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宇宙及時節宇宙的起源關于宇宙的起源，有過許多神話傳說。基督教認為是上帝創造了世界，中國古代神話則認為是盤古開辟了天地。當然，這些神話和傳說都不是科學，因而不足為訓。科學家們對宇宙的起源做了種種研究和推測，提出了許多科學假說。直到今天，科學家們才取得統一認識：宇宙是由大約200億年前發生的一次大爆炸形成的。在爆炸發生之前，宇宙內的所存物質和能量都聚集到了一起，并濃縮成很小的體積，那里溫度極高，密度極大，之后發生了大爆炸。大爆炸使物質四散而出，宇宙空間不斷膨脹，溫度相應下降，后來相繼出現在宇宙中的所有恒星、行星乃至生命，都是在這種不斷膨脹—冷卻的過程中逐漸形成的。1盤古說盤古是中國古代傳說中開天辟地的神。傳說在天地還沒有開辟以前，宇宙就像是一個大雞蛋一樣混沌一團。一個叫做盤古的巨人在這個“大雞蛋”中一直酣睡了約一萬八千年后，醒來發現周圍一團黑暗，他便舉起巨大的斧子向黑暗劈去，一聲巨響，“大雞蛋”碎了，千萬年的混沌被攪動了。其中又輕又清的東西慢慢上升并漸漸散開，變成藍色的天空；而那些厚重混濁的東西慢慢地下降，變成了腳下的土地。盤古站在這天地之間非常高興。但他很怕天地再合攏起來變成以前的樣子，于是就用手撐著青天，雙腳踏著大地，讓自己的身體每天長高一丈，天地間的距離也隨著他的身體每天增高一丈。這樣一直過了十萬八千年，天越來越高，地越來越厚，盤古的身體長得有九萬里那么長了。盤古憑借著自己的神力終于把天地開辟出來了，可是他也累死了。盤古死后，他嘴里呼出的氣變成了四季飄動的云，聲音變成了天空的雷霆，左眼變成了太陽，右眼變成了月亮，頭發和胡須變成了夜空的星星；身體變成了東、西、南、北四極和雄偉的三山五岳，血液變成了江河，筋脈變成了道路，肌肉變成了農田，牙齒、骨骼和骨髓變成了地下礦藏，皮膚和汗毛變成了大地上的草木，汗水變成了雨露。傳說，盤古的精靈魂魄在他死后變成了人類，所以都說人類是世上的萬物之靈。2蓋天說蓋天說是我國古代最早的宇宙結構學說。這一學說認為：天是圓形的，像一把張開的大傘覆蓋在地上；地是方形的，像一個棋盤；日月星辰則像爬蟲一樣過往天空。因此這一學說又被稱為天圓地方說。天圓地方說雖然符合當時人們粗淺的觀察常識，但實際上卻很難自圓其說。比如方形的地和圓形的天怎樣連接起來，就是一個問題。后來，天圓地方說又修改為：天并不與地相接，而是像一把傘高懸在大地上空，中間有繩子縛住它的樞紐，四周還有八根柱子支撐著。但是，這八根柱子撐在什么地方呢？是像傘一樣的天蓋的傘柄插在哪里？那扯著傘的繩子又拴在哪里？這些都是天圓地方說無法回答的。到了戰國末期，新的蓋天說誕生了。新蓋天說認為：天像覆蓋著的斗笠，地像覆蓋著的盤子，天和地并不相交，它們之間相距8萬里，盤子的較高點便是北極。太陽圍繞北極旋轉，太陽落下后并不是落到地下面，而是到了我們看不見的地方，就像一個人舉著火把跑遠了，我們就看不到了一樣。新蓋天說不僅在認識上比天圓地方說前進了一大步，而且對古代天文學的發展產生了重要的影響。在新蓋天說中，有一套很有趣的顯示天高地遠的數字和一張說明太陽運行規律的示意圖——七衡六間圖。后世中許多圭表都是高八尺，就是和新蓋天說中的天地相距八萬里有直接關系。蓋天說是一種原始的宇宙認識論，它對許多宇宙現象不能做出正確的解釋，同時本身又存在許多漏洞。到了唐代，天文學家僧人一行等人通過的測量，徹底否定了蓋天說中“日影千里差一寸”的說法，蓋天說從此便破滅了。3渾天說東漢時期，著名的天文學家張衡提出了“渾天說”思想。渾天說認為：天和地的關系就像雞蛋中蛋白和蛋黃的關系一樣，地被天包在當中。渾天說中天穹的形狀，不像蓋天說中的那樣是半球形的，而是一個南北短、東西長的橢圓球。大地也是一個球，浮在水上回旋漂蕩。后來又有人認為地球是浮于氣上的。用渾天說來說明日月星辰的運行出沒是相當簡潔而自然的。渾天說認為：日月星辰都附著在天球上。白天，太陽升到我們面對的這邊來，星星落到地球的背面去；到了夜晚，太陽落到地球背面去，星星升上來。如此周而復始，便有了星辰日月的出沒。渾天說把地球當作宇宙的中心，這一點與盛行于歐洲古代的地心說不謀而合。不過，渾天說雖然認為日月星辰都附在一個堅固的天球上，但并不認為天球之外就一無所有了，而是說那里是未知的世界。這是渾天說比西方的地心說高明的地方。渾天說提出后，并未能立即取代蓋天說，而是兩家各執一端，爭論不休。但是，在宇宙結構的認識上，渾天說顯然要比蓋天說進步得多，能更好地解釋許多天象。另一方面，渾天說有兩大法寶：一是當時的觀天儀——渾天儀。借助于它，渾天說支持者可以用的觀測事實來論證渾天說。在中國古代，依據這些觀測事實而制定的歷法具有相當的精度，這是蓋天說所無法比擬的。另一大法寶就是渾象。利用它可以形象地演示天體的運行，使人們不得不折服于渾天說的思想。因此，渾天說逐漸取得了優勢地位。到了唐代，天文學家僧人一行等人通過大地測量徹底否定了蓋天說，此后，渾天說在中國古代天文領域稱雄了上千年。落下閎是渾天說的創始人之一，經他改進的赤道式渾天儀，在中國用了2000年。他還在天文學史上首次推算出135個月的日、月食周期，即11年應發生23次日食。根據這個周期，人類可以對日、月食進行預報，并可校正陰歷。4宣夜說宣夜說是我國歷史上宇宙無限論思想的體現。它最早出現于戰國時期，到了漢代已明確提出，并在《晉書 天文志》中有所記載。不論是中國古代的蓋天說、渾天說，還是西方古代的地心說，乃至哥白尼的日心說，都把天看作一個堅硬的球體，星星都固定在這個球殼上。宣夜說則認為宇宙是無限的，所謂的“天”，并沒有一個固體的“天穹”，只不過是無邊無際的氣體，日月星辰就在這氣體中飄浮游動。日月星辰的運動規律是由它們各自的特性所決定的，絕沒有堅硬的天球或是什么本輪、均輪來束縛它們。宣夜說打破了固體天球的觀念，這在古代眾多的宇宙學說中是非常難得的。因此，宣夜說也可以說是中國古代一種樸素的無限宇宙觀念。然而，宣夜說認為日月星辰“或順或逆，伏見無常，進退不同，由乎無所根系，故各異也”，所以對它們的運行規律也無從談起。另外，宣夜說沒有提出自己獨立的對于天體坐標及其運動的量度方法。這是宣夜說在1000多年內不能得到廣泛發展的重要原因。總之，宣夜說認為的宇宙在空間上是無邊無際的，并且進一步提出宇宙在時間上也是無始無終、無限的思想，在人類天文學發展史上寫下了光輝的一頁。可惜宣夜說的思想，在中國古代沒有受到重視，幾至失傳。5地心說古希臘天文學家、地理學家和光學家托勒密于公元2世紀提出了自己的宇宙結構學說，即地心說。其實，地心說是古希臘偉大的哲學家、科學家和教育家亞里士多德的首創，亞里士多德認為宇宙的運動是由上帝推動的。他認為：宇宙是一個有限的球體，分為天地兩層，地球位于宇宙中心，所以日月圍繞地球運行，物體總是落向地面；地球之外有9個等距天層，由里到外的排列次序是：月球天、水星天、金星天、太陽天、火星天、木星天、土星天、恒星天和原動力天，此外空無一物；但各個天層自己不會動，上帝推動了恒星天層，恒星天層才帶動了所有的天層運動；人居住的地球，靜靜地屹立在宇宙的中心。托勒密繼承了亞里士多德的地心說，并利用前人的積累和他自己長期觀測得到的數據，寫成了8卷本的《偉大論》。在書中，他把亞里士多德的9層天擴大為11層，把原動力天改為晶瑩天，又往外添加了較高天和凈火天。托勒密設想：各行星都繞著一個較小的圓周運動，而每個圓的圓心則在以地球為中心的圓周上運動。他把繞地球的那個圓叫“均輪”，每個小圓叫“本輪”。同時假設地球并不恰好在均輪的中心，而偏開一定的距離，均輪是一些偏心圓。日月行星除作上述軌道運行外，還與眾恒星一起，每天繞地球轉動一周。托勒密這個不反映宇宙實際結構的數學圖景，卻較為完滿地解釋了當時觀測到的行星運動情況，并取得了航海上的實用價值，從而被人們廣為信奉。在當時的歷史條件下，托勒密提出的行星體系學說，是具有進步意義的。首先，它肯定了大地是一個懸空著的沒有支柱的球體。其次，從恒星天體上區分出行星、日、月是離我們較近的一群天體，這是把太陽系從眾星中識別出來的關鍵性一步。托勒密也說他的體系并不具有物理的真實性，而只是一個計算天體位置的數學方案。至于教會利用和維護地心說，那是托勒密死后一千多年的事情了。教會之所以維護地心說，只是想歪曲它以證明教義中描繪的天堂、人間、地獄的圖像。所以，托勒密的宇宙學說本來同當時的宗教并沒有什么必然的聯系。6日心說既然地心說是以地球為宇宙中心的學說，那么日心說就是以太陽為宇宙中心的學說。1499年，哥白尼從意大利的博洛尼亞大學畢業后任天主教教士。他回到波蘭跟叔父一起工作。其叔父瓦茨恩羅德是費瑯堡天主教大教堂的主教。哥白尼當時住在教堂的頂樓，因此可以長期進行天文觀測。當時，人們相信的是托勒密創立的宇宙模式。托勒密認為地球是宇宙的中心且靜止不動，日、月、行星均圍繞地球運動，而恒星遠離地球，位于太空這個巨型球體之外。然而，經過科學家們的仔細觀測，幾百年之后，這一模式的漏洞變得越來越明顯。因為這一模式稱每顆行星都沿著一個小軌道作圓周運行，而小軌道又沿著該行星的大軌道繞地球作圓周運動。但科學家們發現行星運行規律與托勒密的宇宙模式并不吻合。隨后，一些科學家修正了托勒密的宇宙軌道學說，并在原有的軌道(或稱小天體軌道)上又增加了更多的天體運行軌道，行星就這樣沿著一道又一道的軌道作圓周運動。哥白尼想用當時(16世紀)的先進技術來改進托勒密的測量結果，以期取消一些小軌道。在長達近20年的時間里，哥白尼不辭辛勞日夜測量行星的位置，但其測量獲得的結果仍然與托勒密的天體運行模式沒有多少差別。但是，哥白尼沒有放棄，因為他想知道在另一個運行著的行星上觀察這些行星的運行情況會是什么樣的。基于這種設想，一年里哥白尼在不同的時間、不同的距離從地球上觀察行星，并發現每一個行星的情況都不相同，這時他意識到地球不可能位于行星軌道的中心。經過20年的觀測，哥白尼發現唯獨太陽的周期變化不明顯。這意味著地球和太陽的距離始終沒有改變。因此他大膽預測：如果地球不是宇宙的中心，那么宇宙的中心就是太陽。他立刻想到如果把太陽放在宇宙的中心位置，那么地球就該繞著太陽運行。這樣他就可以取消所有的小圓軌道模式，直接讓所有的已知行星圍繞太陽作圓周運動。由于害怕教會的懲罰，哥白尼在世時不敢公開他的發現。直到1543年，這一發現才公諸于天下。即便在那個時候，哥白尼的發現還是不斷受到教會、大學等機構與天文學家的蔑視和嘲笑。終于，在60年后，約翰 開普勒和伽利略 伽利雷證明了哥白尼是正確的。7古印度的宇宙觀古印度人的宇宙觀帶有濃重的神話色彩。在吠陀時代，古印度人們認為：天地的中央是一座名為須彌山的大山，它支撐著像大鍋一樣的天空，日月均繞須彌山轉動，日繞行一周即為一晝夜；大地由四只大象馱著，所有的大象站在一只浮在水上的龜背上。由于古印度人不太重視實際的天文觀測，因此他們的天文觀測儀器一直比較簡陋，對宇宙的認識也多屬于猜測。公元前6世紀，古印度天文學著作《太陽悉檀多》把大地視為球形，把其北極稱作墨路山的山頂，并稱那里是神的住所，日月和五星的運行是一股宇宙風所驅使，另有一股更大的宇宙風使所有天體一起旋轉。雖然古印度人對宇宙的有些看法比較落后，但他們當時的天文歷法卻比較成熟。古印度有許多天文歷法著作，他們采用陰陽合歷，并把它們用于農業生產上。例如：在吠陀時代，人們把一年定為360日，12個月，同時還規定了置閏的方法。古印度的天文歷法有力地促進了農業生產的發展，但由于受到當時宗教的影響，因此長期以來發展比較緩慢，到后期便逐漸衰落了。8古埃及的宇宙觀古埃及人有幾種關于天地的“創世神話”，但不論哪一種都認為最初的原始世界是由混沌的水構成的。在古埃及，木乃伊的棺木上就繪畫著埃及人對天地的看法：大地是身披植物的斜臥男神西布的身軀，天穹則是曲身拱腰、姿態優美的女神呂蒂。最初，西布和呂蒂是相互聯合在一起，靜止于原始水中的。在創世之日，一個新的大氣之神舒從原始水中出現，把西布和呂蒂分開。他用雙手把天蓋之神呂蒂承托在上，而呂蒂就把雙手伸開、叉開雙腿支撐自己，成為天宇的四根柱子。西布的身體成為大地之后，立即被綠色的植物覆蓋了，在這之后，動物和人誕生了。太陽神原來藏在原始水中蓮蓬的花蕾里，天地分開之后，蓮蓬的花蕾開放，太陽神騰空而起，升到天空，照耀天地，使宇宙溫暖起來。埃及人的另一種創世神話，有點類似于古代中國的天圓地方說。它認為：天是一塊平坦的或穹隆形的天花板，四方各有一個天柱(即山峰)支撐，星星是用鐵鏈懸掛在天上的燈；地是一個方形盒子，南方的一端稍長，方盒的底略呈凹形，埃及就處在這凹形的中心；在方盒的邊沿上面，圍繞著一條大河，尼羅河只是這條大河的一條支流；河上有一條大船載著太陽往返于東方和西方，使大地形成黑夜和白晝。第三種觀念認為：大地是方形的田野，它漂浮在水面上，四周為海水所包圍；在大地之上是像帽子形狀的天穹，神仙的車輦行駛在天穹上面；天穹上積存有水，下落到地面就是雨或雪。第四種觀念認為：大地猶如天井，周圍盡是高聳的山峰；中間低洼平坦的地方是人類居住的地方；日月星辰懸掛在天井的上方照耀大地，大地四周被水包圍。古代埃及人之所以產生這類觀念，是與他們生活于尼羅河凹地的地形相關聯的。古埃及人的生活全部集中在這條狹窄的，總共只有三四千米寬的尼羅河沖積地帶之內，天長日久，就產生了以上種種觀念，以后又增添了許多神話迷信色彩，從而流傳至今。9相對論宇宙說相對論宇宙說是在愛因斯坦的引力理論和相對論力學的基礎上建立起來的宇宙理論。它的一些基本結論都是根據所謂宇宙學原理(即宇宙物質在大尺度上具有均勻各向同性)的假定而推得的。根據宇宙學原理的假定，廣義相對論認為可以用時間空間的彎曲來等效物體所受的引力作用。在物體所受的引力不強、時間空間彎曲的程度很小的情況下，廣義相對論的預言同牛頓萬有引力定律和牛頓運動定律的預言趨于一致；而當引力較強、時間空間彎曲較大的情況下，兩者就會出現區別。因此在太陽系中，只有在非常靠近太陽的區域才可以觀測到廣義相對論所預言的“水星近日點反常進動”以及“光線的引力偏折效應”。在太陽系中其他行星運行的區域，引力很小，廣義相對論所討論的時間空間彎曲的程度很小，因此廣義相對論的預言就同牛頓萬有引力定律和牛頓運動定律的預言趨于一致。對太陽系外廣大的宇宙空間而言，除了在一些局部的很小區域中存在有強引力場，如其他恒星、中子星、黑洞和星系的中心附近以及其他廣大區域的引力場都非常弱，不可能觀測到時間空間的彎曲現象。因此對絕大部分天體的運動，用牛頓萬有引力定律和牛頓運動定律來處理應當可以做到足夠的，沒有必要考慮廣義相對論效應。其實，現代科學證明，宇宙學原理與廣義相對論并沒有太多的關聯性。宇宙學原理純粹是一個假設。它假設宇宙中物質分布是均勻的，從任何一點向任何方向觀測都是相同的。宇宙中天體分布的層次結構和旋轉運動說明，宇宙學原理的這個假設是不符合客觀現實的，也是不合理的。所謂宇宙學原理假設的引進純粹是為了簡化問題，以便數學上容易描述和求解，而沒有任何物理和實際觀測基礎。因此建立在這一假設基礎上的宇宙標準學理論模型不能正確描述宇宙的客觀現實。10大爆炸宇宙說大爆炸宇宙說是現代宇宙學中最有影響的一種學說，也是科學家們才取得統一認識的學說。與其他宇宙模型相比，它能說明較多的觀測事實。它的主要觀點是認為我們的宇宙曾有一段從熱到冷的演化史。在這個時期里，宇宙體系并不是靜止的，而是在不斷地膨脹，使物質密度從密到稀地演化。這一從熱到冷、從密到稀的過程如同一次規模很大的爆炸。根據大爆炸宇宙說的觀點，大爆炸的整個過程是：在宇宙的早期，溫度極高，大約有100億攝氏度以上。物質密度也相當大，整個宇宙體系達到平衡；宇宙間只有中子、質子、電子、光子和中微子等一些基本粒子形態的物質。但是因為整個宇宙體系在不斷膨脹，結果溫度很快下降。當溫度降到10億攝氏度左右時，中子開始失去自由存在的條件，它要么發生衰變，要么與質子結合成重氫、氦等元素；化學元素就是從這一時期開始形成的。溫度進一步下降到100萬攝氏度后，早期形成化學元素的過程結束。宇宙間的物質主要是質子、電子、光子和一些比較輕的原子核。當溫度降到幾千度時，輻射減退，宇宙間主要是氣態物質。氣體逐漸凝聚成氣云，再進一步形成各種各樣的恒星體系，成為我們今天看到的宇宙。大爆炸宇宙模型能說明以下幾個觀測事實：△大爆炸理論主張所有恒星都是在溫度下降后產生的，因而任何天體的年齡都應小于200億年。各種天體年齡的測量證明了這一點。△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(物體輻射的波長因為光源和觀測者的相對運動而產生變化。在運動的波源前面，波被壓縮，波長變得較短，頻率變得較高，也稱藍移；當運動在波源后面時，會產生相反的效應。波長變得較長，頻率變得較低，也稱紅移。波源的速度越高，所產生的效應越大。根據光波紅或藍移的程度，可以計算出波源循著觀測方向運動的速度)來解釋，那么紅移就是宇宙膨脹的反映。△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么有如此多的氦，而根據大爆炸理論，早期溫度很高，產生氦的效率也很高，則可以說明這一事實。△根據宇宙膨脹速度以及氦豐度等，可以具體計算宇宙每一歷史時期的溫度。大爆炸理論的創始人之一伽莫夫曾預言今天的宇宙已經很冷。