宇宙是怎样形成的?宇宙如何终结?在宇宙爆炸前，宇宙是个什么样子?

【专家解说】：宇宙的形成 最初三分钟 宇宙的最初源头是一个奇点，即所谓的“宇宙蛋”，它凝聚了所有的时空质能，孕育着未来物质世界的一切，包括天体和生命。大约150亿年以前，宇宙蛋在一场无与伦比的大爆炸中猝然爆发。大爆炸震撼出时空，物质世界破壳面出，宇宙史的纪元从此开始。 刚刚诞生的宇宙，空间从无到有并急剧猛增，仅仅10-32秒后，就暴胀到大约1光年的直径。在1 秒钟时，由于大爆炸产生的极强高能辐身均匀地充满整个空间，宇宙成为100亿k高温的熔炉，所有物质被熬成一锅基本粒子汤。 紧接着，一场肆虐的原始宇宙风暴开始了，基本粒了之间发生猛烈撞击，中了熔入质子形成了氦核。这个过程延续了大约三分钟，直至所有的中子消耗殆尽为止。有约22%质量的物质聚合成氦核，余下的物质几乎为没有聚合的质子，即氢核，仅有十万分之几属于同位素氦3和氘，百亿分之几归之于锂。原始星云形成。 星系形成 构建原始宇宙的原生物质(主要是约78%的氢和22%的氦)的产生过程，在宇宙史的最初三分钟便告完成;在此后宇宙由于膨胀面冷却，如此大规模的核合成过程再也不可能发生了，而小规模的核合成也只有等到恒星产生以后。初生宇宙的空间充斥着极强壮的高能辐射，炽热惊人。原生物质氢核和氦核均匀分布在整个太空，它们之间的引力微弱，远不足以克服巨大的扩散压力和辐射压，因此列法凝聚成团。看来要打破这种物质均匀分布的状态，还有竺宇宙冷却到足够的程度。 光阴一分分，一年年地流逝着，30万年过去，宇宙的温度温度隐降到了4000K，然而其均匀状态依然如故;1000万年过去，宇宙中高能辐射冷却变成微波背景辐射，氢核和拟核形成了各自的原子，原子间的引力也终于战胜扩散压力和辐射压，在它的作用下渐渐形成了一个个物质密度较大的地区，并继续向中心收缩;原始星云就这样形成了。在宇宙诞生1000万年以后，由氢拟两种元素构成的巨大原始星云弥漫着太空，虽然非常稀薄，却表明宇宙物质不再处于均匀分布的状态，这预示了宇宙星光灿烂的未来。 恒星形成 原始星云在引力的作用下继续向中心聚集，并因星云间的潮汐作用开始旋转，渐渐形成一双凸透镜的形状。星云收缩使引力不断增强，从而促使旋转不断加速，而旋转加速又导致星云缘不稳定，从而裂成两个旋臂。旋臂上发生局部的凝结，每个凝块具有适当体积，可以在我们所见的恒星狭小限度内形成恒星。 以上过程不断进行着，整个星云最终演化成星系。宇宙中最初形成星系的时间大约是大爆炸后十亿年。通过哈勃太空望远镜，可以发现在我们星系以外的遥远空间里正在形成的其它星系，那正是几十亿年前形成这些星系的情形。目前用天文望远镜观测的星系总数须以10亿来计算，我们所在的银河系只是其中的普通一员而已。这些星系都是庞大的恒星集团，且距离我们极其遥远，因此称之为“岛宇宙”。十几个或几十个星系由引力维系在一起，组成星系团;随着宇宙的膨胀，星系团间正彼此远离。 恒星的生命历程 恒星是宇宙物质凝聚到一定程度的产物，它起源于旋涡星云臂上的一块区域。在这块区域物质较密集的部分，由于自身的引力较强，就会使物质聚集得更快，温度也上升更快，旋转得更快。这一过程逐渐加剧，当某一区域的中心温度上升到约1000万k时，就会引发热瓜反应，向外发放辐射，恒星的生命历程便开始了;而旋转速度达到一定值时，恒星就会分裂成互相绕行的双星或多星。 双星(或多星)是恒星演化的正常规程，而伴有行星的单星(例如太阳)则是恒星演化中极其 罕见的事件，大约在十万个恒星中才有一个，它的起源过程至今仍然只是一个猜想:在恒星演化的某一早期阶段，两个气体星运行到彼此邻近时，便产生了潮汐波。及至两星接近到某一临界距离时，这潮汐波即射出长臂状的物质，然后再裂成具有适当大小与特性的物体，形成像地球这样的行星。起源于原始星云中的恒星为第一代恒星，它们是由原生物质组成的气体星球。宇宙史纪元50亿年时，第一代恒星产生了，它们照亮了幽暗的太空，从此一个新的宇宙时代来临了。 恒星的生命历程 恒星形成后开始进入生命周期中的氢燃烧阶段，氢的原子核聚变成氦，并向外发放光和热。当恒星中的氢消耗掉10%时就发生收缩，恒星中心部位的温度升高到1 亿k以上。同时，由于恒星内部的活动，恒星外层被中心区域推开，膨胀的恒星变成一颗红巨星。于是，在星球密度很大温度极高的中心部分开始发生氦的燃烧，氦核聚变成铍，碳和氧。这一阶段一直延续到恒星中心部分的氦消耗殆尽，碳和氧所占的比例大致相等时才结束。 氦的燃烧阶段结束时，星球中心区域收缩，温度重新上升。在一些质量足够大(质量至少是太阳的4倍)的恒星里，中心的温度可以达到10亿k，碳和氧的燃烧得以开始，结果形成了钠，镁，硅和硫等元素。当恒星中心部分的碳和氧消耗殆尽并富含硅时，便开始了硅的燃烧阶段，硅转化成硫，氩和其它一些更重的元素。如果恒星通过收缩，能使内部温度升到30亿k左右，那么恒星便开始了它生命周期中的平衡阶段，形成铁及附近的一些元素。铁在所有元素中，其原子核最为稳定，因此一颗恒星能燃烧到生命的终结，将形成一个铁球，它的末日也便来临了。 垂死的恒星与自身的引力作着最后抗争，但最终还是跌进了引力深渊之中。外围各层数以万亿吨计的物质以每秒几成公里的速度朝核区坍缩，与核区发生了极为强烈的碰撞，这就是“超新星爆发”。爆发的巨大能量使恒星外围物质得以加热，铁吸收中子及能量后，在恒星熔炉的是最后阶段炼出了金，铅，铀等更重的元素。以上过程表明目前人类所利用的核 能(确切说应该是核裂变能)归根到底是久远的超新星爆发能，正如煤，石油所含的化学能是古老的太阳能一般。超新星爆发产生的巨大激波，将恒星外围的物质抛入广阔无垠的太空;这些物质由恒星各个燃烧阶段产生的92种元素构成。恒星的一生灿烂辉粕，它的光和热孵育了生命;它亦是宇宙中神奇的炼金炉，组成我们及地球的每一个原子，都曾在那些久已熄灭的古老恒星中经受熔炼。 恒星的物质循环 第一代恒星消亡了，它归宿于白矮星，中子星和黑洞。然而悲壮的死亡中酝酿着灿烂的新生，在它们的废墟上将升起新一轮的恒星，一个有生命的宇宙时代即将拉开序幕。超新星爆发抛出的物质，在广袤的星际空间漫无目的地遨游，在碰撞和辐射的作用下，被原始星支携带着运行。几百万年过去了，这些物质因膨胀而变香稀薄，最终与原始星云混而为一了，因此宇宙中的星云不再只是由原生物质氢和氦构成，而是遭到重元素的污染;由开这种污染，恒星之外有了出现自然景观，生命，技术和能源的可能。在宇宙史纪元100亿年时，这种被“污染”的星云在引力作用下收缩，坍缩和碎裂。核子活动再度爆发，第二代恒星及行星诞生了，太阳便是其中一例。这些恒星也将开始其生命历程，最终与会因缺乏燃料而死去;它们的碎屑又与尚示聚集成恒星的原生物质一道凝聚成下一代恒星。但这各物质的再循环并非永无止境的，原生物质会一点一点地并入新生的恒星，直至全部用完。当最后一代恒星走完它们的生命轮回而死亡时，宇宙永恒的长夜就来临了。