大自然是一個藝術大師，在為我們呈現(xiàn)美麗的同時，也會搞怪得讓人恐怖又可怕：火山噴發(fā)使龐貝古城一夜間消失；智利大海嘯致200萬人無家可歸；地震使得牙買加皇家港口沉入海底；無法逾越的地球死亡地帶，如百慕大、骷髏海岸、馬尾藻海等等；危機四伏，我們的地球病得不輕……這些都將在本篇一一介紹。

宇宙在爆炸中誕生

進入21世紀，科學技術水平已經(jīng)達到了前所未有的高度，但是一些長久以來困擾人類的問題仍然存在著。比如，宇宙是怎么誕生的？

在歐洲一些古老的神話中，神是宇宙萬物的創(chuàng)造者；我國民間也有著很多美麗的傳說：盤古開天、女媧補天、上帝造萬物……但這些畢竟只是神話故事，并沒有從科學的角度來研究和探索這一問題。隨著科學技術的不斷進步，對于宇宙的起源、宇宙的年齡、宇宙的運動等問題，科學家給出了新的答案。

在關于宇宙起源的各種假說中，宇宙大爆炸理論是最著名、影響最大的一種。這一學說是美國天文學家伽莫夫提出的，其基本觀點是：宇宙曾有一段從密到稀、從熱到冷地不斷膨脹的過程。這個過程就好像是一次規(guī)模巨大的爆炸。到今天為止，宇宙大約經(jīng)過了200億年的演化過程，該過程可以分為三個階段：

第一階段，爆炸剛剛開始，整個宇宙還處于一種高溫高密的狀態(tài)，溫度在100億攝氏度以上，光輻射極強，所有天體都還沒有誕生。

第二階段，整個宇宙體系不斷膨脹，溫度很快下降。

第三階段，也就是從宇宙的溫度下降到1.2萬攝氏度之后直到現(xiàn)在，大約有200億年。由于溫度降低，輻射減退，宇宙間充滿了氣態(tài)物質，氣體逐漸凝聚成云，再進一步形成各種各樣的恒星體系，最后就成了人們今天看到的星空世界。

宇宙大爆炸理論雖然影響深遠，但并不是唯一為人所認同的理論。近年來，宇宙大爆炸理論一再受到?jīng)_擊。一個國際天文學家小組利用哈勃太空望遠鏡進行觀測后發(fā)現(xiàn)，宇宙正在迅速膨脹，其速度比宇宙大爆炸理論所認為的還要快的多。以這個速度推算，宇宙可能只有80億年的歷史。而銀河系中的一些恒星卻要比這還早，銀河系的歷史可能長達160億年。

恒星比整個宇宙還要年老，這似乎是不可想象的。一種可能是，人們對恒星年齡的估算并不正確，另一種可能就是宇宙大爆炸理論錯了。看來，要想真正解開宇宙的起源之謎，還需要科學家們進一步努力。

宇宙到底有多大

宇宙中有數(shù)以億計的天體，這些天體都是十分巧妙而有規(guī)律地相互組合的，大多數(shù)的星體構成星系，比如我們的太陽系就是。星系再構成銀河系。宇宙中最少有10萬個大大小小的銀河系。

宇宙空間是十分廣闊的，光在1秒鐘內(nèi)可走30萬千米，單是我們地球所在的銀河系，跨幅的闊度就有10萬光年。宇宙中最少有10萬個大大小小的銀河系，那么，宇宙究竟又有多大呢？宇宙是有限的，還是無限的？它到底有沒有盡頭呢？

中國古代很早就有一些天文學家認為宇宙是無限的。尸佼在《尸子》一書中說：“天地四方曰宇，往古來今曰宙。”他把空間和時間聯(lián)系起來思考，從而模糊地表示了宇宙在空間上和時間上無限的思想。《列子》一書的作者認為，大地僅僅是宇宙間一種很小的東西，而不是宇宙的中心；“上下八方”都是“無限無盡”的，而不是“有極有盡”的。唐代著名的文學家、哲學家柳宗元曾在《天對》中提出，宇宙“無中無旁”，即沒有中心也沒有邊界。

大約在公元140年，古希臘著名天文學家托勒密在總結前人天文學說的基礎上提出了“地心說”，認為地球是宇宙的中心，太陽、月球、行星和恒星都圍繞地球轉動。在后來的1000多年中，托勒密的地球中心說一直在歐洲占居統(tǒng)治地位。到16世紀，波蘭天文學家哥白尼經(jīng)過40多年的辛勤研究，于1543年提出了“日心說”，認為太陽是宇宙的中心，地球和其他行星都圍繞太陽轉動。他把宇宙的中心從地球搬到了太陽，把人類居住的地球降低到了普通的行星地位，從而開始把自然科學從神學中解放出來，并且動搖了神權對于人類的統(tǒng)治。但是，由于受當時生產(chǎn)力水平和實踐條件的限制，哥白尼和托勒密一樣，都把宇宙局限在很小的范圍內(nèi)，錯誤地認為太陽系就是全部宇宙，把宇宙看成是有限的，即有邊界的。

1584年，意大利哲學家布魯諾在倫敦出版了《論無限宇宙和世界》一書，十分明確地提出了宇宙無限的理論。他指出：“宇宙是無限大的，其中的各個世界是無數(shù)的。”他認為，在任何一個方向上都展開著無窮無盡的空間，任何一種形狀的天空都是不存在的，任何的宇宙中心都是不存在的。所有的恒星都是巨大的球體，就像太陽一樣。他把太陽從宇宙的中心天體降為一個普通的恒星。

20世紀后，愛因斯坦提出了廣義相對論。他所提出的宇宙模型是一個“有限無邊”的體系。所謂有限，指的是空間、體積有限；所謂無邊，指的是這個三維空間并不是一個更大的三維空間中的一部分，它已經(jīng)包括了全部空間。

我們可以這樣來理解愛因斯坦的理論：假如有一只小螞蟻在一個大球上爬行，這個球本身是有限的，但球面根本沒有邊界，所以對于螞蟻來說又是無限的。而我們?nèi)祟惥秃瓦@只螞蟻一樣，生活在這樣一個有限而無邊的宇宙中。

在愛因斯坦之后，天文學家又提出了新的宇宙模型學說，認為宇宙的空間尺度隨著時間一直在不斷增大，也就是說，宇宙從誕生至今，每時每刻都在膨脹，一直沒有停止過。

既然宇宙處在不斷膨脹的運動中，那么它的邊界每時每刻都應該有具體的位置，從這個意義上說，宇宙應該是有限的。然而，宇宙的邊界又在不斷地向外擴展，科學家們還無法推算出它最終將膨脹到什么程度，會不會永遠膨脹下去。從這個意義上講，宇宙又是無限的。

總之，目前人們對宇宙大小的種種說法，多數(shù)是一種猜測，還沒有完全被天文實踐所證明。宇宙到底有多大，是有限的還是無限的，至今還是一個謎，還有待于航天技術的發(fā)展和天文學家的進一步研究探索來加以證明。

宇宙在神秘能量的控制下不斷膨脹

我們的宇宙其實就像一個高明的巫婆用暗能量、暗物質和正常物質調(diào)制成的雞尾酒。

近年來，科學家們一直在尋找宇宙不斷膨脹，而且正在加速膨脹的原因。有人認為，是神奇的暗能量在遠距離上把物體推開，從而克服了引力的局部作用。

2008年，英國曼徹斯特大學伊恩·布勞內(nèi)領導的一個國際天文小組為神秘的暗能量的存在提供了新的證據(jù)。

這些科學家觀察到，來自遙遠而明亮的類星體的光被彎曲后，形成了若干個類星體的圖像，圖像的數(shù)目和途中存在的星系所形成的引力透鏡數(shù)目不相符合，由此科學家斷定，途中必定存在為我們看不見的其他物質，從而證明了宇宙中確實存在暗能量。

引力透鏡現(xiàn)象是指來自遙遠星系的光在到達天文望遠鏡之前，會被途中的其他物體的引力所彎曲，和通常的透鏡折射光相似。

據(jù)報道，該天文小組的一位科學家使用包括宇宙年齡在內(nèi)的參數(shù)和引力透鏡源的可能數(shù)目，計算被引力透鏡折射的類星體的數(shù)目。他發(fā)現(xiàn)這一數(shù)目大約是沒有暗能量存在的情況下類星體圖像數(shù)目的兩倍。因此他推算出，宇宙的2/3必定是由暗能量組成的，剩下的1/3由暗物質（它的形態(tài)至今還不知道）和組成星球與行星的常規(guī)物質構成。所有這兩種物質的引力是正常的引力，即通常的萬有引力。而暗能量與它們相反，具有長距離的反引力性質。與神秘的暗物質一樣，目前科學家們并不知道暗能量究竟是什么，但這些新的結果增加了暗能量存在的可信度。現(xiàn)在科學界普遍相信，它是宇宙加速膨脹的原因。

這一新的引力透鏡試驗建立在和過去完全不同的物理論據(jù)上，所以它提供的支持暗能量存在的證明是獨立于其他證明的。

暗能量這個說法直到1998年才出現(xiàn)在天文學領域里。當時，兩組天文學家對遙遠的星系中正在爆炸的星球即超新星進行觀察，發(fā)現(xiàn)超新星比他們認為的暗淡。這意味著它們的距離比科學家原來認為的更遠了。造成這種情況的唯一解釋應該是，假設宇宙的膨脹在過去的某個時間加速了。

其實，有關反引力的想法并不新鮮。早在80多年前，愛因斯坦就已經(jīng)把這種反引力效應以所謂的宇宙常數(shù)的名義包括在他的廣義相對論中了。當時，愛因斯坦設想為了不使星球由于相互間的吸引力而擠到一起，宇宙中應該還存在一種排斥力，它與引力相對抗，從而使宇宙保持穩(wěn)定。他把這個排斥力稱為宇宙常數(shù)。

20世紀20年代，哈勃發(fā)現(xiàn)宇宙并非靜止不動，而是在不斷膨脹。有關暗能量的探討十分玄妙。有人認為暗能量是從宇宙真空中滲透出來的。有實驗表明，真空似乎并不是空無一物，而是一些虛粒子在時生時滅地冒泡泡。而另一些天體物理學家則說，暗能量只不過是宇宙的基本特征，試圖解釋它，就像解釋為什么地球離太陽的距離剛好適合孕育生命一樣徒勞。

巨大的吸引力黑洞

黑洞是一種引力極強的天體，就連光也不能逃脫。當恒星的史瓦西半徑小到一定程度時，就連垂直表面發(fā)射的光都無法逃逸了，這時恒星就變成了黑洞。說它“黑”，是指它就像宇宙中的無底洞，任何物質一旦掉進去，“似乎”就再不能逃出。

黑洞形成的必要條件就是：一個巨大的物體，集中在一個極小的范圍。晚期的恒星恰巧具備了這樣的條件。當恒星能量衰竭時，高溫的火焰不能抵消自身的重力，逐漸向內(nèi)聚合，原子收縮——牛頓法則起作用了：恒星進入白矮星階段，體積變小，亮度驚人。白矮星進一步內(nèi)聚，最后突變成一個點，整個過程不到1秒。在我們看來恒星消失了，一個黑洞誕生了。

一個像太陽這樣大的恒星，自身引力如此之大，可能最終收縮成一個高爾夫球，甚至“什么都沒有”。由于無限大的密度，崩坍了的星體具有巨大的引力，附近的物質可能被吸進去，甚至光線都不能逃脫——這是看不見它的原因。科學家相信大多數(shù)星系的中心都有黑洞，包括我們身在其中的銀河系。根據(jù)相對論，90%的宇宙都消失在黑洞里。所以還有一種令人吃驚的說法：“無限的黑洞乃是宇宙的本身。”

黑洞里面有什么？這只能從理論上推測。假設一位勇敢的人駕駛飛船奔向黑洞，他感覺到的第一件事就是無情的引力。從窗口望出去是周圍星光襯托下一個平底鍋似的圓盤，飛得更近了，遠方似乎寬廣的“地平線”發(fā)出X光，包圍著深不可測的黑洞。光線在附近扭曲，形成一個光環(huán)。這時宇航員要返航已來不及了，他向黑洞中心飛去，頭和腳之間巨大的引力差使他如同坐在刑具臺上，遠在“地平線”5000千米以外，引力就把他撕碎了。由此可見，他的吸引力是多么的大。

人類為探索黑洞付出了不懈努力。最為成功的一次是在肯尼亞發(fā)射的第一顆X射線衛(wèi)星觀測系統(tǒng)，被稱做“烏胡魯”，這個裝置在發(fā)射后運行3個月就感到天鵝星座的異常。天鵝座X1星發(fā)出的“無線電波”使得人們可以準確地測定它的位置。X1星比太陽大20倍，離地球8000光年。研究表明這顆亮星的軌道發(fā)生了改變，原因在于它的看不見的鄰居——1個有太陽5倍~10倍大的黑洞，圍繞X1旋轉的周期是5天，它們之間的距離是2000萬千米。這是人類確定的最早一顆黑洞體。

與別的天體相比，黑洞十分特殊。人們無法直接觀察到它，然而可以通過測量它對周圍天體的作用和影響來間接觀測或推測到它的存在。

太陽系的起源

關于每天給予地球光和熱的太陽，地球上很多地方都編織了精彩的神話故事，地球上的很多原始部落都曾經(jīng)將太陽作為圖騰進行膜拜。以太陽為中心，和所有受到太陽引力約束的天體的集合體：8顆行星（冥王星已被開除）、至少165顆已知的衛(wèi)星，和數(shù)以億計的太陽系小天體。這些小天體包括小行星、柯伊伯帶的天體、彗星和星際塵埃構成了太陽系。太陽系是怎樣起源的呢？

法國的布封最先提出了災變學說，20世紀50年代后又有人相繼提出。這種學說認為太陽物質和行星物質來源于同一個共同體，太陽和行星的關系如同母親和子女一樣，兩者有“血緣”關系，而太陽系起源于一次偶然的撞擊。例如在靳斯和杰夫瑞斯的災變假說里，他們曾設想有另一個巨大的恒星從太陽旁邊掠過，或甚至發(fā)生邊緣碰撞，于是從太陽體中引出了一條帶狀物質，兩個星球的相對運動給了這一帶狀物質以一定的角動量。在巨大的恒星掠過后，這條帶分裂成若干塊，以后就各自成了行星。但是這種觀點不能廣泛為人所接受。因為從撞擊的角度說，如果一個小的天體去撞擊太陽，不可能把太陽上的物質撞出來，而恒星與太陽相撞的可能性就更小了。

曾經(jīng)轟動一時較為著名的太陽系起源假說是德國哲學家康德提出的星云假說。在揭示太陽系起源的星云假說里，康氏認為：

星云假說的主要觀點是宇宙空間存在著許多巨大的星際云，大約在46億年前，在銀河系的盤狀的體系中，離開中心大約25億億千米的地方，存在著一個大小約等于現(xiàn)在太陽直徑500萬倍的云團。這個云團的成分主要是氫分子，同時含有少量的氦分子和由其他元素構成的塵埃。這個云團因為來自內(nèi)部物質的引力作用，開始迅速收縮，就如一幢高樓大廈在頃刻之間坍塌。在大約40多萬年之后，在云團中心形成了一個高溫、高壓、高密度的氣體球，并在其核心觸發(fā)了由4個氫原子核聚變成1個氦原子核的反應，釋放出大量的熱和光。這就是太陽。

康德的星云假說，在一定的程度上解釋了太陽與七大行星的起源過程，但是這種理論也存在著某種漏洞，例如，一團在旋轉中的星云，無論其速度是快的還是慢的，都沒有任何理由可以說明能夠在旋轉中分離成一個中心和邊緣的七個環(huán)，怎樣才能獲得切線力？而且還有不少的衛(wèi)星、彗星又應怎樣才能從主體的旋轉中獨立地異轉起來？