宇宙元十吸

⑴ 關於宇宙知識

第八章 宇宙的起源和命運

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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

⑵ 宇宙多少元

這個問題其實現在並沒有定論。不過前沿科學家認為我們的宇宙在宏觀上是三維的，而在微觀上可以有十一維甚至更高。

⑶ 「元宇宙概念」到底是什麼意思

元宇宙主要講的是平行宇宙的意思，你可以把元宇宙理解為一種虛擬現實的概念。

隨著社會的不斷發展，我們會發現全新的技術和概念應運而生，元宇宙的概念就是其中之一。對於經常上網的小夥伴來說，很多人已經對元宇宙的概念非常熟悉了。元宇宙的英文意思是Metaverse，你可以把這個意思理解為多元宇宙，也可以理解為多元空間，這個空間主要指的是虛擬空間。

一、你可以把元宇宙理解為平行宇宙的意思。

我們都知道現實世界是現實宇宙，如果我們把虛擬世界算入在內的話，我們就可以把一個個虛擬世界算成源宇宙。我隨便舉個例子，不過我們在手機上玩一款游戲，當我們沉浸其中的時候，我們在游戲中的角色本身就是一個元宇宙 。

⑷ 宇宙起源

4.宇宙結構模型

《自然科學的哲學原理》

目錄

一、概念及其定義

二、定律及其證明

三、現象及其證明

四、實驗及其推理

一、概念及其定義

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1.時空：是時間和空間的結合體，同時具有精神和

物質屬性。它有生有命，可靜可動，自有永有。靜

止的時空稱為靜態時空，運動的時空稱為動態時空。

時間存在一個維度，稱為現在。空間存在三個維度，

稱為橫向、縱向、豎向。時空的維度是絕對的，時

空的量度是相對的。

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2.信息：是任何狀態的局部時空的通稱，靜態時空

稱為源信息，動態時空稱為流信息。

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3.磁場：是多層時空環面形成的結構體，具有感受

和覺察信息的能力，即感覺力。

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4.電場：是多個時空截面形成的結構體，具有響應

和改變信息的能力，即應變力。

═══════════════════════

5.質量：是磁場產生的向心力作用，它的大小與磁

場覆蓋范圍有關。

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6.能量：是電場產生的離心力作用，它的大小與電

場覆蓋范圍有關。

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7.量子：是一個具有質量層、能量層和質能層的粒

子。時空以球體形式自轉時，會形成一個里層為質

量層，表層為能量層的粒子，表裡一體，不可分割，

合稱為質能體。質能體的質量層是磁場的源頭，能

量層是電場的源頭。在電磁感應的作用下，位於中

心的質能體可以在外部構造出更小的質能體，讓它

們圍繞著自己運動，形成一個由更小的質能體組成

的外殼，稱為質能層。

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8.量度：是密度、角度和尺度的通稱。時空密度是

由量子中心的質能體在外部構造出更小的質能體，

再以更小的質能體為中心，構造出更更小的質能體，

以此類推逐漸形成的，或者量子通過某些規則不斷

組合在一起形成的。時空角度是由量子將磁場聚焦

到某些特徵的信息上形成的。時空尺度是由基本尺

度不斷積累在一起形成的。

二、定律及其證明

(1)三大定律

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1.力度定律：量子的屬性和它的自轉速度是密切相

關的。量子的電場力越強自轉速度越快，光熱軟等

物質屬性越強，同時磁場力越弱，中心的質能體質

量層越小，能量層越大，反之亦然。

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2.交互定律：時間和空間無法單獨存在，時空是有

生命的。量子的物質屬性，包括視、聽、嗅、味、

觸覺屬性，通稱為信息波。量子之間通過電磁場來

感應信息波，以此實現交流或互動。

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3.慣性定律：量子對某類信息波的偏好，導致它不

想改變自身的運動狀態，直到它受到內力或外力的

作用。力的作用可能改變數子的偏好，當偏好改變

時，它的慣性也同時改變。

(2)相關證明

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1.因為運動是需要參數的，比如物質形態、運動方

向、速度大小等，所以一切運動必然需要精神力的

控制，才能發生。精神力只有兩類，分別是感覺力

和應變力。由於時空處於靜止狀態時，應變力最弱、

感覺力最強，因此一切修行方法都在強調清凈、無

為。相同狀態的時空的物質屬性應該是一樣的，當

全部時空都靜止時，可以知道全部時空中的任何區

域只存在一種物質屬性，且任何區域的靜態時空的

感知力都覆蓋到所有層面，即全知。時空的狀態只

有兩類，分別是靜止和運動。假設時空發生運動不

能改變它的物質屬性，那麼全部時空將永恆不變，

根本不可能產生其它事物。綜上所述，靜態時空擁

有全知力，時空在運動的過程中一部份全知力轉化

為應變力，使剩下的感覺力只能感覺到有限的范圍，

從而形成自我意識。應變力控制著量子的自轉速度，

不同的轉速對應著不同的精神屬性和物質屬性。

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2.假設時間可以單獨存在，那麼「單獨存在的時間」

由於沒有空間屬性，因此這個「單獨存在的時間」

是無法被尋找到的，也就等價於它不存在。假設空

間可以單獨存在，那麼「單獨存在的空間」由於沒

有時間屬性，因此這個「單獨存在的空間」是無法

被感覺到的，也就等價於它不存在。綜上所述，時

間和空間是無法單獨存在的。時間屬性即精神屬性，

是生命體能夠互相感覺、應變的基礎。空間屬性即

物質屬性，是生命體能夠互相定位、描述的基礎。

既然時間和空間是無法單獨存在的，那麼精神和物

質也是無法單獨存在的，時空的物質屬性決定了它

的「生」，時空的精神屬性決定了它的「命」，因

此時空是有生命的。因為精神屬性只能通過控制物

質屬性來體現，所以量子之間只能通過感應信息波

來進行交流或互動。比如人與蘋果之間，人是通過

蘋果信息波的視、聽、嗅、味、觸覺屬性來感覺它

的，這些屬性讓人知道這個蘋果的大小、顏色、觸

感、口感等。蘋果是通過人的視、聽、嗅、味、觸

覺屬性來感覺人的，這些屬性讓蘋果知道這個人手

的大小、顏色、觸感，以及口腔、腸胃等的情況。

人與蘋果之間再通過對感覺到的信息進行處理，來

決定如何改變自身的屬性，以實現彼此之間的互動。

假設蘋果是沒有生命的，那麼它為什麼能對人產生

的信息波做出反應呢，它應該永恆不變才對。雖然

萬物皆有生命，但是人們通常把內部具有核心量子

的物體叫做生物，反之叫做非生物，那個具有核心

地位的量子叫做元神。生物中的量子形成的是類似

於國家的組織，這種結構叫系統。非生物中的量子

形成的是類似於社會的組織，這種結構叫體系。

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3.人體是由無數量子有機結合構成的生命體，它是

一個密度更高的量子。人體的核心量子好比是它的

中心質能體，其它量子好比是它的質能層，人體的

電磁場好比是它的電磁場。因此，我們可以將一個

人作為一個量子來看待，通過人的特性來了解量子

的特性。當一個人在做它喜歡的事時，突然讓它去

做它討厭的事，是非常困難的，反之相反。這就是

慣性，它是由於人對做某事產生了偏好導致的，偏

好程度越大，慣性越大。比如一個人戒酒前，酒的

性質對它就有吸引力，看到酒它就想去喝。當這個

人戒酒後，酒的性質對它就不再有吸引力了，看到

酒它也不再想去喝了。這個人在不同的時期，對酒

表現出不同的態度，是因為它的偏好發生了改變，

從喜歡變成了討厭，偏好的改變則是由經歷的某事

導致的，比如有次喝醉了，身體感到非常不舒服。

假設戒酒前你想拿走它的酒，那麼它就會表現得非

常抗拒。假設戒酒後你想請它喝酒，那麼它也會表

現得非常抗拒。同理，微觀量子也存在慣性，在慣

性的作用下對某類信息波產生相似的反應，從而形

成相對穩定的自然規律，這使得量子的行為可以被

誘導和推導。由於量子之間的慣性並不完全相同，

因此量子之間的互相作用力大小也不完全相等。比

如有兩個量子，分別叫甲和乙，甲對乙產生的信息

波視若無睹，乙對甲產生的信息波視如珍寶。當它

們相遇時，表現為甲原地不動，乙主動靠近，相當

於甲未受到乙的力，乙受到了甲的吸引力。當乙足

夠靠近時，甲發現了乙，並產生反感而遠離它，相

當於甲受到了乙的排斥力。實際上，一切現象力都

不是真實存在的，真實存在的只有電磁力，其它力

都是電磁感應表現出來的效果，而電磁力是由量子

中心的質能體控制的。

三、現象及其證明

(1)三大現象

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1.諸行無常：F(x)=~~~。

2.諸法無我：1=3*(1/3)=0.999...。

3.涅盤寂靜：M/0=∞。

(2)相關證明

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1.任何有形之物都由多種物質復合而成，這就好比

一個大的函數由多個小的函數構成，那麼任意一個

小函數的自變數發生了變化，這個大函數也就發生

了變化。一個函數要表現出自己的存在性，必須通

過改變自己的輸出結果來實現，否則這個函數就等

同於空函數，如同虛空雖然存在，但是無形。非空

函數之間不斷交換著數據，導致相關程序的數據流

不斷改變著。

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2.雖然一個程序的代碼是相對固定的，但是它運行

時產生的數據流卻是絕對波動的，這就導致程序在

運行過程中無法保持一個絕對的輸出結果，因此沒

有既真實又動態的事物存在，也就是說真實的東西

是不變的，不變即不動的。一切動態的東西都是想

象出來的，它們需要通過不斷地想像來維持自身的

特殊屬性，即個性。當你的想像停止時，你的個性

就消失了，回到共性，即一體性。如同電腦關機，

CPU與它存儲的數據不再對立了，沒有了運算和控制

活動，CPU與存儲器就完全合一了，裡面的數據也可

以長久的保持相對不變，這就是禪定的原理。

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3.假設把整個宇宙當作一個常量M，我們的感覺力認

為是一個變數x，那麼當我們的感覺力覆蓋到整個宇

宙時，我們就會感覺到自己就是整個宇宙，即x=M時，

M/x=1。當我們放下去感覺和應變的一切想法時，即

x=0時，M/0=∞，即我就是一切，包含了一切的無和

有，整個宇宙在我心中。這就是一般人最害怕的「

死亡」狀態，也是它們無法真正體驗的境界，因為

它們妄念太多，無法入定，所以不用擔心「真的死

了」，那是只有聖者才能達到的境界，普通人只會

在苦海中不斷地輪回轉世，直到它們渴望獲得解脫。

四、實驗及其推理

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一切有形之物必有成因，無因不能成其果。假設去掉

成因，其果自然坍塌，回歸本性。成為無形之物，其

性可不變，不變即不動。這種無形之物，為便於引用，

稱其為玄極。玄極的屬性即是萬物的本性，即先天之

性。先天之性即自然之性，因此玄極也稱自然。自然

這種東西不是物體，因為它沒有邊界。如瓶中水，在

瓶子消失後，將與外界合一。它的屬性有二，分為精

神和物質兩個層面。精神層面，它必然可感受覺察、

響應改變。若它沒有感覺，則不會產生應變，即無因。

既然無因，世界將永保其本性，萬物不生。由此可知，

玄極能夠感受覺察、響應改變。玄極是先天之主，萬

物本元，無二元對立。因其無形，故其感覺力不受限

制，即全知。因其不動，故其應變力全受限制，即無

為。它的感覺力也稱意識，是認知事物的根本。它的

應變力也稱身識，是執行事物的根本。它的意識運作

過程中，產生物質層面認知。它的身識運作過程中，

產生精神層面認知。它的意識和身識同時存在，並且

此消彼長。物質層面，它必然可擴展出其它物質屬性。

若不可，即使有因，仍同無因，萬物亦不生。可推而

知，太初之時，只有玄極，它就是主。此時，無限的

世界中空無它物，寂靜遼闊。由於特殊的色聲香味屬

性需要一個原因，因此玄極的物質屬性必然是無法被

感知的，只能大致描述，它應該是無色、無聲、無香、

無味的。因為它不動的緣故，所以它的各種物質屬性

都被收斂了。如同一個水源堵上了出水口，雖然其中

有水，但是不能知道其中的水有什麼性質。此時的玄

極只有兩種選擇，繼續體驗這無限的寂靜，或是做點

什麼事情。假設它選擇了前者，由於整個世界空無它

物，因此它的記憶為空，無論過了多久，它都無法察

覺。因此，總有那麼一刻，它會決定做點什麼，以此

體驗一下自己的另一種狀態是怎樣的。於是它讓自己

身體的某一小塊運動了起來，此時便產生了靜、動二

態。由於運動的緣故，導致那一小塊玄極被形態所束

縛，它的意識和身識被困其中，產生了一個自我認識

和空無的感受，因此將這狀態下的玄極稱為無極，便

於以後引用。無極由於被困的緣故，它將試圖掙脫束

縛，導致它的運動變得更加劇烈，它的外層與玄極摩

擦得也更加劇烈，於是發出嗡嗡嗡的響聲。這引起了

無極特大的興趣，它開始探索不同運動狀態下，自己

會發生什麼變化。於是它逐漸加快自轉速度，它發現

自己從一片漆黑寂靜，逐漸產生不同頻率的聲音，然

後聲音消失了，逐漸產生不同波長的色光。同時，它

也發現隨著自轉速度的加快，它和玄極之間的摩擦力

越來越弱，它感覺自己越來越輕，並且感覺和控制能

力都在不斷減弱著。突然某一刻，它感覺自己已經不

能再控制自己的運動了，於是它瞬間放鬆了一下。此

時的它就像一個巨大的火球，由於它暫時停止了控制

自己的形態，因此它的形態瞬間坍塌了，它的火焰開

始向四面八方噴射而出，在玄極中形成了一條條光柱，

最後這些光柱受冷後逐漸停止前進，形成一個個光點，

就像夜空中的小星星。這就是宇宙的起源，這個最初

的太陽就是宇宙之父，玄極就是宇宙之母，世間萬物

都是它們的孩子。它為了能夠更好的和自己的孩子交

流，幫助自己的孩子認識自己，找到回家的路，它設

計出了兩種最底層的語言文字，即漢語文字系統和梵

語文字系統，其中漢字是圖形密碼，同樣的一個字，

將它的部件當作木棍重新擺放之後，將得到其它文字，

比如「楞嚴」重新擺放之後，可以得到「罒萬米田」，

再得到「四卍/卐米田」，將它們組合之後就能得到一

幅圖，這幅圖中蘊含了「大方廣佛」，即上帝的終極

智慧，領悟到了，就獲得了「神」的認可，恢復了「

神之子」的身份，這就是永生神的印。其中「漢」字

重組之後，可以得到「中天興一」，表示由中天玄極

創造了空天無極，也就是黑洞。中天玄極是由，空天

無極是甲，中天興一就是申，領悟到「申」字含義的

人，就是認識到萬物「神性」的人，它已經走上回家

之路了。我之所以能知道這些，是因為我的內心從小

到大就對太陽充滿了熱愛，我對它，也對自己的存在

充滿了強烈的好奇，並不斷探求著滿意的答案。時機

將至，它終於開放了很大一部份神聖知識的獲取許可權，

以便於我更好地幫助大家認識自己和世界本身。由於

本人能力有限，只能從自己的潛意識中盡可能地發掘

出有用的信息，因此難免出現遺漏或錯誤的地方，但

總體上並無大礙。我親愛的家人們，祝你們好運！最

後，向至高無上的宇宙之主致以誠摯的敬意，我神聖

的父親和母親啊，你們就是我的世界。

⑸ 宇宙每年「吸走」地球10萬噸大氣，為何至今不見大氣層變薄

地球的質量是相當穩定的，即使是發射到地球軌道上的衛星和火箭，最終會因為地球引力墜落。地球最大的質量損失來自逃逸的氫和氦，地球每秒鍾失去大約3公斤的氫，氫和氦分別以每年95000噸和1600噸的速度逃逸，這些元素太輕，無法被地球的重力鎖住在地球，往往會逃逸到太空中。

除了氫和還，科學家現在還知道，地球大氣每天還會損失大量氧氣，氧氣流出事件被稱為「氣體噴泉」，是在極光活動期間從地球逃逸出來的。在極地地區的地球磁場的弱點區域就像一個漏斗，把猛烈的太陽風引到大氣層頂部，這就導致了極光的出現，並將大氣中的氣體以極光噴泉的形式蒸發到太空中。在這些極光中，地球大氣中所損失的氧氣也是微乎其微的，而且光合作用有助於恢復氧氣。

因此，地球的大氣層不會很快消失，至少要等到太陽變成紅巨星的50億年之後，那時，膨脹的太陽會把地球大氣層蒸發得無影無蹤。當然，地球也不是光失去質量。天文學家估計，地球每年以宇宙塵埃的形式獲得約4萬噸的質量。宇宙塵埃是太陽系形成初期的微小岩石、金屬和其他碎片。

⑹ 有關於宇宙的知識_宇宙的知識

浩瀚的宇宙是哪裡來的?宇宙是萬物的總稱，是時間和空間的統一。下面是我為大家整理的有關於宇宙的知識_宇宙的知識，希望大家喜歡!

目錄

宇宙基本知識

宇宙的起源創生

宇宙的創生

宇宙基本知識

歷史資料

《文子·自然》：「已知的宇宙往古來今謂之宙，四方上下謂之宇。」 《屍子》：「上下四方曰宇，往古來今曰宙。」 在這種觀念之下，「宇」代表上下四方，即所有的空間，「宙」代表古往今來，即所有的時間，「宇」：無限空間，「宙」：無限時間。所以「宇宙」這個詞有「所有的時間和空間」的意思。 把「宇宙」的概念與時間和空間聯系在一起，體現了我國古代人民的獨特智慧。

「宇宙」兩字連用，最早出自《莊子》這本書，同時，《莊子》一書還給出了一種更抽象的宇宙定義。他說：「出無本，入無竅。有實而無乎處，有長而無乎本剽。有所出而無竅者有實。有實而無乎處者，宇也;有長而無本剽者，宙也。」現代學者張京華將其譯為：「有實體存在但並不固定靜止在某一位置不變叫做宇;有外在屬性但並沒有固定的度量可以衡量叫做宙。」此種宇宙定義與時空無關，與現代宇宙觀有相似之處。但長期未被人們接受。

關於宇宙的概念

結構觀念

眾多的觀點

遠古時代，人們對宇宙結構的認識處於十分幼稚的狀態，他們通常按照自己的生活環境對宇宙的構造做出推測。在中國西周時期，生活在華夏大地上的人們提出的早期蓋天說認為，天穹像一口鍋，倒扣在平坦的大地上;後來又發展為後期蓋天說，認為大地的形狀也是拱形的。公元前7世紀，巴比倫人認為，天和地都是拱形的，大地被海洋所環繞，而其中央則是高山。古埃及人把宇宙想像成以天為盒蓋、大地為盒底的大盒子，大地的中央則是尼羅河。古印度人想像圓盤形的大地負在幾只大象上，而象則站在巨大的龜背上，公元前7世紀末，古希臘的泰勒斯認為，大地是浮在水面上的巨大圓盤，上面籠罩著拱形的天穹。 也有一些人認為，地球只是一隻龜上的一片甲板，而龜則是站在一個托著一個又一個的龜塔...

地球原來是球形

最早認識到大地是球形的是古希臘人。公元前6世紀，畢達哥拉斯從美學觀念出發，認為一切立體圖形中最美的是球形，主張天體和我們所居住的大地都是球形的。這一觀念為後來許多古希臘學者所繼承，但直到1519～1522年，葡萄牙的F.麥哲倫率領探險隊完成了第一次環球航行後 ，地球是球形的觀念才最終被證實。

地心說、日心說和萬有引力定律

公元2世紀，C.托勒密提出了一個完整的地心說。這一學說認為地球在宇宙的中央安然不動，月亮、太陽和諸行星以及最外層的恆星天都在以不同速度繞著地球旋轉。為了說明行星運動的不均勻性，他還認為行星在本輪上繞其中心轉動，而本輪中心則沿均輪繞地球轉動。地心說曾在歐洲流傳了1000多年。1543年，N.哥白尼提出科學的日心說，認為太陽位於宇宙中心，而地球則是一顆沿圓軌道繞太陽公轉地普通行星。到16世紀哥白尼建立日心說後才普遍認識到：地球是繞太陽公轉的行星之一，而包括地球在內的八大行星則構成了一個圍繞太陽旋轉的行星系── 太陽系的主要成員。1609年，J.開普勒揭示了地球和諸行星都在橢圓軌道上繞太陽公轉，發展了哥白尼的日心說，同年，伽利略·伽利雷則率先用望遠鏡觀測天空，用大量觀測事實證實了日心說的正確性。1687年，I.牛頓提出了萬有引力定律，深刻揭示了行星繞太陽運動的力學原因，使日心說有了牢固的力學基礎。在這以後，人們逐漸建立起了科學的太陽系概念。[2]

宇宙里不光只有銀河系

在哥白尼的宇宙圖像中，恆星只是位於最外層恆星天上的光點。1584年，喬爾丹諾·布魯諾大膽取消了這層恆星天，認為恆星都是遙遠的太陽。18世紀上半葉，由於E.哈雷對恆星自行的發展和J.布拉得雷對恆星遙遠距離的科學估計，布魯諾的推測得到了越來越多人的贊同。18世紀中葉，T.賴特、I.康德和J.H.朗伯推測說，布滿全天的恆星和銀河構成了一個巨大的天體系統。弗里德里希·威廉·赫歇爾首創用取樣統計的 方法 ，用望遠鏡數出了天空中大量選定區域的星數以及亮星與暗星的比例，1785年首先獲得了一幅扁而平、輪廓參差、太陽居中的銀河系結構圖，從而奠定了銀河系概念的基礎。在此後一個半世紀中，H.沙普利發現了太陽不在銀河系中心、J.H.奧爾特發現了銀河系的自轉和旋臂，以及許多人對銀河系直徑、厚度的測定，科學的銀河系概念才最終確立。

太陽

18世紀中葉，康德等人還提出，在整個宇宙中，存在著無數像我們的天體系統(指銀河系)那樣的天體系統。而當時看去呈雲霧狀的「星雲」很可能正是這樣的天體系統。此後經歷了長達170年的曲折的探索歷程，直到1924年，才由E.P.哈勃用造父視差法測仙女座大星雲等的距離確認了河外星系的存在。

河外星系離我們越來越遠

近半個世紀，人們通過對河外星系的研究，不僅已發現了星系團、超星系團等更高層次的天體系統，而且已使我們的視野擴展到遠達大約140億光年的宇宙深處。

演化觀念

在中國，早在西漢時期，《淮南子·俶真訓》指出：「有始者，有未始有有始者，有未始有夫未始有有始者」，認為世界有它的開辟之時，有它的開辟以前的時期，也有它的開辟以前的以前的時期。《淮南子·天文訓》中還具體勾畫了世界從無形的物質狀態到渾沌狀態再到天地萬物生成演變的過程。在古希臘，也存在著類似的見解。例如留基伯就提出，由於原子在空虛的空間中作旋渦運動，結果輕的物質逃逸到外部的虛空，而其餘的物質則構成了球形的天體，從而形成了我們的世界。

太陽系概念確立以後，人們開始從科學的角度來探討太陽系的起源。1644年，R.笛卡爾提出了太陽系起源的旋渦說;1745年，G.L.L.布豐提出了一個因大彗星與太陽掠碰導致形成行星系統的太陽系起源說;1755年和1796年，康德和拉普拉斯則各自提出了太陽系起源的星雲說。現代探討太陽系起源z的新星雲說正是在康德-拉普拉斯星雲說的基礎上發展起來。

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宇宙的起源創生

宇宙的不斷膨脹

一般認為，宇宙產生於140億年前一次大爆炸中。大爆炸後30億年，最初的物質漣漪出現。大爆炸後20億～30億年，類星體逐漸形成。大爆炸後90億年，太陽誕生。38億年前地球上的生命開始逐漸演化。[3]

大爆炸散發的物質在太空中漂游，由許多恆星組成的巨大的星系就是由這些物質構成的，我們的太陽就是這無數恆星中的一顆。原本人們想像宇宙會因引力而不再膨脹，但是，科學家已發現宇宙中有一種 「暗能量」會產生一種斥力而加速宇宙的膨脹。

大爆炸後的膨脹過程是一種引力和斥力之爭，爆炸產生的動力是一種斥力，它使宇宙中的天體不斷遠離;天體間又存在萬有引力，它會阻止天體遠離，甚至力圖使其互相靠近。引力的大小與天體的質量有關，因而大爆炸後宇宙的最終歸宿是不斷膨脹，還是最終會停止膨脹並反過來收縮變小，這完全取決於宇宙中物質密度的大小。

理論上存在某種臨界密度。如果宇宙中物質的平均密度小於臨界密度，宇宙就會一直膨脹下去，稱為「開宇宙」;要是物質的平均密度大於臨界密度，膨脹過程遲早會停下來，並隨之出現收縮，稱為「閉宇宙」。

問題似乎變得很簡單，但實則不然。理論計算得出的臨界密度為5×8^-30克/厘米3。但要測定宇宙中物質平均密度就不那麼容易了。星系間存在廣袤的星系間空間，平均密度就只有2×10^-31克/厘米3，遠遠低於上述臨界密度。

然而，種.種證據表明，宇宙中還存在著尚未觀測到的所謂的暗物質，其數量可能遠超過可見物質，這給平均密度的測定帶來了很大的不確定因素。因此，宇宙的平均密度是否真的小於臨界密度仍是一個有爭議的問題。不過，就目前來看，開宇宙的可能性大一些，因為宇宙中還有更多的暗能量。[4]

空間，而這些氣體又可用來形成下一代恆星。這一過程中氣體可能越來越少(並未確定這種過程會減少這種氣體。)。以致於不能再產生新的恆星。10^14年後，所有恆星都會失去光輝，宇宙也就變暗。同時，恆星還會因相互作用不斷從星系逸出，星系則因損失能量而收縮，結果使中心部分生成黑洞，並通過吞食經過其附近的恆星而長大。(根據質能守恆定律，形成恆星的氣體並不會減少而是轉換成其他形態。所以新的恆星可能會一直產生.)

10^17～10^18年後，對於一個星系來說只剩下黑洞和一些零星分布的死亡了的恆星，這時，組成恆星的質子不再穩定。10^32年後，質子開始衰變為光子和各種輕子。10^71年後，這個衰變過程進行完畢，宇宙中只剩下光子、輕子和一些巨大的黑洞。

10^108年後，通過蒸發作用，有能量的粒子會從巨大的黑洞中逃逸出。宇宙將歸於一片黑暗。這也許就是開宇宙「末日」到來時的景象，但它仍然在不斷地、緩慢地膨脹著。(但質子是否會衰變還未得到結論，因此根據質能守恆定律。宇宙中的質能會不停的轉換。)

閉宇宙的結局又會怎樣呢?閉宇宙中，膨脹過程結束時間的早晚取決於宇宙平均密度的大小。如果假設平均密度是臨界密度的2倍，那麼根據一種簡單的理論模型，經過400～500億年後，引力開始占上風，膨脹即告停止，而接下來宇宙便開始收縮。

以後的情況差不多就像一部宇宙影片放映結束後再倒放一樣，大爆炸後宇宙中所發生的一切重大變化將會反演。收縮幾百億年後，原來星系遠離地球的退行運動將代之以向地球接近的運動。再過幾十億年，宇宙背景輻射會上升到400開，並繼續上升，於是，宇宙變得非常熾熱而又稠密。 在坍縮過程中，星系會彼此並合，恆星間碰撞頻繁。

這些結局只考慮到引力作用。實際上可能有更多其他的復雜因素。

2002年，據中國網[4]報導，美國普林斯頓大學的保羅·斯坦哈特教授與英國劍橋大學的尼爾·圖羅克教授,發表了關於「宇宙無始無終」的新論斷。他們認為，宇宙既沒有「誕生」之日，也沒有終結之時，而就是在一次又一次的大爆炸中進行運動，循環往復，以至無窮的。 至於「宇宙無始無終」的新論是否正確，報導中認為，過幾年國際天文學界可望對此做出驗證。但直到2013年，循環宇宙的觀點仍存在爭議。

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宇宙的創生

1.有些宇宙學家認為，暴漲模型最徹底的改革也許是觀測宇宙中所有的物質和能量從無中產生的觀點，這種觀點之所以在以前不能為人們接受，是因為存在著許多守恆定律，特別是重子數守恆和能量守恆。但隨著大統一理論的發展，重子數有可能是不守恆的，而宇宙中的引力能可粗略地說是負的，並精確地抵消非引力能，總能量為零。因此就不存在已知的守恆律阻止觀測宇宙從無中演化出來的問題。這種「無中生有」的觀點在哲學上包括兩個方面：①本體論方面。如果認為「無」是絕對的虛無，則是錯誤的。這不僅違反了人類已知的科學實踐，而且也違反了暴漲模型本身。按照該模型，我們所研究的觀測宇宙僅僅是整個暴漲區域的很小的一部分，在觀測宇宙之外並不是絕對的「無」。這種真空能恰恰是一種特殊的物質和能量形式，並不是創生於絕對的「無」。如果進一步說這種真空能起源於「無」，因而整個觀測宇宙歸根到底起源於「無」，那麼這個「無」也只能是一種未知的物質和能量形式。②認識論和方法論方面。暴漲模型所涉及的宇宙概念是自然科學的宇宙概念。這個宇宙不論多麼巨大，作為一個有限的物質體系 ，也有其產生、發展和滅亡的歷史。暴漲模型把傳統的大爆炸宇宙學與大統一理論結合起來，認為觀測宇宙中的物質與能量形式不是永恆的，應研究它們的起源。它把「無」作為一種未知的物質和能量形式，把「無」和「有」作為一對邏輯范疇，探討我們的宇宙如何從「無」——未知的物質和能量形式，轉化為「有」——已知的物質和能量形式，這在認識論和方法論上有一定意義。

2. 宇宙是如何起源的?空間和時間的本質是什麼?這是從2000多年前的古代哲學家到現代天文學家一直都在苦苦思索的問題。經過了哥白尼、赫歇爾、哈勃的從太陽系、銀河系、河外星系的探索宇宙三部曲，宇宙學已經不再是幽深玄奧的抽象哲學思辯，而是建立在天文觀測和物理實驗基礎上的一門現代科學。

「大爆炸宇宙論」是1927年由比利時數學家勒梅特提出的，他認為最初宇宙的物質集中在一個超原子的「宇宙蛋」里，在一次無與倫比的大爆炸中分裂成無數碎片，形成了今天的宇宙。1948年，俄裔美籍物理學家伽莫夫等人，又詳細勾畫出宇宙由一個緻密熾熱的奇點於150億年前一次大爆炸後，經一系列元素演化到最後形成星球、星系的整個膨脹演化過程的圖像。但是該理論存在許多使人迷惑之處。

宏觀宇宙是相對無限延伸的。「大爆炸宇宙論」關於宇宙當初僅僅是一個點，而它周圍卻是一片空白，即將人類至今還不能確定范圍也無法計算質量的宇宙壓縮在一個極小空間內的假設只是一種臆測。況且從能量與質量的正比關系考慮，一個小點無緣無故地突然爆炸成浩瀚宇宙的能量從何而來呢?

人類把地球繞太陽轉一圈確定為衡量時間的標准——年。但宇宙中所有天體的運動速度都是不同的，在宇宙范圍，時間沒有衡量標准。譬如地球上東西南北的方向概念在宇宙范圍就沒有任何意義。既然年的概念對宇宙而言並不存在，大爆炸宇宙論又如何用年的概念去推算宇宙的確切年齡呢?

1929年，美國天文學家哈勃提出了星系的紅移量與星系間的距離成正比的哈勃定律，並推導出星系都在互相遠離的宇宙膨脹說。哈勃定律只是說明了距離地球越遠的星系運動速度越快--星系紅移量與星系距離呈正比關系。但他沒能發現很重要的另一點--星系紅移量與星系質量也呈正比關系。

宇宙中星系間距離非常非常遙遠，光線傳播因空間物質的吸收、阻擋會逐漸減弱，那些運動速度越快的星系就是質量越大的星系。質量大，能量輻射就強，因此我們觀察到的紅移量極大的星系，當然是質量極大的星系。這就是被稱作「類星體」的遙遠星系因質量巨大而紅移量巨大的原因。而銀河系內的恆星由於距地球近，大小恆星都能看到，所以恆星的紅移紫移數量大致相等。

導致星系紅移多紫移少的另一原因是：宇宙中的物質結構都是在一定范圍內圍繞一個中心按圓形軌跡運動的，不是像大爆炸宇宙論描述的從一個中心向四周作放射狀的直線運動。因此，從地球看到的紫移星系范圍很窄，數量極少，只能是與銀河系同一方向運動的，前方比銀河系小的星系;後方比銀河系大的星系。只有將來研製出更高分辨程度的天文觀測儀器才能看到更多的紫移星系。

宇宙中的物質分布出現不平衡時，局部物質結構會不斷發生膨脹和收縮變化，但宇宙整體結構相對平衡的狀態不會改變。僅憑從地球角度觀測到的部分(不是全部)可見星系與地球之間距離的遠近變化，不能說明宇宙整體是在膨脹或收縮。就像地球上的海洋受引力作用不斷此漲彼消的潮汐現象並不說明海水總量是在增加或減少一樣。

1994年，美國卡內基研究所的弗里德曼等人，用估計宇宙膨脹速率的辦法計算宇宙年齡時，得出一個80～120億年的年齡計算值。然而根據對恆星光譜的分析，宇宙中最古老的恆星年齡為140～160億年。恆星的年齡倒比宇宙的年齡大。

1964年，美國工程師彭齊亞斯和威爾遜探測到的微波背景輻射，是因為布滿宇宙空間的各種物質相互之間能量傳遞產生的效果。宇宙中的物質輻射是時刻存在的，3K或5K的溫度值也只是人類根據自己判斷設計的一種衡量標准。

至於大爆炸宇宙論中的氦豐度問題，氦元素原本就是宇宙中存在的僅次於氫元素的數量極豐富的原子結構，它在空間的百分比含量和 其它 元素的百分比含量同樣都屬於物質結構分布規律中很平常的物理現象。在宇宙范圍中，不僅氦元素的豐度相似，其餘的氫、氧……元素的豐度也都是相似的。而且，各種元素是隨不同的溫度、環境而不斷互相變換的，並不是始終保持一副面孔，所以微波背景輻射和氦豐度與宇宙的起源之間看不出有任何必然的聯系。

大爆炸宇宙論面臨的難題還有，如果宇宙無限膨脹下去，最後的結局如何呢?德國物理學家克勞修斯指出，能量從非均勻分布到均勻分布的那種變化過程，適用於宇宙間的一切能量形式和一切事件，在任何給定物體中有一個基於其總能量與溫度之比的物理量，他把這個物理量取名為「熵」，孤立系統中的「熵」永遠趨於增大。但在宇宙中總會有高「熵」和低「熵」的區域，不可能出現絕對均勻的狀態。所以，那種認為由於「熵」水平的不斷升高而達到最大值時，宇宙就會進入一片死寂的永恆狀態，最終「熱寂」而亡的結局。

根據天文觀測資料和物理理論描述宇宙的具體形態，星系的形態特徵對研究宇宙結構至關重要，從星系的運動規律可以推斷整個宇宙的結構形態。而星系共有的圓形旋渦結構就是整個宇宙的縮影，那些橢圓、棒旋等不同的星系形態只是因為星系年齡和觀測角度不同而產生的視覺效果。

奇妙的螺旋形是自然界中最普遍、最基本的物質運動形式。這種螺旋現象對於認識宇宙形態有著重要的啟迪作用，大至旋渦星系，小至DNA分子，都是在這種螺旋線中產生。大自然並不認可筆直的形式，自然界所有物質的基本結構都是曲線運動方式的圓環形狀。從原子、分子到星球、星系直到星系團、超星系團無一例外，毋庸置疑，浩瀚的宇宙就是一個大旋渦。因此，確立一個「螺旋運動形態宇宙模型」，比那種作為所有物質總和的「宇宙」卻脫離曲線運動模式而獨辟蹊徑，以直線運動方式從一個中心向四面八方無限伸展的「大爆炸宇宙模型」，更能體現真實的宇宙結構形態。

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宇宙中十大可怕天體

一、吸血鬼恆星

我們的銀河系存在一系列所謂的“藍離散星”，通過吸收其他恆星的物質，保持年輕的外貌。藍離散星通常在密集的星團中形成，所含的恆星據信形成時間大致相同，其中大部分是銀河系內最古老的恆星。但藍色也說明內部存在年輕恆星。科學家認為這些吸血鬼“偷盜”附近恆星的氣體，讓年老的恆星增加質量，進而讓壽命延長數億年。

二、索隆魔眼

索隆魔眼”這個名字來源於魔幻大片《指環王》，實際上是指南魚嘴，它是南魚座中最亮的一顆星，距地球大約25光年。其熾熱的“虹膜”實際上是一個形成行星的物質構成的環，環繞這顆恆星。環內的一個小亮點是類似木星的行星南魚嘴b。這幅照片是第一幅展現環繞另一顆恆星的行星可見光照片。

三、獵戶座的蝙蝠NGC 1788星雲

2010年3月，歐洲南方天文台的天文學家在觀測獵戶座一個漆黑的角落時拍攝了一幅“宇宙蝙蝠”照片，也就是NGC 1788星雲。與利用自身加熱氣體發光的星雲不同，這個星雲利用冷氣體和塵埃反射和散射內部年輕恆星的光線發光。這幅照片由智利歐洲南方天文台的拉希拉望遠鏡拍攝，結合3種可見光波長揭示“蝙蝠”的明亮面部以及兩側的黯淡“翅膀”。

四、小幽靈星雲NGC 6369

小幽靈星雲NGC 6369是很多業余天文學家的最愛。從地球上觀察，它是一個黯淡氣體雲，環繞一顆恆星屍體，座落於蛇夫星座。在這幅“哈勃”2004年拍攝的照片中，小幽靈星雲展示了其更多細節，揭示了已死恆星放射出的氣體的演化。恆星產生的紫外輻射剝離氣體中的原子，讓附近區域離子化，形成明亮的藍綠環。外緣的紅色區域離子化程度相對較低。

五、黑寡婦星雲

銀河系中潛伏著一巨大的"黑寡婦"(蜘蛛名)，它不斷地產出年輕星雲，同時通過密集的放射線將身邊的物體一一擊破。 黑寡婦星雲位於圓規座，由分子氣體構成，外形好似一隻可怕的蜘蛛。恆星產生的輻射將周圍氣體吹進兩個方向相反的“氣泡”，形成球莖狀的“身體”和“蜘蛛腿”。 這個巨大的黑寡婦星雲是由塵埃、氣體和星球組成的一團雲，為於銀河系平面上方，距離地球10000萬光年。 這團星雲是無法通過肉眼觀察到的，它藏在銀河系中心噴射出的塵埃網中。

六、土衛一米馬斯

土衛一米馬斯是土星眾多衛星中的一個，表面坑坑窪窪。照片展示的大隕坑名為“赫歇爾”，直徑大約在80英里(約合130公里)左右，相當於土衛一直徑的三分之一。天文學家認為形成“赫歇爾”的撞擊幾乎撕裂了這顆直徑250英里(約合400公里)的衛星。

七、僵屍恆星

當一顆類日恆星死亡時，它會吞噬外層氣體，最後留下的屍體被稱之為“白矮星”。有時候，恆星屍體也會因為吸收附近恆星的物質起死回生。這種僵屍恆星被天文學家稱之為“Ia型超新星”。在消耗附近恆星的大量物質並達到質量極限時，白矮星會發生爆炸，形成超新星。照片展示的天體被稱之為“第谷超新星殘余”，是Ia型超新星最著名的例子之一。

八、獵月

10月11日，一輪猩紅的月亮懸在瑞典上空。這種月亮被稱之為“獵月”，是獲月(通常在秋分前後出現)後出現的第一個滿月。在北半球的這個時候，月亮升起的時間比往常早。秋季滿月提供了充足的光亮，幫助獵人在日落後追捕獵物，因此被稱之為“獵月”。

九、NGC 3393星系

在NGC 3393星系內，兩個黑洞相互對抗並吞噬對方。8月，美國宇航局錢德拉X射線望遠鏡項目的科學家公布了這幅合成圖片，展現螺旋星系NGC 3393。在這個星系中部，兩個相隔僅490光年的超大質量黑洞上演同類相殘的“宇宙慘劇”。天文學家認為NGC 3393一定吞噬了另一個質量較小的星系，後者的中部同樣存在一個黑洞。這兩個黑洞將一直對抗下去，直至一方消滅另一方。

十、地獄系外行星CoRoT-7b

系外行星CoRoT-7b堪稱一個地獄，熾熱的石雨從天而降，一側存在廣闊的熔岩海，另一側永遠被恆星發出的光線烘烤。2009年，科學家第一次對CoRoT-7b進行描述，它是科學家發現的第一顆系外多岩行星。CoRoT-7b距離母星150萬英里(約合250萬公里)，是水星與太陽間距離的1/23。這顆行星同樣受潮汐能影響，一側始終朝向所繞恆星，另一側則永遠處於黑夜之中。根據天文學家的計算，朝著恆星的一側溫度達到4220華氏度(約合2327攝氏度)。

看完上述我為大家盤點的宇宙中十大可怕天體，你們絕得哪一種宇宙天體最為可怕呢~~確實，在宇宙中存在著很多我們想像不到的現象和物質，關於探索宇宙還需要花費更多的時間~~

⑼ 宇宙是十維空間是怎樣算出來的

說宇宙本質是11維空間的說法來自於90年代重新興起的弦理論，又稱超弦理論。
弦理論出現在1968年，但卻是由一個極為偶然的線索開始的：它本來根本和引力、宇宙毫無關系。那一年，CERN的義大利物理學家維尼基亞諾(Gabriel Veneziano)隨手翻閱一本數學書，在上面找到了一個叫做「歐拉β函數」的東西。維尼基亞諾順手把它運用到所謂「雷吉軌跡」(Regge trajectory)的問題上面，作了一些計算，結果驚訝地發現，這個歐拉早於1771年就出於純數學原因而研究過的函數，它竟然能夠很好地描述核子中許多強相對作用力的效應！
維尼基亞諾沒有預見到後來發生的變故，他也並不知道他打開的是怎樣一扇大門，事實上，他很有可能無意中做了一件使我們超越了時代的事情。威頓(Edward Witten)後來常常說，超弦本來是屬於21世紀的科學，我們得以在20世紀就發明並研究它，其實是歷史上非常幸運的偶然。
維尼基亞諾模型不久後被3個人幾乎同時注意到，他們是芝加哥大學的南部陽一郎，耶希華大學(Yeshiva Univ)的薩斯金(Leonard Susskind)和玻爾研究所的尼爾森(Holger Nielsen)。三人分別證明了，這個模型在描述粒子的時候，它等效於描述一根一維的「弦」！這可是非常稀奇的結果，在量子場論中，任何基本粒子向來被看成一個沒有長度也沒有寬度的小點，怎麼會變成了一根弦呢？
雖然這個結果出人意料，但加州理工的施瓦茨(John Schwarz)仍然與當時正在那裡訪問的法國物理學家謝爾克(Joel Scherk)合作，研究了這個理論的一些性質。他們把這種弦當作束縛誇克的紐帶，也就是說，誇克是綁在弦的兩端的，這使得它們永遠也不能單獨從核中被分割出來。這聽上去不錯，但是他們計算到最後發現了一些古怪的東西。比如說，理論要求一個自旋為2的零質量粒子，但這個粒子卻在核子家譜中找不到位置(你可以想像一下，如果某位化學家找到了一種無法安插進周期表裡的元素，他將會如何抓狂？)。還有，理論還預言了一種比光速還要快的粒子，也即所謂的「快子」(tachyon)。大家可能會首先想到這違反相對論，但嚴格地說，在相對論中快子可以存在，只要它的速度永遠不降到光速以下！真正的麻煩在於，如果這種快子被引入量子場論，那麼真空就不再是場的最低能量態了，也就是說，連真空也會變得不穩定，它必將衰變成別的東西！這顯然是胡說八道。
更令人無法理解的是，如果弦論想要自圓其說，它就必須要求我們的時空是26維的！平常的時空我們都容易理解：它有3維空間，外加1維時間，那多出來的22維又是干什麼的？這種引入多維空間的理論以前也曾經出現過，玻爾在哥本哈根的助手克萊恩(Oskar Klein)，也許會想起他曾經把「第五維」的思想引入薛定諤方程。克萊恩從量子的角度出發，而在他之前，愛因斯坦的忠實追隨者，德國數學家卡魯扎(Theodor Kaluza)從相對論的角度也作出了同樣的嘗試。後來人們把這種理論統稱為卡魯扎-克萊恩理論(Kaluza-Klein Theory，或KK理論)。但這些理論最終都胎死腹中。的確很難想像，如何才能讓大眾相信，我們其實生活在一個超過4維的空間中呢？
最後，量子色動力學(QCD)的興起使得弦論失去了最後一點吸引力。正如我們在前面所述，QCD成功地攻佔了強相互作用力，並佔山為王，得到了大多數物理學家的認同。在這樣的內外交困中，最初的弦論很快就眾叛親離，被冷落到了角落中去。
在弦論最慘淡的日子裡，只有施瓦茨和謝爾克兩個人堅持不懈地沿著這條道路前進。1971年，施瓦茨和雷蒙(Pierre Ramond)等人合作，把原來需要26維的弦論簡化為只需要10維。這裡面初步引入了所謂「超對稱」的思想，每個玻色子都對應於一個相應的費米子(玻色子是自旋為整數的粒子，如光子。而費米子的自旋則為半整數，如電子。粗略地說，費米子是構成「物質」的粒子，而玻色子則是承載「作用力」的粒子)。與超對稱的聯盟使得弦論獲得了前所未有的力量，使它可以同時處理費米子，更重要的是，這使得理論中的一些難題(如快子)消失了，它在引力方面的光明前景也逐漸顯現出來。可惜的是，在弦論剛看到一線曙光的時候，謝爾克出師未捷身先死，他患有嚴重的糖尿病，於1980年不幸去世。施瓦茨不得不轉向倫敦瑪麗皇後學院的邁克爾�6�1格林(Michael Green)，兩人最終完成了超對稱和弦論的結合。他們驚訝地發現，這個理論一下子猶如脫胎換骨，完成了一次強大的升級。現在，老的「弦論」已經死去了，新生的是威力無比的「超弦」理論，這個「超」的新頭銜，是「超對稱」冊封給它的無上榮耀。
當把他們的模型用於引力的時候，施瓦茨和格林狂喜得能聽見自己的心跳聲。老的弦論所預言的那個自旋2質量0的粒子雖然在強子中找不到位置，但它卻符合相對論！事實上，它就是傳說中的「引力子」！在與超對稱同盟後，新生的超弦活生生地吞並了另一支很有前途的軍隊，即所謂的「超引力理論」。現在，謝天謝地，在計算引力的時候，無窮大不再出現了！計算結果有限而且有意義！引力的國防軍整天警惕地防衛粒子的進攻，但當我們不再把粒子當作一個點，而是看成一條弦的時候，我們就得以瞞天過海，暗渡陳倉，繞過那條苦心布置的無窮大防線，從而第一次深入到引力王國的縱深地帶。超弦的本意是處理強作用力，但現在它的注意力完全轉向了引力：天哪，要是能征服引力，別的還在話下嗎？
關於引力的計算完成於1982年前後，到了1984年，施瓦茨和格林打了一場關鍵的勝仗，使得超弦驚動整個物理界：他們解決了所謂的「反常」問題。本來在超弦中有無窮多種的對稱性可供選擇，但施瓦茨和格林經過仔細檢查後發現，只有在極其有限的對稱形態中，理論才得以消除這些反常而得以自洽。這樣就使得我們能夠認真地考察那幾種特定的超弦理論，而不必同時對付無窮多的可能性。更妙的是，篩選下來的那些群正好可以包容現有的規范場理論，還有粒子的標准模型！偉大的勝利！
「第一次超弦革命」由此爆發了，前不久還對超弦不屑一顧，極其冷落的物理界忽然像著了魔似的，傾注出罕見的熱情和關注。成百上千的人們爭先恐後，前仆後繼地投身於這一領域，以致於後來格勞斯(David Gross)說：「在我的經歷中，還從未見過對一個理論有過如此的狂熱。」短短3年內，超弦完成了一次極為漂亮的帝國反擊戰，將當年遭受的壓抑之憤一吐為快。在這期間，像愛德華�6�1威頓，還有以格勞斯為首的「普林斯頓超弦四重奏」小組都作出了極其重要的貢獻，不過我們沒法詳細描述了。網上關於超弦的資料繁多，如果有興趣的讀者可以參考這個詳細的資料索引：
arxiv.org/abs/hep-th/0311044
第一次革命過後，我們得到了這樣一個圖像：任何粒子其實都不是傳統意義上的點，而是開放或者閉合(頭尾相接而成環)的弦。當它們以不同的方式振動時，就分別對應於自然界中的不同粒子(電子、光子……包括引力子！)。我們仍然生活在一個10維的空間里，但是有6個維度是緊緊蜷縮起來的，所以我們平時覺察不到它。想像一根水管，如果你從很遠的地方看它，它細得就像一條線，只有1維的結構。但當真把它放大來看，你會發現它是有橫截面的！這第2個維度被捲曲了起來，以致於粗看之下分辨不出。在超弦的圖像里，我們的世界也是如此，有6個維度出於某種原因收縮得非常緊，以致粗看上去宇宙僅僅是4維的(3維空間加1維時間)。但如果把時空放大到所謂「普朗克空間」的尺度上(大約10^-33厘米)，這時候我們會發現，原本當作是時空中一個「點」的東西，其實竟然是一個6維的「小球」！這6個捲曲的維度不停地擾動，從而造成了全部的量子不確定性！
這次革命使得超弦聲名大振，隱然成為眾望所歸的萬能理論候選人。當然，也有少數物理學家仍然對此抱有懷疑態度，比如格拉肖，費因曼。霍金對此也不怎麼熱情。大家或許還記得我們在前面描述過，在阿斯派克特實驗後，BBC的布朗和紐卡斯爾大學的戴維斯對幾位量子論的專家做了專門訪談。現在，當超弦熱在物理界方興未艾之際，這兩位仁兄也沒有閑著，他們再次出馬，邀請了9位在弦論和量子場論方面最傑出的專家到BBC做了訪談節目。這些記錄後來同樣被集合在一起，於1988年以《超弦：萬能理論？》為名，由劍橋出版社出版。閱讀這些記錄可以發現，專家們雖然吵得不像量子論那樣厲害，但其中的分歧仍是明顯的。費因曼甚至以一種飽經滄桑的態度說，他年輕時注意到許多老人迂腐地抵制新思想(比如愛因斯坦抵制量子論)，但當他自己也成為一個老人時，他竟然也身不由己地做起同樣的事情，因為一些新思想確實古怪——比如弦論就是！
人們自然而然地問，為什麼有6個維度是蜷縮起來的？這6個維度有何不同之處？為什麼不是5個或者8個維度蜷縮？這種蜷縮的拓撲性質是怎樣的？有沒有辦法證明它？因為弦的尺度是如此之小(普朗克空間)，所以人們缺乏必要的技術手段用實驗去直接認識它，而且弦論的計算是如此繁難，不用說解方程，就連方程本身我們都無法確定，而只有採用近似法！更糟糕的是，當第一次革命過去後，人們雖然大浪淘沙，篩除掉了大量的可能的對稱，卻仍有5種超弦理論被保留了下來，每一種理論都採用10維時空，也都能自圓其說。這5種理論究竟哪一種才是正確的？人們一鼓作氣沖到這里，卻發現自己被困住了。弦論的熱潮很快消退，許多人又回到自己的本職領域中去，第一次革命塵埃落定。
一直要到90年代中期，超弦才再次從沉睡中蘇醒過來，完成一次絕地反攻。這次喚醒它的是愛德華�6�1威頓。在1995年南加州大學召開的超弦年會上，威頓讓所有的人都吃驚不小，他證明了，不同耦合常數的弦論在本質上其實是相同的！我們只能用微擾法處理弱耦合的理論，也就是說，耦合常數很小，在這樣的情況下5種弦論看起來相當不同。但是，假如我們逐漸放大耦合常數，它們應當是一個大理論的5個不同的變種！特別是，當耦合常數被放大時，出現了一個新的維度——第11維！這就像一張紙只有2維，但你把許多紙疊在一起，就出現了一個新的維度——高度！
換句話說，存在著一個更為基本的理論，現有的5種超弦理論都是它在不同情況的極限，它們是互相包容的！這就像那個著名的寓言——盲人摸象。有人摸到鼻子，有人摸到耳朵，有人摸到尾巴，雖然這些人的感覺非常不同，但他們摸到的卻是同一頭象——只不過每個人都摸到了一部分而已！格林(Brian Greene)在1999年的《優雅的宇宙》中舉了一個相當搞笑的例子，我們把它發揮一下：想像一個熱帶雨林中的土著喜歡水，卻從未見過冰，與此相反，一個愛斯基摩人喜歡冰，但因為他生活的地方太寒冷，從未見過液態的水的樣子(無疑現實中的愛斯基摩人見過水，但我們可以進一步想像他生活在土星的光環上，那就不錯了)，兩人某天在沙漠中見面，為各自的愛好吵得不可開交。但奇妙的事情發生了：在沙漠炎熱的白天，愛斯基摩人的冰融化成了水！而在寒冷的夜晚，水又重新凍結成了冰！兩人終於意識到，原來他們喜歡的其實是同一樣東西，只不過在不同的條件下形態不同罷了。
這樣一來，5種超弦就都被包容在一個統一的圖像中，物理學家們終於可以松一口氣。這個統一的理論被稱為「M理論」。就像沒人知道為啥007電影中的那個博士發明家叫做「Q」(扮演他的老演員於1999年車禍去世了，在此紀念一下)，也沒人知道這個「M」確切代表什麼意思，或許發明者的本意是指「母親」(Mother)，說明它是5種超弦的母理論，但也有人認為是「神秘」(Mystery)，或者「矩陣」(Matrix)，或者「膜」(Membrane)。有些中國人喜歡稱其為「摸論」，意指「盲人摸象」！
在M理論中，時空變成了11維，由此可以衍生出所有5種10維的超弦論來。事實上，由於多了一維，我們另有一個超引力的變種，因此一共是6個衍生品！這時候我們再考察時空的基本結構，會發現它並非只能是1維的弦，而同樣可能是0維的點，2維的膜，或者3維的泡泡，或者4維的……我想不出4維的名頭。實際上，這個基本結構可能是任意維數的——從0維一直到9維都有可能！M理論的古怪，比起超弦還要有過之而無不及。
不管超弦還是M理論，它們都剛剛起步，還有更長的路要走。雖然異常復雜，但是超弦/M理論仍然取得了一定的成功，甚至它得以解釋黑洞熵的問題——1996年，施特羅明格(Strominger)和瓦法(Vafa)的論文為此開辟了道路。在那之前不久的一次講演中，霍金還挖苦說：「弦理論迄今為止的表現相當悲慘：它甚至不能描述太陽結構，更不用說黑洞了。」不過他最終還是改變了看法而加入弦論的潮流中來。M理論是「第二次超弦革命」的一部分，如今這次革命的硝煙也已經散盡，超弦又進入一個蟄伏期。PBS後來在格林的書的基礎上做了有關超弦的電視節目，在公眾中引起了相當的熱潮。或許不久就會有第三次第四次超弦革命，從而最終完成物理學的統一，我們誰也無法預見。
值得注意的是，自弦論以來，我們開始注意到，似乎量子論的結構才是更為基本的。以往人們喜歡先用經典手段確定理論的大框架，然後在細節上做量子論的修正，這可以稱為「自大而小」的方法。但在弦論里，必須首先引進量子論，然後才導出大尺度上的時空結構！人們開始認識到，也許「自小而大」才是根本的解釋宇宙的方法。如今大多數弦論家都認為，量子論在其中扮演了關鍵的角色，量子結構不用被改正。而廣義相對論的路子卻很可能是錯誤的，雖然它的幾何結構極為美妙，但只能委屈它退到推論的地位——而不是基本的基礎假設！許多人相信，只有更進一步地依賴量子的力量，超弦才會有一個比較光明的未來。我們的量子雖然是那樣的古怪，但神賦予它無與倫比的力量，將整個宇宙都控制在它的光輝之下 採納我吧，萬分感激！