1．宇宙的起源
宇宙
1．曆史的回顧
宇宙有沒有起源和終結，它是永恒的還是演化的？這是除宇宙的結構以外又一個根本問體。各種文明都有自己關於宇宙起源的看法，在中國有盤古開天辟地的傳說，在西方有上帝創造世界的神話。至於創世以後的情形，雖然在中國方代文獻中有共工怒觸不周之山，撞斷天柱，後來又由女媧補天的故事。在很長一個曆史時期中，由於封建社會的政治黑暗和觀測水平的局限，使一些閃耀著智慧火花相當接近真理的看法未能發展為科學的理論。直到17世紀以後，各門自然科學的飛速發展，特別是康德太陽係起源學說、達爾文物種起源學說等的提出，不斷衝擊著“天不變，道亦不變”這一僵化自然觀的地位。直到20世紀，以眾多觀測事實為依據的科學的宇宙起源和演化理論才正式宣告誕生。
2．現代宇宙學的誕生
現代宇宙模型的研究始於愛因斯坦。愛因斯坦的廣義相對論預言，一定質量的天體，將對周圍的空間產生影響而使它們“彎曲”。彎曲的空間會迫使其中穿過的光線發生偏轉，例如太陽就會使經過其邊緣的遙遠星體光線發生1.75弧秒的偏轉。通常，由於太陽的光太強而使人們無法觀測到這一事實。1919年發生了日全蝕，一個英國考察隊終於觀測到太陽附近的光線偏轉，得到的偏轉數據正是愛因斯坦所預言的“1.75弧秒”。
愛因斯但的廣義相對論認為，時間和空間並不像人們（牛頓理論）一貫認為的那樣：空間隻是一個讓物體在其中運動而本身卻不受任何影響的容器；時間則如江河入海，自然流淌。空間更像是一個形狀依賴於其上所載小球的彈性薄膜，自由粒子和光沿著這一形變薄膜上彎曲的短程線運動，就像它們在小球引力的作用下偏離直線運動一樣；時間則與運動狀態和相關，又通過運動狀態與空間（參考係）發生了聯係。這種關於時間、空間和引力的全新理論，不僅正確地預言了掠過太陽邊緣的星光會發生1.75弧秒的偏折，而且完滿地解釋了牛頓引力理論不能說明的水星近日點每百年前移43弧秒的現象，因而逐步得到人們的公認，為上演代宇宙學這場氣勢恢弘的戲劇搭好了堅實的舞台。
1917年，愛因斯坦率先把他的廣義相對論應用於宇宙學研究，得到一個“有限無界的靜態宇宙”模型。根據廣義相對論，宇宙的幾何性質取決於物質的質量分布狀態，引力場使之對應於彎曲的“黎曼幾何空間”。所謂“有限無界”是說整個宇宙是一個彎曲的封閉體，它的體積有限而物質均勻分布；而“靜態”則是就宇宙的整體空間而言，並非說宇宙的各個部分都全然靜止不動。盡管後來（1922年）發現宇宙不可能保持穩定而被放棄，但畢竟是一次開創性的嚐試，揭開了現代宇宙學研究的序幕。
3．宇宙膨脹的發現
1922年，蘇聯數學家弗裏德曼在廣義相對論的框架下，的到了愛因斯坦宇宙方程的一組動態解，從理論上論證了宇宙要麼膨脹，要麼收縮，決不會保持靜止狀態。宇宙的演化趨勢則取決於宇宙物質的平均密度與臨界密度的比值：
對應於一個有限有界的閉合宇宙。
前兩種情況下宇宙將膨脹下去；後一種情況下，宇宙將出現膨脹──收縮的震蕩即“脈動”。（目前已知的臨界密度為=10-29克/厘米3，所觀測的不含“暗物質”的平均密度是=2?10-31克/厘米3）
我們有沒有辦法觀察宇宙基本成員──星係的運動呢？能不能像發現恒星的自行（恒星間在天球上的相對位置的變化）那樣，通過比較不同時代拍攝的天文照相底片來發現星係的自行呢？這至少在目前的技術條件下是不可能的，因為星係離我們實在太遙遠了。然而，物理學為我們提供了另一種測定物體運動速度的有力手段──多普勒效應。光波同聲波一樣，也有類似效應：麵向觀測者運動的光源譜線（與靜止光源相比）將向高頻（即光譜紫端）移動，而背向觀測者運動的光源譜線將向低頻（既紅端）移動，波長的相對移動量與相對運動速度成正比。
1927年，比利時天文學家勒梅特（GeorgesLemaitre,1894~1966）在弗裏德曼“解”的基礎上，把已觀測到的河外星係紅移解釋為大尺度宇宙空間隨時間而膨脹的結果，建立了“膨脹宇宙模型”。
1929年，哈勃在仔細研究了一批星係的光譜之後發現，除個別例外，絕大多數星係的光譜都表現出紅移，而且紅移量大致同星係的距離成正比。如果將紅移解釋為多譜勒效應，那就意味著所有星係都在離開我們而去，其退行速度正比於同我們的距離。這一關係稱為哈勃定律，比例係數稱為哈勃常數。如果遵循哥白尼的思想，認為我們在宇宙中並不處於特殊的中心位置，也就是說哈勃定律對任何星係說來都是成立的，那麼，直接的推論就是：字宙中所有的星係都在彼此遠離，即宇宙處於普遍的膨脹之中！
哈勃的發現為弗裏得曼的宇宙模型提供了直接的觀測依據，動搖了宇宙整體靜止的傳統觀念，為研究宇宙的起源和演化掃清了道路，是本世紀天文學最重要的成就之一。
4．宇宙大爆炸模型
1948年美國物理學家伽莫夫（GeorgeGamow,1904~1968）、阿爾法、貝特等人發揮了勒梅特的思想，把宇宙的膨脹於物質的演化聯係起來，提出了“大爆炸宇宙模型”。因為它能較多他說明現時所觀測到的事實，所以成為目前影響最大的宇宙學說。由於伽莫夫、阿爾法、貝特三人的姓恰好是希臘字母的，因而被後人幽默的代表宇宙之始。這個宇宙大爆炸學說簡介如下：
起源──宇宙始於約200億年前爆炸的一個高溫、高密度的“原始火球”。它的起始時間為0。
普郎克時代──時間10-43秒，溫度高達1032K；
大統一時代──時間10-35秒，溫度高達1028K；
強子時代──時間10-6秒，溫度為1014K；
輕子時代──時間10-2秒，溫度為1012K；
輻射時代──時間1—10秒，溫度降至約1010—5?109K，基本粒子開始結合成原子核，能量以光子輻射顯示出現；(人們探索微觀世界和宇宙結構的努力在這裏會合)
氦形成時代──時間3分鍾，溫度降至約109K，直徑膨脹到約1光年大小，有近三成物質合成為氦，核反應消失；
進入物質時代──時間1000—2000年，溫度降至約105K，物質密度大於輻射密度；
物質從背景輻射中透明出來──物質溫度開始低於輻射溫度，最重於最輕的基本粒子書比值保持恒定；
星係形成──時間108年，溫度降至約100K；
類星體、恒星、行星及生命先後出現──時間109年，溫度降至約12K；
目前階段──時間1010年，溫度降至約3K，星係溫度約105K。
伽莫夫和他的支持者預言，大爆炸中所產生的輻射在遙遠的宇宙空間裏必定仍然存在，大約相當於10K左右。後來3K宇宙背景輻射的發現給了人們很大的鼓舞，因為它使爆炸宇宙模型的這個預言成為真實。當然，大爆炸宇宙模型也同樣存在著許多尚待解決的疑難，它終究還隻是一種假說。
5．大爆炸理論的證據
(1).宇宙的年齡
如果星係目前正在彼此遠離，那它們過去必定靠得更近，也就是說，較早時代的宇宙，物質密度會更高。繼續這一推理就意味著過去必定存在一個時刻，那時宇宙中的物質處於極其高密的狀態。按照哈勃定律將星係的距離除以各自的速度，就可估計出那一時刻距今約100—200億年。這段時間對所有星係來說是共同的，事實上它就是哈勃常數的倒數。那一時刻通常被稱為“大爆炸”時刻，也就是我們宇宙的開端。如果這一推論不錯，那麼宇宙中一切天體的年齡都不應超出這個“宇宙年齡”所界定的上限。
借助盧瑟福所開創的利用物質中放射性同位素含量測定其形成年代的方法，人們測量了地球上最古老的岩石、“阿彼羅11號”宇航員從月球上帶回的岩石以及從行星際空間掉到地球上的隕石樣本，發現它們的年齡均不超過47億年。
恒星的年齡可以從它們的發光功率和擁有的燃料儲備來估計。根據熱核反應提供恒星能源的理論，人們估算出銀河係中最老恒星的年齡約為100—150億年。
用上述兩種完全不同的方法得到的天體年齡競與“宇宙年齡”協調一致，這對大爆炸宇宙模型當然是十分有力的支持。
(2).輕元素的豐度
在大爆炸後一秒鍾以前，宇宙不僅不可能存在星係、恒星，地球，甚至除氫核外也沒有其他化學元素，隻有處於熱平衡狀態下的由質子、中子、電子、光子等基本粒子混合而成的“宇宙湯”。起初，中子和質子的數量幾乎相等，隨著溫度的降低，兩者的比例逐漸下降，在約3分鍾時達到1:6左右。當溫度降到10億K時，中子和質子合成氘核的反應開始，類似氫彈爆炸時發生的聚變過程迅速把所有的中子合成到由兩個質子和兩個中子構成的氦核中。由此不難算出，氦同氫的質量比應為1:4。
天文觀測表明，無論宇宙的哪個角落，無論恒星還是星際物質中，氦與氫的比例均大體與此相符。同一時期合成的氘、氚、鋰、鈹、硼等輕元素，盡管數量小的多，但它們的豐度（即與氫的比例）也具有類似的普適性。這對大爆炸模型是一個有力的支持。
(3).微波背景輻射
大爆炸模型的另一個重要遺跡是微波背景輻射。前麵說過，大爆炸後最初幾分鍾，宇宙就像一個氫彈爆炸時產生的火球，處處充滿了溫度高達10億k的光輻射。因為處於熱平衡中，這種輻射強度隨波長的分布服從普朗克分布（或稱黑體譜）。隨著宇宙的膨脹，輻射溫度不斷下降，但始終保持黑體譜形和總體均勾性。按伽莫夫等人的計算，作為這種過程的遺跡，目前的宇宙中應普遍存在溫度約3k的背景黑體輻射。由於這輻射的峰值波長在1毫米附近，處於微波波段，故又稱為微波背景輻射。令人遺憾的是，這一重要預言在提出後的10多年中竟未引起人們的認真關注。直到1964年，美國貝爾電話實驗室的彭齊亞斯和威爾遜用一架衛星通訊天線在7.35厘米波長處探測到一種來自宇宙空間的強度與方向無關的信號時，他們起初也並不清楚自己發現的意義。後來普林斯頓大學的皮伯斯等得知這一消息，才認識到這正是他們試圖尋找的宇宙背景輻射。為了最後“驗明正身”，20多年來，全世界天文學家對這種輻射的譜分布和方向進行了大規模的調查，形勢逐漸明朗。1989年，美國宇航局專門為此發射了宇宙背景探測者衛星，第一批測量數據表明：在從0.5毫米到5毫米的整個波段上，該輻射的譜分布與溫度為2.735?0.06k的理想黑體完全相合；在扣除運動效應以後，天空不同方向的相對溫差小於十萬分之一。這就無容置疑地證明了微波背景輻射的黑體性和普適性。它是熱大爆炸模型最令人信服的證據，這一發現在現代宇宙學史上的地位隻有宇宙膨脹的發現可以相比。如果說，哈勃的發現是打開了宇宙整體動力學演化研究的大門的話，那麼，彭齊亞斯和威爾遜的發現就是打開了宇宙整體物理演化研究的大門。
6．無限宇宙的三大矛盾──三個佯謬問題
如果認為宇宙始無限的，則至少有三個似是而非、自相矛盾的問題，也叫佯謬問題。
光度佯謬（夜黑佯謬或奧伯斯佯謬）
如果宇宙是無限的，恒星大致均勻分布其間，那麼它們的發光總效果應該是天空的光度無限大。考慮到天體之間互有遮蔽，天空的光度也土改是一個不變的常數，也就是說，白天、黑夜一樣明亮。德國人奧伯斯（1758—1840）對之作了係統的討論，所以後人又稱為“奧伯斯佯謬”。這個問題隻有在宇宙大爆炸理論下才得以基本解決。
引力佯謬
德國人西利格爾（1849—1924）指出，如果在無限宇宙中均勻分布著無數恒星，根據萬有引力定律，所有天體之間都具有這種無處不在的引力作用，那麼任何一個天體，在任何方向上都會受到無限大的引力，其總的效果將使宇宙中的一切都被撕得粉碎。現實中得宇宙天體並非如此，這就從反麵證實了“無限宇宙”的謬誤。
熱死佯謬
奧地利物理學家克勞修斯（1822—1888）認為，宇宙的能量使守恒的，而宇宙的能量總是朝著一個越來越無序的熱力學方向轉移，這個過程不可逆轉。因此，宇宙越是發展，其變化能力就越小，研究越接近無序狀態。一旦達到某種程度，一切變化將會停止，便出現了“永恒的死寂”。這個容易引起恐怖的“熱死說”，在現代宇宙理論中才能得以澄清。
2．宇宙的構成
宇宙（Universe）是由空間、時間、物質和能量，所構成的統一體。是一切空間和時間的綜合。一般理解的宇宙指我們所存在的一個時空連續係統，包括其間的所有物質、能量和事件。宇宙根據大爆炸宇宙模型推算，宇宙年齡大約200億年。
它的組成和結構。1、行星我們居住的地球是太陽係的一顆大行星。太陽係一共有八顆大行星：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星。除了大行星以外，還有60多顆衛星、為數眾多的小行星、難以計數的彗星和流星體等。他們都是離我們地球較近的，是人們了解的較多的天體。那麼，除了這些以外，茫茫宇宙空間還有一些什麼呢？2、恒星和星雲晴夜，我們用肉眼可以看到許多閃閃發光的星星，他們絕大多數是恒星，恒星就是象太陽一樣本身能發光發熱的星球。我們銀河係內就有1000多億顆恒星。恒星常常愛好"群居"，有許多是"成雙成對"地緊密靠在一起的，按照一定的規律互相繞轉著，這稱為雙星。還有一些是3顆、4顆或更多顆恒星聚在一起，稱為聚星。假如是十顆以上，甚至成千上萬顆星聚在一起，形成一團星，這就是星團。銀河係裏就發現1000多個這樣的星團。3、銀河係及河外星係隨著測距能力的逐步提高，人們逐漸在越來越大的尺度上對宇宙的結構建立了立體的觀念。這裏第一個重要的發展，是認識了銀河。它包含兩重含義，一是了解了銀河的形狀，二是認識了河外天體的存在。4、星係團當我們把觀測的尺度再放大，宇宙可看成由大量星係構成的"介質"，而恒星隻是星係內部細致結構的表現。這樣，為了了解宇宙結構，需關心星係在空間的分布規律。5、大尺度結構今天人們把10Mpc以上的結構稱為宇宙的大尺度結構（目前觀測到的宇宙的大小是104Mpc）。至今大尺度上的觀測事實遠不是十分明確的。有趣的是，有跡象表明，星係在大尺度上的分布呈泡沫狀。即有許多看不到星係的"空洞"區，而星係聚集在空洞的壁上，呈纖維狀或片狀結構。這一層次的結構叫超星係團。它的典型尺度為幾十兆秒差距。總之，若把星係看成宇宙物質的基本單元，那麼星係的分布狀況就是宇宙結構的表現。現在看來，直至50Mpc的尺度為止，星係的分布呈現有層次的結構。
其實可以分為兩類，一個是看得見的，一個是看不見的。
一、看得見的正常物質
無數顆星星在茫無涯際的宇宙中運動著。我們看得見的星星，絕大多數是恒星。看上去它們好象是冷的，但實際上每顆恒星都是一個火熱的太陽。洶湧的熱浪不斷地從這些大火球吐出來，射向廣漠的宇宙空間。它們的熱度非常高，表麵溫度至少有攝氏三千度。即使是最堅硬的金屬，一接觸它們的表麵就會熔解，甚至化為氣體。可是，當你看到靜靜的夜空中閃爍著寒光的小星星的時候，說不定還會把它們當作螢火蟲呢。
許多紅色的星星很大很大，有的可以裝得下八十萬萬個太陽。這些星星是由非常稀薄的氣體狀態的物質組成的。最稀薄的，密度隻有地球上空氣的幾萬分之一，比我們用抽氣機造成的“真空”還要稀薄得多。
也有一些恒星非常小，有的比地球還小。可是這種星星的物質，密度特別大，火柴頭那麼大的一點點就抵得上十多個成年人的重量。用白金造成同樣大的一個球，重量才抵得上它的二百萬分之一。人到這種星星上麵休想站得起來，因為它的引力是這樣大，人的骨胳早就被自己的體重壓碎了。這樣的小星星發出強烈的眩目的白光，它的表麵溫度高達攝氏三萬度到五萬度。
還有數量眾多的中等的恒星，這些恒星象太陽一樣，體積不太大，密度不太小（太陽的密度是水的一點四倍），表麵溫度也不十分高，隻有幾千度。
恒星有各種各樣的，但是全都是灼熱的龐大的氣體球，全都是發光發熱的。
這些星星裏，想來會有不少不發光的行星繞著它們轉的吧。固然，今天憑地球上最大的望遠鏡，還不能直接看見別的恒星世界的行星，但是有什麼理由能說太陽係的構成是宇宙中獨一無二的呢？太陽可以有行星，為什麼別的恒星就不能有呢？
從這顆星星到那顆星星的距離，每秒鍾能飛十六點七公裏的宇宙船得走幾萬年。得走幾萬年，多麼遼闊的宇宙空間啊！盡管恒星都很大，差不多每一顆都能裝下幾百萬個地球（隻有極少數比地球小），可是在遼闊的宇宙空間裏，這些恒星不過象大海裏的水滴，也許還要小。還有難於計算的由塵埃和氣體組成的星雲，浮遊在星星和星星之間，浮遊在宇宙空間裏，阻礙星光的通過。這些星雲有的厚到幾萬億公裏，本身並不發光，如果在附近有恒星，它就反射出光亮，叫做亮星雲。否則它就是暗黑的，叫做暗星雲。
這樣就可以知道，宇宙裏的發光的星星，還有亮星雲、暗星雲等，這些都是宇宙中的正常物質。
大約一千萬萬顆以上的恒星組成一個鐵餅形狀的東西，我們把它叫做銀河係，太陽也在其中。從地球上望出去，銀河就象一個環，套在地球周圍。這是一個美麗的環，當它一半沒在地平線下，另一半橫過天空的時候，人們就說，這是一條天河，它把多情的織女和牛郎隔開了。哪裏知道，這條天河淹沒了一千萬萬顆以上的星星啊！一千萬萬，你一口氣數下去，得數一千多年！這就是整個宇宙嗎？不，這還隻是構成宇宙的一個微不足道的小點點。
宇宙裏有千千萬萬個象銀河係一樣的恒星係，這些恒星係大都有一千萬萬顆以上的恒星。
我們肉眼能看到仙女座裏的一個恒星係。每當初冬晚上八九點鍾的時候，差不多在天空正中有一個紡錘形的小光斑，就是這個恒星係。它距離我們那樣遠，光線從它那裏到地球上得走二百二十萬年。在每一個恒星係裏，光線從這一頭到那一頭也得走幾萬以至十幾萬年。不要忘記，光線是宇宙中最快的使者，若是宇宙飛船，不知道要走多少萬萬年呢。
我們已經發現數以億計的恒星係。可是不要以為我們已經看透整個宇宙了。要知道數億計的恒星係仍然隻是茫茫宇宙的一個極小部分。隨著望遠鏡製造技術的不斷提高，新的儀器的不斷發明，我們將會看到更遠的世界。
所有的星星和恒星係全都在飛快地運動著。太陽也帶著地球和其他行星以每秒十九公裏的速度飛奔。同時，太陽係也參加銀河係的自轉運動。在運動中，太陽係每秒鍾要走二百五十公裏。整個宇宙仍然是在運動著、發展著。
二、看不見的暗物質
宇宙中有什麼物質？在21世紀之前，這是一個令人費解的問題。10年前，人們隻知道宇宙中有太陽、月亮、星星、像銀河係一樣的星係以及由許多星係組成的星係團。實際上，這些看得見的天體在遼闊的宇宙中隻占極小一部分，宇宙中大部分物質是看不見的。這些看不見的物質是什麼？20世紀90年代中期才有人提出，這是一種叫做“冷的暗物質”的奇異物質，這種看不見的物質構成了90%（注意這個數字不正確！）的宇宙。恒星、行星、人類以及原子、分子等正常物質隻占剩餘的小部分。孤立地看，這種觀點似乎很對，但考慮一下恒星和星係為什麼旋轉得這麼快，問題就來了。例如銀河係每2億年就要旋轉一次。這樣巨大的旋轉速度雖不會使人感到頭暈目眩，但它有足夠的力量把整個銀河係撕裂開來。銀河係是靠物質引力維係在一起的，仔細分析，維係銀河係的物質引力太弱，不能“勒住”高速旋轉的銀河係這匹“野馬”，除非有很多看不見的暗物質在暗地裏施加一個額外的力把銀河係成員“勒”在一起。另外，星係團裏的星係也在快速旋轉，那又是什麼力量使整個星係團內的星係維係在一起呢？也是許多看不見的暗物質嗎？現在看來正是！
3．宇宙的年齡
每個人有年齡，每樣東西也有年齡。當然，每個星球也是有年齡。例如，我們的地球的年齡時46億歲，那麼，宇宙的年齡有多大呢？
這事兒說來話長。現在請先回顧一下，“振蕩不停的太陽”一題中談到的“多普勒效應”。那裏介紹了天文學家如何測量天體光譜線的紫移或紅移，來推算這個天體真亦多快的速度朝向我們前來或遠離我麼而去。
20世紀初葉，美國天文學家斯萊弗首先發現，他觀測的大多數星係的光譜線都發生紅移，並據此推算出這些星係正以每秒好幾百千米的速度遠離我們而去。後來，天文學家們又發現許多紅移更大的星係，正在以每秒幾千千米，甚至更快的速度遠離我們而去！
但是，為什麼這麼多星係都在離開我們而去？為什麼它們不是奔向我而來呢？
通常，天文學家把世界上最大的望遠鏡所能觀測到的整個範圍叫做“可觀測宇宙”，在不會發生誤解的情況下，也可以就用“宇宙”兩個字來稱呼它。隨著天文望遠鏡的威力越來越強大，可觀測宇宙的範圍也在不斷的擴展。
今天我們知道，可觀測宇宙的結構大致是這樣的：人類生活在一顆小小的行星——地球上，它圍繞這一顆普通的恒星——太陽運轉。太陽和另外2000多億顆恒星一起構成一個龐大的恒星係統——銀河係。目前，人類觀測到的類似於銀河係這樣的“星係”已有上百億個。星係光譜線的紅移，向我們透漏了整個可觀測宇宙正在膨脹的信息。
1929年，美國天文學家哈勃發現，離我們越遠的星係遠去的速度就越快。後來人們探測的空間範圍越來越大，探測到的星係也越來越多、越來越遠了。實施始終證明，星係遠去的速度總是正比與它們和我們的距離。為什麼無數的星係都會如此“瘋狂地”四散離去。
這是因為我們的宇宙正處在一種宏偉的整體膨脹之中。這很像一隻鑲嵌了許多葡萄幹的巨大的麵包，當這隻麵包膨脹是，其中的葡萄幹就會互相遠離；而且每一顆葡萄幹都會看見：其它所有的葡萄幹都在離開自己。相聚越遠的葡萄幹，彼此分離的相對速度也越快。如果把宇宙想象成麵包，把宇宙中的星係想象成麵包中的葡萄幹，那麼就比較容易理解他們隨著宇宙的膨脹彼此遠離的清醒了。應該注意的是：所有的星係並不隻是“遠離我們”而去，而是互相之間都在彼此分離。你到任何一個星係上去，都會看到相同的景象。
可觀測宇宙為什麼會如此循序的膨脹？這種膨脹又是從什麼時候開始的呢？
1927年，比利時天文學家勒梅特首先做出這種猜想。它把包含了我們的宇宙中全部物質的那個原始天體稱為“原始原子”。“原始原子”是不穩定的，他在一場無與倫比的爆炸中爆炸裏，爆炸形成的無數碎片後來成了千千萬萬個星係。這些星係至今還在繼續縣四麵八方飛散開去。因襲，宇宙的膨脹，星係彼此匆匆分離，都是“原始原子”爆發的直接結果。
1948年，美國物理學家蓋莫夫等人發展立這種想法。他們計算了爆炸之初的溫度；計算了隨著宇宙的膨脹，溫度下降的有多快；計算出有多少能連轉化成了各種基本粒子，以後又怎樣變成裏各種原子等等。後來人們把最初那次難以想象的爆發稱為“大爆炸”，這種宇宙起源學說則稱為“大爆炸宇宙論”。從宇宙棚中的情況推算，大爆炸約發生在150億年前。
如果把大爆炸的那一刹那當作宇宙誕生的時刻，那麼我們就可以說：今天宇宙的年齡大約是150億歲。但是，這裏人有許多問題。天文學家中是根據現在觀測到的宇宙膨脹來推算它究竟已經膨脹裏多久。當時，有沒有足夠的證據表明，宇宙膨脹的速度始終保持不變呢？這就好像有意為長跑運動員正以每秒5米的速度向你跑來。有人告訴你，這位運動員已經跑了5000米，要你猜猜他已經跑了多久。你也許會覺得這很容易：每秒鍾跑5米，跑5000米當然是用了1000秒鍾。但是，你很可能錯了！因為，這位運動員也許一開始跑得非常快，隻是快到你那裏是速度才慢了下來。那樣的話，他跑完這5000米也許隻需要900秒鍾。
宇宙的膨脹也是這樣。今天他的膨脹速度可能比很久以前慢了許多，那樣的話，宇宙的年齡就會比150年小好多。不過，要確定宇宙膨脹是怎樣減慢下來的，卻又是一道難題。再說，有些老年恒星似乎已經有100多億歲了，宇宙的年齡肯定比它們更大。也許，宇宙的膨脹並沒有放慢速度？從“大爆炸”那一瞬間算起，宇宙的年齡真的就是150億歲？
這些十分有趣的難題，和“宇宙的未來會怎樣”有著非常密切的關係。
4．人類對宇宙的認識
1．宇宙的概念
早在2300多年前，我國戰國時代的思想家莊子（大約公元前369—前286年）就浪漫激情地幻想“旁（傍）日月，挾宇宙”。其實中文的“宇”、“宙”二字原指“屋簷”和“棟梁”，都是指人居住的地方，後來才延伸為“天地四方（空間）、古往今來（時間）的總稱。它超越了東西南北的方位，無邊無際；超越了一朝一夕的時間，無窮無盡。與“宇宙”混用的“世界”二字則出於佛教的說法，也是時間（世代）和空間（邊界）的合稱。
在西方，以英語為例也有兩個詞表達“宇宙”，即cosmos和university。cosmos原意指秩序，引申為“有秩序的宇宙體係”；university則表示包羅萬象、無所不容的宇宙全體。
2．人類對宇宙的認識
(1).局限於太陽係的宇宙說──地心說
古代的人們首先注意到的宇宙現象，如晝夜交替、月亮圓缺、日食月食、天體位置隨季節的變化以及行星在星空背景上的移動等等，實際上隻是太陽、地球、月亮、行星等太陽係天體運動的反映。因此，以這些現象為基礎建立起來的宇宙理論，無論是中國古代“天圓如張蓋，地方如棋局”的蓋天說，“天體圓如彈丸，地如雞子中黃”的渾天說，還是古希臘以地球為中心，依次排列月亮、水星、金星、太陽、火星、木星、土星、恒星等“九重天“的地心說，都沒超出太陽係的範圍。恒星在這些宇宙理論中的地位，隻不過是個一成不變的布景或陪襯。
(2).局限於太陽係的宇宙說──日心說
16世紀哥白尼提出的日心說雖然仍末超出太陽係的局限，但卻把地球從居於宇宙中心的特殊地位降為一顆繞太陽旋轉的普通行星，正確地反映了太陽係的實際情況。這不僅直接為以後開普勒總結出行星運動定律，伽利略、牛頓建立經典力學體係鋪平了道路，而且從根本上動搖了人類中心論等宗教教義不可冒犯的神話。它作為自然科學第一次從神學桎梏下解放出來的“獨立宣言”，在人類思想史以至社會發展史上作出了不可磨滅的貢獻。
(3).從太陽係到廣闊的恒星世界
18，19世紀是太陽係天文學發展的鼎盛時期。借望遠鏡的幫助，人們不僅發現了天王星、大量的小行星、行星衛星等太陽係成員，還根據天王星實際觀測位置與理論計算位置的偏差，用天體力學理論準確地預言了海王星的存在和位置，並最終發現了海王星、冥王星，從而有力地證明了當時的宇宙理論同太陽係的客觀實際是相符的。與此同時，人類的視野也逐漸由太陽係擴展到更為廣闊的恒星世界。
17l8年，哈雷將自己的觀測同1000多年前托勒玫時代的觀測結果相比較，發現有幾顆恒星的位置已有明顯變化，首次指出所謂恒星不動的觀念是錯誤的。
1837年，斯特魯維測定了織女星的周年視差（由於地球繞日公轉而產生的天體方向變化）為0.125角秒，這意味著它與太陽的距離為日地距離（1．5億公裏）的165萬倍，遠遠超出了太陽係的邊界（日地距離的40倍）。