宇宙是如何产生的
人们总是对浩瀚无边充满神秘感的宇宙浮想联翩。宇宙究竟是怎样产生的？它具有怎样的特性？这些问题一直都萦绕在科学家脑海之中。为了解开宇宙的奥秘，科学家一直都没有停止探索的脚步。
伽莫夫是一位美籍俄国科学家，他在20世纪中叶提出了“宇宙大爆炸”学说。这种“奇思异想”是怎么产生的呢？这要从1929年说起了。那年，在一次研究中，美国天文学家哈勃偶然发现，河外星系的绝大多数星系都会逐渐远离地球所在的银河系。由此他进一步推断，宇宙可能正在发生着巨大的变化，它在逐渐膨胀，导致宇宙间的各个星系彼此之间越来越远。
得到这个消息后，伽莫夫由此逆向推理得出一个结论：如果时间倒流，那么在某个很早的时间，这些星系的状态有可能都是“挤成一团”。可是，这些“挤成一团”的物质怎么会演变成现在的许多“碎片”的呢？最合理的解释，就是宇宙曾经发生过大爆炸。
伽莫夫的研究
1948年4月，经过大量的研究后，伽莫夫与天体物理学家阿尔弗、贝特共同在美国《物理评论》杂志上发表了一篇关于宇宙起源的文章。这篇文章认为：宇宙的空间在200亿年前极其微小，其中所有的物质都在“宇宙蛋”或“原始火球”内紧紧地挤着，而温度极高，可达到1万亿摄氏度。然而突然有一天，这个“宇宙蛋”发生了巨大的爆炸，一个新的宇宙从此诞生了。宇宙在大爆炸后的10－43秒内，温度可达1万亿摄氏度。
在这个时候，宇宙中只有高能量的粒子，还没有太阳、地球和月亮等天体。但是，宇宙这种状态的持续没有超过1秒钟。因为宇宙爆炸之后，温度开始急剧下降。下降到大约100亿摄氏度时，宇宙演化的另一个阶段就开始了。而原子、分子也随着温度的继续降低开始相继出现，此后这些原子、分子又演化成气体云。而现在我们知道的行星、恒星等多种天体，都是气体云长期演化的产物。太阳系直到51亿年前才真正形成。
伽莫夫刚一发表这篇文章，就在轰动了科学界，该文章成为现代宇宙学中最经典的文献之一。因此后来最初那次爆炸性的宇宙开端就被人们称为“宇宙大爆炸”。
伽莫夫理论的影响
伽莫夫不仅提出“宇宙大爆炸”理论，还预言宇宙大爆炸后，随之而来的反应使宇宙存在有一种微波辐射。辐射的波长在这个过程中逐渐由短变长，由强变弱，直到变成微波辐射。专家推测，目前这种辐射的强度相当于5开（热力学温度单位，开氏0度等于－273℃，也称为绝对零度）左右的温度。
科学家们为了证实伽莫夫的预言，开始在茫茫宇宙中探寻大爆炸的遗迹。为了探测来自宇宙的这种微波辐射，射电天文学家们还运用了雷达技术，但都没有取得实质性的进展。直到1965年，“宇宙大爆炸的余者”终于被发现了，发现者是美国的彭齐亚斯和威尔逊工程师。
彭齐亚斯和威尔逊开始只是研究人造卫星通讯的改进。他们架起了一个喇叭型的高灵敏度定向接收天线系统，从而避免干扰卫星通讯的各种因素（尤其是无线电噪声源）。他们在对所有噪声源估测之后，意外地发现一个相当于3.5开的噪声温度。令他们难以理解的是，这种噪声始终无法消除。更令他们困惑的是，噪声的变化不随季节交替而变化，毫无方向性和周期性，这就说明它与太阳毫无关系。两位工程师百思不得其解，并将天线拆装了好多遍，这种奇怪的噪声依然无法去除。
两人对噪声产生了极大兴趣，经过反复实验后最终得出结论：这种噪声是处于微波波段的，实际有效温度为3.5开。而且这种噪声绝不是来自人造卫星。
恰好在这时，彭齐亚斯也注意到美国普林斯顿大学的一篇论文。该文提到，我们的太空中充满了宇宙背景辐射（早期宇宙大爆炸后的残余辐射）。这种辐射大约在3厘米波长处会产生微波噪声，其温度相当于10开。
看过这篇论文后，彭齐亚斯没事与负责该论文研究课题的迪克教授通了电话。而迪克立即意识到，彭齐亚斯的发现可能正是自己长期以来想要探求的。
迪克研究小组在半年之后使用了更先进的仪器——开始在3.2厘米波长上观测宇宙微波背景辐射，并很快有了新的进展。目前宇宙微波背景辐射的实际辐射温度已被成功地测算出是2.73开。大多数科学家认为，彭齐亚斯和威尔逊探测到的微波背景辐射就是当年宇宙大爆炸的“余烬”。天文学界将这一极具科学价值的意外发现（ 20世纪60年代天文学的四大发现之一）命名为“3开宇宙微波背景辐射”。
小知识——开氏温度
开式温度是用英国科学家开尔文的名字命名的，是指开尔文（K）温度。属于热力学温度单位，是国际单位制（SI）基本单位之一。相当于水的三相点热力学温度的（1/273.16）。这是以物理常量水三相点热力学温度Ttr为基础来定义的，而根据国际上1967年的协议，Ttr精确地等于273.16K。因此，1K＝1/273.16 Ttr。
1854年，英国物理学家开尔文指出，只要选定一个温度固定——“水的三相点”，即水、冰、水蒸气三相共存的温度，就可以完全确定下温度值。这是因为已经确定下另一个固定点——“绝对零度”。把绝对零度道水的三相点温度等分为273.16份，每一份就是1开氏度，这就是开氏温标，用K表示。开始温标的分度间隔和摄氏温标的间隔没有区别。
摄氏温度等于开氏温度+273。比如0℃，就等于开氏273度。开氏0度等于-273℃，即绝对零度。
宇宙到底有多大
“宇宙”一词，最早出自于我国古代著名哲学家墨子（约公元前468～376）。其中“宇”是指东、西、南、北，四面八方的空间；“宙”是指古往今来的时间。两者合一便是天地万物，不管它是大是小，是远是近；属于过去，现在，还是将来的；是认识到的，还是未认识到的……总之是一切的一切。
而今天，宇宙也被当作是天地万物的总称，是物质世界，不依赖于人的意义而客观存在，并处于不断的运动和发展挡中，时间上没有开始终了，空间上没有边界没有尽头。宇宙是多样又统一的；多样表现在物质表现形态的多样性；统一表现在其物质性。
东西方对宇宙的不同理解
在西方，宇宙这个词也有着对应的称呼，在德语中叫kosmos；在俄语中叫кocMoc；在英语中叫cosmos、universe、space；在法语中叫cosmos。它们都源自于希腊语的κoσμoζ。在古希腊人看来，宇宙的诞生就是从浑沌中产生出秩序，κoσμoζ其原意就是秩序。但在英语中更经常用universe来表示“宇宙”，此词与universitas有关。人们在中世纪时，把朝同一目标沿着同一方向共同行动的一群人称为“universitas”。“universitas”在最广泛的意义上，又指一切现成的东西所构成的统一整体，那就是universe，即宇宙。和cosmos常常表示相同的意义，所不同的是，universe强调的是物质现象的总和，而cosmos则强调整体宇宙的结构或构造。
“宇”在汉语中代表所有的空间，即上下四方；“宙”则代表所有的时间，即古往今来。所以“宇宙”这个词有“所有的时间和空间”的意思。将“宇宙”的概念与时空联系起来，也体现了我国古代人民的智慧。
宇宙的可知范围
人们迄今观测到的距离地球最远的星系是130亿光年。也就是如果以每秒30万千米的光速从该星系发出，那么要130亿年才能到达地球。这段距离也就是今天（2009年）我们所知的宇宙范围。说得再确切一点，我们今天所知道的宇宙范围，不过是一个以地球为球心以130亿光年为半径的球形空间。当然，宇宙的中心并非一定是地球也，宇宙也未必是一个球体，这只是限于我们目前的观测能力。
目前在这个以130亿光年为半径的球形空间里，人们发现和观测到的大约有1250亿个星系，而在每个星系中，像太阳这样的恒星又有几百到几万亿颗。因此，只要简单计算一下我们就不难了解在我们已经观测到的宇宙中存在多少星星。而我们生活的地球渺小得微不足道，在如此浩瀚的宇宙中也只是沧海一粟。
一直以来，天文学家也和我们一样，想知道宇宙的大小。2008年美国太空网曾报道，天文学家经过艰苦的计算工作，发现宇宙大的超乎寻常，长度至少为1560亿光年。专家指出：“这样一个有关宇宙大小的发现，显然是以‘宇宙是球形的，是有限无边的’为前提条件的。”
延伸阅读——宇宙是无限的吗
宇宙是有限还是无限，实际上还是宇宙的形状问题。
如果宇宙的诞生的确是因为大爆炸，那么它一定是有着有限的体积。因为虽然光速很快，但它仍然是有限的，从大爆炸开始，光向四周传播，迄今达到的距离也是有限的。既然光是向四周球形传播的，那么宇宙很可能就是球形的。如果宇宙是球形的，那么它就是有限无边的。“有限无边”，这种形状也是目前许多科学家所猜测的。
我们也可用地球表面来理解“有限无边”的含义。众所周知，地球有着有限的的表面积，通过地球半径的长度数据，这很容易就可计算出来。但是，地球表面又没有边缘，从地球表面上的任何一点向任何方向前进，在回到出发点的整个过程中，我们都不会发现地球有任何边缘。我国古人将海南岛的天涯海角称之为大地的边缘，不过那只是海陆分界线而已。到了那里以后，如果改乘船只沿原来的方向继续前进，我们仍然可以回到出发地。
而宇宙的“有限无边”也正是这个意思，只不过地球表面是二维平面，而宇宙是三维空间而已。在一个球体的内部，不管从哪一点向哪个方向前进，理论上也可以回到原来的出发点。
宇宙的形状之谜
宇宙究竟是什么形状？这是宇宙学中一个未解决的问题。用数学的语言说就是：“哪一个三维形状才能最好地代表宇宙的空间结构？”
关于宇宙形状的诸多争论
宇宙学研究领域长期以来一直存在着这样的争论：究竟宇宙是球形的、马鞍形的、还是平坦的？目前，在国际主流宇宙学看来，宇宙是平坦的，是无限的。那么，围绕宇宙的争论从何而来？理据何在？
其中一种最为普遍的观点认为：宇宙诞生于宇宙大爆炸之后。根据现代宇宙学中最有影响的宇宙大爆炸学说，我们的宇宙产生于大约137亿年前一个非常小的点爆炸，而目前我们的宇宙仍在膨胀。目前大量的天文观测也证实了这一学说。
这一观点认为：在诞生初期，宇宙温度非常高。而随着宇宙的膨胀，它的温度开始降低，随后也产生了中子、质子、电子。此后，这些基本粒子就形成了各种元素，通过相互吸引、融合，这些微粒物质逐渐形成了越来越大的团块。而这些团块又逐渐演化成如恒星、行星等星系。在个别的天体上还出现了生命现象，能够认识宇宙的人类最终诞生。
还有的观点认为，宇宙是球形的、有限无边的。在很长时间内都存在着这种观点，尽管在国际宇宙学界这并不是主流。但因为这一观点很奇特，每一次提出，都会引起人们的关注。美国数学家杰弗里·威克斯构建的宇宙模型就是一个最为明显的例子——一个镜子迷宫：大小有限、形状如同足球。“形如足球”的模型震惊了科学界，因为这一学说认为，之所以宇宙令人产生无边无界的“错觉”，就是由于通过“返转”效应，这个有限空间可以无限重复映现自身。威克斯认为，人类之所以会产生宇宙是无限的这种感觉，是因为宇宙就如同一个镜子迷宫，光线传过来又会传过去，让人类误以为宇宙就在无限延伸，产生错觉。
宇宙到底什么形状？
尽管有关宇宙形状的争论颇多，但至今仍没有得出确切的结论。
首先，至今还不清楚到底宇宙是不是“平坦空间”，即欧氏几何的空间在大范围内得到遵守。目前，大部分宇宙学家认为已知宇宙是基本平坦的，除了大质量天体造成的局部时空褶皱，但局部还存在不平坦的地方，就像水波一样。最近威尔金森微波各向异性探测器观测宇宙微波背景辐射的结果也肯定了这一点。
其次，尚未清楚宇宙是否属于多重连接。根据宇宙大爆炸理论，宇宙并不存在空间的边界，然而宇宙的空间却可能是有限的。通过二维概念我们可以类推一下：一个球面没有边界，但它的面积是有限的，即4πR2。因此，我们同样可以推论：宇宙可能是一个在三维空间内有固定曲率的二维表面。
数学家黎曼曾发现了四维空间中一个三维球形“表面”与此类似，其总体积为有限（2π2R3），但三个方向都弯向第四个维度。除此之外，他还发现了一个“圆柱形空间”和“椭圆空间”，前者的圆柱形两头互相连接但没有弯曲圆柱本身——这一现象在普通的三维空间是不可想象的。还有很多类似的数学例子。
假若宇宙有限但无边界，那么沿着宇宙中一条任意方向的“直线”，我们最终还会回到出发点，而宇宙的“直径”就是其路线长度。但是，这个直径一定要比我们所见的宇宙部分大得多，是现在人类对宇宙的认识所无法想象的。
