1.宇宙誕生之謎

人們常常會問：宇宙是永遠不變的嗎？宇宙有多大？宇宙是什么時候誕生的？宇宙中的物質是怎么來的？等等。

當人類第一次把眼睛投向天空時，他就想知道這浩瀚無垠的天空以及那閃閃發光的星星是怎樣產生的。所以，各個民族、各個時代都有種種關于宇宙形成的傳說。不過那都是建立在想象和幻想基礎上的。今天，雖然科學技術已經有了重大進步，但關于宇宙的成因，仍處在假說階段。歸納起來，大致有以下這么幾種假說。

到目前為止，許多科學家傾向于“宇宙大爆炸”的假說。這一觀點是由美國著名天體物理學家加莫夫和弗里德曼提出來的。這一假說認為，大約在200億年以前，構成我們今天所看到的天體的物質都集中在一起。密度極高，溫度高達100多億度，被稱為原始火球。這個時期的天空中，沒有恒星和星系，只是充滿了輻射。后來不知什么原因，原始火球發生了大爆炸，組成火球的物質飛散到四面八方，高溫的物質冷卻起來，密度也開始降低。在爆炸兩秒鐘之后，在100億度高溫下產生了質子和中子，在隨后的自由中子衰變的11分鐘之內，形成了重元素的原子核。大約又過了1萬年，產生了氫原子和氦原子。在這1萬年的時間里，散落在空間的物質便開始了局部的聯合，星云、星系的恒星，就是由這些物質凝聚而成的。在星云的發展中，大部分氣體變成了星體，其中一部分物質因受到星體引力的作用，變成了星際介質。

1929年，哈勃對24個星系進行了全面的觀測和深入的研究。他發現這些星系的譜線都存在明顯的紅移。根據物理學中的多普勒效應，這些星系在朝遠離我們的方向奔去，即所謂的退行。而且，哈勃發現這些星系退行的速度與它們的距離成正比。也就是說，離我們越遠的星系，其退行速度越大。這種觀測事實表明宇宙在膨脹著。那么，宇宙從什么時候開始膨脹的？已膨脹多久了？根據哈勃常數H＝150千米/（秒·千萬光年），這個意義是：距離我們1000萬光年的天體，其退行的速度為每秒150千米，從而計算出宇宙的年齡為200億年。也就是說，這個膨脹著的宇宙已存在200億年了。

20世紀60年代天文學中的四大發現之一的微波背景輻射認為，星空背景普遍存在著3K微波背景輻射，這種輻射在天空中是各向同性的。這似乎是當年大爆炸后遺留下的余熱，從某種意義上這也是支持了大爆炸宇宙學的觀點。但是，熱天爆炸宇宙學也有些根本性問題沒有解決。如大爆炸前的宇宙是什么樣？大爆炸是怎么引起的？宇宙的膨脹未來是什么格局？

第二種是“宇宙永恒”假說。這種假說認為，宇宙并不是像人們所說的那樣動蕩不定，自從開天辟地以來，宇宙中的星體、星體密度以及它們的空間運動都處在一種穩定狀態，這就是宇宙永恒假說。這種假說是英國天文學家霍伊爾、邦迪和戈爾特等人提出來的。霍伊爾把宇宙中的物質分成以下幾大類：恒星、小行星、隕石、宇宙塵埃，星云，射電源，脈沖星，類星體、星際介質等，認為這些物質在大尺度范圍內處于一種力和物質的平衡狀態。就是說，一些星體在某處湮滅了，在另一處一定會有新的星體產生。宇宙只是在局部發生變化，在整體范圍內則是穩定的。

第三種是“宇宙層次”假說。這種假說是法國天文學家沃庫勒等人提出來的。他們認為宇宙的結構是分層次的，如恒星是一個層次，恒星集合組成星系是一個層次，許多星系結合在一起組成星系團是一個層次，一些星系團組成超星系才又是一個層次。

綜合起來看，以上種種假說雖然說明了模式的部分道理，但還都缺乏概括性，還有繼續探討的必要。

2.宇宙到底有多大？

人們常常用“不知天高地厚”這句話來批評那些無知的人。其實，天究竟有多高，至今也沒有人能說得清楚，宇宙的大小和形狀，也就成為天文學家爭論不休的問題之一。

宇宙到底有多大？古今中外有過許多說法，但爭論的焦點集中在宇宙是有限的還是無限的這個問題上。

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“地球中心說”，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統治地位。到16世紀，波蘭天文學家哥白尼經過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治。但是，由于受當時生產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，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。

同托勒密、哥白尼的宇宙有限論相反，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。唐代著名的哲學家柳宗元曾在《天對》中說過，宇宙“無中無旁”，既沒有中心也沒有邊界。

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。

隨著天文學的發展，人們通過望遠鏡觀測發現，太陽系的直徑是120億公里，地球同整個太陽系比較不過是滄海之一粟；銀河系擁有1500億顆恒星和大量星云，直徑約10萬光年，厚約1萬光年，太陽系同它比較也不過是滄海之一粟；總星系已經發現的星系有10億個以上，距離我們有幾十億光年到100多億光年，銀河系同其相比較也好比是滄海中的一顆“沙粒”。目前，大型天文望遠鏡已能觀測到100多億光年以外的天體，但是還遠沒有發現宇宙的邊沿，因此，多數天文學家認為宇宙是無限的，是沒有邊界和沒有中心的。同時，也有部分人認為，宇宙是有限的。理由是宇宙起源于大爆炸，大爆炸至今的時間是有限的，宇宙膨脹的速度是一定的，宇宙的大小也一定是有限的。還有一部分人認為，人類對宇宙的認識僅僅是初步的，對太空的觀測能力還十分有限，給宇宙的大小下一個結論還為時過早。總之，目前人們對宇宙大小的種種說法，多數是一種猜測，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，的確至今還是一個謎，還有待于航天技術的發展和天文學家的進一步研究探索來加以證明。

3.宇宙中的“太陽系”是怎樣發現的？

茫茫無際的宇宙，深藏著無數奧秘。有人曾設想，除我們的太陽系以外，還應有第二個、第三個太陽系。可是另外的“太陽系”具體在哪里？這個長期以來爭論不休的問題，隨著織女星周圍發現行星系，有人認為已經找到了宇宙中的第二個“太陽系”，為尋找宇宙中其他許多“太陽系”提供了例證。

宇宙中的第一個“太陽系”是怎樣發現的呢？

1983年1月，美國、荷蘭、英國三個國家成功地發射了紅外天文衛星。后來，天文學家們利用這顆衛星意外地發現天琴座主星——織女星的周圍存在類似行星的固體環。

這次發現在世界上還是頭一回。這一發現可以說是不同凡響的劃時代的發現。

織女星周圍的物質吸收了織女星的輻射熱，發射出紅外線。紅外天文衛星正是接收到了它所放射的紅外線。比較四個不同接收波段的強度便可計算出該物體的溫度為90K（約-180攝氏度）。一般來說，恒星的溫度下限約為500K。溫度為90K，這就是說那個物體是顆行星。而且，織女星真的也有行星系的話，它便相當于外行星。這樣一個溫度的物體只能用波長為幾十微米的紅外望遠鏡捕獲到。

美國、荷蘭、英國合作發射的衛星是世界第一顆紅外天文衛星，主要用于探測全天的紅外源，也就是對紅外源進行登記造冊。一般紅外天文望遠鏡不能探出宇宙中的低溫物體。因為大氣中的水分和二氧化碳氣體大量吸收了來自宇宙的紅外線及地球的熱，又會釋放互相干擾的紅外線。紅外天文衛星將裝置儀器用極低溫的液態氦進行冷卻，所以才有了這次的發現。

探測表明，織女星行星系與太陽系行星一般大小。由于織女星發出的總能量是已知的，通過90K的物體的溫度便能求出織女星和該物體之間的距離，也就是可以求出該行星系的半徑。

織女星距離地球26光年，是全天第四亮星。直徑是太陽的2.5倍，質量約是太陽的3倍，表面溫度約為10000攝氏度，比太陽的表面溫度（約6000攝氏度）高。織女星誕生于10億年前，太陽誕生于45億年前，相比之下織女星要年輕得多。地球大致是與太陽同時誕生的，若認為織女星的行星也跟織女星同時誕生，那么就可以視它的行星處在演化的初期階段。

依據行星形成的一般假說，當恒星產生時，在它的周圍散發著范圍為太陽系100倍的分子氣體云環，因長期相互作用而分成若干個物質團塊，進而形成行星。

東京天文臺曾公布說，他們用射電望遠鏡在獵戶座星云等地方發現“行星系的嬰兒”，也可以說是原始行星系星云。

東京天文臺和紅外天文衛星的發現，看來可以說是行星形成過程中的不同階段。深入分析和研究這兩個不同階段，以及更正確地描寫織女星的行星像，無疑是當前世界天文學界所面臨的一大課題。

4.宇宙中的生命是怎樣產生的？

早在1953年，芝加哥大學化學系一位青年學生斯坦利·米勒曾產生過一個當時被人認為是荒誕的想法：世界基本物質中的礦物元素能否必然產生生命？要是米勒不去大膽地進行實驗，這個一時受嘲弄的所謂“不可思議”的設想恐怕只能永遠成為爭論的話題。他的老師尤賴不無恥笑地叫米勒試試，并跟他打了1000美元的賭，擔保他“不會成功”。

斯坦利·米勒的設想和實驗似乎過于簡單，因此，尤賴教授的懷疑態度是可以理解的。米勒設想，把構成我們地球的最原始的礦物質放在一個龐大的試管里進行實驗。這些礦物元素有甲烷、氨、氫和水氣。米勒排除了種種干擾，勇敢地開始了探索。他在試管里把這些無機物質混合在一起，然后向試管通電，放出電火花。大家知道，40億年前，構成地球的所謂“原湯”上空，經常發生強大的雷雨。經過一個星期的操作，米勒停止了實驗。當他仔細觀察試管時，發現底部有一種淡紅色的奇異物質。米勒又驚又喜，立即對這種物質進行了化驗分析，結果證明，那是氨基酸。大家都知道，氨基酸是生命的要素。當然，米勒從無機物質中沒有創造出生命來，甚至連最基本、最原始的生命形式也沒有制造出來。但是他發現了一個化學程序，可能導致生命的出現。請不要忘記，米勒的實驗只用了一個星期的時間，而地球卻花了40億年的工夫才有生命的出現……

應當說，是蘇聯生物化學家奧帕里涅于1924年提出的一個具有革命意義的假設，才導致了米勒的極其天才的實驗。奧帕里涅對地球上出現生命的過程做過如下描繪：40億年前，在太陽紫外線的作用下，地球表面出現了第一批氨基酸，這些生命的原始物質掉進了海洋，便形成了所謂的“原湯”。隨著時間的推移，生命的原始物質不斷地進行結合，其結構越來越復雜，最后就產生了生命。這位前蘇聯生物化學家認為他的這個描繪并非是想入非非的事。他自己曾觀察到，在注入大量溶劑的濃膠狀態溶液中，蛋白質很容易結合起來。米勒1953年的實驗表明，科學家們的思想已有了一個飛躍。當時有許多科學家認為，生命是只產生于我們地球表面的、自發的、例外的現象。米勒的發現極大地震撼了這些科學家的心靈。米勒以實驗證明，一定物質的化學結合，必然會導致生命的出現。這個理論使生命是自發和例外地出現的學說頃刻間瓦解了。