热水器怎么增压:宇宙爆炸学说是什么

大爆炸理论
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根据大爆炸理论，宇宙是由一个致密致热的奇点膨胀到现在的状态的。
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根据大爆炸理论，宇宙是由一个致密致热的奇点膨胀到现在的状态的。

大爆炸理论是宇宙物理学(physical cosmology)关于宇宙起源的理论。根据大爆炸理论，宇宙是在大约140亿年前由一个密度极大且温度极高的状态演变而来的。本理论产生于观测到的哈勃定律下星系远离的速度，同时根据广义相对论的弗里德曼模型(Friedmann model)，宇宙空间可能膨胀。延伸(Extrapolate)（数学上同插值(intepolation)相反）到过去，这些观测结果显示宇宙是从一个起始状态膨胀而来。在这个起始状态中，宇宙的物质和能量的温度和密度极高。至于在此之前发生了什么，广义相对论认为有一个引力奇点(gravitational singularity)，但物理学家对此意见并不统一。

大爆炸一词在狭义上是指宇宙形成最初一段时间所经历的剧烈变化，这段时间通过计算大概在距今137亿（1.37 × 1010）年前；但在广义上指当今流行的揭示宇宙起源和膨胀的理论。这一理论的直接推论是我们今天所处的宇宙同昨天或者明天的宇宙不同。根据这一理论，乔治·盖莫夫(George Gamow)在1948年预测了宇宙微波背景辐射的存在。1960年代，这一辐射被探测到，有力地支持了大爆炸理论，从而否定了另一个比较流行的稳恒态宇宙理论(steady state theory)。
目录
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* 1 发展历史
* 2 理论
* 3 证据
o 3.1 哈勃定律和宇宙膨胀
o 3.2 宇宙微波背景辐射
o 3.3 原始物质丰度
o 3.4 星系演变和分布
* 4 疑点和反对意见
* 5 这意味着怎样的未来？
* 6 哲学和宗教意义
* 7 外部链接

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发展历史

大爆炸理论是通过实验观测和理论推导发展的，在实验观测方面，1910年代，维斯特·斯里弗尔（Vesto Slipher）和卡尔·韦海姆·怀兹（Carl Wilhelm Wirtz）证实了大多数旋涡星云正在退离地球，不过他们并没有因此联想到这对宇宙学意味着什么，也不认为发现的星云其实是银河系外的其他星系。同时在理论上，爱因斯坦的广义相对论成功建立并推出没有稳定态宇宙。通过度量张量（metric tensor）描述的宇宙不是膨胀就是收缩，爱因斯坦认为他自己解错了，并加入了一个宇宙学常数（cosmological constant）来进行改正。第一个不使用宇宙学常数，而真正认真将广义相对论运用到宇宙学中的是亚历山大·弗里德曼（Alexander Friedmann），他的方程所描述的宇宙称为Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker宇宙，时间是1922年。1927年，比利时天主教牧师Georges Lemaître独立推导出Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker方程，并在螺旋星云后退现象的基础上提出了宇宙是从一个“初级原子”“爆炸”而来的—这就是后来所谓的大爆炸。

1929年，爱德文·哈勃为Lemaître的理论提供了实验条件。哈勃证明这些旋涡星云其实是星系，并通过观测仙王座δ（Cepheid variable）的星体测算出了他们之间的距离。他发现，星系远离地球的速度同它们与地球之间的距离刚好成正比，这就是所谓哈勃定律。根据宇宙学的原理，当观测足够大的空间时，没有特殊方向和特殊点，因此哈勃定律说明宇宙在膨胀。这一观点存在两种互相对立的可能性：一种是由Lemaître提出，乔治·盖莫夫（George Gamow）支持和完善的大爆炸理论；另一种则是霍伊尔(Fred Hoyle)的稳恒态宇宙模型（steady state model）。在稳恒态宇宙模型里，新物质在星系远离留下的空间中不断产生，从而宇宙基本不变化。其实这个理论的提出是出于讽刺Lemaître的大爆炸理论的，最开始是在1949年通过BBC广播节目形式传播的，论文《物质的自然》（The Nature of Things）发表于1950年。

之后的许多年，这两种理论并立，但观测事实开始支持一个演变子热密状态的宇宙。1965年宇宙微波背景辐射的发现使人们认为大爆炸理论是宇宙起源和演变最好的理论。1970年以前，很多宇宙学家认为宇宙可能在膨胀以前先收缩，这样可以避免从弗里德曼模型推出一个无限致密的“荒谬”的奇点。比较有代表性的是Richard Tolman的脉动宇宙模型（oscillating universe）。1960年代末，史蒂芬·霍金等人证明这个假设行不通，因为奇异点是爱因斯坦引力理论的直接和重要推论。之后大多数宇宙物理学家开始接受广义相对论所描述的宇宙在时间上是有限的。但是，由于对于量子引力规律缺乏认识，现在还不能断定这个奇异点到底是真正集合意义上的无限小点，还是物理收缩过程可以无限进行下去，从而间接达到宇宙在时间上无限。

现在宇宙物理学的几乎所有研究都与宇宙大爆炸理论有关，或者是它的延伸，或者是进一步解释，例如大爆炸理论下星系如何产生，大爆炸时发生的物理过程，以及用大爆炸理论解释新观测结果等。90年代后期和二十一世纪初，由于望远镜技术的发展和人造探测器收集到大量数据，大爆炸理论又有了新的巨大突破。大爆炸时期宇宙的情况和数据可以计算得更加精确，并产生了很多意想不到的结果，比如宇宙的膨胀在加速。（参看：暗能量（dark energy）。）

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理论

大爆炸理论测算出宇宙的年龄是137±2亿年，这一计算是通过对Ia型超新星的观测，对宇宙背景辐射强度的测量，以及对星系相关函数（correlation function）的测量得出的。这三个独立测算所得到的结果一致，从而被认为是所谓更详细描述宇宙中星系性质的Lambda-CDM model的强有力证据。早期的宇宙充满了同源同性的物质，其温度压强能量都极高。随着膨胀和冷却，宇宙物质经历了相变，这种相变与蒸气冷却时的凝结过程和水的凝固过程相似，不同之处在于前者发生在更基本的粒子层面上。

普朗克时期（Planck epoch）之后大约10 − 35秒，相转变引起宇宙产生指数级增长，称为暴胀（cosmic inflation）。之后暴胀停止，此时宇宙的物质形式是夸克-胶子等离子体（quark-gluon plasma）（同时也具有其他粒子，例如可能含有最近实验发现的夸克-胶子液体（quark-gluon liquid）），这些物质的运动都符合相对论。宇宙继续在空间上膨胀，温度继续下降。在某一温度下，一种至今未知的所谓重子相变（baryogenesis）的相变产生，夸克和胶子组成重子，就是质子和中子，同时还在物质和反物质之间产生了不对称性，这种不对称性已经被实验证实。随着温度进一步降低，更多无对称的相变发生，形成了现在的基本粒子和基本相互作用。之后，一些质子和中子结合，组成氘和氦的原子核，这个过程叫做大爆炸核合成（Big Bang nucleosynthesis）。随着宇宙的冷却，物质不再依照相对论理论运动，而静止质量的能量密度以引力形式存在，并超过辐射形式的能量密度。在大约30万年之后，电子和原子核结合成为原子（主要是氢原子），而物质通过脱耦（decouple）发出辐射并在宇宙空间中相对自由的传播，这就是今天德宇宙微波背景辐射。

随着时间的前进，在几乎是均匀分布的物质空间中，密度稍微大一点儿的区域通过引力作用吸引附近的物质，从而变得密度更大，并形成今天的气体云（gas cloud）、恒星、星系和其他天文学观测到的结构。具体过程决定于宇宙物质的形式和数量，其中形式可能有三种：冷暗物质、热暗物质和重子物质（baryonic matter）。

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证据

一般来说，大爆炸宇宙学理论有三个观测基础：

1. 星系红移为基础的哈勃膨胀；
2. 宇宙微波背景的细致测量；
3. 轻物质丰度（参见大爆炸核合成（Big Bang nucleosynthesis））。

另外，观测到的宇宙大尺度结构（large-scale structure of the cosmos）的相关函数（correlation function）符合标准大爆炸理论。
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哈勃定律和宇宙膨胀

参见哈勃定律。
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宇宙微波背景辐射

参见宇宙微波背景辐射。
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原始物质丰度

参见大爆炸核合成（Big Bang nucleosynthesis ）。
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星系演变和分布

参见宇宙大尺度结构。
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疑点和反对意见

宇宙大爆炸理论在其发展的过程中产生了一些疑点和问题，其中有些随着观测和理论的不断完善得到了解决，而成为了历史，但也有一些问题至今没有圆满解决，诸如环形尖点问题（Cuspy halo problem）、冷暗物质的矮星系问题（dwarf galaxy problem）等。有些人认为这些问题并不是大爆炸理论的致命问题，通过大爆炸理论的进一步发展可以得到解决。

大爆炸理论的主要疑点和问题有:

1. 视野问题（horizon problem）；
2. 均匀度问题（flatness problem）；
3. 磁单极问题（Magnetic monopoles）；
4. 重子不对称（Baryon asymmetry）；
5. 球状星云的年龄（Globular cluster age）；
6. 暗物质；
7. 暗能量。

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这意味着怎样的未来？

在发现暗能量之前，宇宙学家认为宇宙有两种未来。如果宇宙物质密度（density）超过临界密度（critical density），宇宙会在膨胀到最大体积之后收缩，在收缩过程中，宇宙的密度和温度都会再次升高，最后终结于同爆炸开始相似的状态——一个致密致热的小球。或者如果宇宙物质密度等于或者小于临界密度，膨胀会逐渐减速，但永远不会停止。造星运动会随宇宙密度减小而逐渐停止，而宇宙的温度会趋近于绝对零度。黑洞被气化，宇宙的熵会增加到极点，再也不会有有组织的能量形式产生，这叫做热寂说（heat death）。如果质子衰变（proton decay）存在，宇宙最后甚至连氢原子这种最基本最多的重子物质都会消失，而只剩下辐射。

但现在在发现加速膨胀宇宙（accelerated expansion ）之后，人们有了新的推测：现今可观测的宇宙将离开我们的视野（event horizon）而同我们失去联系，最终结果还不清楚。Lambda-CDM model宇宙模型认为宇宙的暗能量以宇宙常数形式存在，并提出只有诸如星系等重力支配系统的物质会聚集，从而同样推出宇宙膨胀和冷却到最后将是热寂说。对暗能量的其他解释，例如幻影能量理论（phantom energy）则认为星系群甚至星系都会在大分离过程中被“撕”开。

参见宇宙最终归宿（Ultimate fate of the universe）
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哲学和宗教意义

哲学上，有一些对大爆炸理论诠释完全主观和超越科学。一些诠释企图解释大爆炸的原因(第一因)，被自然主义的哲学家批评为现代的世界起源神话。一些人相信大爆炸理论支持传统的世界起源观点，譬如在创世记所载的，另一些人认为所有大爆炸理论都与传统观点不合。

大爆炸理论本身是纯粹的科学理论，不与宗教关连。一些基本教义派的诠释与大爆炸理论所描述的宇宙历史不相符合，但较接近于自由派的诠释则没有冲突。

以下是不同宗教对大爆炸理论的诠释：

* 道教的《道德经》中有“道生一，一生二，二生三，三生万物。万物负阴而抱阳，冲气以为和”（42章）的语句。这可以解释为“道”即宇宙，开始于“一”个奇异点，之后生出正反物质（“二”），从而产生了构成万物的质子、电子和中子。 万物都是由于正反粒子相互作用而通过大爆炸的形式产生的。
* 佛教中宇宙的概念没有起始点。但是大爆炸理论并不与其观念相矛盾，因为在大爆炸理论基础上可以假设一个永恒的宇宙，例如不少禅宗哲学家对脉动宇宙（oscillating universe）特别感兴趣。
* 一些伊斯兰教学者认为《古兰经》关于宇宙起源问题的内容与大爆炸理论相符合：“不相信的人不是看到在我们分开天堂和地球之前，它们是相连并一起被创造出来吗？”（Do not the unbelievers see that the heavens and the earth were joined together as one unit of creation, before We clove them asunder?）（21章30节）而且古兰经还描述了一个膨胀的宇宙：“我们用能力（power）建造天堂，我们也正在扩大（expand）它。” （The heaven, We have built it with power. And verily, We are expanding it）（51章47节）。在古兰经里还发现有同宇宙大收缩以及脉动宇宙向符合的经文：“如同我们开始创造天堂一样，当有一天我们像卷起书卷一样卷起天堂的时候，我们会再造它。这是一个承诺，一定会这样的。”（On the day when We will roll up the heavens like the rolling up of the scroll for writings, as We originated the first creation, (so) We shall reproduce it; a promise (binding on Us); surely We will bring it about.）（21章104节）
* 一些基督教教会，包括罗马天主教教会(Roman Catholic Church)已经接受大爆炸理论，把它作为哲学上宇宙起源的一种描述。庇护十二世教皇(Pope Pius XII)对推广大爆炸理论很热心，尽管当时的理论并不完善。

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外部链接

* 宇宙学模型（英文）

取自"http://wikipedia.cnblog.org/wiki/%E5%A4%A7%E7%88%86%E7%82%B8"

页面分类: 宇宙学 | 天体物理学 | 20世纪 | 21世纪

“大爆炸宇宙理论”是关于宇宙形成的最有影响的一种学说，英文说法为Big Bang，也称为“大爆炸宇宙论”。大爆炸理论诞生于20世纪20年代，在40年代得到补充和发展，直到50年代，人们才开始广泛注意这个理论。“大爆炸宇宙”学认为：如果宇宙是膨胀的，那么，昨天的宇宙应该比今天的宇宙更小，物质也更密集一些。所以，在宇宙的早期，可能是一种非常密集的状态。那时候物质密度非常之高，完全不同于我们今天看到的星空世界。 沿着这条线索来研究宇宙中物性的演化历史，称为“大爆炸宇宙”学。目前比较盛行的是“大爆炸宇宙”学。

但我认为：“大爆炸宇宙”学说是很狭隘的。爆炸点之外难道就不是宇宙？这就和说无穷大有边界一样。一个逻辑的问题：装着宇宙的时空是什么？难道不也是宇宙？
质疑（1）：“大爆炸理论”无法回答现在的宇宙在大爆炸发生之前到底是什么样子？或者确切地解释清楚发生这次大爆炸的原因是什么？
质疑（2）： 如果“大爆炸理论”是正确的，那么这个空间里所有的物质应该生于大爆炸之后，这是个因果关系。虽然爱因斯坦的相对论原则上不需有绝对的时间和空间，但是如果宇宙有一个起源，它就有一个绝对时间的原点，破坏了时间的相对性，所以这个因果律便是一个绝对的定律。最近美国的哈勃太空望远镜观测到一些现象，显示这个绝对的因果律出了问题。也就是说宇宙可能没有起源，就像相对性的空间一样，时间也是没有原点，时间也不是绝对的。

质疑（3）：自从“大爆炸宇宙”理论被提出来以后，大多数天文学家都接受了“大爆炸宇宙”学说的基本思想。特别是许多天文学家都认为：“大爆炸宇宙”有许多相关的证据，所以，有些科学家们也就不去想什么了。为什么我们不去想一想：天体物理的许多问题还不能得到有效的解释？

质疑（4）：哈伯太空望远镜的观测显示，如果宇宙真是由大爆炸所造成的，那么爆炸距现在的时间是小于很多老星球的年龄。最老星球的年龄可达一百六十亿年，但观测显示爆炸的时间顶多是一百二十亿年前而已。这个发现最近在英国的自然杂志发表，引起天文物理界莫大的震撼。

1932年勒梅特首次提出了现代宇宙大爆炸理论：整个宇宙最初聚集在一个“原始原子”中，后来发生了大爆炸，碎片向四面八方散开，形成了我们的宇宙。美籍俄国天体物理学家伽莫夫第一次将广义相对论融入到宇宙理论中，提出了热大爆炸宇宙学模型：宇宙开始于高温、高密度的原始物质，最初的温度超过几十亿度，随着温度的继续下降，宇宙开始膨胀。

1965年，彭齐亚斯和威尔逊发现了宇宙背景辐射，后来他们证实宇宙背景辐射是宇宙大爆炸时留下的遗迹，从而为宇宙大爆炸理论提供了重要的依据。他们也因此获1978年诺贝尔物理学奖。

20世纪科学的智慧和毅力在霍金的身上得到了集中的体现。他对于宇宙起源后10-43秒以来的宇宙演化图景作了清晰的阐释.

宇宙的起源：最初是比原子还要小的奇点，然后是大爆炸，通过大爆炸的能量形成了一些基本粒子，这些粒子在能量的作用下，逐渐形成了宇宙中的各种物质。至此，大爆炸宇宙模型成为最有说服力的宇宙图景理论。然而，至今宇宙大爆炸理论仍然缺乏大量实验的支持，而且我们尚不知晓宇宙开始爆炸和爆炸前的图景。

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大爆炸理论

大爆炸理论是关于宇宙形成的最有影响的一种学说，英文说法为Big Bang，也称为大爆炸宇宙论。大爆炸理论诞生于20世纪20年代，在40年代得到补充和发展，但一直寂寂无闻。直到50年代，人们才开始广泛注意这个理论。

大爆炸理论的主要观点是认为我们的宇宙曾有一段从热到冷的演化史。在这个时期里，宇宙体系并不是静止的，而是在不断地膨胀，使物质密度从密到稀地演化。这一从热到冷、从密到稀的过程如同一次规模巨大的爆发。根据大爆炸宇宙学的观点，大爆炸的整个过程是：在宇宙的早期，温度极高，在100亿度以上。物质密度也相当大，整个宇宙体系达到平衡。宇宙间只有中子、质子、电子、光子和中微子等一些基本粒子形态的物质。但是因为整个体系在不断膨胀，结果温度很快下降。当温度降到10亿度左右时，中子开始失去自由存在的条件，它要么发生衰变，要么与质子结合成重氢、氦等元素；化学元素就是从这一时期开始形成的。温度进一步下降到100万度后，早期形成化学元素的过程结束（见元素合成理论）。宇宙间的物质主要是质子、电子、光子和一些比较轻的原子核。当温度降到几千度时，辐射减退，宇宙间主要是气态物质，气体逐渐凝聚成气云，再进一步形成各种各样的恒星体系，成为我们今天看到的宇宙。

大爆炸模型能统一地说明以下几个观测事实：

a）理论主张所有恒星都是在温度下降后产生的，因而任何天体的年龄都应比自温度下降至今天这一段时间为短，即应小于200亿年。各种天体年龄的测量证明了这一点。

b）观测到河外天体有系统性的谱线红移，而且红移与距离大体成正比。如果用多普勒效应来解释，那么红移就是宇宙膨胀的反映。

c）在各种不同天体上，氦丰度相当大，而且大都是30%。用恒星核反应机制不足以说明为什么有如此多的氦。而根据大爆炸理论，早期温度很高，产生氦的效率也很高，则可以说明这一事实。

d）根据宇宙膨胀速度以及氦丰度等，可以具体计算宇宙每一历史时期的温度。

按照大爆炸理论，宇宙是150亿年前从一个极小的点诞生的，从那里诞生了时间和空间、质量和能量，从而由物质小微粒聚集成大团的物质，最终形成星系、恒星和行星等。在大爆炸发生前，宇宙中没有物质，没有能量，甚至没有生命。

但是，大爆炸理论无法回答现在的宇宙在大爆炸发生之前到底是什么样，或者说发生这次大爆炸的原因是什么？按照大爆炸理论，宇宙没有开端。它只是一个循环不断的过程，从大爆炸到黑洞的周而复始，便是宇宙创生与毁灭并再创生的过程。

这只是一个设想，并不是一个完美的理论。

大爆炸理论虽然并不成熟，但是仍然是主流的宇宙形成理论的关键就在于目前有一些证据支持大爆炸理论，比较传统的证据如下所示：

a）红位移

从地球的任何方向看去，遥远的星系都在离开我们而去，故可以推出宇宙在膨胀，且离我们越远的星系，远离的速度越快。

b）哈勃定律

哈勃定律就是一个关于星系之间相互远离速度和距离的确定的关系式。仍然是说明宇宙的运动和膨胀。

V＝H×D

其中，V（Km/sec）是远离速度；H（Km/sec/Mpc）是哈勃常数，为50；D（Mpc）是星系距离。1Mpc＝3.26百万光年。

c）氢与氦的丰存度

由模型预测出氢占25％，氦占75％，已经由试验证实。

d）微量元素的丰存度

对这些微量元素，在模型中所推测的丰存度与实测的相同。

e）3K的宇宙背景辐射

根据大爆炸学说，宇宙因膨胀而冷却，现今的宇宙中仍然应该存在当时产生的辐射余烬，1965年，3K的背景辐射被测得。

f）背景辐射的微量不均匀

证明宇宙最初的状态并不均匀，所以才有现在的宇宙和现在星系和星团的产生。

g）宇宙大爆炸理论的新证据

在2000年12月份的英国《自然》杂志上，科学家们称他们又发现了新的证据，可以用来证实宇宙大爆炸理论。

长期以来，一直有一种理论认为宇宙最初是一个质量极大，体积极小，温度极高的点，然后这个点发生了爆炸，随着体积的膨胀，温度不断降低。至今，宇宙中还有大爆炸初期残留的称为“宇宙背景辐射”的宇宙射线。

科学家们在分析了宇宙中一个遥远的气体云在数十亿年前从一个类星体中吸收的光线后发现，其温度确实比现在的宇宙温度要高。他们发现，背景温度约为-263. 89摄氏度，比现在测量的-273.33的宇宙温度要高。

虽然已有上述证据存在，但是宇宙是否起源于大爆炸学说，仍然缺乏足够多的令人信服的证据。

注解：3K是什么意思？二十世纪六十年代初，美国科学家彭齐亚斯和R·W·威尔逊为了改进卫星通讯，建立了高灵敏度的号角式接收天线系统。1964年，他们用它测量银晕气体射电强度。为了降低噪音，他们甚至清除了天线上的鸟粪，但依然有消除不掉的背景噪声。他们认为，这些来自宇宙的波长为7.35厘米的微波噪声相当于3.5K。1965年，他们又订正为3K，并将这一发现公诸于世，为此获1978年诺贝尔物理学奖金。
(摘自http://www.scitom.com.cn/)

宇宙学说

中国古代的宇宙结构学说

把宇宙作为一个整体，探讨我们所居住的大地在其中所处的位置，即天和地的关系，叫宇宙结构理论。在中国古代，天体学说有所谓论天六家：即盖天、浑天、宣夜、昕天、穹天、安天。其中主要有三家：即盖天、浑天、宣夜。昕天基本上属于盖天体系，穹天是盖天说的翻版，安天则是宣夜的发展。

盖天说出现于殷末周初。主要观点为天在上，地在下，天为一个半球形的大罩子。南北朝时代鲜卑族歌手斛律金《敕勒歌》中"天似穹庐，笼盖四野"两句诗，是对盖天说的形象化说明。盖天说一共有两种。

第一种盖天说即"天圆地方"说。《晋书·天文志》中说："周髀家云：‘天员（圆）如张盖，地方如棋局。’"关于方形的大地，战国时代阴阳家齐人邹衍解释说，上有九个州，中国是其中之一，叫赤县神州，每个州四周环绕着一个稗海。九州之外，还有一个大瀛海包围着，一直与下垂的天的四周相连接。穹庐般的天穹有一个极（这个极实际上是地球自转轴正对这一点），天就象车轱辘一样绕着这个"极"旋转不息。天圆地方说的最大破绽，就是半球形的天穹和方形大地之间不能吻合。迫使其修改为：天并不与地相接，而是象一把大伞一样，高悬在大地上空，有绳子缚住它的枢钮，周围有八根在柱子支撑着。天空有如一座顶部为圆拱的凉亭。《列子·汤问》篇中所说的共工触倒的那个不周山，就是八根擎天柱之一，所以女娲便出来炼石补天。天圆地方说提出的宇宙模型，只是凭感性的观察，又掺入了许多规定的。但在我国历史上却有广泛影响，符合儒家关于"天尊地卑"的说教，在封建王朝的天地理论体系中占据正统地位。如北京的天坛，是圆形的；地坛，是方形的。这是天圆地方的象征性模型。

第二种盖天说将方形大地改为拱表大地，即《晋书．天文志》中所说的"天象盖笠，地法覆盘。"第二种盖天说已经有了拱形大地的设想，为以后球形大地的认识奠定了基础。便它仍然不能解释天体的运行，如太阳的东升西落和月亮的盈亏等问题。

浑天说主张大地是个球形，外裹着一个球形的天穹，地球浮于天表内的水上。汉代天文学家张衡在《浑天仪图注》中说："浑天如鸡子，天体圆如弹丸，地如鸡子中黄，孤居于天内，天大而地小。天表里有水，天之包地，犹壳之裹黄。天地各乘气而立，载水而浮。．．．．．．天转如车毂之运也，周旋无端。其形浑浑，故曰浑天。"浑天说始于战国时期，战国人慎到、惠施都提出过关于球形大地的设想。关于球形大地如何悬在空中，最早的浑天说认为天球里盛满水，地球浮在水面。半边天在地上，半边天在地下。日月星辰附在天壳上，随天周日旋转。后来一些浑天论者纷纷反对地球浮于水面的说法。明代章潢《图书编·天地总论》中说："《隋书》谓日入水中，妄也。水由地中行，不离乎地，地之四表皆天，安得有水？谓水浮天载地，尤妄也。"

随着元气体论的发展，浑天说改为地球浮于气中，与气天相似。宋张载《正蒙．参两篇》中说"地在气中"。浑天说比起盖天说来，无疑要进步得多。浑天说与球面天文学的基本出发点完全一致，对于观测天文学来说，也能充分满足要求。但是，作为宇宙结构理论来说，浑天说则是不符合事实的。天球的概念完全是个臆想的概念。

宣夜说认为"天"并没有一固定的天穹，而只不过是无边无涯的气体，日月星辰就在气体中飘浮游动。关于宣夜说的命名，清代邹伯奇说："宣劳午夜，斯为谈天家之宣夜乎？"宣夜说之得名，是因为观测星星常常闹到夜半不睡觉。宣夜说的历史渊源，可上溯到战国时代的庄子。《庄子·逍遥游》："天之苍苍，其正色邪？其远而无所有至极邪？"用提问的方式表达了自己对宇宙无限的猜测。宣夜说自然观的基础是元气学说。战国时代宇宙无限的猜测。宣夜自然观的基础是元气学说。战国时代道有中的宋尹学派，把宇宙万事万物的本源归结为"气"。这气可以上为日月星辰，下为山川草木。在这方面，宣夜说有重大发展。三国时代的宣夜说学者杨泉在《物理论》中说："夫天，元气也，皓然而已，无他物焉。"他还进一步论证说："夫地有形而天无全。譬如灰焉，烟在上，灰在下也。"

宣夜说的进一步发展，还牵涉到天体的物理性质问题。据《列子·天瑞》篇记载，有位杞国人听说日月星辰是在天空飘浮的，便"忧天地崩坠，身无所寄，废寝食者。"这便是成语故事札人忧天的由来。劝札人的人，还提出了不但天空充满气体，连日月星辰也是气体，只不过是发光的气体。后来的宣夜说学者又进而提出地球会坏，天地也会坏，但是用不着担忧。就其宇宙结构理论来说，宣夜说确实达到了较高水平，它提出了一个朴素的无限宇宙观。但是，从观测天文学的角度来看，宣夜说却不如浑天说的价值大。浑天说能够近似地说明太阳和月亮的运行，宣夜说只能指出它们运行的不同，却没有探讨其运行的规律性。修订历法时，浑天说有很重要的实用意义，宣夜说却仅仅具有理论意义。但在人类认识宇宙的历史上，宣夜说无疑应有重要意义。

地心说

地心说是长期盛行于古代欧洲的宇宙学说。它最初由古希腊学者欧多克斯提出，后经亚里多德、托勒密进一步发展而逐渐建立和完善起来。
托勒密认为，地球处于宇宙中心静止不动。从地球向外，依次有月球、水星、金星、太阳、火星、木星和土星，在各自的圆轨道上绕地球运转。其中，行星的运动要比太阳、月球复杂些：行星在本轮上运动，而本轮又沿均轮绕地运行。在太阳、月球行星之外，是镶嵌着所有恒星的天球——恒星天。再外面，是推动天体运动的原动天。
地心说是世界上第一个行星体系模型。尽管它把地球当作宇宙中心是错误的，然而它的历史功绩不应抹杀。地心说承认地球是“球形”的，并把行星从恒星中区别出来，着眼于探索和揭示行星的运动规律，这标志着人类对宇宙认识的一大进步。地心说最重要的成就是运用数学计算行星的运行，托勒密还第一次提出“运行轨道”的概念，设计出了一个本轮均轮模型。按照这个模型，人们能够对行星的运动进行定量计算，推测行星所在的位置，这是一个了不起的创造。在一定时期里，依据这个模型可以在一定程度上正确地预测天象，因而在生产实践中也起过一定的作用。
地心说中的本轮均轮模型，毕竟是托勒密根据有限的观察资料拼凑出来的，他是通过人为地规定本轮、均轮的大小及行星运行速度，才使这个模型和实测结果取得一致。但是，到了中世纪后期，随着观察仪器的不断改进，行星位置和运动的测量越来越精确，观测到的行星实际位置同这个模型的计算结果的偏差，就逐渐显露出来了。
但是，信奉地心说的人们并没有认识到这是由于地心说本身的错误造成的，却用增加本轮的办法来补救地心说。＃初这种办法还能勉强应付，后来小本轮增加到80多个，但仍不能满意地计算出行星的准确位置。这不能不使人怀疑地心说的正确性了。到了16世纪，哥白尼在持日心地动观的古希腊先辈和同时代学者的基础上，终于创立了“日心说”。从此，地心说便逐渐被淘汰了。

日心说

1543年，波兰天文学家哥白尼在临终时发表了一部具有历史意义的著作——《天体运行论》，完整地提出了“日心说”理论。这个理论体系认为，太阳是行星系统的中心，一切行星都绕太阳旋转。地球也是一颗行星，它上面像陀螺一样自转，一面又和其他行星一样围绕太阳转动。
日心说把宇宙的中心从地球挪向太阳，这看上去似乎很简单，实际上却是一项非凡的创举。哥白尼依据大量精确的观测材料，运用当时正在发展中的三角学的成就，分析了行星、太阳、地球之间的关系，计算了行星轨道的相对大小和倾角等，“安排”出一个比较和谐而有秩序的太阳系。这比起已经加到80余个圈的地心说，不仅在结构上优美和谐得多，而且计算简单。更重要的是，哥白尼的计算与实际观测资料能更好地吻合。因此，日心说最终代替了地心说。
在中世纪的欧洲，托勒密的地心说一直占有统治地位。因为地心说符合神权统治理论的需要，它与基督教会所渲染的“上帝创造了人，并把人置于宇宙中心”的说法不谋而合。如果有谁怀疑地心说，那就是亵渎神灵，大逆不道，要受到严厉制裁。日心说把地球从宇宙中心驱逐出去，显然违背了基督教义，为教会势力所不容。为了捍卫这一学说，不少仁人志士与黑暗的神权统治势力进行了前仆后继的斗争，付出了血的代价。意大利思想家布鲁诺，为了维护日心说，最终被教会用火活活烧死；意大利科学家伽利略，也因为支持日心说丽被宗教法庭判处终身监禁；开普勒、牛顿等自然科学家，都为这场斗争作出过重要贡献。

大爆炸说

1929年，天文学家哈勃公布了一个震惊科学界的发现。这个发现在很大程度上导致这样的结论：所有的河外星系都在离我们远去。即宇宙在高速地膨胀着。这一发现促使一些天文学家想到：既然宇宙在膨胀，那么就可能有一个膨胀的起点。天文学家勒梅特认为，现在的宇宙是由一个“原始原子”爆炸而成的。这是大爆炸说的前身。美国天文学家伽莫夫接受并发展了勒梅特的思想，于1948年正式提出了宇宙起源的大爆炸学说。
伽莫夫认为，宇宙最初是上个温度极高、密度极大的由最基本粒子组成的“原始火球”。根据现代物理学，这个火球必定迅速膨胀，它的演化过程好像一次巨大的爆发。由于迅速膨胀，宇宙密度和温度不断降低，在这个过程中形成了一些化学元素（原子核），然后形成由原子、分子构成的气体物质.气体物质又逐渐凝聚起星云，最后从星云中逐渐产生各种天体，成为现在的宇宙。
这种学说一般人听起来非常离奇，不可思议。在科学界，也由于这个学说缺乏有力的观测证据，因而在它刚刚问世时，并未予以普遍的响应。
到了1965年，宇宙背景辐射的发现使大爆炸说重见天日。原来，大爆炸说曾预言宇宙中还应该到处存在着“原始火球”的“余热”，这种余热应表现为一种四面八方都有的背景辐射。特别令人惊奇的是，伽莫夫预言的“余热”温度竟恰好与宇宙背景辐射的温度相当。另一方面，由于有关天文学数据已被改进，因此根据这个数据推算出来的宇宙膨胀年龄，已从原来的50亿年增到100－200亿年，这个年龄与天体演化研究中所发现的最老的天体年龄是吻合的。由于大爆炸说比其他宇宙学说能够更多、更好地解释宇宙观测事实，因此愈来愈显示出它的生命力。
现在，大多数天文学家都接受了大爆炸说的基本思想，不少过去不能解释的问题正在逐步解决，它是最有影响、最有希望的一种宇宙学说。

星云说

太阳系究竟是怎样产生的，这个问题直到现在仍然没有令人完全满意的答案.长期以来，人们为了解决这个问题，曾经提出过许多学说，其中“星云说”是提出最早，也是在当代天文学上最受重视的一种学说。
最初的星云说是在一18世纪下半叶由德国哲学家康德和法围天文学家拉普拉斯提出来的。由于他们的学说在内容上大同小异，因而人们一般称之为康德一拉普拉斯星云说。他们认为：太阳系是由一块星云收缩形成的，先形成的是太阳，然后剩余的星云物质进一步收缩演化形成行星。
星云说出现以前，人们把天体的运动变化看作是上帝发动起来的，称之为“第一次推动”。康德一拉普拉斯的星云说，用自然界本身演化的规律性来说明行星运动的一些性质，无疑对这种荒谬的观点是一个有力的打击，也为天文学的发展建立了不朽的功勋。
不过，康德一拉普拉斯星云说只是初步地说明了太阳系的起源问题，还有许多观测事实却难以用它来解释。所以，星云说在很长时间里陷入了窘境。直到本世纪，随着现代天文学和物理学的进展，特别是近几十年里，恒星演化理论的日趋成熟，星云说又换发出了新的活力。
现代观测事实证明，恒星是由星云形成的。太阳系的形成在宇宙中并不是一个独特的偶然的现象，而是普遍的必然的结果。另外，关于太阳系的许多新发现也有力地支持了星云说。
在这样的背景下，现代星云说逐渐完善起来了。当然，星云具体是怎样演化的，这一点还有不少分歧的意见。有一种观点认为：形成太阳系的是银河系里的下团密度较大的星云，这块星云绕银河系的中心旋转着，当它通过旋臂时受到压缩，密度增大，达到一定密度时，星云就在自身引力的作用下，逐渐收缩。收缩过程中，一方面使星云中央部分内部增温，最后形成原始太阳，当原始太阳中心温度达到700万摄氏度时，氢聚变为氦的热核反应点火，于是，现代太阳便真正诞生了。另一方面，由于星云体积缩小，因而自转加快，离心力增大，逐渐在赤道面附近形成一个星云盘。星云盘上的物质在疑柔和吞并过程中，最后演化为行星和其他小天体。总之，现在人们己能用星云说比较详细地描述太阳系的起源过程，但还有很多具体问题未能很好解决，还有待完善和充实。

宇宙学说受到挑战

美国天文学家在猎户星座中发现了一颗巨大的原恒星，同时，他们在狮子座发现了宇宙中迄今为止最大的星团集合。科学家们说，这次的最新发现动摇了“大爆炸”理论——
日前，美国天文学家通过哈勃望远镜在猎户星座中发现了一颗巨大的原恒星，这颗原恒星正处于其演化阶段的极早期，它距离地球约6000光年，质量达到了太阳的约10倍，人类还是第一次发现如此巨大的原恒星。从哈勃望远镜拍摄的照片上，天文学家还首次在这颗巨大的原恒星周围，发现了与它差不多大小的星云盘。专家推测，在这个星云盘中可能会有行星形成。新发现的巨大原恒星的“年龄”估计在20万年左右，在恒星中只能算是婴儿。

几乎与此同时，美国天文学家还宣布，他们在狮子座发现了宇宙中迄今为止最大的星团集合，该星团集合由几十亿颗恒星和类星体组成，直径为600万光年，该星团距离地球为65亿光年。

上述两项新发现所产生的欣喜尚未褪去，烦恼的事情却已经出现：翻遍人类所有的科学理论模型，都无法对新发现的自然现象做出系统的表述和令人信服的科学解释。科学家们说，这次的最新发现对现有的宇宙形成学说构成了空前的挑战。

现代的宇宙形成学说

现代宇宙学说中最有影响的就是宇宙大爆炸理论，与其他宇宙模型相比，它能说明较多的观测事实。它的主要观点是认为我们所处的宇宙曾有一段从热到冷的演化史。

“大爆炸”说认为，在这个时期里，宇宙体系并不是静止的，而是在不断地膨胀，使物质密度从密到稀地演化。这一从热到冷、从密到稀的过程如同一次规模巨大的爆发。根据这一观点，大爆炸的整个过程是：在宇宙的早期，温度极高，约有100亿摄氏度以上。物质密度也相当大，整个宇宙体系达到平衡。宇宙间只有中子、质子、电子、光子和中微子等一些基本粒子形态的物质。但是因为整个体系在不断膨胀，随之温度很快下降。当温度降到10亿摄氏度左右时，中子开始失去自由存在的条件，它要么发生衰变，要么与质子结合成重氢、氦等元素；化学元素就是从这一时期开始形成的。当温度进一步下降到100万摄氏度后，早期形成化学元素的过程结束。宇宙间的物质主要是质子、电子、光子和一些比较轻的原子核。当温度降到几千摄氏度时，辐射减退，宇宙间主要的气态物质逐渐凝聚成气云，再进一步形成各种各样的恒星体系，成为我们今天看到的宇宙。大爆炸模型能统一地说明以下几个观测事实：

1、大爆炸理论主张所有恒星都是在温度下降后产生的，因而任何天体的年龄都应比自温度下降到今天这一段时间为短，即应小于200亿年。各种天体年龄的测量证明了这一点。

2、观测到河外天体有系统性的谱线红移，而且红移与距离大体成正比。如果用多普勒效应来解释，那么红移就是宇宙膨胀的反映。

3、在各种不同天体上，氦密度相当大，而且大都是30％。用恒星核反应机制不足以说明为什么有如此多的氦。而根据大爆炸理论，早期温度很高，产生氦的效率也很高，则可以说明这一事实。

4、根据宇宙膨胀速度以及氦密度等，可以具体计算宇宙每一历史时期的温度。大爆炸理论的创始人之一伽莫夫曾预言，今天的宇宙已经很冷，只有绝对温度几度。1965年，在微波波段上探测到具有热辐射谱的微波背景辐射，温度约为3K（绝对温度值）。

原恒星是重要转折点

根据现今的“弥漫说”的理论，恒星的形成可分为两个阶段。首先，宇宙中稀薄的物质先凝聚成星云并收缩成原恒星，然后，原恒星才慢慢向恒星发展。

恒星通常是在星际气体中诞生的。在宇宙中，星际空间普遍存在极稀薄的物质，并且由于分布不均匀而分裂成团块，分裂后的物质向中心凝聚，逐渐成为弥漫星云。弥漫星云在逐步凝聚收缩的过程中，进一步分裂，变成体积和质量更小而密度却更高的小球状星云。当星际气体的密度增加到一定的程度时，由于其内部引力比气体压力增长得要快，气体云开始缩小。这样的倾向一产生，其本身的引力便促使星际气体的密度同时升高。质量大得惊人的星际物质变得不稳定起来。在引力作用下，这些星际气体与尘埃物质收缩、凝聚，并且这种变化的速度越来越快、越来越猛烈。部分气体成为体积较小的云团，这些较小的云团逐渐发展成为一颗颗的恒星，并且这些恒星多为“一鼓作气”而且是大批量地诞生。

恒星的具体诞生过程是，假如有一星际气体的密度为每立方厘米六万个氢原子，大大超过一般星际物质（每立方厘米一个氢原子）的密度指标。最初这团气体是透光的，气团中的尘埃不受周围气体的牵制，畅行无阻地传到外空。气体以自由落体的方式落到中心，星际物质在中心区逐渐积聚起来。本来质量分布均匀的一团物质，变成了越往里密度越大的气体球。中心附近的重力加速度越来越大，内部区域物质的运动速度的增长突出。在这时，几乎所有的氢原子都结合成分子，气体的温度很低。此时的气团仍然很稀薄，一切辐射都能往外穿透。经过几十万年后，中心区的密度逐渐变大，那里的气体对于辐射来说变得不透明了。此时，核心温度开始升高，并且随着温度的上升，压力开始变大，收缩与凝聚停止了。这个密度特别大的中心区半径和木星轨道半径差不多，而它所含的质量只涉及全部物质的0.5％。

直至温度达到2000摄氏度左右，氢分子开始分解成为原子。于是核心再度收缩，到收缩时释放出的能量把全部的氢都重新变为原子。这个新生的核心比今天的太阳稍大一些，不断向中心跌下的全部外围物质最终都要落到这个核心上，一颗质量和太阳一样的恒星就要形成了。

因为这样的核心是逐渐转变为恒星的，所以被称之为“原恒星”，它的辐射消耗主要由落到它上面的物质的能量来补充。由于密度和温度在升高，原子渐渐地丢失了它们的外层电子，成为电离原子。由于落下的气体和尘埃形成了厚厚的外壳，它的光穿透不出来。直至越来越多的下落物质和核心联成一体时，外壳才透光，星体就以可见光突然涌现出来。其余的云团物质还在不断向它落下，它的密度在增大，因而内部温度也在上升。当其中心温度达到1000万摄氏度时，氢聚变开始，一颗原始的恒星就这样诞生了。

新发现带来挑战

日益进步的科技手段，层出不穷的新发现，使得科学家们对大爆炸理论产生了疑惑。有人提出，如果宇宙是在约100亿年前从一个极小的点诞生的，从那里诞生了时间和空间、质量和能量，从而由物质小微粒聚集成大团的物质，最终形成星系、恒星和行星等。在大爆炸发生前，宇宙中没有物质，没有能量，甚至没有生命。那么，大爆炸理论却无法回答现在的宇宙在大爆炸发生之前到底是什么样，或者确切地解释清楚发生这次大爆炸的原因是什么？科学界对此也莫衷一是。

英国著名理论物理学家斯蒂芬·霍金对宇宙的起源曾提出了自己的最新解释，即宇宙有始而无终。

霍金与其合作者、英国剑桥大学数学物理教授图罗克最新提出的“开放暴胀”理论认为，宇宙最初的模样像一个豌豆大小的物体，悬浮于一片没有时间的真空，“豌豆”状的宇宙存在的时间与“大爆炸”相隔一个极短瞬间。该理论认为，“豌豆”状的宇宙在“大爆炸”前的瞬间内经历了被称为“暴胀”的极其快速的膨胀过程。另外，霍金和图罗克还根据“开放暴胀”理论推断，宇宙最终将无限地膨胀下去，而不是像一些天文学家所认为的，膨胀到一定程度后会在引力作用下收缩。霍金和图罗克的新理论在科学界引起了不同的反应。英国的一些著名天文学家指出，霍金的新理论完全是按照物理学定律纯理论推算的结果，它是否揭示了宇宙的本质还有待于实际观测的考验。

印度科学家也认为，宇宙在最初的时候是一个被称为“创物场”的巨大的能量库，而不是大爆炸理论所描述的没有时间、没有空间的模式。在这个能量场中不断发生爆炸，逐渐形成了宇宙的雏形。此后在密度更大的巨大物体周围，在强大的引力波作用下不断发生小规模的爆炸，导致小范围空间的膨胀，而且膨胀的速度并非是匀速的。这些时快时慢的小规模膨胀综合在一起，形成了大尺度范围内宇宙的膨胀。但迄今为止，“引力波”还只是科学家的一种假设，有待实验数据的检验。

这次美国天文学家在猎户星座及狮子座的最新发现，为研究宇宙的诞生和演变提出了新的问题与挑战。根据“大爆炸”说及目前的普遍认识，宇宙是在一次大爆炸后产生的，到现在有约100亿年的历史，但是这次在狮子座新发现的星团，至少在65亿年前就形成了，这就意味着，在宇宙刚形成不久就有了这样的重力集中，这是现在的任何一种宇宙学说都无法解释清楚的，它无疑构成了对现有宇宙形成学说空前的挑战。正像美国的一位天文学家所说的：新的发现，又为科学的进步设置了一道不高不低的门槛儿。

“大爆炸宇宙理论”是关于宇宙形成的最有影响的一种学说，英文说法为Big Bang，也称为“大爆炸宇宙论”。大爆炸理论诞生于20世纪20年代，在40年代得到补充和发展，直到50年代，人们才开始广泛注意这个理论。“大爆炸宇宙”学认为：如果宇宙是膨胀的，那么，昨天的宇宙应该比今天的宇宙更小，物质也更密集一些。所以，在宇宙的早期，可能是一种非常密集的状态。那时候物质密度非常之高，完全不同于我们今天看到的星空世界。 沿着这条线索来研究宇宙中物性的演化历史，称为“大爆炸宇宙”学。目前比较盛行的是“大爆炸宇宙”学。

但我认为：“大爆炸宇宙”学说是很狭隘的。爆炸点之外难道就不是宇宙？这就和说无穷大有边界一样。一个逻辑的问题：装着宇宙的时空是什么？难道不也是宇宙？
质疑（1）：“大爆炸理论”无法回答现在的宇宙在大爆炸发生之前到底是什么样子？或者确切地解释清楚发生这次大爆炸的原因是什么？
质疑（2）： 如果“大爆炸理论”是正确的，那么这个空间里所有的物质应该生于大爆炸之后，这是个因果关系。虽然爱因斯坦的相对论原则上不需有绝对的时间和空间，但是如果宇宙有一个起源，它就有一个绝对时间的原点，破坏了时间的相对性，所以这个因果律便是一个绝对的定律。最近美国的哈勃太空望远镜观测到一些现象，显示这个绝对的因果律出了问题。也就是说宇宙可能没有起源，就像相对性的空间一样，时间也是没有原点，时间也不是绝对的。

质疑（3）：自从“大爆炸宇宙”理论被提出来以后，大多数天文学家都接受了“大爆炸宇宙”学说的基本思想。特别是许多天文学家都认为：“大爆炸宇宙”有许多相关的证据，所以，有些科学家们也就不去想什么了。为什么我们不去想一想：天体物理的许多问题还不能得到有效的解释？

质疑（4）：哈伯太空望远镜的观测显示，如果宇宙真是由大爆炸所造成的，那么爆炸距现在的时间是小于很多老星球的年龄。最老星球的年龄可达一百六十亿年，但观测显示爆炸的时间顶多是一百二十亿年前而已。这个发现最近在英国的自然杂志发表，引起天文物理界莫大的震撼。