，科學家喬治·伽莫夫和他的學生拉夫·阿爾法在合寫的一篇著名的論文中，
第一次提出了宇宙的熱的早期階段的圖像。伽莫夫頗有幽默——他說服了核物理學家漢
斯·貝特將他的名字加到這論文上面，使得列名作者為「阿爾法、貝特、伽莫夫」，正
如希臘字母的前三個：阿爾法、貝他、伽瑪，這特別適合於一篇關於宇宙開初的論文！
他們在此論文中作出了一個驚人的預言：宇宙的熱的早期階段的輻射（以光子的形式）
今天還應在周圍存在，但是其溫度已被降低到只比絕對零度（一273℃）高幾度。這正是
彭齊亞斯和威爾遜在1965年發現的輻射。在阿爾法、貝特和伽莫夫寫此論文時，對於質
子和中子的核反應了解得不多。所以對於早期宇宙不同元素比例所作的預言相當不準確，
但是，在用更好的知識重新進行這些計算之後，現在已和我們的觀測符合得非常好。況
且，在解釋宇宙為何應該有這么多氦時，用任何其他方法都是非常困難的。所以，我們
相當確信，至少一直回溯到大爆炸後大約一秒鍾為止，這個圖像是正確無誤的。
大爆炸後的幾個鍾頭之內，氦和其他元素的產生就停止了。之後的100萬年左右，宇
宙僅僅只是繼續膨脹，沒有發生什麼事。最後，一旦溫度降低到幾千度，電子和核子不
再有足夠能量去抵抗它們之間的電磁吸引力，它們就開始結合形成原子。宇宙作為整體，
繼續膨脹變冷，但在一個略比平均更密集的區域，膨脹就會由於額外的引力吸引而慢下
來。在一些區域膨脹會最終停止並開始坍縮。當它們坍縮時，在這些區域外的物體的引
力拉力使它們開始很慢地旋轉；當坍縮的區域變得更小，它會自轉得更快——正如在冰
上自轉的滑冰者，縮回手臂時會自轉得更快；最終，當這些區域變得足夠小，自轉的速
度就足以平衡引力的吸引，碟狀的旋轉星系就以這種方式誕生了。另外一些區域剛好沒
有得到旋轉，就形成了叫做橢圓星系的橢球狀物體。這些區域之所以停止坍縮是因為星
系的個別部分穩定地繞著它的中心旋轉，但星系整體並沒有旋轉。
隨著時間流逝，星系中的氫和氦氣體被分割成更小的星雲，它們在自身引力下坍縮。
當它們收縮時，其中的原子相碰撞，氣體溫度升高，直到最後，熱得足以開始熱驟變反
應。這些反應將更多的氫轉變成氦，釋放出的熱升高了壓力，因此使星雲不再繼續收縮。
正如同我們的太陽一樣，它們將氫燃燒成氦，並將得到的能量以熱和光的形式輻射出來。
它們會穩定地在這種狀態下停留一段很長的時間。質量更大的恆星需要變得更熱，以去
平衡它們更強的引力，使得其核聚變反應進行得極快，以至於它們在1億年這么短的時間
里將氫用光。然後，它們會稍微收縮一點。當它們進一步變熱，就開始將氦轉變成像碳
和氧這樣更重的元素。但是，這一過程沒有釋放出太多的能量，所以正如在黑洞那一章
描述的，危機就會發生了。人們不完全清楚下面還會發生什麼，但是看來恆星的中心
區域會坍縮成一個非常緊致的狀態，譬如中子星或黑洞。恆星的外部區域有時會在叫做
超新星的巨大爆發中吹出來，這種爆發會使星系中的所有恆星相形之下顯得黯淡無光。
一些恆星接近生命終點時產生的重元素就拋回到星系裡的氣體中去，為下一代恆星提供
一些原料。我們自己的太陽包含大約2％這樣的重元素，因為它是第二代或第三代恆星，
是由50億年前從包含有更早的超新星的碎片的旋轉氣體雲形成的。雲里的大部分氣體形
成了太陽或者噴到外面去，但是少量的重元素集聚在一起，形成了像地球這樣的、現在
繞太陽公轉的物體。
地球原先是非常熱的，並且沒有大氣。在時間的長河中它冷卻下來，並從岩石中溢
出的氣體里得到了大氣。這早先的大氣不能使我們存活。因為它不包含氧氣，但有很多
對我們有毒的氣體，如硫化氫（即是使臭雞蛋難聞的氣體）。然而，存在其他在這條件
下能繁衍的生命的原始形式。人們認為，它們可能是作為原子的偶然結合形成叫做宏觀
分子的大結構的結果而在海洋中發展，這種結構能夠將海洋中的其他原子聚集成類似的
結構。它們就這樣地復制了自己並繁殖。在有些情況下復制有誤差。這些誤差多數使得
新的宏觀分子不能復制自己，並最終被消滅。然而，有一些誤差會產生出新的宏觀分子，
在復制它們自己時會變得更好。所以它們具有優點，並趨向於取代原先的宏觀分子。進
化的過程就是用這種方式開始，它導致了越來越復雜的自復制的組織。第一種原始的生
命形式消化了包括硫化氫在內的不同物質而放出氧氣。這樣就逐漸地將大氣改變到今天
這樣的成份，允許諸如魚、爬行動物、哺乳動物以及最後人類等生命的更高形式的發展。
宇宙從非常熱開始並隨膨脹而冷卻的景象，和我們今天所有的觀測證據相一致。盡
管如此，還有許多重要問題未被回答：
（1）為何早期宇宙如此之熱？
（2）為何在大尺度上宇宙是如此一致？為何在空間的所有地方和所有方向上它顯得
是一樣的？尤其是，當我們朝不同方向看時，為何微波輻射背景的溫度是如此之相同？
這有點像問許多學生一個考試題。如果所有人都剛好給出相同的回答，你就會十分肯定，
他們互相之間通過話。在上述的模型中，從大爆炸開始光還沒有來得及從一個很遠的區
域傳到另一個區域，即使這兩個區域在宇宙的早期靠得很近。按照相對論，如果連光都
不能從一個區域走到另一個區域，則沒有任何其他的信息能做到。所以，除非因為某種
不能解釋的原因，導致早期宇宙中不同的區域剛好從同樣的溫度開始，否則，沒有一種
方法能使它們有互相一樣的溫度。
（3）為何宇宙以這樣接近於區分坍縮和永遠膨脹模型的臨界膨脹率的速率開始，以
至於即使在100億年以後的現在，它仍然幾乎以臨界的速率膨脹？如果在大爆炸後的1秒
鍾那一時刻其膨脹率甚至只要小十億億分之一，那麼在它達到今天這么大的尺度之前宇
宙就已坍縮。
（4）盡管在大尺度上宇宙是如此的一致和均勻，它卻包含有局部的無規性，諸如恆
星和星系。人們認為，這些是從早期宇宙中不同區域間的密度的很小的差別發展而來。
這些密度起伏的起源是什麼？
廣義相對論本身不能解釋這些特徵或回答這些問題，因為它預言，在大爆炸奇點宇
宙是從無限密度開始的。在奇點處，廣義相對論和所有其他物理定律都失效：人們不能
預言從奇點會出來什麼。正如以前解釋的，這表明我們可以從這理論中除去大爆炸奇點
和任何先於它的事件，因為它們對我們沒有任何觀測效應。空間一時間就會有邊界——
大爆炸處的開端。
看來科學揭露了一組定律，在不確定性原理極限內，如果我們知道宇宙在任一時刻
的狀態，這些定律就會告訴我們，它如何隨時間發展。這些定律也許原先是由上帝頒布
的，但是看來從那以後他就讓宇宙按照這些定律去演化，而不再對它干涉。但是，它是
如何選擇宇宙的初始狀態和結構的？在時間的開端處「邊界條件」是什麼？
一種可能的回答是，上帝選擇宇宙的這種初始結構是因為某些我們無望理解的原因。
這肯定是在一個全能造物主的力量之內。但是如果他使宇宙以這種不可理解的方式開始，
何以他又選擇讓它按照我們可理解的定律去演化？整部科學史是對事件不是以任意方式
發生，而是反映了一定的內在秩序的逐步的意識。這秩序可以是、也可以不是由神靈主
宰的。只有假定這種秩序不但應用於定律，而且應用於在空間—時間邊界處所給定的宇
宙初始條件才是自然的。可以有大量具有不同初始條件的宇宙模型，它們都服從定律。
應該存在某種原則去抽取一個初始狀態，也就是一個模型去代表我們的宇宙。
所謂的紊亂邊界條件即是這樣的一種可能性。這里含蓄地假定，或者宇宙是空間無
限的，或者存在無限多宇宙。在紊亂邊界條件下，在剛剛大爆炸之後，尋求任何空間的
區域在任意給定的結構的概率，在某種意義上，和它在任何其他的結構的概率是一樣的：
宇宙初始態的選擇純粹是隨機的。這意味著，早期宇宙可能是非常紊亂和無規則的。因
為與光滑和有序的宇宙相比，存在著更多得多的紊亂和無序的宇宙。（如果每一結構都
是等幾率的，多半宇宙是從紊亂無序態開始，就是因為這種態多得這么多。）很難理解，
從這樣紊亂的初始條件，如何導致今天我們這個在大尺度上如此光滑和規則的宇宙。人
們還預料，在這樣的模型中，密度起伏導致了比由伽瑪射線背景所限定的多得多的太初
黑洞的形成。
如果宇宙確實是空間無限的，或者如果存在無限多宇宙，則就會存在某些從光滑和
一致的形態開始演化的大的區域。這有一點像著名的一大群猴子敲打打字機的故事——
它們大部分所寫的都是廢話。但是純粹由於偶然，它們可能碰巧打出莎士比亞的一首短
詩。類似地，在宇宙的情形，是否我們可能剛好生活在一個光滑和一致的區域里呢？初
看起來，這是非常不可能的，因為這樣光滑的區域比紊亂的無序的區域少得多得多。然
而，假定只有在光滑的區域里星系、恆星才能形成，才能有合適的條件，讓像我們這樣
復雜的、有能力質疑為什麼宇宙是如此光滑的問題、能自然復制的組織得以存在。這就
是被稱為人擇原理的一個應用的例子。人擇原理可以釋義作：「我們看到的宇宙之所以
這個樣子，乃是因為我們的存在。」
人擇原理有弱的和強的意義下的兩種版本。弱人擇原理是講，在一個大的或具有無
限空間和／或時間的宇宙里，只有在空間一時間有限的一定區域里，才存在智慧生命發
展的必要條件。在這些區域中，如果智慧生物觀察到他們在宇宙的位置滿足那些為他們
生存所需的條件，他們不應感到驚訝。這有點像生活在富裕街坊的富人看不到任何貧窮。
應用弱人擇原理的一個例子是「解釋」為何大爆炸發生於大約100億年之前——智慧
生物需要那麼長時間演化。正如前面所解釋的，一個早代的恆星首先必須形成。這些恆
星將一些原先的氫和氦轉化成像碳和氧這樣的元素，由這些元素構成我們。然後恆星作
為超新星而爆發，其裂片形成其他恆星和行星，其中就包括我們的太陽系，太陽系年齡
大約是50億年。地球存在的頭10億或20億年，對於任何復雜東西的發展都嫌太熱。餘下
的30億年左右才用於生物進化的漫長過程，這個過程導致從最簡單的組織到能夠測量回
溯到大爆炸那一瞬間的生物的形成。
很少人會對弱人擇原理的有效性提出異議。然而，有的人走得更遠並提出強人擇原
理。按照這個理論，存在許多不同的宇宙或者一個單獨宇宙的許多不同的區域，每一個
都有自己初始的結構，或許還有自己的一套科學定律。在這些大部分宇宙中，不具備復
雜組織發展的條件；只有很少像我們的宇宙，在那裡智慧生命得以發展並質疑：「為何
宇宙是我們看到的這種樣子？」這回答很簡單：如果它不是這個樣子，我們就不會在這
兒！
我們現在知道，科學定律包含許多基本的數，如電子電荷的大小以及質子和電子的
質量比。至少現在，我們不能從理論上預言這些數值——我們必須由觀察找到它們。也
許有一天，我們會發現一個將它們所有都預言出來的一個完整的統一理論，但是還可能
它們之中的一些或全部，在不同的宇宙或在一個宇宙之中是變化的。令人吃驚的事實是，
這些數值看來是被非常細致地調整到使得生命的發展成為可能。例如，如果電子的電荷
只要稍微有點不同，則要麼恆星不能夠燃燒氫和氦，要麼它們沒有爆炸過。當然，也許
存在其他形式的、甚至還沒被科學幻想作家夢想過的智慧生命。它並不需要像太陽這樣
恆星的光，或在恆星中製造出並在它爆炸時被拋到空間去的更重的化學元素。盡管如此，
看來很清楚，允許任何智慧生命形式的發展的數值范圍是比較小的。對於大部份數值的
集合，宇宙也會產生，雖然它們可以是非常美的，但不包含任何一個能為如此美麗而驚
訝的人。人們既可以認為這是在創生和科學定律選擇中的神意的證據，也可以認為是對
強人擇原理的支持。
人們可以提出一系列理由，來反對強人擇原理對宇宙的所觀察到的狀態的解釋。首
先，在何種意義上可以說，所有這些不同的宇宙存在？如果它們確實互相隔開，在其他
宇宙發生的東西，怎麼可以在我們自己的宇宙中沒有可觀測的後果？所以，我們應該用
經濟學原理，將它們從理論中割除去。另一方面，它們若僅僅是一個單獨宇宙的不同區
域，則在每個區域里的科學定律必須是一樣的，因為否則人們不能從一個區域連續地運
動到另一區域。在這種情況下，不同區域之間的僅有的不同只是它們的初始結構。這樣，
強人擇原理即歸結為弱人擇原理。
對強人擇原理的第二個異議是，它和整個科學史的潮流背道而馳。我們是從托勒密
和他的黨人的地心宇宙論發展而來，通過哥白尼和伽利略日心宇宙論，直到現代的圖象，
其中地球是一個中等大小的行星，它繞著一個尋常的螺旋星系外圈的普通恆星作公轉，
而這星系本身只是在可觀察到的宇宙中萬億個星系中的一個。然而強人擇原理卻宣布，
這整個龐大的構造僅僅是為我們的緣故而存在，這是非常難以令人置信的。我們太陽系
肯定是我們存在的前提，人們可以將之推廣於我們的星系，使之允許早代的恆星產生重
元素。但是，絲毫看不出存在任何其他星系的必要，在大尺度上也不需要宇宙在每一方
向上必須如此一致和類似。
如果人們能夠表明，相當多的宇宙的不同初始結構會演化產生像我們今天看到的宇
宙，至少在弱的形式上，人們會對人擇原理感到更滿意。如果這樣，則一個從某些隨機
的初始條件發展而來的宇宙，應當包含許多光滑的、一致的並適合智慧生命演化的區域。
另一方面，如果宇宙的初始條件必須極端仔細地選擇，才能導致在我們周圍所看到的一
切，宇宙就不太可能包含任何會出現生命的區域。在上述的熱大爆炸模型中，沒有足夠
的方向使熱從一個區域流到另一區域。這意味著宇宙的初始態在每一處必須剛好有同樣
的溫度，才能說明我們在每一方向上看到的微波背景輻射都有同樣溫度，其初始的膨脹
率也要非常精確地選擇，才能使得現在的膨脹率仍然是如此接近於需要用以避免坍縮的
臨界速率。這表明，如果直到時間的開端熱大爆炸模型都是正確的，則必須非常仔細地
選擇宇宙的初始態。所以，除非作為上帝有意創造像我們這樣生命的行為，否則要解釋
為何宇宙只用這種方式起始是非常困難的。
為了試圖尋找一個能從許多不同的初始結構演化到象現在這樣的宇宙的宇宙模型，
麻省理工學院的科學家阿倫·固斯提出，早期宇宙可能存在過一個非常快速膨脹的時期。
這種膨脹叫做「暴漲」，意指宇宙在一段時間里，不像現在這樣以減少的、而是以增加
的速率膨脹。按照固斯理論，在遠遠小於1秒的時間里，宇宙的半徑增大了100萬億億億
（1後面跟30個0）倍。
固斯提出，宇宙是以一個非常熱而且相當紊亂的狀態從大爆炸開始的。這些高溫表
明宇宙中的粒子運動得非常快並具有高能量。正如早先我們討論的，人們預料在這么高
的溫度下，強和弱核力及電磁力都被統一成一個單獨的力。當宇宙膨脹時它會變冷，粒
子能量下降。最後出現了所謂的相變，並且力之間的對稱性被破壞了：強力變得和弱力
以及電磁力不同。相變的一個普通的例子是，當水降溫時會凍結成冰。液態水是對稱的，
它在任何一點和任何方向上都是相同的。然而，當冰晶體形成時，它們有確定的位置，
並在某一方向上整齊排列，這就破壞了水的對稱。
處理水的時候，只要你足夠小心，就能使之「過冷」，也就是可以將溫度降低到冰
點（0℃）以下而不結冰。固斯認為，宇宙的行為也很相似：宇宙溫度可以低到臨界值以
下，而沒有使不同的力之間的對稱受到破壞。如果發生這種情形，宇宙就處於一個不穩
定狀態，其能量比對稱破缺時更大。這特殊的額外能量呈現出反引力的效應：其作用如
同一個宇宙常數。宇宙常數是當愛因斯坦在試圖建立一個穩定的宇宙模型時，引進廣義
相對論之中去的。由於宇宙已經像大爆炸模型那樣膨脹，所以這宇宙常數的排斥效應使
得宇宙以不斷增加的速度膨脹，即使在一些物質粒子比平均數多的區域，這一有效宇宙
常數的排斥作用超過了物質的引力吸引作用。這樣，這些區域也以加速暴漲的形式而膨
脹。當它們膨脹時，物質粒子越分越開，留下了一個幾乎不包含任何粒子，並仍然處於
過冷狀態的膨脹的宇宙。宇宙中的任何不規則性都被這膨脹抹平，正如當你吹脹氣球時，
它上面的皺紋就被抹平了。所以，宇宙現在光滑一致的狀態，可以是從許多不同的非一
致的初始狀態演化而來。
在這樣一個其膨脹由宇宙常數加速、而不由物質的引力吸引使之減慢的宇宙中，早
期宇宙中的光線就有足夠的時間從一個地方傳到另一個地方。這就解答了早先提出的，
為何在早期宇宙中的不同區域具有同樣性質的問題。不但如此，宇宙的膨脹率也自動變
得非常接近於由宇宙的能量密度決定的臨界值。這樣，不必去假設宇宙初始膨脹率曾被
非常仔細地選擇過，就能解釋為何現在的膨脹率仍然是如此地接近於臨界值。
暴漲的思想還能解釋為何宇宙存在這么多物質。在我們能觀察到的宇宙里大體有1億
億億億億億億億億億（1後面跟80個0）個粒子。它們從何而來？答案是，在量子理論中，
粒子可以從粒子／反粒子對的形式由能量中創生出來。但這只不過引起了能量從何而來
的問題。答案是，宇宙的總能量剛好是零。宇宙的物質是由正能量構成的；然而，所有
物質都由引力互相吸引。兩塊互相靠近的物質比兩塊分得很開的物質具有更少的能量，
因為你必須消耗能量去克服把它們拉在一起的引力而將其分開。這樣，在一定意義上，
引力場具有負能量。在空間上大體一致的宇宙的情形中，人們可以證明，這個負的引力
能剛好抵消了物質所代表的正能量，所以宇宙的總能量為零。
零的兩倍仍為零。這樣宇宙可以同時將其正的物質能和負的引力能加倍，而不破壞
其能量的守恆。在宇宙的正常膨脹時，這並沒有發生。這時當宇宙變大時，物質能量密
度下降。然而，這種情形確實發生於暴漲時期。因為宇宙膨脹時，過冷態的能量密度保
持不變：當宇宙體積加倍時，正物質能和負引力能都加倍，總能量保持為零。在暴漲相，
宇宙的尺度增大了一個非常大的倍數。這樣，可用以製造粒子的總能量變得非常大。正
如固斯所說的：「都說沒有免費午餐這件事，但是宇宙是最徹底的免費午餐。」
今天宇宙不是以暴漲的方式膨脹。這樣，必須有一種機制，它可以消去這一非常大
的有效宇宙常數，從而使膨脹率從加速的狀態，改變為正如同今天這樣由引力減慢下的
樣子。人們可以預料，在宇宙暴漲時不同力之間的對稱最終會被破壞，正如過冷的水最
終會凝固一樣。這樣，未破缺的對稱態的額外能量就會釋放，並將宇宙重新加熱到剛好
低於使不同力對稱的臨界溫度。以後，宇宙就以標準的大爆炸模式繼續膨脹並變冷。但
是，現在找到了何以宇宙剛好以臨界速率膨脹，並在不同的區域具有相同溫度的解釋。
在固斯的原先設想中，有點像在非常冷的水中出現冰晶體，相變是突然發生的。其
想法是，正如同沸騰的水圍繞著蒸汽泡，新的對稱破缺相的「泡泡」在原有的對稱相中
形成。泡泡膨脹並互相碰撞，直到整個宇宙變成新相。麻煩在於，正如同我和其他幾個
人所指出的，宇宙膨脹得如此之快，甚至即使泡泡以光速漲大，它們也要互相分離，並
因此不能合並在一起。結果宇宙變成一種非常不一致的狀態，有些區域仍具有不同力之
間的對稱。這樣的模型跟我們所觀察到的宇宙並不吻合。
1981年10月，我去莫斯科參加量子引力的會議。會後，我在斯特堡天文研究所做了
一個有關暴漲模型和它的問題的講演。聽眾席中有一年輕的蘇聯人——莫斯科列別提夫
研究所的安德雷·林德——他講，如果泡泡是如此之大，以至於我們宇宙的區域被整個
地包含在一個單獨的泡泡之中，則可以避免泡泡不能合並在一起的困難。為了使這個行
得通，從對稱相向對稱破缺相的改變必須在泡泡中進行得非常慢，而按照大統一理論這
是相當可能的。林德的緩慢對稱破缺思想是非常好的，但過後我意識到，他的泡泡在那
一時刻必須比宇宙的尺度還要大！我指出，那時對稱不僅僅在泡泡里，而且在所有的地
方同時被破壞。這會導致一個正如我們所觀察到的一致的宇宙。我被這個思想弄得非常
激動，並和我的一個學生因·莫斯討論。然而，當我後來收到一個科學雜志社寄來的林
德的論文，徵求是否可以發表時，作為他的朋友，我感到相當難為情。我回答說，這里
有一個關於泡泡比宇宙還大的瑕疵，但是裡面關於緩慢對稱破缺的基本思想是非常好的。
我建議將此論文照原樣發表。因為林德要花幾個月時間去改正它，並且他寄到西方的任
何東西都要通過蘇聯的�

Ⅹ 一個關於宇宙的知識

宇宙小知識

與宇宙小知識相關的內容