第一章
宇宙誕生之謎
宇宙是如何誕生的？現在的樣子又是如何演變而成的呢？在很早以前人類就提出了這些疑問。這個使人類困惑千年而未能破解的重大問題，直到70年前愛因斯坦完成了一般相對論學說之後，才首次提出符合科學邏輯的解答。
一般相對論提出宇宙有可能發生膨脹，後來研究的結果證實了這一點。科學家們發現遠方的銀河正在以非常快的速度和我們的銀河拉遠距離，這說明宇宙正在逐漸地膨脹著。另外，還發現宇宙空間到處充滿著3度Ｋ的雜音電波，這證明宇宙曾經是一個超高溫，高密度的大火球。在以上事實的基礎上而產生的“大爆發宇宙論”已被公認為是當前最標準的宇宙進化理論。根據這個理論推算，宇宙誕生的時間在150億年之前。宇宙剛剛誕生時它的直徑僅有l／1033厘米，但它的溫度和密度卻高得讓人無法想象。由於物質的溫度和密度驟然下降，使這個宇宙之卵以爆炸性的速度猛烈膨脹。在“大爆發”中誕生了各種元素和支配它們運動的力，也因此形成了星球和銀河，傾刻間宇宙之卵便演變成了“成年”的宇宙。
“大爆發宇宙論”提出，宇宙可能是從既無空間也無時間的“虛無”之中以驚人的速度迅猛膨脹而瞬間誕生的。這種理論還提出，宇宙常常是周而複始地從誕生到消亡，再誕生、再消亡的輪回，我們現在的這個宇宙隻是從過去到未來無數個宇宙中的一個而已。但到目前為止，對於宇宙的起源還沒有一個統一的理論，這還需要人類待進一步的考察和研究。
宇宙也會死亡嗎
生老病死是人之常情。但宇宙也會有完結的一天嗎?會以怎樣的形式完結?會是瞬間爆炸嗎?
根據科學家利用天文望遠鏡獲得的最新觀測結果，宇宙最終不會變成一團熊熊燃燒的烈火，而是會逐漸衰變成永恒的、冰冷的黑暗。這聽起來似乎太駭人聽聞了。然而地球人或許沒有必要杞人憂天，因為地球人暫時還不會被宇宙“驅逐出境”。根據科學家的推測，宇宙很可能至少將目前這種適於生命存在的狀態再維持1000億年。這個龐大的數字相當於地球曆史的20倍，或者，相當於智人（現代人的學名）曆史的500萬倍。既然它將發生在如此遙遠的未來，對地球人今天的生活就不會有絲毫影響。
與此同時，科學家又指出：沒有什麼東西是可以永遠存在的。宇宙也許不會突然消失，但是，隨著時間的推移，它可能會讓人覺得越來越不舒服，並且最終變得不再適於生命存在。
這種情況將會在什麼時候出現呢？又會以怎樣的方式出現呢？這的確是一個令人沮喪的問題。但是，我們又不得不承認，對於我們這些生活在地球上的凡夫俗子來說，這些問題卻有另一種冷酷的魅力。
自從20世紀20年代，天文學家哈勃發現宇宙正在膨脹以來，“大爆炸”理論一直沒有擺脫被修改的命運。根據這一理論，科學家指出，宇宙的最終命運取決於兩種相反力量長時間“拔河比賽”的結果：一種力量是宇宙的膨脹，在過去的100多億年裏，宇宙的擴張一直在使星係之間的距離拉大；另一種力量則是這些星係和宇宙中所有其他物質之間的萬有引力，它會使宇宙擴張的速度逐漸放慢。如果萬有引力足以使擴張最終停止，宇宙注定將會坍塌，最終變成一個大火球——“大崩墜”，如果萬有引力不足以阻止宇宙的持續膨脹，它將最終變成一個漆黑的寒冷的世界。
顯而易見，任何一種結局都在預示著生命的消亡。不過，人類的最終命運還無法確定。因為目前，人們尚不能對擴張和萬有引力作出精確的估測，更不知道誰將是最後的勝利者，天文學家的觀測結果仍然存在著許多不確定的因素。
這種不確定因素又是什麼呢？科學家指出，這一不確定因素涉及到膨脹理論。根據這一理論，宇宙始於一個像氣泡一樣的虛無空間，在這個空間裏，最初的膨脹速度要比光速快得多。然而，在膨脹結束之後，最終推動宇宙高速膨脹的力量也許並沒有完全消退。它可能仍然存在於宇宙之中，潛伏在虛無的空間裏，並在冥冥中不斷推動宇宙的持續擴張。為了證實這種推測，科學家又對遙遠的星係中正在爆發的恒星進行了多次觀察。通過觀察，他們認為這種正在發揮作用的膨脹推動力有可能確實存在。
倘若真是這樣的話，決定宇宙未來命運的就不僅僅是宇宙的擴張和萬有引力，還與在宇宙中久久徘徊的膨脹推動力所產生的渦輪增壓作用有關，而它可以使宇宙無限擴張下去。
人們不禁要問：人類能夠避免這場可怕的災難嗎?人類已經在越來越快地改變著地球，操縱著自己的生存環境，也許到那時，人類將會以高度發展的智慧在宇宙中立於不敗之地。誰知道呢？且讓未來的地球人和地外一切生命拭目以待吧。人類對宇宙的認識永遠沒有終極，認識窮盡的那天也許就是人類或宇宙毀滅的那一天。正如愛因斯坦在寫給一個對世界的命運感到擔憂的孩子的信中所說：“至於談到世界末日的問題，我的意見是：等著瞧吧！”
宇宙範圍之謎
我們現在所談到的宇宙大小，是指可見的宇宙，也就是以我們人類生活的地球為一個球體，它的半徑是從大爆炸，即宇宙作為一個點誕生，並開始向外迅速膨脹以來光所通過的空間。從整體上看，宇宙很可能比這個可見的宇宙大得多。
“光年”是天文學采用的計量單位，也就是光在一年中經過的路程。光的速度大約為每秒30萬千米，一光年大約是94600億千米。銀河係的直徑約為10萬光年，而且還有另外的星係在銀河係之外，離我們有數10億光年。我們目前所能觀測到的宇宙邊緣，最新發現了類星體，與地球相隔約100億～200億光年，這是到目前為止所知最遙遠的天體。
這樣遙遠的距離簡直無法想象，但天文學家的職責就是準確地計算、測量出宇宙的大小和範圍。
假如天文學家可以找到一支“標準蠟燭”，也就是某個類星體，它有穩定亮度，特別顯眼，遠隔半個宇宙也能夠看見，那麼這個問題便不再是謎。但是到目前為止，大家公認整個宇宙可通用的“標準蠟燭”還沒有找到。因此，天文學家運用這一基本方法時通常采取一種分步方式，這就是設立一係列“標準蠟燭”，每一步的作用就是測定下一步。
近幾年，遠紅外線觀測造父變星、行星狀星雲和麻省理工學院的約翰·托裏的成片星係，3種不同的“標準蠟燭”使大多數人認為宇宙並不古老，僅有110－120億年。
但是，並不能肯定這就是正確答案，至少有另外3個天文學家小組得出了不同的結果。其中的一個小組是以哈佛大學天文學係主任羅伯特·柯什納為首，他們得出的結論是，宇宙並不古老，可能有150億年。
但傑奎琳·休特及她的學生們，以及普林斯頓大學的埃德·特納，都測定宇宙有240億年。
總而言之，到現在為止，宇宙究竟有多大這個問題還沒有一個具體統一的答案，有待科學家們進一步研究。
宇宙年齡之謎
宇宙的年齡有多大，這一直是科學家所關注的問題。因為它是宇宙是否會膨脹的一個指標。
測定宇宙年齡的方法有很多。用同位素年代法測量過地球的年齡為40～50億年，月球年齡為46億年，太陽年齡為50～60億年，此法測定宇宙年齡為120億年。
比較常用的還有球狀星團測量法，它是借助恒星演化理論來測算恒星年齡，利用這個方法計算的宇宙年齡為80～180億年。如果從測定的最老恒星的年齡約200億年來看，宇宙的年齡至少應在180億年以上。
哈勃常數測定法是基於宇宙膨脹的觀測事實確立的。在一個不斷膨脹的宇宙中，測膨脹速度可通過紅移量的測量來獲得。測出鄰近星係與我們的距離，再由此標定紅移與距離的關係，就可提供宇宙的尺度，進而計算宇宙的年齡，因此測定出鄰近星係與我們之間的距離是最為關鍵的。
測量與鄰近星係距離的方法有兩種，每種方法測量出的結果也都有兩種，即200億年和100億年。
還有人采用一種與哈勃常數無關的測定方法，測得的宇宙年齡為240億年。最近，德國的科學家測定出宇宙年齡為340億年。
總之，運用不同的測定方法測出來的宇宙年齡都不一樣，而且相差非常遠。由於宇宙是怎樣產生，又是怎樣演化等問題至今也沒有一個正確的解釋，所以宇宙的壽命到底有多大，也無法給它一個合理的解釋，有待科學的進一步研究。
宇宙的膨脹與收縮
關於宇宙的生成有許多假說。在我國古代曾有“盤古開天地”的傳說，於是有一個假說觀點產生了。盤古花了8000年使天地分離這樣一種用膨脹觀點來描述宇宙產生的假說。
在西方，認為宇宙的膨脹或演化似乎是不可思議的。《聖經》上講：“一代消逝了，另外一代降臨了，但地球是永恒的……過去是什麼，將來還是什麼；過去被做成什麼樣，將來還是什麼樣。世界上沒有任何新的東西。”這種思想對西方的影響可謂至深、至遠。
說它的影響深遠，並不誇張，就連愛因斯坦也未能例外。愛因斯坦在發表廣義相對論之後，同荷蘭物理學家德西特一起把它應用到宇宙研究上。研究結果表明宇宙是動蕩不止的，要麼膨脹，要麼收縮。為此，愛因斯坦修改了自己的理論，使宇宙重新“靜”下來，這使他鑄成大錯。他曾不無遺憾地談到，這次失誤是“我一生中犯的最大錯誤”。
俄國科學家費裏德曼計算的結果表明，宇宙可能周期性地收縮和膨脹，也可能無限地膨脹下去。比利時天文學家勒梅特則認為，我們的宇宙原來裝在一隻“宇宙蛋”中，由於它的突然爆炸才逐漸形成現在人們觀測到的宇宙。
在勒梅特的理論提出後不久，美國天文學家哈勃利用加州威爾遜山上15米和25米直徑的天文望遠鏡發現宇宙是在膨脹著的。
宇宙會永久地膨脹下去嗎？這個問題並不容易回答。為此人們進行了大量的觀測與研究。
能使宇宙中止膨脹的是引力，但它要達到一定的量。能否達到這個量，要看宇宙物質的平均密度能否達到一個量（臨界密度）。可是，如果宇宙中存在著大量的“暗物質”，其平均密度就難定了。
20世紀80年代，前蘇聯科學家發現一種叫做中微子的基本粒子質量不為零。如果它得到確認，宇宙物質就會超過臨界密度，宇宙膨脹就會中止。
宇宙年齡測定也是宇宙膨脹與否的一個指標，但宇宙年齡測定的難度很大。
目前為止，雖然可以檢測宇宙的膨脹還是收縮，但都缺乏可靠的證據，但科學家相信人類遲早會有一個清楚的認識。
銀河係的秘密
在茫茫的宇宙中，那飄緲的銀河引起多少人的遐想，誰都想看看它披著神秘麵紗的真麵目，但直到今天，它仍然是個謎。
17世紀時，伽利略首先用望遠鏡發現了銀河。他發現，這是一個恒星密集的區域。後來，英國人賴特提出了銀河係的構想，並具體描繪出了銀河係的形狀。他假定，銀河係是個透鏡，連同太陽係在內的眾星位於其中。在中國境內，人們觀測到的銀河是從天蠍座起，經人馬座特別明亮的部分，到達盾牌座而止。
18世紀時，英國著名天文學家赫歇爾父子對賴特的猜想進行了驗證。他們發現，銀河係中心處恒星特別多，離中心越遠越少。他們的觀測表明，銀河係的確是一個恒星體係，並且其範圍是有限的，太陽靠近銀河係中心。測量結果表明，銀河係非常龐大，可容納3億顆恒星，其直徑為8000光年，厚1500光年。
20世紀初，荷蘭天文學家卡普亭對銀河係的觀測和赫歇爾的觀測結果基本相似。1906年，他測出銀河係直徑為23000光年，厚6000光年。但1920年他對銀河係測出的新數據變化很大，銀河係直徑為55000光年，厚11000光年。
以赫歇爾為代表的一些科學家提出，太陽是銀河係的中心。1915年，美國天文學家卡普利研究了許多球狀星團的變星，發現太陽僅僅是銀河係內的一顆普通恒星，而不在銀河係的中心，它距中心約5萬光年並朝向人馬座，銀河係的範圍大約有30萬光年。
20世紀80年代，銀河係又有了新的數據，即質量相當於2000億個太陽的質量，直徑為8萬光年，厚2000光年，太陽距銀河係中心距離為25光年。
關於銀河係的觀測一直在進行著。有科學家指出銀河係是鑲嵌在碩大無比的異常低密度的星係冕——銀冕之中。天文學家從理論上論證了它的存在。由於銀河係吸引仙女座星係以每秒300千米的速度向我們奔來，這就要求銀河係質量至少不低於10000億個太陽質量，進而說明，銀河係至少應存在一個至少延伸到80000光年以外的星係冕。但這個假說目前仍有許多科學家不相信。