宇宙中所有物质都在膨胀吗

宇宙的诞生

人类探索宇宙的整个进程中，最伟大、最令人不可思议的突破，莫过于对宇宙诞生的描述。如此庞大的宇宙，怎么可能是“诞生”的呢？如果是诞生的，它是从什么地方、在什么时间诞生的呢？

从1922年天文学家A．弗里德曼提出“膨胀宇宙论”，到1929年美国天文学家哈勃发现宇宙中存在的“星云群”，初步证实了宇宙处于不断膨胀的过程中。1931年，哈勃等进一步论证指出：膨胀的宇宙不仅在空间方面是有限的，而且在时间方面也必定是有限的。他们通过测算，指出宇宙的年龄不会小于20多亿年之前，宇宙必定经历过诞生的那一瞬间。

物理学有一个著名的定律：物质和能量守恒定律。按照这个定律，世界上的物质和能量，既不可能凭空产生，也不会消灭：它们只会从一种形式，转换成为另一种形式。宇宙在时间上是有限的结论，是直接与这个物理学的定律相违背的。因此，很多人根本无法接受宇宙可以“诞生”这种观念。

可是，科学理念所以能够成立，其唯一依据应该是事实。事实有时是相当冷酷无情的。

1965年，美国天文学家A．彭茨阿斯和R．W．威尔逊发现并且证实了宇宙背景（本底）辐射的存在，测定出这一辐射的温度为3K。这一重大的天文发现，最后奠定了“宇宙大爆炸”学说的不可移易的理论地位。A．彭茨阿斯和R．W．威尔逊也因该项成就，荣获1978年度诺贝尔物理学奖。

从这一年开始，天文学家和天体物理学家，所面临的重要工作之一，就是要以宇宙大爆炸的观点，对观察到的天文现象作出解释和说明。一切都异乎寻常的顺利，只是沿着这一理论的脉络反推宇宙的发展过程时，在解释宇宙诞生最初的几秒钟发生的事件时，遇到了前所未有的理论障碍。

其后的大约30年间，理论物理学家为了解释和说明这宇宙初生的一瞬间，绞尽了脑汁。在诸多的设想中，目前，人们普遍接受的是如下的说法：

时间，大约在距今150亿年以前。在混混沌沌的虚空中（请原谅这种说法，因为在那时既没有宇宙，也没有空间），存在一个“点”。它就是原始的、未爆炸的宇宙“胚胎”。按照现代物理学的观点，在这一只有位置而没有大小的点上，物质的“温度和密度”（如果存在着所谓的温度和密度的话）大到了人们所能够想象得到的任何数值之上。就是在这样的一个点上，宇宙开始了它的“历史”。

在最初的不到百亿分之一秒，甚至是不到千亿分之一秒的时间里，宇宙的胚胎有了体积，也就是像现在我们所知道的原子核那么大吧。

经过约10亿分之一秒，宇宙以极快的速度膨胀到了像一个足球那么大。

年龄为100万分之一秒时的宇宙，半径已经有约160亿千米之大了。在极高的温度和压力之下，只有基本粒子存在，不存在任何形态的原子和分子。科学家推测，当时的基本粒子主要有质子、中子、电子，以及许多质量极其微小的中微子（1999年以前，对于中微子存在与否，还有争议。目前，已经证实了其存在。但是，对于其数量的估计有很大的差异。我们将在“神奇的中微子”中加以介绍）。

按现有的全部物理学理论框架，科学家根本无法解释最初约2秒多钟的情况：巨大的质量存在在什么地方？难道物质的密度没有极限吗？或者说物质和能量并不守恒？赞成宇宙大爆炸学说的科学家坚持认为，尽管我们对上述问题一无所知，但可以说，现存的宇宙都是从一个点“产生”的，在零秒时，按我们的观念，只有一个位置，姑且称为“奇点”，当奇点上产生了爆发时，物质和能量从那里迅急地“涌现”出来。天文学家和天体物理学家设想，宇宙诞生之后的2秒多钟之后，宇宙的体积或许已经“容纳得下”现今所知的宇宙的质量。也就是说，从那时起，宇宙的发展和变化，才开始按照“物质和能量守恒定律”的规律发展和变化。在这段时间之前，物质和能量是从哪里来的？按照现代物理学的观点，我们是一无所知。

即使在两秒多钟以后，我们仍然不清楚维持宇宙初始爆炸的能量是怎么一回事，更不要说这些能量是从什么地方产生的，以及是如何产生的了。

直到1分钟以后，也许更长一点的时间，宇宙的半径达到了1000光年左右。这时，宇宙中形成了大量的氢原子核，在极高的温度下，其外围根本没有稳定的电子存在。宇宙初始爆炸所产生的高温，使这些刚刚诞生的氢原子核，成了我们现在熟悉的热核反应的原料。极其激烈的热核反应，维持着宇宙数十亿度的高温状态。同时，这种高温，使得宇宙的爆炸或者膨胀能够继续下去。在这种膨胀的过程中，没有热核反应的区域的温度渐渐地降了下来。宇宙物质开始了自身的分化过程。

以上就是科学家为我们描述的宇宙诞生的最初一两分钟的大致情形。

我们现在所认知的宇宙，就这样诞生了。以后的宇宙发展和变化，几乎为现代人所熟知。一般认为，经过初期的几十万年以后，宇宙的平均温度下降到了4000K～6000K，也就是说和现在的太阳表面温度差不多。这时，才开始了各种类型的星系诞生的过程。

在几十亿年的时间里，宇宙大爆炸的“残骸”，在不断的膨胀过程中，逐步摆脱了高温排斥力的绝对控制，在一定的范围内，它们遵循着万有引力定律，互相吸引和积聚，生成一片一片的原始星云。在每一片星云中，物质进一步的积聚，形成了一个个的恒星和数以亿计的恒星系统。

100多亿年的时间过去了，宇宙的膨胀还没有任何停止的迹象。正好像宇宙的诞生是一个难解的谜一样，宇宙的未来也是一个巨大的谜。

天文学家为了解开这些谜，在进行着不懈的努力。哲学家则用最聪明的语言不了了之地解释了这一切：宇宙的层次是无穷尽的，在两个层次交界处发生的一切，对我们来讲是难以理解和不可想象的，但它正好反映了宇宙结构的一般规律。要认识这些规律，有永远走不完的路。无论你走了多远，前面剩下的还是无穷远。

宇宙大爆炸设想图