宇宙是如何形成的? 1.科學家認為它起源為137億年前之間的一次難以置信的大爆炸。這是一次不可想像的能量大爆炸，宇宙邊緣的光到達地球要花120億年到150億年的時間。大爆炸散發的物質在太空中漂游，由許多恆星組成的巨大的星系就是由這些物質構成的，我們的太陽就是這無數恆星中的一顆。原本人們想象宇宙會因引力而不在膨脹，但是，科學家已發現宇宙中有一種 “暗能量”會產生一種斥力而加速宇宙的膨脹。 2.宇宙學說認為，我們所觀察到的宇宙，在其孕育的初期，集中於一個體積極小、溫度極高、密度極大的奇點。在141億年前左右，奇點產生後發生大爆炸，從此開始了我們所在的宇宙的誕生史。 3.宇宙大爆炸後0.01秒，宇宙的溫度大約為1000億度。物質存在的主要形式是電子、光子、中微子。以後，物質迅速擴散，溫度迅速降低。大爆炸後1秒鐘，下降到100億度。大爆炸後14秒，溫度約30億度。35秒後，為3億度，化學元素開始形成。溫度不斷下降，原子不斷形成。宇宙間瀰漫著氣體雲。他們在引力的作用下，形成恆星系統，恆星系統又經過漫長的演化，成為今天的宇宙。 宇宙是什麼?宇宙有多大?宇宙年齡是多少? 宇宙是萬物的總稱，是時間和空間的統一。從最新的觀測資料看，人們已觀測到的離我們最遠的星系是130億光年。也就是說，如果有一束光以每秒30萬千米的速度從該星系發出，那麼要經過130億年才能到達地球。根據大爆炸宇宙模型推算，宇宙年齡大約200億年。宇宙有多少個星系?每個星系有多少顆恆星? 、反質子是帶電的，不能是暗物質粒子，光子和引力子的靜止品質是零，也不能是暗物質粒子。因此，在標準模型給出的62種粒子中，有可能是暗物質粒子的只有3種中微子和3種反中微子。 20世紀80年代初期，美國天文學家艾倫森發現，距我們30萬光年的天龍座矮星系中，許多碳星(巨大的紅星)周圍存在著穩定的暗物質，即這些暗物質受到嚴格的束縛。高能熱粒子和能量適中的暖粒子是難以束縛住的，它們會到處亂竄，只有執行很慢的“冷粒子”才能束縛住。物理學家認為那是“軸子”，它是一種非常穩定的冷“微子，品質只有電子品質的數百萬分之一。這就是暗物質的軸子模型。 軸子模型是否成立，最終得由實驗裁決。最近，還有人提出，暗物質可能是一種稱做“宇宙弦”的弦狀物質，它產生於大爆炸後的一秒期間內，直徑為1萬億億億分之一釐米，品質密度大得驚人，每寸長約1億億噸。這種理論是否成立，同樣有待科學家進一步研究。 為探索暗物質的祕密，世界各國的粒子物理學家正在這個領域努力工作，相信揭開暗物質神祕面紗的那一天不會太遙遠了。 在引入宇宙暴漲理論之後，許多宇宙學家相信我們的宇宙是平直的，而且宇宙總能量密度必定是等於臨界值的（這一臨界值用於區分宇宙是封閉的還是開放的）。與此同時，宇宙學家們也傾向於一個簡單的宇宙，其中能量密度都以物質的形式出現，包括4%的普通物質和96%的暗物質。但事實上，觀測從來就沒有與此相符合過。雖然在總物質密度的估計上存在著比較大的誤差，但是這一誤差還沒有大到使物質的總量達到臨界值，而且這一觀測和理論模型之間的不一致也隨著時間變得越來越尖銳。 當意識到沒有足夠的物質能來解釋宇宙的結構及其特性時，暗能量出現了。暗能量和暗物質的唯一共同點是它們既不發光也不吸收光。從微觀上講，它們的組成是完全不同的。更重要的是，像普通的物質一樣，暗物質是引力自吸引的，而且與普通物質成團並形成星系。而暗能量是引力自相斥的，並且在宇宙中幾乎均勻的分佈。所以，在統計星系的能量時會遺漏暗能量。因此，暗能量可以解釋觀測到的物質密度和由暴漲理論預言的臨界密度之間70-80%的差異。之後，兩個獨立的天文學家小組通過對超新星的觀測發現，宇宙正在加速膨脹。由此，暗能量佔主導的宇宙模型成為了一個和諧的宇宙模型。最近威爾金森宇宙微波背景輻射各向異性探測器（Wilkinson Microwave Anisotrope Probe，WMAP）的觀測也獨立的證實了暗能量的存在，並且使它成為了標準模型的一部分。 暗能量同時也改變了我們對暗物質在宇宙中所起作用的認識。按照愛因斯坦的廣義相對論，在一個僅含有物質的宇宙中，物質密度決定了宇宙的幾何，以及宇宙的過去和未來。加上暗能量的話，情況就完全不同了。首先，總能量密度（物質能量密度與暗能量密度之和）決定著宇宙的幾何特性。其次，宇宙已經從物質佔主導的時期過渡到了暗能量佔主導的時期。大約在“大爆炸”之後的幾十億年中暗物質佔了總能量密度的主導地位，但是這已成為了過去。現在我們宇宙的未來將由暗能量的特性所決定，它目前正時宇宙加速膨脹，而且除非暗能量會隨時間衰減或者改變狀態，否則這種加速膨脹態勢將持續下去。 暗物質的蹤跡 暗物質是相對可見物質來說的。所謂可見物質，除發射可見光的物質外，還包括輻射紅外線等其他電磁波的物質。雖然宇宙中的可見物質大部分不能用肉眼直接看到，但探測它們發出的各種電磁波就可以知道它們的存在。暗物質不輻射電磁波，但有品質。 科學家為什麼會提出“暗物質”這個概念？宇宙中有沒有暗物質？ 在物理學中，把狀態變化的“轉折點”成為“臨界點”，比如水變成冰，溫度臨界值（或者說“臨界點”）為0℃。宇宙學的研究認為，宇宙中物質的平均密度，與決定宇宙是膨脹還是收縮的臨界值，相差不會超過百萬分之一。可是，宇宙中發可見光的恆星和星系的物質總量不到臨界值的1%，加上輻射其他電磁波的天體，如行星、白矮星和黑洞等，最多也只有臨界值的10%。 現已知道，宇宙的大結構呈泡沫狀，星系聚整合“星系長城”，即泡沫的連線纖維，而纖維之間是巨大的“宇宙空洞”，即大泡泡，直徑達1~3億光年。如果沒有一種看不見的暗物質的附加引力“幫忙”，這麼大的空洞是不能維持的，就像屋頂和橋樑的跨度過大不能支援一樣。 我們的宇宙儘管在膨脹，但高速運動中的個星系並不散開，如果僅有可見物質，它們的引力是不足以把各星系維持在一起的。 我們知道，太陽系的品質，99.86%集中在太陽系的中心即太陽上，因此，離太陽近的行星受到太陽的引力，比離太陽遠的行星大，因此，離太陽近的行星繞太陽執行的速度，比離太陽遠的行星快，以便產生更大的離心加速度（離心力）來平衡較大的太陽引力。但在星系中心，雖然也集中了更多的恆星，還有品質巨大的黑洞，可是，離星系中心近的恆星的運動速度，並不比離得遠的恆星的運動速度快。這說明星系的品質並不集中在星系中心，在星系的外圍區域一定有大量暗物質存在。 天體的亮度反應天體的品質。所以天文學家常常用星系的亮度來推算星系的品質，也可通過引力來推算星系的品質。可是，從引力推算出的銀河系的品質，是從亮度推算的銀河系品質的十倍以上，在外圍區域甚至達五千倍。因而，在那裡必然有大量暗物質存在。 那麼，暗物質是些什麼物質呢？ 宇宙學研究發現，在宇宙大爆炸初期產生的各種基本粒子中，有一種叫做中微子的粒子不參與形成物質的核反應，也不與任何物質作用，它們一直散佈在太空中，是暗物質的主要“嫌疑人”。 但中微子在1931年被提出來以後，一直被認為品質為零。這樣，即使太空是中微子的海洋，也不會形成品質和引力。曾有人設想存在一種“類中微子”，它的性質與中微子類似，但有品質。可是一直沒有發現“類中微子”的存在。 極小的中微子運動速度極高，可自由穿透任何物質，甚至整個地球，很難被捕找到。但中微子與物質原子和亞原子粒子碰撞時，會使他們撕裂而發出閃光。探測到這種效應就是探到了中微子。但為了避免地面上的各種因素的干擾，必須把探測裝置（如帶測量儀器並裝有數千噸水的水箱）放在很深（如1000米）的地下。 1981年，一名蘇聯科學家在試驗中發現中微子可能有品質。近幾年，日、美科學家進一步證實中微子有品質。如果這個結論能得到最後確認，則中微子就是人們尋找的暗物質。 尋找暗物質有著重大的科學意義。如中微子確有品質，則宇宙中的物質密度將超過臨界值，宇宙將終有一天轉而收縮。關於宇宙是繼續膨脹還是轉而收縮的長久爭論將塵埃落定。。
