宇宙与大爆炸学说

早期对宇宙的认识：从Cosmos到Universe

说起“宇宙”，人们往往联想到“世界”，一个在天上，一个在地上，其实在中文里，宇宙和世界都是时空的意思。（“四方上下曰宇，古今往来曰宙，以喻天地”，《淮南子.原道训》；“世界”乃佛语，“世为迁流，界为方位”，《楞严经》卷四）另一方面，西方人的宇宙概念有两个词表达，一个是cosmos（本意秩序），反义词为chaos（混沌），这是一个着眼于宇宙结构有序性的概念；二是universe,不妨注意其与普遍性（universality）、大学（university）的关系，都是指包罗万象，把它理解为万有似乎更为合适。

让我们看一看人们对宇宙的认识过程。

首先看一看中国的盘古开天地：混沌初开，天地连在一起，盘古用斧头猛劈混沌的天地，一半变成了天，一半变成了地，宇宙从混沌开始，逐渐成为了有序的结构。

古希腊神话将宇宙的起源与诸神降临混合在一起，根据赫西奥德（Hesiod,公元前8-公元前7世纪）的《神谱》：最先创生的是卡俄斯（chaos，混沌）,而后是该亚（Gaea，大地）。卡俄斯生了纽克斯（Nyx，黑夜）和厄瑞玻斯（Erebus，黑暗）,他们结合有生了埃忒尔（Ether，以太）和赫墨拉（hemera，白昼）；该亚则生育了布满星辰的乌剌诺斯（Uranus,苍天），大地被苍天覆盖，成为诸神安居乐业的场所，而后又生育了群山，那里居住了纽墨菲（Nymphs，自然女神）、波涛汹涌的蓬托斯（Pontus，海）…

宇宙从混沌开始，逐渐成为了井然有序的结构。

《圣经》的旧约部分的开篇《创世纪》（Genesis）就叙述了上帝创世的过程：上帝首先说，要有光，并在第一天创造了白天和黑夜；第二天了空气和天空；第三天创造了大地和海洋，地上的植物蔬果；第四天创造了分掌昼夜、记时定节的光亮天体；第五天创造了有生命的动物、飞鸟，各从其类；第六天创造了牲畜、昆虫、野兽，并按照自己的形象创造了人，赐福给他们，要他们“生养众多，遍满地面，治理这地，也要管理海里的鱼、空中的鸟，和地上各种行动的活物”。直到第七天歇了一切的功，安息了。

无论是古代埃及的神话、巴比伦神话、古希腊神话还是中国的盘古开天地的神话，所有的创世神话均具有一个共性：从“混沌”(chaos)到“有序”(cosmos)。

特别是古希腊的毕达哥拉斯学派的宇宙论认为天体之间是有序的、和谐的、简单的、优美的，可以用数或者数学来表达。据此哲学观点，他们认为宇宙是一个有序的整体，所有的天体都为围绕中心按照特定的比例作圆周运动，因为圆周运动是最美的运动。因为球形是所有图形中最美者，他们认为地球是一个球的观念。经过柏拉图、亚里士多德德哲学思辨，终于在希腊大天文学家托勒密那里用数学描述了关于宇宙的“地心说”。地心说的根本要点是：地球位于宇宙的中心静止不动，每个行星和月亮都围绕地球运动。

哥白尼从宇宙在数学上应该是和谐、优美和简洁的角度提出了“太阳中心说”，在他看来，科学研究的目的即在于发现上帝赋予的合理秩序和和谐，而这些内容正是上帝以数学语言透露给我们。伽利略在第谷和开普勒的基础上进一步推进哥白尼学说，一是用新的观测事实加强日心说的经验基础（观测手段是他发明的望远镜），二是引进了物理学，而不是用思辨的证明，即用动力学观点，特别是力学的相对性原理来回答“地心学说”的质疑。

伽利略去世的这年，就是牛顿出生的这一年。我们引用一首诗来说明牛顿对宇宙观念的改变所作的贡献。

Nature and Nature’s law lay hid in light,

God said

“let Newton be”

and all was light.

翻译成汉语：

自然和自然法则隐没在黑暗中，

上帝说，“要有牛顿”，

万物俱成光明。

（英国诗人蒲柏Pope模仿《创世纪》为牛顿撰写的墓志铭）

牛顿差不多用了二十年时间建立引力理论，它将伽利略的力学概念推广到天空，推测使月亮维持运动的力就是地球的引力，而行星围绕太阳的运动也必定是由于太阳引力的牵制。牛顿把圆周运动的向心加速度公式和开普勒的行星运动定律结合起来，推出圆轨道运动的物体所受的引力与到吸引中心的距离平方成反比，并进一步用几何法和微积分法证明，椭圆轨道运动也满足引力的平方反比定律；然后它用当时测定的地球的半径值，证明了月亮绕地球运动的向心力就是月亮所受到的地球引力。

牛顿将其多年潜心研究的力学问题整理成书，最后写成了《自然哲学的数学原理》这部划时代的巨著，并由好友，也是天文学家的哈雷（Edmund Halley）资助出版，时为1687年。

在该书中，牛顿严格证明了在与距离平方成反比的引力作用下，天体运行的轨道可以是椭圆，也可以是其他圆锥曲线，并指出宇宙中的一切物体之间均按照这种引力定律互相吸引。他还运用引力定律和力学原理解释了一些重要的天文现象，比如在讨论星系运动时，就不仅要考虑太阳的引力，还必须考虑其他天体的摄动可能导致对开普勒椭圆轨道的偏离；讨论太阳摄动对月球运动的影响；提出行星和地球的绕轴自转，必然会形成两极扁平的椭球体，并据此认为，岁差乃是月、日对赤道隆起部分的附加引力造成地轴缓慢运动的结果。牛顿还进一步解释了潮汐的成因，证明了彗星的轨道为扁长的椭圆或抛物线，它还根据太阳对行星的引力，行星对卫星的引力计算了木星、土星和太阳的质量。

人们原以为宇宙具有神圣的性质，但哥白尼、开普勒把上帝庇护的地球挪到一个非中心的位置，甚至宇宙没有中心恐怕才是他们真正的观点；伽利略的望远镜又部分地澄清了天空的神话，而且将数学方法和实验方法结合起来运用于动力学研究，牛顿进一步“根据引力理论美满地推导出整个宇宙体系的解释”，它的贡献主要在于，一是证明了地上的力学亦可同样应用到天空中，二是从自然科学大厦中排出了不必要的成见。

宇宙观念因此发生了一个很大的变化：

古典的、中世纪的宇宙（cosmos）概念—以质的规定的统一性和层次井然的整体，在其中不同的部分（天与地）服从不同的定律—被宇宙（universe）的概念即一个开放的和无限伸展的存在的整体，受其基本定律的同一性所制约、所统一的概念所取代，它决定了“天上物理学（physical coelestis）”和“地上物理(physical terrestris)的合并。

经过哥白尼、伽利略和牛顿等的卓越工作，地球只不过是一颗行星的观念逐渐被人们接受，传统的、封闭的、秩序井然的宇宙(cosmos)终于转向一个新颖的、开放的、包罗万象的宇宙(universe)。无论是在天上还是在地上的物体都必须服从统一的物理学定律，他们在硕大无比的宇宙机器中按部就班的运行着，一切行为都可以通过受约束的数学—力学方式加以解释。这个宇宙一旦被发动起来，上帝就成为多余的了。“这是一场改变他们心目中的宇宙图景而代之以另一种图景—建立一个新的体系以代替亚里士多德体系的革命”。

1705年，哈雷注意到自己长期观察的1682年那颗彗星与1531年、1607年出现的彗星的轨道参数非常接近，断定是同一颗彗星。根据牛顿给出的理论，它计算出了该彗星周期大约是76年，且由于大行星的摄动，彗星回归近日点的日期可能会有所偏差，进而预言它在1758年底或1759年初再度出现。哈雷身后16年，人们果然如期观察到这颗期待以久的彗星及其近日点。这就是著名的哈雷彗星。此时变成了提前50多年准确预言一次天文现象的惊人事件。

牛顿以后300年，影响人们宇宙观念的重大事件有：

1729年，英国天文学家布拉德雷（James Bradley,1693-1762）发现了光行差，并利用光行差测定了光速，其数值为每秒308300公里，与现代值每秒299792公里非常接近。

1750年，博学多才的英国作家赖特（Thomas Wright,1711-1786）提出了银河系的概念,并认为银河系具有盘状的结构，而太阳只是银河系中众多恒星家族的一员，它的这个思想直接影响了康德。

1755年，德国大思想家康德（Immanue Kant,1724-1804）发表了《自然通史和天体论》，它的附标题是“根据牛顿定理试图解答整个宇宙结构及其力学起源”，书中提出了有关太阳系演化的星云假说，即太阳系是通过原始星云演化而成的。由于万有引力的作用，星云内较大的微粒吸引较小的微粒，逐渐形成团块，最后在中心部分形成太阳，外围部分则绕太阳作圆周运动，积聚成垂直于转动轴的扁平云状物，其中又逐渐形成较小的引力中心并进而形成卫星。光谱学的发展也证实了康德的星云假说。

1893年，德国物理学家维恩（Wilhelm Wien,1864-1928）发现黑体辐射（黑体是一种只吸收而不反射的理想物体）最强处的波长与温度之间的关系，从而使得测量恒星，乃至更大的宇宙背景温度成为可能。

… …

近代以来，人们先是发现地球并不居于中心，而不过是围绕太阳公转的一个普通行星；后来发现了更为广阔的银河系，而太阳也不过是其中一颗并不起眼的恒星；再往后又发现银河系以外还有许多类似星系的“宇宙岛” …

伴随着光学望远镜孔径日益增大，照相技术、光谱技术等观测手段不断提高，人们对银河系的了解越来越充分，并且踌躇满志地向更广阔的宇宙延伸，而他们所掌握的理论武器就是屡试不爽的牛顿方法和体系。

但是，施展牛顿体系的前提，是一个平值的、无限的几何空间，这个空间具有无穷远处引力势能为零的绝对性。倘若果真如此，那么散布在宇宙中的任何一个天体都要受到无数天体的照耀，受到来自四面八方的引力牵制，因此夜晚也永远不会黑暗，更有甚者，引力效果的共同作用根本无法保证天体的稳定。

牛顿理论运用于更大的范围的宇宙领域却发生了一个更严重困难：如果宇宙是无限的，即天体遍布于无限大空间而且永远不随时间变化，那么任何天体的引力势能就会因为无限叠加而不可能保持常数，而天体的势能常数正是天体力学所要求的一个必要条件；为此，就必须放弃无限宇宙的假设，但由于万有引力的作用，一个有限的宇宙系统又是不可能静止的，而一个随时间变化的宇宙系统，又在当时难以想象的。

人所“看”到的宇宙

一部宇宙学的历史，大抵是一部关于宇宙的观测史。从人们仰望天空的好奇心开始，到现在用航天探测器在外空就地取样，人们的观测手段发生了很大的变化。所有的观测，实际上都是“看”，因此就有不同的“看法”：从早期的肉眼度量，到近代以来光学显微镜、射电望远镜的视力延伸，再到太空望远镜的进一步拓展，层出不穷的宇宙“现象”就这样被发现了。

在没有月亮的夜晚和远离灯光的地方，人们仅凭肉眼可以看到的星星不会超过2000颗，人眼瞳孔的直径一般不超过8毫米，收集到的光线有限；而人的视力所及的可见光波长在微米的数量级，从红外到紫外两端延伸出去的光肉眼就看不到，因此在可见光范围内所看到的宇宙景象是非常有限的。

通常所谓“看”的本领，主要有两个指标：一是灵敏度，它可以用看到最暗的天体的程度来衡量；而是分辨率，它可以用眼睛所能分辨的最小角度来衡量（人眼的分辨率大约在1角分左右，这就是为什么会把银河系无数星体看作连续的河）。事实上，视力功能的放大，即各种望远镜的观测能力也取决于这两个指标。

意大利的伽利略听说荷兰的一位光学仪器制造商，把两篇透镜叠放在一起能使人们看到放大的物体，他迅速抓住这已发现，对透镜进行重新设计,最终发明了第一家天文观测望远镜。伽利略用它的望远镜伸向天空，看到数以万计的星体，是以往肉眼看见的几十倍，它还看到天河乃是一系列隐隐绰绰的暗弱星群，观测到木星周围有4颗不停转动的卫星，它的观测还表明金星是一个具有周期变化的行星。哥白尼日心说得到“眼见为实”的东西来证明，在很大程度上是伽利略望远镜的功劳。光学天文望远镜最重要的功能就是收集并汇聚暗弱天体的光，使他们亮到可以看见、记录，光学望远镜的物镜可以越做越大，进行了各种各样的改进，灵敏度和分辨率也不断提高。

19世纪中叶，英国科学家胡金斯（william Huggis,1824-1910）将光谱技术应用于天文学，光谱学提供了一种通过证认太阳和恒星的光谱谱线来确定它们所含化学元素的途径。人类开始利用光谱学来知晓部分天体的化学组成。

但是，光学望远镜也有它的盲点，那就是它只能接受可见光范围的宇宙信息。

20世纪60年代以来，利用宇宙射电波（来自地球以外的无线电波，波长为毫米达到米的数量级）进行观测的射电望远镜是人类视力的又一次突破。今天的射电望远镜和最初的射电望远镜相比较，其分辨率已经提高了千万倍，灵敏度提高了百万倍，人类能“看”到宇宙的范围越变越大。

随着航天技术的不断发展，利用人造卫星和航天探测器进行外空间观测也取得了重大的成果。外空间观测能够越过大气层屏障，避开大气散射、折射和湍流扰动，最主要的是摆脱了地球的距离限制，这样极大的提高了望远镜的分辨率、灵敏度和定位精度，促使观测天文学跃上了一个新台阶。航天探测器可以直接向外空间就地取样，获得星际物质样本的优势更是地面望远镜所无法企及的。

这些天文望远镜就像一架时间机器，是我们在扩大视野的同时，也是我们追溯到遥远的过去，“看”到宇宙过去的样子，乃至很早很早以前的宇宙“光景”。这样看来，关于宇宙的过去，我们还略有所知；而我们真正所不知道的是它现在的样子。

现代宇宙学

20世纪前期，理论和观测这两方面的重大突破造就了现代宇宙学。

首先，在理论方面，德国物理学家爱因斯坦继提出狭义相对论之后，又提出了广义相对论。这个理论本质上是一种引力理论，引力既不像牛顿所描述的那样仅仅是一种力，而且其作用也不是“超距”（瞬间传递）的，从根本上说，引力决定时空（宇宙）的结构的性质。广义相对论奠定了将宇宙作为一个时空整体来认识的基础。

其次，在实践方面，美国天文学家哈勃掌管了当时最大的胡克望远镜，利用它发现了银河系以外的星系—河外星系，而且发现这些星系的光谱“红移”（red shift，光谱线向光波被拉长的红色谱段移动）所表征的退行速度V与这些星系相对于我们观察者的距离D有简单的正比关系（后来被称为哈勃定律,为哈勃常数）。这个发现具有惊世骇俗的效果：哈勃的宇宙，也就是我们的宇宙，延伸到几亿或几十亿光年。我们今天用望远镜所看到的星系中，有些是如此的遥远，以至于我们所接受到的光竟是在地球形成以前发出的。我们探测到的星系离我们越远，我们越能了解早期宇宙的样子。另一方面，遥远星系的红移反映了这些星系正在离我们快速而去，这个观测事实表明宇宙并不是一个静态的所在，而更可能具有动态的演化特征。

为了有效的理解大尺度宇宙的起源、结构和演化，需要建立简化的宇宙模型，而这种模型又必须基于某些特设的基本假说，其中最重要的就是宇宙学原理：对于任何观察者来说，宇宙在大尺度上（亿光年数量级）是均匀的、各向同性的，也就是说宇宙没有任何形式的中心；而且在任何地方的观察者所观察的物理量和物理规律都应该是完全相同的。后来的观测确实说明了宇宙中星系的分布在大尺度上是均匀的，例如当把半径为30亿光年的一些遥远区域进行比较时，发现它们的星系和类星系的数目在1%的误差范围内是相等的。

在宇宙学原理这个假设下，爱因斯坦用他的广义相对论得出的引力场方程的宇宙居然不是静态的。为了得到宇宙的静态解，爱因斯坦假定了一种与引力相抵消的斥力,在引力场方程中增加了一个被称为宇宙学常数的虚项（后来，爱因斯坦承认宇宙学常数的虚项的假设是他一生中最严重的失误）。俄国数学家弗里德曼给出了广义相对论方程式的一组动态解，为建立现代宇宙学模型提出了一个样本,即著名的弗里德曼模型。这个模型表明，宇宙是收缩，还是膨胀主要取决于构成宇宙物质的物理学初始条件。进一步的研究表明，宇宙全局的演化是不可避免的，其演化的趋势取决于宇宙物质的平均密度与临界密度（）的比值，可以用参数来代表：

若<1，对应于一个双曲型的开放宇宙；

若=1，对应于一个欧式的平直开放宇宙；

若>1，对应于一个有界无限的闭合宇宙；

前两种情况，宇宙将一直膨胀下去；后一种情况，宇宙将出现膨胀—收缩的振荡。

比利时神父、天体物理学家勒梅特也独立地得到类似的宇宙动态解，并把哈勃观测到的河外星系红移解释为宇宙膨胀的一个结果，首先提出了宇宙膨胀的概念。而且认为宇宙膨胀总得有一个开始，勒梅特又进一步认为宇宙必须起源于一个“原始原子”或“宇宙蛋”。

1948年愚人节，从苏联叛逃到美国的物理学家伽莫夫和他的研究生阿尔法以及贝特共同署名在《物理学评论》上发表了一片文章，文中对勒梅特的思想作了充分的发挥，大意是，宇宙起始于一个极端高温的、高密度的“原始火球”，其中物质以基本粒子的形态存在，由于某种原因，这个火球发生了一场大爆炸，从而导致宇宙急剧地膨胀，物质亦随之扩散了开来，各种基本粒子相互作用形成辐射和化学元素；随着宇宙进一步膨胀，物质逐渐冷却，终于形成我们今天观测达到的各种天体。宇宙的膨胀意味着任何一个星系都远离其他星系而运动，就像一个膨胀气球表面上的所有斑点都彼此远离一样，就像爆炸后弹片他们彼此远离而去。

这篇被戏称为理论的论文正是大爆炸理论的开山之作。1951年，霍伊尔在英国广播公司的一次广播讲话中，嘲讽理论简直是一个异想天开的“大爆炸”（big-bang）学说，孰料歪打正着，这个鲜明有力的提法立刻被人们普遍接受。

事实上，大爆炸理论最基本的特点就是把宇宙（时空）的膨胀与物质演化联系起来，他还预言了宇宙因为大爆炸必然有某些遗迹，比如核反应如何将氢变为氦并获得特殊的比例，以及残余的背景辐射。

标准的大爆炸宇宙模型大致分为四个阶段：

原始阶段 大爆炸发生（定义时间为零），宇宙开始急剧地膨胀，所有后来形成物质和辐射的东西四处扩散，一切成份都处在炽热的平衡状态中，温度极高，因此也称为热大爆炸。经历了“普朗克时代”（宇宙年龄秒，温度）、“大统一时代”（宇宙年龄秒，温度）、“强子时代”（宇宙年龄秒，温度）、“轻子时代”（宇宙年龄秒，温度 ）。但是，目前人们对“普朗克时代”、“强子时代”语焉不详。

推测性认为在“大统一时代”后一个非常非常短的时刻，此时温度为,这是强力、电磁力（强度为强力的）和弱力（强度为强力的）大统一的临界温度，宇宙进入所谓“假真空”（对称性的真空，即夸克反夸克、电子反电子等正反物质一样多的对称状态，因此也是极不稳定的），假真空的能量密度非常之高，通过质能转换可以产生巨大的质量和引力效应，产生一个巨大的负压力，根据广义相对论，这个巨大的负压力就产生了相当于排斥力的负引力效应，最后在胜出引力效应（引力其作“刹车”的作用，因此，大爆炸以后的膨胀总体上减速的）的排斥力推动下，一刹那把宇宙冲开，出现一个急剧的“暴涨”阶段。

到了“轻子时代”（宇宙年龄秒，温度），才可能有高能物理学可以描绘的形态，但那时的宇宙结构就像一锅“汤”，几乎没有什么信息传递出来。经过剧烈的核聚变，夸克开始变为核子，正反粒子、中微子湮灭形成光辐射，能量作为核聚变的负产品释放出来。

当温度下降到(宇宙年龄为秒)时，光子辐射是核子的倍，宇宙进入到辐射为主的辐射阶段。

辐射阶段 宇宙年龄为10秒，温度为,那时几乎所有能量均以光子（辐射）的形式存在；大爆炸后第3分钟，温度达到，核反应出现了，1个电子和1个质子结合形成的氢是最早出现的元素，质子和中子也容易聚合成原子核，开始依次形成氘核（重氢，1个质子和1个中子）、氦3核（2个质子和1各中子）和氦核（2个质子和2个中子），大约有1/4的物质合成氦，这个过程用完了所有可以利用的中子，剩下的质子就自然变为独身的氢核，这时距离大爆炸仅仅只有4分钟。

宇宙年龄1小时以后，这种核反应纷纷告退，一些新的结构出现了，但这个阶段宇宙仍然太热（），不能形成稳定的原子，辐射密度仍大于物质密度。随着温度的冷却，宇宙才越来越转向以物质为主的新阶段。

物质阶段 宇宙年龄2000年以后，物质密度开始与辐射密度相等，温度可以达到；当温度下降到6000K时,对应宇宙年龄为年，这个温度下的电子和核子可以合成稳定的原子，而原子是电中性的，不能与辐射发生强烈的相互作用，所以从那时起辐射就没有受到大的干扰，只能作为背景而存在，这就是宇宙背景辐射的预言。（大致说来，因为作为背景的辐射温度与宇宙尺度成反比，而那时光子携带的信息，在宇宙膨胀了千倍的今天才能被观测者接受到，相应的辐射温度就必须降到。）

大爆炸到此结束，宇宙膨胀也变得比较平缓了（由于引力的牵制作用，膨胀越来越慢）；年时，背景温度，仍然由于引力的作用，气体云旋转收缩，大量物资聚集起来，星系有了雏形；年时，背景温度，第一批类星体出现在亿年，第一批星系出现在亿年。

现在 我们的银河系也形成于亿年的光景，接着就出现了太阳这样的恒星，大约亿年地球诞生了，亿年在地球上出现了最初的生命形式，然后出现了高级生物和智人，星系、恒星、行星和生命的相继形成，宇宙大致表现为今天人们所看到的样子。宇宙的年龄为年，作为大爆炸遗迹的背景温度为。

大爆炸学说这个理论模型的检验要靠大尺度宇宙的观测特征来验证。下面是现在所获得大尺度宇宙的观测特征：

通过计数方法的结果表明，星系团的空间分布大致是均匀的、各向同性的；

观测到河外星系都有“红移”，而且基本上满足哈勃定律，如果将这种红移解释为退行，一个可接受的结论就是宇宙正在膨胀；

射电天文学对银河系外的射电源的计数结果表明，宇宙的物质密度在不同时刻并不相同，这意味着宇宙是一个演化着的动态宇宙（注意它与星系尺度计数的均匀、各向同性结果并不矛盾）；

一个重要的观测事实是微波背景辐射的发现。1965年，贝尔实验室的彭齐亚斯和威尔逊发现来自于宇宙空间背景的微波辐射，它对应于温度为左右的黑体辐射而且高度的各向同性，微波背景辐射被认为是宇宙早期遗留下来的痕迹。这被认为是哈勃以来最重要的一个宇宙发现；后来1989年发射的宇宙背景探测器（COBE,Cosmic Background Explorer）在1992年得到了相当温度为左右的黑体辐射精确值，被认为是“大爆炸理论迄今为止所通过的最严格检验”。当这幅根据观测数据绘制的辐射曲线出现在大屏幕时，在场的一千多名科学家骤然起立为之欢呼；

对宇宙星际化学元素进行的观测表明，宇宙中最丰富的元素是氢（约为70%），其次为氦（约为24%，这就是氦丰度），而大爆炸学说预言有1/4的物质合成氦。这两者的相符，是大爆炸学说的令人信服的证据之一。

对各种天体年龄的观测结论是，恒星、星系的年龄上限是年（百亿年），这与哈勃常数的倒数约为年是吻合的，也就是宇宙年龄的数量级；

任何宇宙模型必须对这些观测结果作出有效的解释，至少不能与之相矛盾。大爆炸模型所做出的各项预言先后被观测验证，他因此被认为是一个成功的理论模型。迄今为止，也尚未遇到真正的挑战。

宇宙何去何从？

在暴涨之前，宇宙是如何开始的?这就引出了宇宙的创生问题。大爆炸宇宙模型成功地给出了宇宙膨胀景象，但是根据广义相对论，可以证明，宇宙有一个奇点，而且是不可避免的。于是人们认为宇宙起于一个奇点，这个奇点有无限高的温度，又有无限大的物质密度，尺寸又无限小，所有的物理定律在这里失去了作用。霍金认为，奇点处的引力场变得如此之强，以至于量子引力效应变得重要：经典理论（广义相对论）不再能很好地描述宇宙。所以，人们必须用量子引力论去讨论宇宙的极早期的阶段。在宇宙创生时，“游戏规则”变了!新规则叫量子引力。这是一个“广义相对论和量子力学的热烈婚礼”。于是有人认为宇宙创生于“无”，认为“无”就是一个潜在的、未展开的、充满无限可能性的宇宙波函数。这一观点在中国似乎在一千多年就已经提出。请看老子对宇宙万物的产生的看法：天下万物生于有，有生于无。

人们会问，宇宙的将来是怎么样的？

目前人们所观测到的宇宙平均物质密度，但这个计算值偏小（因为宇宙极有可能有暗物质存在），于是人们认为，我们的宇宙至今仍在以非常接近临界的方式膨胀着，我们无法预言这个宇宙究竟处于临界状态的哪一边，至今也不清楚宇宙中多少物质（主要是不了解暗物质），而这正是宇宙将无止境地膨胀下去，还是有一天会坍塌的要害。

宇宙的命运还是一个谜；但可以肯定依靠观测事实和科学论据，这个问题是可以解决的。

主要参考文献

1.张涛，袁心平，谢兴盛编《大学物理教程》,成都：电子科大出版社，1997。

2.肖巍，《宇宙学的人文视野》，江苏人民出版社，2002。

3.曾近义，徐天芬，解恩泽，柳树滋，《自然辩证法总论》，山东人民出版社，1990。