138.2億年前，宇宙大爆炸炸出所有物質，那原材料來自哪兒？

Tips：「大爆炸宇宙論」The Big Bang Theory，是現代宇宙學中最有影響的一種學說。它的主要觀點是認為宇宙曾有一段從熱到冷的演化史。

時間是最好的造物者，在它的作用下，新的宇宙漸漸形成，地球的生命起源因此形成。不過問題來了，因為宇宙大爆炸炸出了生命所需的所有物質，那他們的這些物質的原料從哪兒來？

人類對宇宙的認識分幾步走？

上古時代，先民對世界的認知十分匱乏，不知道雨從何而來，也不知道雷是什麼，更不知道宇宙到底是什麼？於是他們就將之訴諸神話。華夏大地上就誕生了盤古開天辟地，女媧捏土造人，應龍治水等等傳說，而且他們還將天地山川一一封神進行祭拜。這是蒙昧時期人們對天地的認識。

到春秋時期，百家爭鳴，各種學說交相輝映，其中就出現了「宇宙」，《文子·自然》：「四方上下曰宇，往古今來曰宙」，認為宇宙是空間和時間的結合。而同時期的古希臘也正是風起雲湧、人才輩出的時代，在著名哲學家畢達哥斯拉的時代，對宇宙一詞的希臘文是τ πν、té p ón，意為全部，包含所有物質和所有空間。

西元140年前，天文學家托勒密全面繼承了亞裡士多德的地心說，並將其理論收集編輯成一本名叫《天文學大成》的著作。

Tips：將宇宙規定為天地兩層，認為地球是宇宙的中心，太陽月亮都在同一軌道上圍繞著地球運動，這就是宇宙地心說。

隨著科技的發展，天文觀測用具的更新，人們逐漸發現了違背地心說原理的問題。16世紀，天文學家哥白尼在經過多年的天文觀測和研究後，創立了比地心說更為先進的宇宙結構體系，日心說。

1543年，哥白尼的日心說在他的著作《天梯運行論》中正式登上舞臺。日心說， 顧名思義就是以太陽為中心，而地球只是圍繞太陽運轉的一顆行星。哥白尼的學說在幾十年後被義大利哲學家喬爾丹諾·布魯諾所繼承和發展。布魯諾認為宇宙並非是靜止的，而是物質的、無限的。宇宙沒有邊界也不存在中心，地球只是圍繞著太陽轉動的行星，而太陽也只是太陽系的中心。宇宙中存在著無數個太陽和地球一樣的行星。

Tips：寫出了《天體運行論》的哥白尼，他自始至終都是一個虔誠的天主教徒，可他用科學的觀察否定了天主教會毫無根據卻又影響深廣的舊有知識。

俗話說領先半步是天才，領先一步是瘋子。布魯諾超前的理論就導致他被世俗所棄，由於他背棄教會，並不斷在歐洲各國宣揚日心說，嚴重損傷了基督教的根基。在他的著作發表後不久，就被宗教裁判所所逮捕。1600年布魯諾作為異端，在羅馬的百花廣場被處以火刑，成為基督教殺雞儆猴的工具。雖然布魯諾的肉體已經毀滅但是他的理論並沒有消失，反而隨著他的死亡聲名遠揚，甚至還成為19世紀思想啟蒙運動的象徵。

19世紀歐洲思想啟蒙運動過後，得益於第1次工業革命，科學技術更新快速，天文學家們有了更好的技術去觀測天文數據。我們不僅能觀測到太陽系中的其它星體，而且還觀察到了一個更大龐大的星系銀河系，以及河外星系。科學技術推進著天文觀察的進步，天文觀察的進步又推進了人類對於宇宙的認知。這時候的科學家普遍都認為宇宙是沒有邊界的，宇宙是無限的，而不是靜止的。

Tips：第一次工業革命是以工作機的誕生開始的，以蒸汽機作為動力機被廣泛使用為標誌的。這一次技術革命和與之相幹的社會關係的變革，被稱為第一次工業革命或者產業革命。

時間進入21世紀，愛因斯坦、普朗克等一大批物理學家的湧現，直接推進了天文學的發展。1922年，德裔天文學家弗裡德曼根據愛因斯坦的廣義相對論建立了弗裡德曼宇宙模型，又稱標準宇宙模型。這個模型認為宇宙一直在膨脹，並且最終可能會導致兩種結果。一種是宇宙會無限地膨脹下去，另一種是宇宙膨脹到一定程度後，就會開始收縮，最後所有的星系都又都聚集在一起。弗裡德曼的學說為宇宙大爆炸學說打下了理論基礎。

Tips：弗裡德曼宇宙模型：宇宙常數為零的均勻各向同性宇宙模型的統稱。1922年，蘇聯數學家弗裡德曼解愛因斯坦引力場方程，得均勻的、各向同性的宇宙的動態時空度規。

宇宙大爆炸

提起宇宙大爆炸就不得不說一個詞，奇點。那奇點是什麼呢？哈勃定律說明宇宙一直在膨脹，那麼反推回去，在很久以前的某一個時刻，宇宙中的星系一定是聚合在一起的。這些星系縮小到一個點，這個點是質量無限大、密度無限大，熱量無限高，體積無限小的點，這就是奇點。大約138.2億年前，宇宙中所有的物質都集中在奇點，因為這裡有著極高的溫度，所以引發了巨大的爆炸。

最初的一秒鐘之後，宇宙的溫度降到100億 K。這時候的宇基本由質子、中子和電子形成。又過了兩秒鐘，溫度降到10的9次方K時，氫和氦原子核就形成了。之後隨著溫度的降低，這些粒子彼此之間開始發生核反應，形成原子，這就是原初的宇宙。這些微小的粒子就是建設大樓的鋼筋水泥，沒有它們就不能生成各種元素。氫與氦在核反應中生成了生命的必需元素碳、氧等元素。三分鐘後宇宙的基本元素都形成了。

大爆炸過了 30萬年後，中性原子，不帶電的中性原子出現。宇宙放晴，各種宇宙輻射出現。之後，恒星、星系開始出現。爆炸51年後，銀河系開始演化，100億年後太陽系形成。太陽系形成的同時，地球也在太陽系中孕育。直到35億年前，地球上出現了第一個生命。地球在經歷了5次生物大滅絕後，哺乳動物登上了舞臺。大概600萬年前，第1個人類，能人出現，經過六百萬年的進化形成現代人類。

那麼問題來了，爆炸是從奇點開始的，那麼奇點又是從何而來的？奇點所爆發產生物質又是從何而來？宇宙是由質子、中子、電子與光等粒子相互碰撞形成原子，然後形成原子核。那麼質子，電子、中子等粒子在宇宙開始之前就存在嗎？

原材料的來源

這就像我們做菜，如果是先沒有買好青菜等原料，我們就不能做出美味的菜肴，也就是我們說的巧婦難為無米之炊。宇宙大爆炸也是如此。我們都知道在奇點發生了大爆炸，物質形成之後開始往外膨脹，然後形成了現在的宇宙，那麼在奇點之前的宇宙是怎麼樣的？

Tips：粒子particle，是指能夠以自由狀態存在的最小物質組成部分。最早發現的粒子是原子、電子和質子，1932年又發現中子，確認原子由電子、質子和中子組成。

根據宇宙大爆炸學說，宇宙一直處於膨脹之中，而萬有引力是牽制宇宙的膨脹的主力軍，但是它牽制宇宙的膨脹的力度取決於宇宙物質的物量。當宇宙膨脹到一定大的數量之時，萬有引力就會慢慢減小會限制宇宙膨脹的速度使它變慢，最後速度變成0。之後宇宙就會從膨脹轉為收縮。宇宙的體積開始縮小，這個縮小速度由慢到快。它就像一把冰冷的鐵錘將空間和時間都碾碎，最後就又回到奇點。奇點在經過數10億或幾百億年的時間，再重新又孕育出一個宇宙，如此循環往復。

Tips：熱脹冷縮：由於物體內的粒子運動會隨溫度改變，當溫度上升時，粒子的振動幅度加大，令物體膨脹；但當溫度下降時，粒子的振動幅度便會減少，使物體收縮。

Tips：膜宇宙學是一個物理學上超弦理論和M理論的的分支，專門研究宇宙膜，他們認為宇宙其實是鑲在一些更高維度的膜。而它們研究那些更高維度的膜是怎麼影響著我們的宇宙。

除了膜宇宙理論之外，還有一個完全宇宙學理論假說。按照完全宇宙學原理，物質的分布不僅在空間上是常數，而且不隨時間變化。所以他們認為宇宙在大尺度下任何時候都一樣的。宇宙膨脹產生的新空隙，會由宇宙源源不斷的產生新的星系來填補。宇宙是從過去延續到至今的，並永遠這樣會存在下去。此外，還有一種理論是，宇宙是周期性不斷輪回的，所以宇宙爆炸的原材料可能是上一個宇宙的殘骸。

結語

Tips：500米口徑球面射電望遠鏡開創了建造巨型望遠鏡的新模式，建設了反射面相當於30個足球場的射電望遠鏡，靈敏度達到世界第二大望遠鏡的2.5倍以上，用於探索宇宙起源和演化。