膨脹期
宇宙大爆炸及宇宙膨脹-結構模型圖1
宇宙大爆炸及宇宙膨脹-結構模型圖2
宇宙大爆炸及宇宙膨脹-結構模型圖3
宇宙大爆炸及宇宙膨脹-結構模型圖4
宇宙大爆炸及宇宙膨脹-結構模型圖5
宇宙大爆炸及宇宙膨脹-結構模型圖6概況
人們是怎樣能推測出曾經可能有過宇宙大爆炸呢？這就要依賴天文學的觀測和研究。我們的太陽只是銀河系中的一兩千億個恆星中的一個。像我們銀河系同類的恆星系——河外星系還有千千萬萬。從觀測中發現了那些遙遠的星系都在遠離我們而去，離我們越遠的星系，飛奔的速度越快，因而形成了膨脹的宇宙。
對此，人們開始反思，如果把這些向四面八方遠離中的星系運動倒過來看，它們可能當初是從同一源頭髮射出去的，是不是在宇宙之初發生過一次難以想像的宇宙大爆炸呢？後來又觀測到了充滿宇宙的微波背景輻射，就是說大約在137億年前宇宙大爆炸所產生的餘波雖然是微弱的但確實存在。這一發現對宇宙大爆炸是個有力的支持。
膨脹期到了1929年，美國天文學家哈勃總結出星系譜線紅移星與星系同地球之間的距離成正比的規律。他在理論中指出：如果認為譜線紅移是都卜勒效果的結果，則意味著河外星系都在離開我們向遠方退行，而且距離越遠的星系遠離我們的速度越快。這正是一幅宇宙膨脹的圖像。
1932年勒梅特首次提出了現代宇宙大爆炸理論：整個宇宙最初聚集在一個“原始原子”中，後來發生了大爆炸，碎片向四面八方散開，形成了我們的宇宙。美籍俄國天體物理學家伽莫夫第一次將廣義相對論融入到宇宙理論中，提出了熱大爆炸宇宙學模型：宇宙開始於高溫、高密度的原始物質，最初的溫度超過幾十億度，隨著溫度的繼續下降，宇宙開始膨脹。
“原始原子”-內部結構模型圖大爆炸理論是關於宇宙形成的最有影響的一種學說，大爆炸理論誕生於20世紀20年代，在40年代得到補充和發展，但一直寂寂無聞。40年代美國天體物理學家伽莫夫等人正式提出了宇宙大爆炸理論。該理論認為，宇宙在遙遠的過去曾處於一種極度高溫和極大密度的狀態，這種狀態被形象地稱為“原始火球”。所謂原始火球也就是一個無限小的點，現在的宇宙仍會繼續膨脹，也就是無限大，有可能宇宙爆炸的能量散發到極限的時候，宇宙又會變成一個原始火焰即無限小的點以後，火球爆炸，宇宙就開始膨脹，物質密度逐漸變稀，溫度也逐漸降低，直到今天的狀態。這個理論能自然地說明河外天體的譜線紅移現象，也能圓滿地解釋許多天體物理學問題。直到50年代，人們才開始廣泛注意這個理論。
膨脹期20世紀科學的智慧和毅力在霍金的身上得到了集中的體現。他對於宇宙起源後10~43秒以來的宇宙演化圖景作了清晰的闡釋.宇宙的起源：最初是比原子還要小的奇點，然後是大爆炸，通過大爆炸的能量形成了一些基本粒子，這些粒子在能量的作用下，逐漸形成了宇宙中的各種物質。至此，大爆炸宇宙模型成為最有說服力的宇宙圖景理論。然而，至今宇宙大爆炸理論仍然缺乏大量實驗的支持，而且我們尚不知曉宇宙開始爆炸和爆炸前的圖景。
【理論觀點】
膨脹期
質子和中子及光子,電子,中微子-內部結構模型圖從1948年伽莫夫建立熱大爆炸的觀念以來，通過幾十年的努力，宇宙學家們為我們勾畫出這樣一部宇宙歷史：
大爆炸開始時約137億年前，極小體積，極高密度，極高溫度。
大爆炸後10~43秒宇宙從量子背景出現。
大爆炸後10~35秒同一場分解為強力、電弱力和引力。
大爆炸後10~5秒10萬億度，質子和中子形成。
膨脹期大爆炸後0.1秒後300億度，中子質子比從1.0下降到0.61。
大爆炸後1秒後100億度，中微子向外逃逸，正負電子湮沒反應出現，核力尚不足束縛中子和質子。
大爆炸後13.8秒後30億度，氘、氦類穩定原子核（化學元素）形成。
大爆炸後35分鐘後3億度，核過程停止，尚不能形成中性原子。
大爆炸後30萬年後3000度，化學結合作用使中性原子形成，宇宙主要成分為氣態物質，並逐步在自引力作用下凝聚成密度較高的氣體雲塊，直至恆星和恆星系統。
大爆炸宇宙模型（big-bangmodel）
膨脹期大爆炸模型能統一地說明以下幾個觀測事實：
（a）理論主張所有恆星都是在溫度下降後產生的，因而任何天體的年齡都應比自溫度下降至今天這一段時間為短，即應小於200億年。各種天體年齡的測量證明了這一點。
膨脹期（c）在各種不同天體上，氦豐度相當大，而且大都是30%。用恆星核反應機制不足以說明為什麼有如此多的氦。而根據大爆炸理論，早期溫度很高，產生氦的效率也很高，則可以說明這一事實。
（d）根據宇宙膨脹速度以及氦豐度等，可以具體計算宇宙每一歷史時期的溫度。
按照大爆炸理論，宇宙是137億年前從一個極小的點誕生的，從那裡誕生了時間和空間、質量和能量，從而由物質小微粒聚集成大團的物質，最終形成星系、恆星和行星等。在大爆炸發生前，宇宙中沒有物質，沒有能量，甚至沒有生命。
但是，大爆炸理論無法回答現在的宇宙在大爆炸發生之前到底是什麼樣，或者說發生這次大爆炸的原因是什麼？按照大爆炸理論，宇宙沒有開端。它只是一個循環不斷的過程，從大爆炸到黑洞的周而復始，便是宇宙創生與毀滅並再創生的過程。
這只是一個構想，並不是一個完美的理論。
【論據】
大爆炸理論雖然並不成熟，但是仍然是主流的宇宙形成理論的關鍵就在於目前有一些證據支持大爆炸理論，比較傳統的證據如下所示：
（a）紅位移
從地球的任何方向看去，遙遠的星系都在離開我們而去，故可以推出宇宙在膨脹，且離我們越遠的星系，遠離的速度越快。
（b）哈勃定律
哈勃定律就是一個關於星系之間相互遠離速度和距離的確定的關係式。仍然是說明宇宙的運動和膨脹。
V＝H×D
其中，V（Km/sec）是遠離速度；H（Km/sec/Mpc）是哈勃常數，為50；D（Mpc）是星系距離。1Mpc＝3.26百萬光年。
膨脹期由模型預測出氫占25％，氦占75％，已經由試驗證實。
（d）微量元素的豐存度
對這些微量元素，在模型中所推測的豐存度與實測的相同。
（e）3K的宇宙背景輻射
根據大爆炸學說，宇宙因膨脹而冷卻，現今的宇宙中仍然應該存在當時產生的輻射餘燼，1965年，3K的背景輻射被測得。
（f）背景輻射的微量不均勻
證明宇宙最初的狀態並不均勻，所以才有現在的宇宙和現在星系和星團的產生。
（g）宇宙大爆炸理論的新證據
在2000年12月份的英國《自然》雜誌上，科學家們稱他們又發現了新的證據，可以用來證實宇宙大爆炸理論。
長期以來，一直有一種理論認為宇宙最初是一個質量極大，體積極小，溫度極高的點，然後這個點發生了爆炸，隨著體積的膨脹，溫度不斷降低。至今，宇宙中還有大爆炸初期殘留的稱為“宇宙背景輻射”的宇宙射線。
科學家們在分析了宇宙中一個遙遠的氣體雲在數十億年前從一個類星體中吸收的光線後發現，其溫度確實比現在的宇宙溫度要高。他們發現，背景溫度約為-263.89攝氏度，比現在測量的-273.33的宇宙溫度要高。
【反大爆炸論者的聲音】
一封《致科學界的公開信》得到了34位科學家和工程師的簽名，於2004年5月22日發表於英國的《新科學家》（NeWScientist）雜誌。我們將它翻譯過來，目的是讓讀者對大爆炸理論的人的論據有所了解。這封公開信被貼到網上後，又得到了185位科學家的網路簽名（現在已四百多人了）：
如今，大爆炸理論越來越多地以一些假設，一些從未被實證觀察的東西作為自己的論據：暴脹、暗物質和暗能量等就是其中最令人震驚的一些例子。沒有這些東西，我們就會發現，在實際的天文學觀測和大爆炸理論的預言之間存在著直接的矛盾。這種不斷求助於新的假設來填補理論與實現之間鴻溝的做法，在物理學的任何其他領域中都是不可能被接受的。這至少反映出這一來歷不明的理論在有效性方面是存在著嚴重問題的。
然而，沒能這些牽強的因素，大爆炸理論就無法生存。離開了暴脹之類的假設，大爆炸理論就無法解釋實際觀測中發現的同質的、各向同懷的宇宙背景輻射。因為那樣的話，它就無法解釋宇宙中相距遙遠的各部分何以會有著相同的溫度並發出同量的微波輻射。離開了那種與我們20多年來辛苦努力在地球上觀察到所有物質都格格不入的所謂暗物質，大爆炸理論的預言與宇宙中實際的物質密度就完全是矛盾的。暴脹所需的密度是核聚變所需的20倍，這也許可以作為大爆炸理論中較輕元素來源的一個理論解釋吧。而離開了暗能量，根據大爆炸理論計算出來的宇宙年齡就只有80億年，這甚至比我們所在的這個星系中許多恆星的年齡還要小几十億歲。
更重要的是，大爆炸理論從來沒有任何量化的預言得到過實際觀測的驗證。該理論捍衛者們所宣稱的成功，統統歸功於它擅長在事後迎合實際觀測的結果，它不斷地在增補可調整的參數，就像托勒玫（Ptolme）的地心說總是需要藉助本輪和均輪來自圓其說一樣，其實，大爆炸論並不是理解宇宙歷史的唯一方式。‘等離子宇宙論‘和’穩恆態宇宙模型論’都是對這樣一個持續演化著的宇宙的假設，它們認為宇宙既無始也無終。這些模型，以及其他一些觀點，也都能解釋宇宙的基本現象，如較輕元素在宇宙中所占的比重、宇宙背景輻射以及遙遠星系譜線紅移量隨著距離增加等問題，它們的一些預言還甚至得到過實際觀測的驗證，而這是大爆炸理論從未做到過的。大爆炸論的支持者們強辯說這些理論不能解釋觀測到的所有天文現象。但這並沒有什麼奇怪的，因為它們的發展嚴重缺乏經費的支持。實際上，直到今天，這樣一些疑問和替代理論都還不能被拿出來進行自由的辯論和檢驗。絕大多數的研討會都在隨波逐流，並不允許研究者們進行完全公開的觀點交流。理察·費曼（RichardFeynman）說過，‘科學就是懷疑的文化’，而在今天的宇宙學領域，懷疑和異見得不到容忍，年輕學者們即使對大爆炸這一標準模型有任何否定的想法也不敢表達。懷疑大爆炸論的學者如果把自己的疑問說出來就會失去經費資助。連實際的觀測結果也要被篩選，要依據其能否支持大爆炸理論的標準來篩選。這樣一來，所有不合標準的數據，比如譜線紅移、鋰元素和氦元素在宇宙中所占的比例、星系的分布等，都被忽視甚至歪曲。這反映出了一種日益膨脹的教條主義，完全不合乎自由的科學研究精神。如今在宇宙學研究領域，幾乎所有的經費和實驗資源都被分配給以大爆炸理論為課題的項目。科研經費來源有限，而所有主管經費分配的評審委員會都被大爆炸論的支持者們把持著。結果就造成了大爆炸理論掌握該領域的全面主導地位，這一局面與該理論在科學上的有效性毫無關係。只資助從屬於大爆炸論的課題，這種做法抹殺了科學方法的一個基本原則：就是必須持續不斷地用實際觀察來對理論加以檢驗的原則。這樣一種束縛使任何探討都無法進行，也使任何研究都無法進行，為了治療這一頑症，我們呼籲資助宇宙學研究的機構將相當部分的經費留給那些替代性理論的研究課題，留給那些與大爆炸理論存在矛盾的實證觀測。為避免經費分配不公的問題，掌管經費分配的評審委員會可以由非宇宙學領域的天文學家和物理學家組成。將經費公平地分配給針對大爆炸理論有效性進行的研究項目，以及其替代性理論的研究項目，這將能使我們以科學的方式找到關於宇宙歷史演變的最可信的模型。
【宇宙大爆炸理論的缺陷】
根據大爆炸理論，星系連同其它所有的恆星和行星都產生於一個所謂有的奇異點。這個奇異點中集中了所有宇宙最原始的物質。而科學家們對這一奇異點物理參數的評估則是：溫度為1031K，潛藏的能量密度為1098爾格/立方厘米(作為比較，恆星內部最高溫度為108K，而中子星的物質密度為1015克/立方厘米)。
我們很難想像，處於奇異點時期的宇宙到底是什麼樣。今天流行的宇宙超級結構理論認為，大爆炸後形成的微型黑洞遍及整個宇宙。這些黑洞的體積還沒有一個原子核大，但其質量卻相當於一個小行星。不久前還有信息稱，美國宇航局計畫於2007年發射一個高功率X射線望遠鏡GLAST。按照天文物理學家們的計算，該望遠鏡的敏感度足以發現微型黑洞的波動。宇宙超級結構理論將最終得到實驗證實。
“大爆炸”理論最大的缺陷就是無法回答大爆炸之前這一奇異的點來源於何方？大爆炸理論存在了100多年了，但令人驚訝的是，這一理論的發展將把人們對宇宙誕生和滅亡的認識不可避免地引向神創說。並不奇怪，教皇約安-帕維爾二世早就在其書信中稱當代的宇宙論與《聖經》中的論述不謀而合。
電磁宇宙構想——新興的宇宙理論
近年來，我們關於電磁宇宙的構想則回答了諸多疑問。而電磁宇宙說的基本觀點則體現在以下三個主要方面：第一，宇宙將永遠存在；第二，宇宙間的所有物質在各種頻率範圍內都發生著能量交換--從超低頻至超高頻；第三，宇宙間的一切活動都是循環發生的(行星產生於黑洞，之後又濃縮成黑洞)並遵循著守恆定律(能量、電荷、物質)。
電磁宇宙理論的基本觀點是：宇宙是一個超環面系統，其中的眾多星系都由宇宙磁場連線在一起，螺鏇形的超環面宇宙磁場控制著所有的星系流。各個星系群由黑洞帶隔開，而黑洞帶則是孕育和產生星系之處，部分科學家稱之為星系“產房”。
根據電磁宇宙理論，黑洞造就了兩種星系類型，一種由由負電子和質子構成物質世界，另一種則是由正電子和反質子構成所謂反物質世界。正是這兩個世界之間存在的巨大的物質和電荷差異形成了給予宇宙生命與發展的能量。
星系就是在宇宙磁場存在條件下誕生的，恆星系統和星系際物質的運動則形成了宇宙的強大的電流。正如地球大氣中雷雨天的放電現象，黑洞中的放電現象便成就了眾多星系的誕生和死亡。如果說地球上的放電現象是瞬間完成的，那么黑洞的放電現象則要持續數十億年並最終決定在我們的周圍會形成什麼樣的世界。
電磁宇宙理論認為，宇宙中的大爆炸其實就是星系的誕生過程。由於宇宙間存在著數不清的星系，所以可以推測，宇宙間的大爆炸每時每刻都在發生，也就是說，宇宙間的星系誕生和滅亡每秒都在發生著。核子彈的爆炸就是這樣一個實例。
冷戰時期，每次核子彈試爆時美國人安裝在衛星上的感測儀器都會對爆炸進行觀測。核子彈爆炸總伴隨著中子輻射。令科學家們驚訝的是，每次爆炸後儀器都會記錄下不間斷的中子輻射。後來天文學家們的研究顯示，宇宙間每個區域內時時刻刻都在發生著爆炸。
電磁宇宙理論的問世將使大爆炸理論隨著時間的推移而被人們淡忘。因為物質和能量永遠處於相互轉換中，時間只不過是記錄從一個事件到另一個事件的工具，事實上時間也是永恆的，生命的循環既沒有始，也沒有終。
【宇宙新論：宇宙大爆炸一直在發生】
據英國廣播公司(BBC)2002年4月25日的報導，美國普林斯頓大學一物理學家根據天文觀測的結果，即宇宙還在不斷地加速膨脹，提出一種新的宇宙理論，稱一次次的宇宙大爆炸在過去和將來一直在發生，我們目前的這個宇宙只是這一連串大爆炸中的一個，雖然每次宇宙大爆炸的過程極其漫長(超過一萬億年)，但通過對此理論所預言的重力波的觀測，人們有可能在幾年內初步驗證此理論是否正確。
宇宙還在不斷膨脹，報導稱在過去五年，一個奇怪的現象引起了人們的關注。
背道而馳
大爆炸產生的輻射波：自從150億年前的宇宙大爆炸之後，星體和各星系一直各自向外飛散。理論上講，相互維繫的重力應該減慢這個膨脹的速度，但是事實並非如此，實際上膨脹還在加速進行。宇宙中有某種力量，正在把星體和各星系拉開。宇宙學家不知道那是什麼力量，但是他們可以建立數學公式把這個現象描繪出來。
宇宙新論的提出者之一、美國普林斯頓大學的斯坦哈特說，這些公式預測宇宙無始、無終，一次次宇宙大爆炸將會永不止息，不斷發生。
爆炸循環
他說：“我們這幅圖畫所提出的是大爆炸並非時間的開端，而只是連串爆炸循環當中的最新一次而已。在這些循環當中，宇宙經歷加熱、膨脹、冷卻、停滯、空虛，然後再度膨脹。”根據這個理論，宇宙將會繼續膨脹大約一萬億年。這時，公式推算出，神秘的反重力力量的特性改變，在宇宙某個角落發生另一次大爆炸，一切重新開始。
驗證
要驗證斯坦哈特的說法是否正確不必等一萬億年，對錯很快就可以定奪。每一次大爆炸都會產生重力波，在整個宇宙擴散。科學家正在地球上和太空中建造新一代的儀器來探測這些重力波。第一個探測結果將會在幾年內出現，這將可以證實或者否定宇宙無始無終的說法。
【大爆炸理論：拼湊起來的故事？】
美國《紐約時報》曾報導過這樣的事件：
曾幾何時。有個似乎十分簡單的構想，即宇宙始於一次大爆炸。
宇宙誕生的故事慢慢拼湊起來。“大爆炸”方程式甚至還可以用於預測宇宙歷史早期形成的質量較輕元素(氫、氫和鋰)的相對數量。而且“大爆炸”理論還與觀測結果十分吻合，這真是不可思議。
但是這種理論上的樂園已經難有好日子過了。最近幾年，“大爆炸”理論不能自圓其說的問題接踵而來，宇宙不再那么循規蹈矩了。
最新打擊
最新的打擊是上個月出現的。人們長期以來一直認為，星系彼此之間的引力與宇宙擴張相抗衡，向心引力剛好與離心張力形成平衡，使宇宙得到控制。理論學家們看到2月27日一期的《科學》雜誌時肯定會深感震驚，因為這期雜誌報告了宇宙在加膨脹的證據，這表明存在某種尚無法解釋的與引力作用相反的斥力。
雖然還未成定論，但是它卻是理論學家一直絞盡腦汁要弄明白的一系列驚人結論中最新出現的一個。由於天文學家們的觀測工具越來越靈敏，所以就必須不斷往原始的“大爆炸”理論中塞進一個又一個用心良苦的假設——先是宇宙誕生大爆炸之後隨即出現過短暫的“膨脹期”、存在大量看不見並無法解釋的“暗物質”，現在則可能是正使宇宙加速擴張的某種神秘的東西。
不斷修正
但並不是所有事情都能得到解釋。例如，為什麼無論在哪裡出現的背景輻射都有完全一樣的溫度呢?這種吻合似乎過於完美，而顯得不真實自然。還有更令人不可思議的，那就是宇宙匪夷所思的形狀。一個“封閉”的宇宙是彎曲的，所以宇宙萬物最終會崩潰。而一個“開放”的宇宙則將無限擴張。但是無論如何，我們自己的宇宙似乎是“平的”，介乎這兩者之間。
除非存在寬厚仁慈的獨裁者，否則宇宙中一切怎么能夠如此和諧呢?
1979年時出現了一個答案，當時物理學家艾倫·古思提出了—個假設，認為在最初大爆炸之後，宇宙緊接著進入超高速瘋狂擴張期，宇宙體積成倍成倍地膨脹。該膨脹期只持續遠遠不到一秒鐘的剎那間。但是計算結果表明，這就足以使輻射變得均勻，並使彎曲展平——消除了大爆炸留下的波紋，於是又恢復了宇宙常數。
但是宇宙學家們隨後又開始感到不安了，因為宇宙輻射過於均勻；這表明宇宙最初是均質單一的，後來莫名其妙地演化成我們今天所見到的不規則的宇宙，中間點綴著恆星、星系和巨大星系團。要想讓這么多的物質凝結起來，似乎宇宙的年齡還不夠大，引力也不夠強。於是就出現了另一次修正。宇宙學家們已經發現，理論上存在的暗物質可以讓“大爆炸”理論自圓其說。如果宇宙中存在足夠多的這種看不見的物質，那么這種物質就可以產生額外的引力，促使形成巨型結構。
“大爆炸”理論變得不再簡單明了，現在甚至似乎變得越來越複雜了。以正在發生爆炸的恆星超新星作為測量距離的信標(因為可以用超新星閃爍的速度來估計它們的實際亮度)，天文學家們最近幾周很不清願地得出這樣一個結論，即宇宙可能正在莫名其妙地加速擴張。還可能出現這樣的情況，光學錯覺讓天文學家看走了眼。與此同時，理論學家們又在忙著修補漏洞了。
