宇宙及时节宇宙的起源关于宇宙的起源，有过许多神话传说。基督教认为是上帝创造了世界，中国古代神话则认为是盘古开辟了天地。当然，这些神话和传说都不是科学，因而不足为训。科学家们对宇宙的起源做了种种研究和推测，提出了许多科学假说。直到今天，科学家们才取得统一认识：宇宙是由大约200亿年前发生的一次大爆炸形成的。在爆炸发生之前，宇宙内的所存物质和能量都聚集到了一起，并浓缩成很小的体积，那里温度极高，密度极大，之后发生了大爆炸。大爆炸使物质四散而出，宇宙空间不断膨胀，温度相应下降，后来相继出现在宇宙中的所有恒星、行星乃至生命，都是在这种不断膨胀—冷却的过程中逐渐形成的。1盘古说盘古是中国古代传说中开天辟地的神。传说在天地还没有开辟以前，宇宙就像是一个大鸡蛋一样混沌一团。一个叫做盘古的巨人在这个“大鸡蛋”中一直酣睡了约一万八千年后，醒来发现周围一团黑暗，他便举起巨大的斧子向黑暗劈去，一声巨响，“大鸡蛋”碎了，千万年的混沌被搅动了。其中又轻又清的东西慢慢上升并渐渐散开，变成蓝色的天空；而那些厚重混浊的东西慢慢地下降，变成了脚下的土地。盘古站在这天地之间非常高兴。但他很怕天地再合拢起来变成以前的样子，于是就用手撑着青天，双脚踏着大地，让自己的身体每天长高一丈，天地间的距离也随着他的身体每天增高一丈。这样一直过了十万八千年，天越来越高，地越来越厚，盘古的身体长得有九万里那么长了。盘古凭借着自己的神力终于把天地开辟出来了，可是他也累死了。盘古死后，他嘴里呼出的气变成了四季飘动的云，声音变成了天空的雷霆，左眼变成了太阳，右眼变成了月亮，头发和胡须变成了夜空的星星；身体变成了东、西、南、北四极和雄伟的三山五岳，血液变成了江河，筋脉变成了道路，肌肉变成了农田，牙齿、骨骼和骨髓变成了地下矿藏，皮肤和汗毛变成了大地上的草木，汗水变成了雨露。传说，盘古的精灵魂魄在他死后变成了人类，所以都说人类是世上的万物之灵。2盖天说盖天说是我国古代最早的宇宙结构学说。这一学说认为：天是圆形的，像一把张开的大伞覆盖在地上；地是方形的，像一个棋盘；日月星辰则像爬虫一样过往天空。因此这一学说又被称为天圆地方说。天圆地方说虽然符合当时人们粗浅的观察常识，但实际上却很难自圆其说。比如方形的地和圆形的天怎样连接起来，就是一个问题。后来，天圆地方说又修改为：天并不与地相接，而是像一把伞高悬在大地上空，中间有绳子缚住它的枢纽，四周还有八根柱子支撑着。但是，这八根柱子撑在什么地方呢？是像伞一样的天盖的伞柄插在哪里？那扯着伞的绳子又拴在哪里？这些都是天圆地方说无法回答的。到了战国末期，新的盖天说诞生了。新盖天说认为：天像覆盖着的斗笠，地像覆盖着的盘子，天和地并不相交，它们之间相距8万里，盘子的较高点便是北极。太阳围绕北极旋转，太阳落下后并不是落到地下面，而是到了我们看不见的地方，就像一个人举着火把跑远了，我们就看不到了一样。新盖天说不仅在认识上比天圆地方说前进了一大步，而且对古代天文学的发展产生了重要的影响。在新盖天说中，有一套很有趣的显示天高地远的数字和一张说明太阳运行规律的示意图——七衡六间图。后世中许多圭表都是高八尺，就是和新盖天说中的天地相距八万里有直接关系。盖天说是一种原始的宇宙认识论，它对许多宇宙现象不能做出正确的解释，同时本身又存在许多漏洞。到了唐代，天文学家僧人一行等人通过的测量，彻底否定了盖天说中“日影千里差一寸”的说法，盖天说从此便破灭了。3浑天说东汉时期，著名的天文学家张衡提出了“浑天说”思想。浑天说认为：天和地的关系就像鸡蛋中蛋白和蛋黄的关系一样，地被天包在当中。浑天说中天穹的形状，不像盖天说中的那样是半球形的，而是一个南北短、东西长的椭圆球。大地也是一个球，浮在水上回旋漂荡。后来又有人认为地球是浮于气上的。用浑天说来说明日月星辰的运行出没是相当简洁而自然的。浑天说认为：日月星辰都附着在天球上。白天，太阳升到我们面对的这边来，星星落到地球的背面去；到了夜晚，太阳落到地球背面去，星星升上来。如此周而复始，便有了星辰日月的出没。浑天说把地球当作宇宙的中心，这一点与盛行于欧洲古代的地心说不谋而合。不过，浑天说虽然认为日月星辰都附在一个坚固的天球上，但并不认为天球之外就一无所有了，而是说那里是未知的世界。这是浑天说比西方的地心说高明的地方。浑天说提出后，并未能立即取代盖天说，而是两家各执一端，争论不休。但是，在宇宙结构的认识上，浑天说显然要比盖天说进步得多，能更好地解释许多天象。另一方面，浑天说有两大法宝：一是当时的观天仪——浑天仪。借助于它，浑天说支持者可以用的观测事实来论证浑天说。在中国古代，依据这些观测事实而制定的历法具有相当的精度，这是盖天说所无法比拟的。另一大法宝就是浑象。利用它可以形象地演示天体的运行，使人们不得不折服于浑天说的思想。因此，浑天说逐渐取得了优势地位。到了唐代，天文学家僧人一行等人通过大地测量彻底否定了盖天说，此后，浑天说在中国古代天文领域称雄了上千年。落下闳是浑天说的创始人之一，经他改进的赤道式浑天仪，在中国用了2000年。他还在天文学史上首次推算出135个月的日、月食周期，即11年应发生23次日食。根据这个周期，人类可以对日、月食进行预报，并可校正阴历。4宣夜说宣夜说是我国历史上宇宙无限论思想的体现。它最早出现于战国时期，到了汉代已明确提出，并在《晋书 天文志》中有所记载。不论是中国古代的盖天说、浑天说，还是西方古代的地心说，乃至哥白尼的日心说，都把天看作一个坚硬的球体，星星都固定在这个球壳上。宣夜说则认为宇宙是无限的，所谓的“天”，并没有一个固体的“天穹”，只不过是无边无际的气体，日月星辰就在这气体中飘浮游动。日月星辰的运动规律是由它们各自的特性所决定的，绝没有坚硬的天球或是什么本轮、均轮来束缚它们。宣夜说打破了固体天球的观念，这在古代众多的宇宙学说中是非常难得的。因此，宣夜说也可以说是中国古代一种朴素的无限宇宙观念。然而，宣夜说认为日月星辰“或顺或逆，伏见无常，进退不同，由乎无所根系，故各异也”，所以对它们的运行规律也无从谈起。另外，宣夜说没有提出自己独立的对于天体坐标及其运动的量度方法。这是宣夜说在1000多年内不能得到广泛发展的重要原因。总之，宣夜说认为的宇宙在空间上是无边无际的，并且进一步提出宇宙在时间上也是无始无终、无限的思想，在人类天文学发展史上写下了光辉的一页。可惜宣夜说的思想，在中国古代没有受到重视，几至失传。5地心说古希腊天文学家、地理学家和光学家托勒密于公元2世纪提出了自己的宇宙结构学说，即地心说。其实，地心说是古希腊伟大的哲学家、科学家和教育家亚里士多德的首创，亚里士多德认为宇宙的运动是由上帝推动的。他认为：宇宙是一个有限的球体，分为天地两层，地球位于宇宙中心，所以日月围绕地球运行，物体总是落向地面；地球之外有9个等距天层，由里到外的排列次序是：月球天、水星天、金星天、太阳天、火星天、木星天、土星天、恒星天和原动力天，此外空无一物；但各个天层自己不会动，上帝推动了恒星天层，恒星天层才带动了所有的天层运动；人居住的地球，静静地屹立在宇宙的中心。托勒密继承了亚里士多德的地心说，并利用前人的积累和他自己长期观测得到的数据，写成了8卷本的《伟大论》。在书中，他把亚里士多德的9层天扩大为11层，把原动力天改为晶莹天，又往外添加了较高天和净火天。托勒密设想：各行星都绕着一个较小的圆周运动，而每个圆的圆心则在以地球为中心的圆周上运动。他把绕地球的那个圆叫“均轮”，每个小圆叫“本轮”。同时假设地球并不恰好在均轮的中心，而偏开一定的距离，均轮是一些偏心圆。日月行星除作上述轨道运行外，还与众恒星一起，每天绕地球转动一周。托勒密这个不反映宇宙实际结构的数学图景，却较为完满地解释了当时观测到的行星运动情况，并取得了航海上的实用价值，从而被人们广为信奉。在当时的历史条件下，托勒密提出的行星体系学说，是具有进步意义的。首先，它肯定了大地是一个悬空着的没有支柱的球体。其次，从恒星天体上区分出行星、日、月是离我们较近的一群天体，这是把太阳系从众星中识别出来的关键性一步。托勒密也说他的体系并不具有物理的真实性，而只是一个计算天体位置的数学方案。至于教会利用和维护地心说，那是托勒密死后一千多年的事情了。教会之所以维护地心说，只是想歪曲它以证明教义中描绘的天堂、人间、地狱的图像。所以，托勒密的宇宙学说本来同当时的宗教并没有什么必然的联系。6日心说既然地心说是以地球为宇宙中心的学说，那么日心说就是以太阳为宇宙中心的学说。1499年，哥白尼从意大利的博洛尼亚大学毕业后任天主教教士。他回到波兰跟叔父一起工作。其叔父瓦茨恩罗德是费琅堡天主教大教堂的主教。哥白尼当时住在教堂的顶楼，因此可以长期进行天文观测。当时，人们相信的是托勒密创立的宇宙模式。托勒密认为地球是宇宙的中心且静止不动，日、月、行星均围绕地球运动，而恒星远离地球，位于太空这个巨型球体之外。然而，经过科学家们的仔细观测，几百年之后，这一模式的漏洞变得越来越明显。因为这一模式称每颗行星都沿着一个小轨道作圆周运行，而小轨道又沿着该行星的大轨道绕地球作圆周运动。但科学家们发现行星运行规律与托勒密的宇宙模式并不吻合。随后，一些科学家修正了托勒密的宇宙轨道学说，并在原有的轨道(或称小天体轨道)上又增加了更多的天体运行轨道，行星就这样沿着一道又一道的轨道作圆周运动。哥白尼想用当时(16世纪)的先进技术来改进托勒密的测量结果，以期取消一些小轨道。在长达近20年的时间里，哥白尼不辞辛劳日夜测量行星的位置，但其测量获得的结果仍然与托勒密的天体运行模式没有多少差别。但是，哥白尼没有放弃，因为他想知道在另一个运行着的行星上观察这些行星的运行情况会是什么样的。基于这种设想，一年里哥白尼在不同的时间、不同的距离从地球上观察行星，并发现每一个行星的情况都不相同，这时他意识到地球不可能位于行星轨道的中心。经过20年的观测，哥白尼发现唯独太阳的周期变化不明显。这意味着地球和太阳的距离始终没有改变。因此他大胆预测：如果地球不是宇宙的中心，那么宇宙的中心就是太阳。他立刻想到如果把太阳放在宇宙的中心位置，那么地球就该绕着太阳运行。这样他就可以取消所有的小圆轨道模式，直接让所有的已知行星围绕太阳作圆周运动。由于害怕教会的惩罚，哥白尼在世时不敢公开他的发现。直到1543年，这一发现才公诸于天下。即便在那个时候，哥白尼的发现还是不断受到教会、大学等机构与天文学家的蔑视和嘲笑。终于，在60年后，约翰 开普勒和伽利略 伽利雷证明了哥白尼是正确的。7古印度的宇宙观古印度人的宇宙观带有浓重的神话色彩。在吠陀时代，古印度人们认为：天地的中央是一座名为须弥山的大山，它支撑着像大锅一样的天空，日月均绕须弥山转动，日绕行一周即为一昼夜；大地由四只大象驮着，所有的大象站在一只浮在水上的龟背上。由于古印度人不太重视实际的天文观测，因此他们的天文观测仪器一直比较简陋，对宇宙的认识也多属于猜测。公元前6世纪，古印度天文学著作《太阳悉檀多》把大地视为球形，把其北极称作墨路山的山顶，并称那里是神的住所，日月和五星的运行是一股宇宙风所驱使，另有一股更大的宇宙风使所有天体一起旋转。虽然古印度人对宇宙的有些看法比较落后，但他们当时的天文历法却比较成熟。古印度有许多天文历法著作，他们采用阴阳合历，并把它们用于农业生产上。例如：在吠陀时代，人们把一年定为360日，12个月，同时还规定了置闰的方法。古印度的天文历法有力地促进了农业生产的发展，但由于受到当时宗教的影响，因此长期以来发展比较缓慢，到后期便逐渐衰落了。8古埃及的宇宙观古埃及人有几种关于天地的“创世神话”，但不论哪一种都认为最初的原始世界是由混沌的水构成的。在古埃及，木乃伊的棺木上就绘画着埃及人对天地的看法：大地是身披植物的斜卧男神西布的身躯，天穹则是曲身拱腰、姿态优美的女神吕蒂。最初，西布和吕蒂是相互联合在一起，静止于原始水中的。在创世之日，一个新的大气之神舒从原始水中出现，把西布和吕蒂分开。他用双手把天盖之神吕蒂承托在上，而吕蒂就把双手伸开、叉开双腿支撑自己，成为天宇的四根柱子。西布的身体成为大地之后，立即被绿色的植物覆盖了，在这之后，动物和人诞生了。太阳神原来藏在原始水中莲蓬的花蕾里，天地分开之后，莲蓬的花蕾开放，太阳神腾空而起，升到天空，照耀天地，使宇宙温暖起来。埃及人的另一种创世神话，有点类似于古代中国的天圆地方说。它认为：天是一块平坦的或穹隆形的天花板，四方各有一个天柱(即山峰)支撑，星星是用铁链悬挂在天上的灯；地是一个方形盒子，南方的一端稍长，方盒的底略呈凹形，埃及就处在这凹形的中心；在方盒的边沿上面，围绕着一条大河，尼罗河只是这条大河的一条支流；河上有一条大船载着太阳往返于东方和西方，使大地形成黑夜和白昼。第三种观念认为：大地是方形的田野，它漂浮在水面上，四周为海水所包围；在大地之上是像帽子形状的天穹，神仙的车辇行驶在天穹上面；天穹上积存有水，下落到地面就是雨或雪。第四种观念认为：大地犹如天井，周围尽是高耸的山峰；中间低洼平坦的地方是人类居住的地方；日月星辰悬挂在天井的上方照耀大地，大地四周被水包围。古代埃及人之所以产生这类观念，是与他们生活于尼罗河凹地的地形相关联的。古埃及人的生活全部集中在这条狭窄的，总共只有三四千米宽的尼罗河冲积地带之内，天长日久，就产生了以上种种观念，以后又增添了许多神话迷信色彩，从而流传至今。9相对论宇宙说相对论宇宙说是在爱因斯坦的引力理论和相对论力学的基础上建立起来的宇宙理论。它的一些基本结论都是根据所谓宇宙学原理(即宇宙物质在大尺度上具有均匀各向同性)的假定而推得的。根据宇宙学原理的假定，广义相对论认为可以用时间空间的弯曲来等效物体所受的引力作用。在物体所受的引力不强、时间空间弯曲的程度很小的情况下，广义相对论的预言同牛顿万有引力定律和牛顿运动定律的预言趋于一致；而当引力较强、时间空间弯曲较大的情况下，两者就会出现区别。因此在太阳系中，只有在非常靠近太阳的区域才可以观测到广义相对论所预言的“水星近日点反常进动”以及“光线的引力偏折效应”。在太阳系中其他行星运行的区域，引力很小，广义相对论所讨论的时间空间弯曲的程度很小，因此广义相对论的预言就同牛顿万有引力定律和牛顿运动定律的预言趋于一致。对太阳系外广大的宇宙空间而言，除了在一些局部的很小区域中存在有强引力场，如其他恒星、中子星、黑洞和星系的中心附近以及其他广大区域的引力场都非常弱，不可能观测到时间空间的弯曲现象。因此对绝大部分天体的运动，用牛顿万有引力定律和牛顿运动定律来处理应当可以做到足够的，没有必要考虑广义相对论效应。其实，现代科学证明，宇宙学原理与广义相对论并没有太多的关联性。宇宙学原理纯粹是一个假设。它假设宇宙中物质分布是均匀的，从任何一点向任何方向观测都是相同的。宇宙中天体分布的层次结构和旋转运动说明，宇宙学原理的这个假设是不符合客观现实的，也是不合理的。所谓宇宙学原理假设的引进纯粹是为了简化问题，以便数学上容易描述和求解，而没有任何物理和实际观测基础。因此建立在这一假设基础上的宇宙标准学理论模型不能正确描述宇宙的客观现实。10大爆炸宇宙说大爆炸宇宙说是现代宇宙学中最有影响的一种学说，也是科学家们才取得统一认识的学说。与其他宇宙模型相比，它能说明较多的观测事实。它的主要观点是认为我们的宇宙曾有一段从热到冷的演化史。在这个时期里，宇宙体系并不是静止的，而是在不断地膨胀，使物质密度从密到稀地演化。这一从热到冷、从密到稀的过程如同一次规模很大的爆炸。根据大爆炸宇宙说的观点，大爆炸的整个过程是：在宇宙的早期，温度极高，大约有100亿摄氏度以上。物质密度也相当大，整个宇宙体系达到平衡；宇宙间只有中子、质子、电子、光子和中微子等一些基本粒子形态的物质。但是因为整个宇宙体系在不断膨胀，结果温度很快下降。当温度降到10亿摄氏度左右时，中子开始失去自由存在的条件，它要么发生衰变，要么与质子结合成重氢、氦等元素；化学元素就是从这一时期开始形成的。温度进一步下降到100万摄氏度后，早期形成化学元素的过程结束。宇宙间的物质主要是质子、电子、光子和一些比较轻的原子核。当温度降到几千度时，辐射减退，宇宙间主要是气态物质。气体逐渐凝聚成气云，再进一步形成各种各样的恒星体系，成为我们今天看到的宇宙。大爆炸宇宙模型能说明以下几个观测事实：△大爆炸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小于200亿年。各种天体年龄的测量证明了这一点。△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(物体辐射的波长因为光源和观测者的相对运动而产生变化。在运动的波源前面，波被压缩，波长变得较短，频率变得较高，也称蓝移；当运动在波源后面时，会产生相反的效应。波长变得较长，频率变得较低，也称红移。波源的速度越高，所产生的效应越大。根据光波红或蓝移的程度，可以计算出波源循着观测方向运动的速度)来解释，那么红移就是宇宙膨胀的反映。△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。△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。大爆炸理论的创始人之一伽莫夫曾预言今天的宇宙已经很冷。