“宇宙由何而来，又将何去何从？”每当人类仰望苍穹时，总是会发出这样的疑问，却难以有圆满的解答。每个民族都有着大胆的揣测和离奇的神话，以求回答这些深奥的问题。
古代中国人认为，天地是由盘古大神开辟的。而关于宇宙的结构，古代中国人提出了“天圆地方”的盖天说，“天圆如张盖，地方如棋局”。
在古代欧洲，关于宇宙的来源和构造也有许多学说，流传最广的事基督教所宣扬的“上帝创世纪”，这和托勒密的地球中心说结合在一起，宣扬了基督教的教义，巩固了基督教的统治，同时在一定程度上制约了科学的进展。
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“宇宙由何而来，又将何去何从？”每当人类仰望苍穹时，总是会发出这样的疑问，却难以有圆满的解答。每个民族都有着大胆的揣测和离奇的神话，以求回答这些深奥的问题。
古代中国人认为，天地是由盘古大神开辟的。而关于宇宙的结构，古代中国人提出了“天圆地方”的盖天说，“天圆如张盖，地方如棋局”。
在古代欧洲，关于宇宙的来源和构造也有许多学说，流传最广的事基督教所宣扬的“上帝创世纪”，这和托勒密的地球中心说结合在一起，宣扬了基督教的教义，巩固了基督教的统治，同时在一定程度上制约了科学的进展。
古代人类对于宇宙本源的探索，虽然反映出了人们探寻自然，探寻真理的追求，但是大都出自主观臆想，经不起推敲，甚至不能自圆其说。到了文艺复兴时代，哥白尼第一次通过科学的观测方法研究宇宙的结构，提出了太阳中心说，紧随其后的布鲁诺也进一步认为太阳也并不是宇宙的中心，而只是亿万星辰中普通的一颗。文艺复兴时期毕竟经历了教会的长期压迫与中世纪的疾疫与战火，科学的各个方面都处在百废待兴的状态，对于探索宇宙，一个完备的科学体系也显得越来越重要。这一切，随着一位大师来到人间。
有一位科学评论家说过，上帝想要给人类科学，于是牛顿诞生了。牛顿创建了经典物理的巍峨大厦，同时引进了微积分的研究方法，并结合欧几里得的几何观念建立了一个绝对的无限的时空宇宙体系，称之为牛顿静态宇宙模型。牛顿静态宇宙模型对时间和空间有两个基本的认识：1、时间和空间是绝对的，相互独立的。2、时间和空间都是无限的。绝对空间是静止不动的，绝对时间是永远流逝的，空间和时间都永无止境，不存在起源的问题，这就是牛顿静态宇宙模型的精髓。
牛顿的静态宇宙模型自然被人普遍接受，因为它不需要回答“宇宙如果有界限，那么界限之外是什么？时间如果有起点，那么起点之前是什么样的？”这些纠结难解的问题。
然而，这样一个完美的有些滑头的理论也存在他的缺陷。1826年，德国的一位医生兼业余天文学家奥伯斯先生提出了一种叫做“奥伯斯佯谬”的论点，矛头直指万众仰视的牛顿静态宇宙模型。他指出，如果无限宇宙中均匀分布着很多恒星，那么每一颗恒星的光照都会射到地球上，夜晚的天空将会无线明亮。（可以根据微积分的原理去推导，但是考虑到文章的篇幅，在此省略。）
这显然不符合人们的日常观测，毛病出在什么地方呢？推导的过程显然是准确无误的，而结论却不能让人信服，只能说是前提——即是牛顿静态宇宙模型——出了毛病。
虽然有这样的硬伤，但是各位读者不要忘了现在是19世纪——那个牛顿的经典物理学大放异彩的时刻。一切由经典物理有关的都是神圣不可侵犯的，一切与经典物理，与牛顿相违背的下场都很悲剧（了解一些物理学史的同学应该记得悲剧男胡克先生）。奥伯斯并非权威人士，虽然没有得到胡克那样的惨烈后果，但是他的理论也同样被人轻视，并没有撼动牛顿静态宇宙模型的权威。
1900年，在国际物理年会上，英国物理学家开尔文在演说中提到了“在物理学晴朗天空的远处，还有两朵小小的乌云。”他指的是普朗克的黑体辐射实验以及迈克尔逊—莫雷的光干涉实验。这两个实验对大部分读者来说或许略有些难以理解，在此也不详细叙述。开尔文或许没有想到，他所提到的两朵乌云对于物理学界意味着什么，牛顿的经典理论的繁华和美丽都将被摧毁，它只是在某种程度上近似地描绘出了自然界的规律。物理学界的全新架构——相对论和量子力学将会统治物理学界。伴随着相对论而提出的新的宇宙模型——有限无界宇宙模型也随之诞生。
1917年，爱因斯坦根据他在广义相对论中提出的引力场方程，创立了一个有限无界的静止的宇宙模型。这个宇宙模型认为，现实的三维空间是一个无界空间，无论朝向那个方向运动都永远走不到尽头，不可能遇到边界（= =）。宇宙中所有各处都具有同等地位，处处都是中心，又处处都不是中心，或者说宇宙没有中心（囧）。但是，由于宇宙中到处充满着物质，存在引力场，根据相对论，宇宙的三维空间是弯曲的，一个有曲率的三维空间只能是有限空间，因而宇宙是有限的（抓狂中）。一个有限的宇宙当然不满足奥伯斯佯谬中的第一个命题，也就摆脱了奥伯斯佯谬的困境。
想必大家对上面一段佶屈聱牙的解释赶到困惑，不必担心，笔者写到这里同样也是大为头痛，为了方便大家的理解，给大家做一个类比：在一个三维球体的二维表面上居住着一只被充分压扁的虫子，可以视其为二维的，它所处的宇宙是一个二维空间的宇宙，凭借它的直觉与想象，不可能理解第三维。它在整个球面上，可以朝着前后左右爬行，永远都不能找到边界，也找不到宇宙的中心。但是它所处的宇宙是一个弯曲的二维宇宙，从三维上看，它当然是有限的，被限制在三维空间里的一个稳定的球面上，宇宙的“中心”也是在三维球的球心。对于人类，和这只不幸的虫子没有什么区别。可以想象人类生活在一个四维宇宙的“超球”的三维“表面”上，有限无界，也没有可以在人类生活的三维表面上找到宇宙中心。
然而，即使是爱因斯坦的静止宇宙模型，也有着严重的缺点，那就是它的不稳定性。这个宇宙模型是静态的，它的几何性质不随着时间的改变而改变。假如某一时刻宇宙受到一个微小的扰动，比如某种原因使宇宙略微变小了一点，那么引力将有所增强，又促使进一步的收缩并且会一直收缩下去。对于膨胀也有类似的情况，会一直膨胀下去。因而这个宇宙是不稳定的。爱因斯坦为了解决这个问题，在引力场方程中加入了一个常数项叫做宇宙常数，表现为一种抗衡引力的斥力，起到稳定的作用。
宇宙常数，作为一个为了解决一个理论不稳定性而凭空虚拟出来的物理量，实在是没有什么存在的必要。果然，不久后的1929年，在威尔逊山天文台，一位当时刚刚出道天文学家的工作质疑了爱因斯坦的静止模型，同时也为大爆炸模型奠定了雏形。这位天文学家便是大名鼎鼎的哈勃。哈勃发现，几乎所有的星系都出现了红移现象，即发出的光的谱线朝向红光（波长增长）的方向移动。根据多普勒效应，这些星系都在朝向原理我们的方向退行。观测结果还显示星系的红移量与距离之间存在直接关系，越是遥远的星系退行的就越快。
宇宙正在不断膨胀，甚至是今天的宇宙都要大于昨天。未来，宇宙还会变得更加庞大，而无疑，过去的宇宙要小于现在的宇宙。所以，结论很简单：回顾遥远过去的某一时间点，宇宙曾经很小很致密。不知何故，在经历某个事件之后——也许是所谓的大爆炸——宇宙便开始膨胀，而且这种膨胀到了现在还没有停止。
他们的名字叫做阿诺·彭齐亚斯（不是阿诺·施瓦辛格）和罗伯特·威尔逊。1965年，他们在美国新泽西州霍尔姆德尔的贝尔实验室，当时想要使用一根大型通讯天线，测定当天线指向天顶时候的天空亮度。天线测量到的温度通常用温度表示，相当于该温度下相同频率的黑体辐射的亮度。彭齐亚斯和威尔逊测量到的温度是6.7K，他们知道其中2.3K来自大气层，0.9K来自天线的电阻消耗，还有3.5K下落不明——这是一种连续不断的蒸汽般的嘶嘶声音，使得实验无法进行下去。这个噪声是一刻不停的，很不集中的，来自天空的各个方位，日日夜夜，一年四季。有一年时间，两位天文学家想尽了办法，想要跟踪和除去这个噪声。他们测试了每一个电气系统，重新组装了仪器，检查了每一条线路，查看了电线，甚至擦去了插座上的灰尘，用胶布盖住了每一条接缝，把他们在一篇论文中提到的叫做“白色电介质”的，用更通常说法是鸟粪的东西扫的干干净净，但是，他们的努力丝毫不起任何作用。这个如幽灵般的3.5K无处不在。
他们不知道的是，就在50公里以外的普林斯顿大学，一组以罗伯特·迪特为首的科学家正在设法寻找的，就是这两位天文学家想要出去的东西。普林斯顿大学的研究人员正在研究伽莫夫在20年前提出的假设：要是你观察空间深处，你就会发现大爆炸残留下来的某种宇宙背景辐射。伽莫夫估计，那种辐射穿过茫茫宇宙之后，便会以微波形式抵达地球。彭齐亚斯和威尔逊听到的噪声，正是伽莫夫所假设的。他们已经找到了宇宙的边缘，至少是宇宙150亿光年以外的可见部分。他们在“观望”第一批粒子——宇宙中最古老的光——果然不出伽莫夫所料，时间和距离已经将其转变成微波。艾伦·古思在他的《不断膨胀的宇宙》一书中提出一种类比，有利于大家理解这一发现的意义。要是你把观望宇宙深处比作在美国纽约帝国大厦的100层上往下看（假设100层代表现在，街面代表大爆炸时刻），那么在彭齐亚斯和威尔逊发现那个现象的时候，已经发现的最远星系在大约60层，最远的东西——类星体——在大约20层。彭齐亚斯和威尔逊的发现，把我们对宇宙的可见部分的认识推进到了离地面不到1厘米的地方。
彭齐亚斯和威尔逊仍然找不到噪声的原因，便打电话给普林斯顿大学的迪克，向他描述了他们遇到的问题，希望他能做出一种解释。迪克马上意识到两位年轻人发现了什么。
此后不久，《天体物理学》杂志刊登了两篇文章，一篇为彭齐亚斯和威尔逊所作，描述了收到辐射的经历；另一篇为迪克小组所作，揭示了他的性质。尽管彭齐亚斯和威尔逊并不是在寻找宇宙的背景辐射，发现的时候也不知道是什么东西，也没有描述或者解释它的性质。然而他们获得了1978年的诺贝尔物理学奖。普林斯顿大学的研究人员仅仅获得了同情。然而，在这里我们要对普林斯顿大学的罗伯特·迪特以及其他研究人员致以崇高的敬意，他们能够在巨大的诱惑面前保持科研的素养与道德，这一点是比诺贝尔奖更为难能可贵的。
顺便提一句，来自宇宙背景辐射的干扰，我们大家都经历过。每当电视机接收不到信号的时候，你所看到的“雪花”中，大约有1%是这种残留物造成的。记住，下次你抱怨接收不到图像的时候，你总能观看到宇宙的诞生。
宇宙的膨胀是依赖于宇宙中物质的总密度（普通物质和暗物质）和可能的非零“宇宙学常数”（这里的宇宙常数的意义已经不是在第一期中提到的爱因斯坦的宇宙常数了），这一常数可能代表宇宙中的一种“暗能量”，这些参数决定着宇宙的几何性质和它的未来命运，即它将会永远膨胀或是再次坍缩。
我们假设宇宙是平直的情况下（什么叫做平直情况下文中会有介绍，可以暂时理解为宇宙保持现状的情况——虽然不是很确切）的物质和能量的总密度取为临界值，称为“临界密度”，根据宇宙微波背景辐射的观测显示，宇宙是平直的，然而根据星系团的观测，估计宇宙的物质只有临界值的30%，这意味着宇宙充塞着大量的暗物质和暗能量，暗能量可能占据物质和能量总密度的70%。也许有的同学会疑惑为什么两种观测得到的数据会不一致，是的，暗物质和暗能量正是为了平衡这个差别所定义的，人类对于暗物质和暗能量的本质基本一无所知，这也是它们得名的原因。
我们生存的宇宙未来命运如何呢？关于宇宙的前途，1922年由苏联数学家弗里德曼发展起来的标准宇宙模型阐明了这个问题。这个模型论述了宇宙前途的三种模型：开放式宇宙模型、闭合式宇宙模型和平直式宇宙模型。宇宙学家认为，宇宙的最后结局是从开始就确定了的，它取决于宇宙的平均“密度”。如果密度大于临界密度，则有足够的宇宙物质停止它的膨胀而且导致再收缩，叫做封闭式宇宙；如果宇宙的密度小于临界密度，则宇宙永远膨胀下去，叫开放型宇宙，如果宇宙的密度等于临界密度，则宇宙是“平坦的”，叫平直式宇宙。
开放式宇宙模型是指从宇宙大爆炸开始，一旦经历了开始的膨胀，便不停顿的永远膨胀下去。在这个过程中，各个星球将要耗尽内部的核燃料，逐渐成为黑矮星、中子星、黑洞，演化到后期，黑洞遍布宇宙，吞食万物，整个宇宙变成黑暗的世界，最后黑洞也蒸发，组成的基本粒子也会衰变，宇宙由此变成了一个混沌世界，直至变为一片虚无。
闭合式宇宙与之相反，是说宇宙膨胀后，由于自身的引力作用，膨胀到一定的程度后逐渐转变为收缩，随着宇宙的不断收缩，整个宇宙温度升高，星球不断合并，最后形成一个大黑洞，最终又缩回到原来的状态，温度极高，密度极大。会不会再爆炸，产生第二代宇宙呢？这在天文学界还是一个悬而未决的问题。
平直式宇宙模式介于上述两种情形之间。大爆炸之后宇宙暴涨，此后膨胀逐渐减慢，反复的膨胀、收缩，总是在坍缩的边缘来回摇摆震荡，永无休止。
究竟是哪一种宇宙演化模式符合客观实际呢？至今尚无定论。从近些年测定宇宙中的氘含量来推算，宇宙应当是开放的更合理一些，即宇宙将会无休止的膨胀下去。然而根据遥远星系和类星体所统计的退行速度减速情况，对宇宙是闭合模型有利。但是，因为没有考虑宇宙之中的暗物质，也不能令人置信。从COSBE卫星的观测，发现微波背景的3K辐射起伏非常小，仅为10（-6次方）K。这一事实说明了宇宙是平直的。总之，根据现有的理论和数据来推算，开放或者平行式的宇宙可能性比较大，看来我们的最终结局更有可能是冻死而不是热死了。
宇宙学在奇妙的气氛中产生，在百家争鸣的混乱局面中艰难的成长，最终发展成为现在初步完善的大爆炸模型，并根据这个模型对我们宇宙的过去、现在和未来进行了探索和推测。我们宇宙的最终归宿是什么？我们仍然不清楚。但是我深信，随着天文学的发展，关于宇宙的所有未知和问题都会越来越多的展现。
本文资料参考自苏宜教授的《天文学新概论（第四版）》以及比尔·布莱森著的《万物简史》，各位如有更多希望了解的，可以阅读这两本著作。
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