■ 宇宙是怎样诞生的
宇宙是怎样诞生的？宇宙中的物质是怎么来的？目前学术界最流行的说法是，它诞生于一次“大爆炸”。称为“大爆炸宇宙论”。这一观点是由加莫夫和弗里德曼提出来的。
这种论点认为，在150亿～180亿年以前，构成我们今天所看到的天体的物质都集中在一起，其密度为水的100万亿倍，温度高达150亿度，它被称为“原始火球”或者“宇宙蛋”。这是一个极不稳定的原始火球。这个时期的天空中，没有恒星和星系，只是充满了辐射，后来不知什么原因，原始火球发生了大爆炸。
组成火球的物质飞散到四面八方，高温的物质冷却起来，密度也开始降低。在爆炸两秒钟之后，在100亿摄氏度高温下产生了质子和中子，在随后的自由中子衰变的11分钟之内，形成了重元素的原子核。
随后，宇宙物质处于等离子体状态，又复合成为某种气体。当温度再往下降时，气体物质逐渐凝聚为星云，以后星云碎裂、凝缩，演化成了星系、恒星和行星。在星云的发展中，大部分气体变成了星体，其中一部分因受到星体引力的作用，变成了星际介质。
许多事实也支持“大爆炸”假说。例如，天文学家在观测中发现，许多星系的光谱都有红移现象，说明各星系都在离我们远去，其退行速度与距离成正比，各星系间的距离都正在均匀地膨胀着！由此推论，宇宙一定是从某一基点猛烈爆炸，并急剧地向外膨胀的产物。
人们还发现，在各种不同的天体上，氦的含量大都占三分之一。恒星内部的核反应机制，无论如何也产生不了这么多氦。而“大爆炸”的早期高温，却能很好地解释氦的来源。
■ 宇宙的年龄
宇宙的历史有多长？这个问题一直困扰着人们。
根据“大爆炸”理论推测，宇宙的年龄不会超过150亿～200亿年。现代探测正好表明，至今没有发现任何超过这一年龄界限的天体。
而太阳不过是50亿年前的产物，地球和月球则大约只有46亿年。它们都是大爆炸的结果。人们把从大爆炸开始到今天的这段时间称为宇宙的年龄，那么，宇宙到底有多大年龄呢？
宇宙是不断膨胀的。根据哈勃常数H=150千米/（秒·千万光年）——这个意义是：距离我们1000万光年的天体，其退行的速度为每秒150千米。从而计算出宇宙的年龄为200亿年。
最近，一个国际天体物理学家小组宣布，在实施建立星空三维图像的大规模计划中，获得了远离地球20亿光年的约20万颗天体的资料。资料显示，宇宙年龄是141亿年。
美国宇航局利用“悬挂”在距地球150万千米的“太空微波各向异性探测器”，记录到“残余辐射波动”，这种残余辐射是在大爆炸之后约40亿年诞生的。据此推算，宇宙年龄是137亿年。
由于我们的宇宙过于庞大和深邃，探测手段又各不相同，所以，得出的结论也不一样。现在公认的说法是，宇宙的年龄不超过200亿岁。
■ 宇宙会怎样终结
世间万物都有始有终，宇宙也必然如此。我们的宇宙会怎样终结呢？它会一直膨胀下去吗？还是有一天会收缩起来？如果它一直膨胀下去，会出现什么情况呢？
一种说法认为，尽管大爆炸的动能足以使星系永远向外扩张，但各星系内的星球最后却免不了要形成黑洞、白矮星或中子星，由此终结寿命。最后，在未来1000亿年后，宇宙中可能只有由光子、中微子、电子、正电子组成的稀薄等离子体了。
近来，有些科学家发现中微子可能有静止质量。由于宇宙间中微子数量很大，只要中微子具有区区的30～50电子伏的质量，就将使宇宙物质密度大于临界密度，那时引力场将足够强，将使宇宙的膨胀在持续相当长时间后停下来，并转为收缩，收缩过程会逐渐加速，直到回复到无限密集的状态。然后收缩成一点的物质或许再度大爆炸，产生另一个新宇宙。
1000亿年太遥远了，我们无法作出更多的预测！1000亿年以后的子孙，也许能逆转乾坤，再造宇宙的。
■ 宇宙究竟有多大
宇宙有多大？这是个很专业的问题。在常人看来，地球已经是非常巨大的了，它的直径是12 756千米。但如果拿它来和太阳相比，它就显得非常渺小了。太阳的直径是139万千米，是地球的109倍。如果太阳是一个空心球的话，肚里可以装进去130万个地球！
太阳可真算是个庞然大物了，但如果拿它同整个太阳系相比，它也是微乎其微的。整个太阳系的直径是118亿千米，是太阳直径的8500倍。如果把地球这样大的球体一个挨一个排起，从太阳排到太阳系的边缘，大约需要排上50万个地球。
如果拿太阳系同它所在的银河系相比，太阳系更是微乎其微的。太阳是银河系中的一颗极普通的恒星，像太阳这样的恒星，在银河系里有2000多亿颗。它们又各自组成了自己的“太阳系”！
为了计算这样遥远的距离，天文学家创造了一个更大的计算单位，叫做“光年”。光速每秒约30万千米，它一年所走的距离大约是96540亿千米，我们把这个数字叫做l光年，用它作为计算天体距离的基本单位。
比如说，离我们最近的恒星——半人马星座的比邻星，同地球距离大约是400 0000 000千米，这么多“0”，不只写起来麻烦，而且很容易弄错，把它折合成光年，就只有4.22光年。
银河系直径约10万光年，是太阳系直径的9000万倍，厚度约1万光年，太阳绕银河系中心旋转一周需2亿年。
银河系还不是宇宙的边，银河系外，已经发现了10亿多个同银河系类似的恒星系统，我们称之为“河外星系”。这些“河外星系”离我们很远，所以即使通过大型的望远镜，看到的它们也仅仅是一些模糊的光点。它们也是由千千万万颗恒星组成的。
十几个或几十个星系在一起组成“星系群”，我们的银河系就同它周围的19个星系组成了一个“星系群”，这个“星系群”的直径大约为260万光年。
比“星系群”更高一级的星系组织是“星系团”，它由成百上千个星系组成。“室女星座”里有一个“星系团”，包含1000个以上的星系，离我们大约2000万光年。“后发星座”里，包含了2700个星系，距离我们大约2亿4千万光年。“北冕星座”里，有一个包含400个星系的“星系团”，离我们更远，光从那里照射到地球，整整需要7亿年之久！
这一个个“星系团”，共同组成了我们的总星系。
总星系有多大？不知道。我们已经探测到了200亿光年以外的天体，但那儿也不是宇宙的边。至于总星系之外又有什么？更不是我们所能知道的了。
宇宙在大爆炸中诞生，在不断膨胀中发展。与地球相距100亿光年的遥远星系，还正在以光速的一半，即每秒15万千米的速度向外扩展，不断地拓宽着宇宙的空间。
所以我们说，宇宙无限大。——在空间上，它是无边无际的；在时间上，它是无穷无尽的。
■ 宇宙的中心在哪里
在中世纪的欧洲，人们相信地球是宇宙的中心。后来，波兰天文学家哥白尼把这个观点颠倒了过来，他认为太阳才是宇宙的中心，地球和其他行星都围绕着太阳转动，恒星则镶嵌在宇宙的最外层上。布鲁诺进一步认为，宇宙没有中心，恒星都是遥远的太阳。
而事实上，太阳是太阳系的中心，太阳系中行星都绕着太阳旋转；银河系也有中心，它周围所有的恒星也绕着银河系的中心旋转，那么宇宙有中心吗？一个让所有的星系包围在中间的中心点？
看起来应该存在这样的中心，但是实际上它并不存在。因为宇宙的膨胀一般不发生在三维空间内，而是发生在四维空间内的，它不仅包括普通三维空间（长度、宽度和高度），还包括第四维空间——时间。
我们可以假设宇宙是一个正在膨胀的气球，而星系是气球表面上的点，我们就住在这些点上；我们还可以假设星系不会离开气球的表面，只能沿着表面移动而不能进入气球内部或向外运动。从某种意义上可以说，我们把自己描述为一个二维空间的人。
如果宇宙不断膨胀，也就是说气球的表面不断地向外膨胀，则表面上的每个点彼此离得越来越远，其中，某一点上的某个人将会看到其他所有的点都在退行，而且离得越远的点退行速度越快。
现在，假设我们要寻找气球表面上的点退行的地方，那么我们就会发现它已经不在气球表面上的二维空间内了。气球的膨胀实际上是从内部的中心开始的，是在三维空间内的，而我们是在二维空间上，所以我们不可能探测到三维空间内的事物。
同样的，宇宙的膨胀不是在三维空间内开始的，而我们只能在宇宙的三维空间内运动。宇宙开始膨胀的地方是在过去的某个时间，即亿万年以前，虽然我们可以看到、可以获得有关的信息，而我们却无法回到那个时候。
■ 宇宙中看不见的暗物质
宇宙中有什么物质？在21世纪之前，这是一个令人费解的问题。10年前，人们只知道宇宙中有太阳、月亮、星星、像银河系一样的星系以及由许多星系组成的星系团。
实际上，这些看得见的天体在辽阔的宇宙中只占极小一部分，宇宙中大部分物质是看不见的。这些看不见的物质是什么？20世纪90年代中期才有人提出，这是一种叫做“冷的暗物质”的奇异物质。
银河系每2亿年就要旋转一次，而这样巨大的旋转速度并没有把银河系撕裂开来，是因为银河系是靠物质引力维系在一起的。星系团里的许多星系也同样如此。现在看来，将整个星系维系在一起的正是这些看不见的暗物质。
这些看不见的暗物质是什么？是正常物质吗？不是。正常物质在万有引力的作用下，将往星系中央集中，这与观测是不符的。
所以，看不见的暗物质不能进行核聚变，这种不允许进行核聚变的暗物质有一种可能就是“冷的暗物质”，它们是大质量亚原子粒子，其质量是质子的许多倍。单个的大质量亚原子叫做“弱作用大质量粒子”，它影响正常物质，相互之间由弱核力和引力作用，对电磁力和束缚质子与中子的强核力不敏感。由于它们不进行核聚变，所以彼此通过时不发生碰撞。
天体物理学家认为，“弱作用大质量粒子”是可以做工作的最简单的粒子，除此以外，还有温暖暗物质、强作用暗物质、湮灭暗物质、衰变暗物质以及模糊暗物质等。但理论家不喜欢引进许多自由参数，多数人不肯接纳“冷的暗物质”以外的暗物质。
还有一些人认为，宇宙中大多数暗物质可能存在于具有100万个太阳质量的巨大黑洞里，这些黑洞可能是大爆炸后一刹那诞生的。现在，空间飞行器已在星系中央找到了大质量黑洞，而且它们具备暗物质的一些基本特征，因此很可能是暗物质的一种栖身之所。
“威尔金森微波各向异性探测器”的观测表明，宇宙中除有正常物质和暗物质外，还有暗能。正常物质约占4%，暗物质约占23%，暗能约占73%。暗能是一种特殊的宇宙物质，它能产生负引力，使宇宙加速膨胀。这种特殊物质是怎样产生的？目前还没有肯定的答案。
■ 宇宙中神奇的反物质
反物质是和物质相对应的一个概念。反物质的原子由带负电的原子核与带正电的电子组成。
宇宙大爆炸学说认为宇宙产生之初会同时产生物质与反物质。按照该学说，宇宙是从大约150亿年前温度和密度极高的物质状态中“爆炸”产生，并且不断膨胀，发生着温度从热到冷、物质密度由密到疏的演化过程。
在这一过程中，同时形成了诸如电子、质子、中子等粒子，以及它们的反粒子（反电子、反质子、反中子等），粒子与反粒子接触会产生能量巨大的“湮灭”。由于粒子数稍多于反粒子，因此，由剩余的粒子组成了目前的物质世界。
如果找不到构成反物质的反粒子，那么神秘大爆炸与反物质的关系也就只是一个科学假设而已，更何况，否定反物质存在的人也很多。
所幸的是，早在1928年，英国年轻的物理学家、诺贝尔奖获得者狄拉克就从理论上提出了反物质的存在。爱因斯坦也曾建立过一个物质总能公式，根据这个公式，物质的总能量有正负两个值，这个结论与狄拉克所得结论是一致的。
到了1932年，有科学家开始在实验室里观察到反电子的存在；1955年，美国加利福尼亚州立大学伯克莱分校用高能质子去轰击铜，结果制造出了反质子；1956年，又有科学家制造出反中子，紧接着，反中微子、反介子、反原子……陆续登场。基本粒子的大家族中涌现出一大批新成员，为原子核物理学谱写了颇为有趣的新篇章。
1997年，科学家宣布在银河系中心发现了反物质。
反物质到此为止已隆重登场。由于物质与反物质相遇会产生能量巨大的爆炸（1克物质与反物质相遇，能产生5×107千瓦小时的能量），类似于原子弹的爆炸并有放射性物质存在，这就可以解释人们在各地发现“神秘大爆炸”的情况。
在讨论并证实了反物质的存在之后，我们更关心的是，真的有一个与物质世界相对应的“反物质世界”吗？如果有，它是个什么样的？
在反物质世界里，力的作用方向恰好相反，你如想提起反物质物体，不得不把物体向下按；反物质做成的钉子，要对准墙用力向外拔它，它才会钻进墙里等等。我们的基础理论仿佛一夜之间变了个样，谁也不敢想象在这样的世界里究竟会发生什么或者正在发生什么。
在现实生活中，究竟有没有这样一个奇妙的世界呢？科学家根据广义相对论引力场方程推出：宇宙中的黑洞是连接两个分离时空区的隧道，假如反物质世界处于另一时空，那么黑洞就可能是反物质世界的通道。当然，对于黑洞内部，我们仍然一无所知，但是，黑洞内部最大的可能就是一个反物质世界。
反物质的发现不仅仅能为我们解释数起神秘大爆炸的原因，还会为宇宙的起源提供突破性的线索，从某种程度上说，宇宙、真空和反物质是有其统一的一面的。
■ 太阳系是人类未来的居住地吗
地球上的人口在不断增加，资源在不断消耗，能源在不断减少，污染在不断蔓延，地球已经越来越不堪重负。人类的衣、食、住、行将越来越困难。我们不仅要问，人类将走向何方，是不是要向广阔的太空发展。
英国物理学家伯那尔1929年预测说：“将来，大多数人可能会居住在空中的天体上。”
2005年，空间科学家已为此勾画出三种独具匠心的方案。在这些方案中，未来的世界比地球大100万倍，建筑的材料就来自木星。
◎第一种方案：迪森球。
这是美国普林斯顿大学物理学家迪森提出的方案，未来的人类世界是半径1.5亿千米的中空球体，将太阳囊括在其中。这样一来，太阳辐射能可以说是点滴不漏了，在中空球的内球面上用绿色植物或光电池把太阳能截留住。
