星云说出现以前，人们认为是上帝让天体运动变化起来的，称之为“第一次推动”。康德-拉普拉斯的星云说，用自然界本身演化的规律性来说明行星运动的一些性质，无疑对这种荒谬的观点是一个有力的打击，也为天文学的发展建立了不朽的功勋。
不过，康德-拉普拉斯星云说只是初步地说明了太阳系的起源问题，还有许多观测事实却难以用它来解释。所以，星云说在很长时间里陷入了窘境。直到20世纪，随着现代天文学和物理学的进展，特别是近几十年里，恒星演化理论的日趋成熟，星云说才又有了新生机。
现代观测事实证明，恒星是由星云形成的。太阳系的形成在宇宙中并不是一个独特的偶然的现象，而是普遍的必然的结果。另外，关于太阳系的许多新发现也有力地支持了星云说。在这样的背景下，现代星云说逐渐完善起来了。当然，对于星云如何演化还存在着不同的意见。有一种观点认为：形成太阳系的是银河系里的一团密度较大的星云，这块星云绕银河系的中心旋转着，当它旋转时受到压缩，密度增大，达到一定密度时，星云就在自身引力的作用下，逐渐收缩。收缩过程中，一方面使星云中央部分内部增温，最后形成原始太阳，当原始太阳中心温度达到700万摄氏度时，氢聚变为氦的热核反应点火，于是，带给我们光明的太阳诞生了。另一方面，由于星云体积缩小，因而自转加快，离心力增大，逐渐在赤道面附近形成一个星云盘。星云盘上的物质在凝聚和吞并过程中，最后演化为行星和其他小天体。总之，现在人们已能用星云说比较详细地描述太阳系的起源过程，当然还有很多待解释的现象。人类对宇宙奥秘的探索。
导言：人类对真理的探求是没有止境的，经过漫长的岁月，今天人类终于超越了地球这个人类的家园，步入太空，开始了实地探索的第一步。人类终于伸出了触摸宇宙的手！航天技术的诞生和发展，为人类探索宇宙提供了先进手段和良好条件。20世纪中叶问世的空间探测器，终于可以让我们去探索宇宙的奥秘，使人类对空间环境、地外天体的演变、太阳系的形成、生命的起源等有了更多的认识和了解。
从1959年开始，苏联发射了多个月球探测器。月球3号探测器绕到月球背后，它发回的照片让我们看到了陨石留在月球上的痕迹。月球9号探测器首次在月球上软着陆，拍回第一批月球全景照片。美国也发射了“徘徊者号”和“勘测者号”探测器到月球考察，为载人登月打下了基础。1998年，月球“勘探者号”探测器进行了环月考察，除了证实月球上存在丰富的矿藏和氦3核原料外，还发现月球两极存在储量达上亿吨的冰冻水，这就更让人对这个离我们最近的星球产生了兴趣。
前苏联的金星探测器，掀开了金星面纱的一角。美国1989年发射的“麦哲伦号”金星探测器，通过合成孔径雷达扫描，绘制出了第一张金星表面全景照片。
20世纪70年代，“先驱者号”和“旅行者号”探测器先后首次飞抵木星进行考察，向人们提供了第一批木星近景图像。1989年发射的“伽利略号”木星探测器探测到木星的冰层下存在一个暗海洋，可能孕育有原始的生命。20世纪80年代初，“旅行者号”探测器飞过土星，不仅发现美丽的土星光环是一组成千上万条光环组成的光环群，而且新发现了13颗卫星，使土星的卫星增加到23颗，成为一个土卫大家族。
火星和地球有太多相似的地方，许多科学家认为，火星很可能有生命存在过，至少曾存在过低级的生物，因此对火星的探测格外引人注目。从1975年以来，“海盗号”探测器和“火星探路者”探测器先后飞临火星进行实地考察，结果在这块贫瘠而荒凉的红色星球上没有发现火星人，而且更让人失望的是根本就没有发现生命的痕迹。除了冥王星，人类已经利用空间探测器造访了太阳系的其他八大行星及其卫星，获得了许多新发现。1990年发射的“尤利西斯号”太阳探测器，还破天荒地探测了太阳南北两极的太阳风等情况。20世纪90年代以来，哈勃太空望远镜、康普顿伽马射线望远镜和钱德拉X射线望远镜先后被送入太空轨道，探测太阳系外遥远的天体和星系，观测宇宙中黑洞、中子星、类星体等情况，探索宇宙形成和演变的秘密。
1998年，由丁肇中主持、中国参加研制的阿尔法磁谱仪，用航天飞机载入太空去探寻反物质，试图揭示宇宙爆炸之谜。探索宇宙之路艰辛而漫长，但随着航天技术的不断进步，宇宙的奥秘一定会为人类破解。
宇宙起源的“大爆炸”理论
导言：尽管有许多科学家持不同意见，但现在被大多数人接受的宇宙起源理论是“大爆炸”理论。下面让我们认识一下这个理论的形成、发展和现状。大爆炸理论是宇宙物理学关于宇宙起源的理论。根据大爆炸理论，宇宙是由一个致密炽热的奇点膨胀到现在的状态的。宇宙是在大约140亿年前由一个密度极大且温度极高的状态演变而来的。本理论产生于观测到的哈勃定律下星系远离的速度，同时根据广义相对论的弗里德曼模型，宇宙空间可能膨胀。延伸到过去，这些观测结果显示宇宙是从一个起始状态膨胀而来。在这个起始状态中，宇宙的物质和能量的温度和密度极高。至于在此之前发生了什么，广义相对论认为有一个引力奇点，可直到现在物理学家们也没有形成一个统一的意见。
大爆炸一词在狭义上是指宇宙形成最初一段时间所经历的剧烈变化，这段时间通过计算大概在距今137亿年前；但在广义上指当今流行的揭示宇宙起源和膨胀的理论。这一理论的直接推论是我们今天所处的宇宙同昨天或者明天的宇宙不同。根据这一理论，乔治·盖莫夫在1948年预测了宇宙微波背景辐射的存在。1960年，这一辐射被探测到，有力地支持了大爆炸理论，从而否定了另一个比较流行的稳恒态宇宙理论。
大爆炸理论是通过实验观测和理论推导发展起来的。在实验观测方面，1910年，维斯特·斯里弗尔和卡尔·韦海姆·怀兹证实了大多数旋涡星云正在退离地球，不过他们并没有因此联想到这对宇宙学意味着什么，也不认为发现的星云其实是银河系外的其他星系。同时在理论上，爱因斯坦的广义相对论成功建立并导出了没有稳恒态宇宙的结论。通过度量张量描述的宇宙不是膨胀就是收缩，爱因斯坦认为他自己解错了，并加入了一个宇宙学常数来进行改正。第一个不使用宇宙学常数，而真正认真将广义相对论运用到宇宙学中的是亚历山大·弗里德曼，他的方程所描述的宇宙称为Friedmann-Lematre-Robertson-Walker宇宙，时间是1922年。1927年，比利时天主教牧师Georges Lema tre独立推导出Friedmann-Lematre-Robertson-Walker方程，并在螺旋星云后退现象的基础上提出了宇宙是从一个“初级原子”“爆炸”而来的——这就是后来所谓的大爆炸。
1929年，爱德文·哈勃为Lematre的理论提供了实验条件。哈勃证明这些漩涡星云其实是星系，并通过观测仙王座δ的星体测算出了它们之间的距离。他发现，星系远离地球的速度同它们与地球之间的距离刚好成正比，这就是所谓哈勃定律。根据宇宙学的原理，当观测足够大的空间时，没有特殊方向和特殊点，因此哈勃定律说明宇宙在膨胀。这一观点存在两种互相对立的可能性：一种是由Lematre提出，乔治·盖莫夫支持和完善的大爆炸理论；另一种则是霍伊尔（Fred Hoyle）的稳恒态宇宙模型。在稳恒态宇宙模型里，新物质在星系远离留下的空间中不断产生，即宇宙基本不变化。其实这个理论的提出是出于讽刺Lematre的大爆炸理论的，最开始是在1949年通过BBC广播节目形式传播的，论文《物质的自然》发表于1950年。
之后的许多年，这两种理论并立，但观测事实开始支持一个演变了热密状态的宇宙。1965年宇宙微波背景辐射的发现使人们认为大爆炸理论是宇宙起源和演变最好的理论。1970年以前，很多宇宙学家认为宇宙可能先收缩后膨胀，这样可以避免从弗里德曼模型推出一个无限致密的“荒谬”的奇点。比较有代表性的是Richard Tolman的脉动宇宙模型。20世纪60年代末，史蒂芬·霍金等人证明这是个行不通的假设，因为奇点是爱因斯坦引力理论的直接和重要推论。之后大多数宇宙物理学家开始接受广义相对论所描述的宇宙在时间上是有限的。但是，由于对于量子引力规律缺乏认识，现在还不能断定这个奇点到底是真正集合意义上的无限小点，还是物理收缩过程可以无限进行下去，从而间接达到宇宙在时间上的无限。
现在宇宙物理学的几乎所有研究都与宇宙大爆炸理论有关，或者是它的延伸，或者是进一步解释。比如大爆炸理论下星系如何产生，大爆炸时发生的物理过程，以及用大爆炸理论解释新观测结果等。20世纪90年代后期和21世纪初，由于望远镜技术的发展和人造探测器收集到大量数据，大爆炸理论又有了新的巨大突破。大爆炸时期宇宙的情况和数据可以计算得更加精确，而且得出了很多意想不到的结果，比如宇宙的膨胀在加速。
大爆炸理论测算出宇宙的年龄是137±2亿年，这一计算是通过对Ia型超新星的观测，对宇宙背景辐射强度的测量，以及对星系相关函数的测量得出的。这三个独立测算所得到的结果一致，从而被认为是所谓更详细描述宇宙中星系性质的Lambda-CDM model的强有力证据。初期的宇宙充满了同源同性的物质，其温度压强能量都极高。随着膨胀和冷却，宇宙物质经历了相变，这种相变与蒸气冷却时的凝结过程和水的凝固过程相似，不同之处在于前者发生在更基本的粒子层面上。
普朗克时期之后大约10~35秒，相转变引起宇宙产生指数级增长，称为暴胀。之后暴胀停止，此时宇宙的物质形式是夸克-胶子等离子体，这些物质的运动都符合相对论。宇宙继续在空间上膨胀，温度继续下降。在某一温度下，一种至今未知的所谓重子相变的相变产生，夸克和胶子组成重子，就是质子和中子，同时还在物质和反质之间产生了不对称性，实验已经证实了这种不对称性。随着温度进一步降低，更多无对称的相变发生，形成了现在的基本粒子和基本相互作用。之后，一些质子和中子结合，组成氘和氦的原子核，这个过程叫做大爆炸核合成。随着宇宙的冷却，物质不再依照相对论理论运动，而静止质量的能量密度以引力形式存在，并超过辐射形式的能量密度。在大约30万年之后，电子和原子核结合成为原子（主要是氢原子），而物质通过脱耦发出辐射并在宇宙空间中相对自由地传播，这就是今天的宇宙微波背景辐射。
随着时间的前进，在几乎是均匀分布的物质空间中，密度稍微大一点儿的区域就会因为引力的关系吸引周围的物质，从而变得密度更大，并形成今天的气体云、恒星、星系和其他天文学观测到的结构。具体过程决定于宇宙物质的形式和数量，其中形式可能有三种：冷暗物质、热暗物质和重子物质。在发现暗能量之前，宇宙学家认为宇宙有两种未来。如果宇宙物质密度超过临界密度，宇宙会在膨胀到最大体积之后收缩，在收缩过程中，宇宙的密度和温度都会再次升高，最后终结于同爆炸开始相似的状态——一个致密炽热的小球。或者如果宇宙物质密度等于或者小于临界密度，膨胀的速度会减慢，但永远不会停止。造星运动会随着宇宙密度减小而逐渐停止，而宇宙的温度会趋近于绝对零度。黑洞被气化，宇宙的熵会增加到极点，再也不会有有组织的能量形式产生，这叫做热寂说。如果质子衰变存在，宇宙最后甚至连氢原子这种最基本最多的重子物质都会消失，结果是只剩下辐射。
但现在在发现加速膨胀宇宙之后，人们有了新的推测：现今可观测的宇宙最终会离开我们的视野，而我们将永远与之失去联系，最终结果还不清楚。Lambda-CDM model宇宙模型认为宇宙的暗能量以宇宙常数形式存在，并提出只有诸如星系等重力支配系统的物质会聚集，从而同样推出宇宙膨胀和冷却到最后将是热寂说。对暗能量的其他解释，例如幻影能量理论则认为星系群甚至星系都会在大分离过程中被“撕”开。宇宙的开始和结束。
导言：如果能够超越的话，也只有人类的想象能够超越到宇宙的尽头了，如果宇宙有尽头的话。就让我们看一下这些想象出来的状态吧。老子《道德经》中说：“道生一，一生二，二生三，三生万物。道者，无也。”
宇宙诞生之前，没有时间，没有空间，也没有物质和能量。大约150亿年前，在这虚无的“无”中，一个体积无限小的点爆炸了。从这一刻起有了时间与空间，物质和能量也由此产生，这个大爆炸产生了宇宙。
