宇宙

广义的宇宙定义是万物的总称，是时间和空间的统一。狭义的宇宙定义是地球大气层以外的空间和物质。“宇宙航行”的“宇宙”定义就是狭义的“宇宙”定义，宇宙航行意思就是在大气层以外的空间航行。

古代对宇宙的定义，有西汉的《淮南子》：“往古来今谓之宙，四方上下谓之宇”。

在宇宙中，地球是目前人类所知唯一一颗有生命存在的星球。

古今观点

历史记载

从远古到现代

公元前7世纪，巴比伦人认为，天和地都是拱形的，大地被海洋所环绕，而其中央则是高山。

古埃及人把宇宙想象成以天为盒盖、大地为盒底的大盒子，大地的中央则是尼罗河。

地球原来是近似圆形

地心说、日心说和万有引力定律

河外星系

在哥白尼的理论中，恒星只是位于最外层恒星天上的光点不可能的。

1584年，乔尔丹诺·布鲁诺提出恒星都是遥远的太阳。

18世纪上半叶，由于E.哈雷对恒星自行的发展和J.布拉得雷对恒星遥远距离的科学估计，布鲁诺的推测得到了越来越多人的赞同。

18世纪中叶，T.赖特、I.康德和J.H.朗伯推测说，布满全天的恒星和银河构成了一个巨大的天体系统。弗里德里希·威廉·赫歇尔首创用取样统计的方法，用望远镜数出了天空中大量选定区域的星数以及亮星与暗星的比例，1785年首先获得了一幅扁而平、轮廓参差、太阳居中的银河系结构图，奠定了银河系概念的基础。

在此后一个半世纪中，H.沙普利发现了太阳不在银河系中心、J.H.奥尔特发现了银河系的自转和旋臂，以及许多人对银河系直径、厚度的测定，科学的银河系概念才最终确立。

18世纪中叶，康德等人还提出，在整个宇宙中，存在着无数像银河系那样的天体系统。

到1924年，由E.P.哈勃用造父视差法测量仙女星系的距离确认了河外星系的存在。

直径和年龄

形状

作的图形一样。

层次结构

不断膨胀、物质形态多样的、不断运动发展的天体系统。

行星、小行星、彗星和流星体都围绕中心天体太阳运转，构成太阳系。

太阳系外也存在其他行星系统。约2500亿颗类似太阳的恒星和星际物质构成更巨大的天体系统——银河系。银河系的直径约10万光年，太阳位于银河系的一个旋臂中，距银心约2.6万光年。

银河系外还有许多类似的天体系统，称为河外星系，常简称星系。目前观测到1000亿个星系，科学家估计宇宙中至少有2万亿个星系。

若干星系团集聚在一起构成的更高一层次的天体系统叫超星系团。超星系团往往具有扁长的外形，其长径可达数亿光年。通常超星系团内只含有几个星系团，只有少数超星系团拥有几十个星系团。

本星系群和其附近的约50个星系团构成的超星系团叫做本超星系团。

星系分类

太阳系天体

物质多样性

宇宙学模型

理论基础

1917年，A.阿尔伯特·爱因斯坦运用广义相对论建立了一个“静态、无限、无界”的宇宙模型，奠定了现代宇宙学的基础。

1922年，G.D.弗里德曼发现，根据爱因斯坦的场方程，宇宙也可以是膨胀的和振荡的。

1927年，G.勒梅特提出了真正意义的膨胀宇宙模型。1929年，哈勃发现了星系红移与它的距离成正比，建立了著名的哈勃定律。这一发现是对膨胀宇宙模型的有力支持。

20世纪中叶，G.伽莫夫等人提出了热大爆炸宇宙模型。1965年微波背景辐射的发现证实了伽莫夫等人的预言。大爆炸宇宙模型成为标准宇宙模型。

电脑演化模型

2014年5月，科学家制作出最为成功的宇宙演化的电脑模型，模拟宇宙以暗物质为起点诞生并演化的过程。

本次建立的电脑模型和真实的宇宙惊人得相似。这个电脑模型可用于测试有关宇宙构造和运转原理的理论。有关科研成果已经在《自然》杂志上发表。

电脑模型最初展示了虚空状态下分散在各处神秘的“暗物质”。几百万年过去了，暗物质集中起来，为早期星系的产生埋下种子。反暗物质随之出现，才有了将来的星球和生命。黑洞也在模型中占有一席之地。它们吸入并吐出物质，产生一系列爆炸，影响星球的形成。

现代宇宙学模型

霍金推崇利用数学和物理手段寻找一个大一统理论，并且证明“宇宙不是偶然诞生的，不需要上帝”，“宇宙的数学模型是有限无界”。

霍金在演讲中说道：

从起源到结局

宇宙的创生

暴涨模型允许宇宙的物质和能量从无中产生。大统一理论认为，重子数允许不守恒，而宇宙中的引力能可粗略地说是负的，并精确地抵消非引力能，总能量为零，因此宇宙从无中演化是可能的。

宇宙不论多么巨大，作为一个有限的物质体系 ，也有其产生、发展和灭亡的历史。暴涨模型认为宇宙中的物质与能量形式不是永恒的，把“无”作为一种未知的物质和能量形式，在认识论和方法论上有一定意义。

不断膨胀

理论上存在某种临界密度。如果平均密度小于临界密度，宇宙就会一直膨胀下去，称为“开宇宙”；要是平均密度大于临界密度，膨胀过程迟早会停下来并收缩，称为“闭宇宙”。

目前来看，开宇宙的可能性大一些。

加速膨胀

诺贝尔奖获得者布莱恩·施密特指出：“物质与物质之间的空间正在加大。“

宇宙的结局

大爆炸模型

理论简介

大爆炸模型能统一地说明以下几个观测事实：

（a）理论主张所有恒星都是在温度下降后产生的，因而任何天体的年龄都应比自温度下降至今天这一段时间为短，即应小于200亿年。各种天体年龄的测量证明了这一点。

（b）观测到河外天体有系统性的谱线红移，而且红移与距离大体成正比。如果用多普勒效应来解释，那么红移就是宇宙膨胀的反映。但2012年认为这是宇宙学红移，而非多普勒红移。在宇宙学红移中，光波的波长是在传播过程中随空间的膨胀而发生变化的。光谱线的红移就是宇宙膨胀的反映。

（c）在各种不同天体上，氦丰度相当大，而且大都是30%。用恒星核反应机制不足以说明为什么有如此多的氦。而根据大爆炸理论，早期温度很高，产生氦的效率也很高，则可以说明这一事实。

（d）根据宇宙膨胀速度以及氦丰度等，可以具体计算宇宙每一历史时期的温度。

按照大爆炸理论，宇宙没有开端。它只是一个循环不断的过程，便是宇宙创生与毁灭并再创生的过程。

理论依据

大爆炸理论证据如下：

（a）红位移

从地球的任何方向看去，遥远的星系都在离开我们而去，故可以推出宇宙在膨胀，且离我们越远的星系，远离的速度越快。

（b）哈勃定律

哈勃定律就是一个关于星系之间相互远离速度和距离的确定的关系式。仍然是说明宇宙的运动和膨胀。

V=H×D

其中，V（Km/sec）是远离速度；H（Km/sec/Mpc）是哈勃常数，为50；D（Mpc）是星系距离。1Mpc=3.26百万光年。

（c）氢与氦的丰存度

由模型预测出氢占25%，氦占75%，已由试验证实。

（d）微量元素的丰存度

对这些微量元素，在模型中所推测的丰存度与实测的相同。

（e）3K的宇宙背景辐射

根据大爆炸学说，宇宙因膨胀而冷却，现今的宇宙中仍然应该存在当时产生的辐射余烬，1965年，3K的背景辐射被测得。

（f）背景辐射的微量不均匀

证明宇宙最初的状态并不均匀。

（g）宇宙大爆炸理论的新证据

二次膨胀理论

美国能源部布鲁克海文国家实验室等机构一些科学家认为，宇宙早期可能还有一个较为短暂的二次膨胀时期，这种假设或许能解释宇宙中现有暗物质数量过多的问题。

物理上均等划一

多元宇宙

多元宇宙是一个理论上的无限个或有限个可能的宇宙的集合。多元宇宙所包含的各个宇宙被称为平行宇宙。极少数理论物理学家认为存在着不同状态的多元宇宙。

根据暴胀理论，通常所说的大爆炸可能并不是时间和空间的起始，而是我们这个可观测宇宙的开始。在此以前是宇宙的暴胀期。那是一个以指数级膨胀的宇宙，充满着时空结构固有的能量。宇宙的暴胀也是一个通过继承和发展而来的理论。它继承了大爆炸理论和现代宇宙学的所有成果；解释了大爆炸理论无法解释的一系列问题，包括宇宙各处的温度为何如此平均，空间为何如此平坦，为何没有发现磁单极子这样的高能遗留物等等；与此同时，它还明确作出了五个可供检验的预测，其中四个已被确认。唯一一个未被确认，也难以确认的预测是：多元宇宙。

暴胀理论认为，暴胀能导致空间以指数级急速膨胀。这能解释为什么我们的宇宙如此平均、如此巨大。暴胀结束后，我们的宇宙充满了物质和辐射，也就是我们在大爆炸中所看到的一切。我们今天的宇宙是通过充分的暴胀形成的。但是根据同一个理论，可以推导出在暴胀已经结束的地方周围，或许仍然存在着许多暴胀尚未结束的地方。这种存在于理论中的现象也就是所谓的“永久暴胀”。

判断一个理论是否成熟、是否科学有三大标准。它们分别是：

能否重现原有理论的结果；能否解释与原有理论矛盾的结果；以及能否作出新的、可供检验的预测。

由于无法验证，也无法预言如何验证，多元宇宙不是科学理论，也不是科学假说，而是个人假说。多元宇宙理论本身并不是一个科学理论。它实际上是一个根据当前已知物理定律所作的推论。

对于我们所在的这个宇宙来说，多元宇宙理论起不到多大的解释作用。它无法解决我们当前面临的问题。最糟糕的是，它无法向我们提供任何能够加以检验的预测。这首先意味着假如我们对这个宇宙及其历史的认识是正确的，那么多元宇宙可能真的存在。但产生这些宇宙的大爆炸与我们这个宇宙没有任何关联。但与此同时，这一切又是超现实的。即便在理论上，也无法加以检验。除非我们重现宇宙暴胀，然后把观测者送往不同的暴胀区。

宇宙之最

宇宙中迄今观测到的最大行星苍蝇座KR b是观测到的最大行星（也是褐矮星），它的半径是太阳系“巨人”木星的6.8倍，距离地球320光年。它的质量为20MJ，此星是唯一一个被观测到的新生钱行星。

宇宙中最大最重的类星体：这是一种极亮，宽吸收线，强射电类星体，简称Ton 618.它的事件视界范围是3840亿千米（公里），质量是660亿倍太阳质量，远在于104亿光年的猎犬座。想到这里，人们会感到人马座A（银河系中心黑洞）很渺小的感觉