天下之物生于有，而有生于无。
——老子《道德经》
璀璨夜空，星海闪烁，从古至今引起多少人无限的遐想。天地四方曰宇，古往来今曰宙。无论是哲学还是化学，想要寻根溯源，都得从宇宙的创生开始。那么，宇宙是如何产生的呢？古人一直在探寻着宇宙生成的问题。从最初的猜测，到之后的神话；从盘古开天的传说，到屈原的瑰丽诗篇《天问》，无不证明着先辈们对于宇宙的思考和向往。历史的长河滚滚向前，直到十九世纪，对宇宙的认识才从神话传说过渡到科学理论。
图1. 天地混沌如鸡子，盘古生其中。万千八岁，天地开辟，阳清为天，阴浊为地（图片来源网络）
关于白天和黑夜的思考，人们一直没有停止。如果有人问你为什么夜晚是漆黑的呢？你是否会毫不犹豫的回答：因为太阳东升西落，因为地球自西向东自转并围着太阳公转。这个回答符合我们初中地理课上所学的内容。只不过，广阔无垠的宇宙中有着无数个像太阳一样的恒星。德国天文学家H. W. M. Olbers指出，如果无限的宇宙中有无限的恒星，那么夜空中就不应该是黑暗的。即使这无限的恒星距离我们无限遥远。数学上可以证明：这无穷多的恒星足以将整个夜空完全照亮。然而，事实并非如此，夜空依然保持着它的“静默”。
图2. 宇宙星空（来源网络）
1865年，Willian Huggins宣布天狼星以46.5 km/s的速度远离地球；1890年，J. E. Keeler发现大角星以6 km/s的速度、仙女座以200km/s的速度接近地球。1929年，E. P. Hubble发现银河系之外的24个星系正在远离地球，并以此提出了著名的哈勃定理：一个星系的退行速度与这个星系离我们的距离成正比。若是一个星系远离我们的速度达到甚至超过光速，那么这个恒星所发出的光又怎么可能到达地球呢。哈勃定理也在一定程度上证明了宇宙是无限膨胀的。
1948年，George Gamow 在美国《物理评论》上发表的论文中提出了宇宙大爆炸的理论。该理论认为：宇宙的原始状态是一个巨热的核粒子气体混合物。该混合物迅速膨胀引起大爆炸，大爆炸所产生的辐射至今遗留，相当于5K温度下的物质所具有的辐射。当时这一理论缺乏证据，所有人初次听到这个说法时的反应是“宇宙大爆炸实在是荒谬之极！”。但是，现在的一些观测数据已经证明，宇宙大爆炸是真实存在的[1]。
图3. 宇宙大爆炸示意图[1]
在收听广播时的噪音，以前的黑白电视会在屏幕上出现“雪花”。以上两种均属于噪音现象，产生噪音的原因是由于导电电子的无规则热运动，通常用温度来衡量噪音的水平。当温度为20K时，接收器就会产生20K左右的噪音。在1964年，Aron Allan Penzias 和Robert Wilson进行噪音消除的研究时发现天空的背景辐射是3.5K，无论如何改进仪器也不能消除这一残余的噪音温度，并且测量天线对准任何方向都能收到这一背景辐射，说明它没有方向性[2]。这一发现恰好与大爆炸理论相互吻合。大爆炸后的辐射遗留就是他们所发现的宇宙背景辐射。这一发现为大爆炸理论提供了有力的证明；大爆炸理论也完美的解释了从噪音中发现的背景辐射的由来。
图4. 宇宙微波背景图片[2]
天体物理学家认为大爆炸后宇宙的演变可以分为八个阶段。第一阶段是大爆炸的瞬间（10-43秒）温度大于1032K，此时此刻宇宙的状态无法描述，并将此称为“奇点”。第二阶段是大爆炸后的10-43到10-33秒，温度处于1032到1028K，能量产生物质。宇宙中出现了夸克、电子、中微子、光子、胶子（两个胶子也可以产生两个光子）、X粒子（随着温度的降低，X粒子衰变成夸克）等。第三阶段是10-33到10-6秒，温度处于1028到1014K，各种粒子的平均能量约为10亿电子伏特。第四阶段是大爆炸后10-6到10-3s，能量下降，夸克和发夸克相互碰撞产生大量湮灭，产生两个光子或者一个电子。当反夸克数量急剧减少时，剩余的夸克之间距离接近，三个夸克就可以形成一个质子或者中子。
此后，宇宙进入质子时代。第五阶段是大爆炸后10-3到100秒，宇宙温度降低，中子衰变为光子、电子、中微子。第六阶段是100秒到30分钟。此时质子和中子碰撞形成了氘。第七阶段是30分钟到一百万年，宇宙继续冷却，原子形成。大约三十万年之后，宇宙进入原子时代。宇宙在膨胀中不断冷却并持续了137亿年，最终冷却到了如今的2.7K。第八阶段是100万年至137万年，宇宙形成了星系、恒星、行星和生命。
图5. 宇宙结构的形成[3]
根据宇宙演化理论认为：在138亿年前，宇宙产生于一次体积无限小、温度密度非常高的奇点爆炸[4]。但是，在这一瞬间之前又是什么？有时间和空间的存在吗？让人感到不可思议的是，科学家认为在“奇点”之前是一种“无”的状态。1984年Alan H. Guth提出“暴涨宇宙”的模型。“宇宙暴胀”理论在提出后，很快就成了为大家所接受的大爆炸理论的“补丁”[3]。该模型提出：宇宙从一个无穷小的区域开始演化。进一步推演整个宇宙是从“无”中演化而来。1998年，Stepen Hawking 在《时间简史》的基础上进一步提出宇宙由“无”通过量子跃迁而产生。Aron Allan Penzias认为可以把宇宙看成无中生有、瞬间而生和持续膨胀。
根据大爆炸理论，宇宙的未来由两条路：要么一直膨胀下去，直到所有天体都毁灭，剩下稀薄的粒子气体。要么终止膨胀后开始收缩，直到下一次大爆炸。要判断宇宙是无限膨胀还是膨胀后收缩，关键在于计算宇宙的密度。然而，要计算宇宙的密度，还需要找到宇宙中的暗物质。天文学家认为，暗物质应该是由一种未知的粒子组成，弥漫于整个宇宙，无法被“看见”。在引力方面却与普通的物质无差别。暗物质有质量，具有引力，正是这种引力造就了现在的星系。此外，科学家提出暗能量的存在。暗能量均匀分布在整个宇宙中，没有质量，有斥力作用，使宇宙膨胀。2003年，美国宇航局通过微波背景辐射探测器获得宇宙的“婴儿期”照片，揭示了宇宙中暗物质约为23%，暗能量约为73%。这似乎告诉我们宇宙将一直膨胀下去[5]。
星星从尘雾中诞生，散落在“黑暗又冰冷”的宇宙之中。关于宇宙的秘密，我们一直在探索，我们也终将一直探索下去。总有一天，宇宙会变成一个点，你和我都在里面。最后，将屈原的《天问》节选部分分享给大家。希望能引起大家对于宇宙星海的思考和对中华传统文化的兴趣。
曰: 遂古之初，谁传道之？上下未形，何由考之？冥昭瞢暗，谁能极之？冯翼惟象，何以识之？明明暗暗，惟时何为？
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