1.1.5　宇宙的起源

图1-7　宇宙演化示意图（图片来源：Wikipedia）

那么我们所熟悉和赖以生存的物质与能量又是如何而来的呢？近代物理学所产生的最令人惊讶的理论之一是宇宙的“大爆炸”模型（big bang theory），如图1-7所示。1929年美国天文学家哈勃（Edwin Powell Hubble，1889—1953）发现离我们越远的星系正在以越快的速度远离我们，这说明整个宇宙空间在膨胀。通过广义相对论将宇宙的膨胀进行时间反演，则可以推测出我们所熟悉的四维物理世界（宇宙）在距今约138亿年[（137.98±0.37）亿年]前起源于一个密度和温度无限高的“奇点”。对奇点所包含“无穷大”的真正含义以及在宇宙起始时刻（即10－43s或普朗克时间内）所发生的事情，我们也许永远不能完全确定。我们不能将宇宙起源于奇点简单理解为一个从无到有的过程。这里的“无”严格意义上是反映了我们主观世界对此客观世界问题认识的空白和缺乏，而不是客观世界本身的虚无。目前可以确定的是，宇宙空间在10－36s内暴胀了1056倍（1后面56个0）！宇宙形成的初期，极高密度的能量以极短波长的光子（电磁辐射）形式存在，并由此产生了最原始的电子（带有一个负电荷）、质子（带有一个正电荷）、中子（不带电）和最简单的原子核（氢元素）。直到大爆炸后约30万年，电子才开始凝聚在原子核周围形成了中性的原子氢（约占75%）、氦（约占25%）和锂（不足1%）。随着宇宙不断膨胀和降温，在引力的作用下，星云、恒星和星系等天体结构逐渐形成。在恒星形成过程中，以氢为燃料的核聚变所产生的巨大能量和压力在恒星内部又产生了更复杂的原子核和更重的元素，如碳、氧、镁、硅、铁。以高度稳定的铁原子核为核心的超级恒星无法继续进行核聚变，于是在不断增大的引力作用下发生坍缩。这种超新星在爆炸过程中产生的巨大力量将原有的原子核打碎并重组形成比铁更重的90多种元素，如铜、锌、金、铂、铀、钍等，并将这些物质洒向宇宙空间，形成了新的星云并产生了打造新恒星和行星的材料。所以，构成物理世界的基本元素是在宇宙大爆炸后由奇点中所包含的能量在约90亿年波澜壮阔的热核聚变过程中锤炼出来的。有趣的是，这个基于近代物理学模型的描述与两千多年前中国哲学家老子在《道德经》所讲的“无名，天地之始；有名，万物之母”竟然不谋而合。