如果三维空间的曲率为零，也就是说，三维空间是平直的（宇宙中有物质存在，四维时空是弯曲的），那么这个宇宙一开始就具有无限大的三维体积，这个初始的无限大三维体积是奇异的（即“无穷大”的奇点）。大爆炸就从这个“无穷大”奇点开始，爆炸不是发生在初始三维空间中的某一点，而是发生在初始三维空间的每一点，即大爆炸发生在整个“无穷大”奇点上。这个“无穷大”奇点，温度无限高、密度无限大、时空曲率也无限大（三维空间曲率为零）。爆炸发生后，整个“奇点”开始膨胀，成为正常的非奇异时空，温度、密度和时空曲率都逐渐降低。这个过程将永远地进行下去。这是一种不大容易理解的图像：一个无穷大的体积在不断地膨胀。显然，这种宇宙是无限的，它是一个无限无边的宇宙。
三维空间曲率为负的情况与三维空间曲率为零的情况比较相似。宇宙一开始就有无穷大的三维体积，这个初始体积也是奇异的，即三维“无穷大”奇点。它的温度、密度无限高，三维、四维曲率都无限大。大爆炸发生在整个“奇点”上，爆炸后，无限大的三维体积将永远膨胀下去，温度、密度和曲率都将逐渐降下来。这也是一个无限的宇宙，确切地说是无限无边的宇宙。
那么，我们的宇宙到底属于上述三种情况的哪一种呢？我们宇宙的空间曲率到底为正，为负还是为零呢？这个问题要由观测来决定。
广义相对论的研究表明，宇宙中的物质存在一个临界密度ρc，大约是每立方米三个核子（质子或中子）。如果我们宇宙中物质的密度ρ大于ρc，则三维空间曲率为正，宇宙是有限无边的；如果ρ小于ρc，则三维空间曲率为负，宇宙也是无限无边的。因此，观测宇宙中物质的平均密度，可以判定我们的宇宙究竟属于哪一种，究竟有限还是无限。
此外，还有另一个判据，那就是减速因子。河外星系的红移，反映的膨胀是减速膨胀，也就是说，河外星系远离我们的速度在不断减小。从减速的快慢，也可以判定宇宙的类型。如果减速因子q大于1／2，三维空间曲率将是正的，宇宙膨胀到一定程度将收缩；如果q等于1／2，三维空间曲率为零，宇宙将永远膨胀下去；如果q小于1／2，三维空间曲率将是负的，宇宙也将永远膨胀下去。
下表列出了有关的情况：
宇宙中
物质密度红移的
减速因子三维
空间曲率宇宙类型膨胀特点ρ＞ρcq＞1/2正有限无边脉动ρ=ρcq=1/2零无限无边永远膨胀ρ＞ρcq＜1/2负有限无边永远膨胀
我们有了两个判据，可以决定我们的宇宙究竟属于哪一种了。观测结果表明，ρ<ρc，我们宇宙的空间曲率为负，是无限无边的宇宙，将永远膨胀下去！不幸的是，减速因子观测给出了相反的结果，q>1／2，这表明我们宇宙的空间曲率为正，宇宙是有限无边的，脉动的，膨胀到一定程度会收缩回来。哪一种结论正确呢？有些人倾向于认为减速因子的观测更可靠，推测宇宙中可能有某些暗物质被忽略了，如果找到这些暗物质，就会发现ρ实际上是大于ρc的。另一些人则持相反的看法。还有一些人认为，两种观测方式虽然结论相反，但得到的空间曲率都与零相差不大，可能宇宙的空间曲率就是零。然而，要统一大家的认识，还需要进一步的实验观测和理论推敲。今天，我们仍然肯定不了宇宙究竟有限还是无限，只能肯定宇宙无边，而且现在正在膨胀！此外，还知道膨胀大约开始于100亿～200亿年以前，这就是说，我们的宇宙大约起源于100亿～200亿年之前。
5．宇宙巨壁和宇宙巨洞
20世纪70年代以前，人们普遍认为大尺度宇宙物质分布是均匀的，星系团均匀地散布在宇宙空间。然而，近年来天文研究的进步改变了人们的认识。人们发现，宇宙在大尺度范围内也是有结构的。
20世纪50年代，沃库勒首先提出包括我们银河系所属的本星系群在内的本超星系团。近年来，已先后发现十几个超星系团。星系团像一些珠子，被一些孤立的星系串在一起，形成超星系团。最大的超星系团的长度超过10亿光年。1978年，在发现A1367超星系团的同时发现了一个巨洞，其中几乎没有星系。不久，又在牧夫座发现一个直径达2．5亿光年的巨洞，巨洞里有一些暗的矮星系。巨洞和超星系团的存在表明，宇宙的结构好像肥皂泡沫那样由许多巨洞组成。星系、星系团和超星系团位于“泡沫巨洞”的“壁”上，把巨洞隔离开来。1986年，美国天文学家的研究结果表明，这些星系似乎拥挤在一条杂乱相连的不规则的环形周界上，像是附着在巨大的泡沫壁上，周界的跨度约50兆秒差距。后来他们的研究又得到进一步的发展。他们指出：宇宙存在着尺度约达50兆秒差距的低密度的宇宙巨洞，及高密度的星系巨壁，在他们所研究的天区存在一个星系巨壁，巨壁长为170兆秒差距，高为60兆秒差距，宽度仅为5兆秒差距。
星系巨壁（也称宇宙长城或宇宙巨壁）和宇宙巨洞是怎样产生的呢？人们认为应从宇宙早期去找原因，在宇宙诞生后不长时期内，虽然宇宙是均匀的，但各种尺度的密度起伏仍然是存在的，有的起伏被抑制了，有的起伏得到发现，被引力放大成现在所观测到的大尺度结构。
6．暗地质之谜
不少天文学家认为宇宙中有90％以上的物质是以暗物质的形式隐蔽着的。有些什么事实和现象表示宇宙中存在暗物质呢？
早在20世纪30年代荷兰天文学家奥尔特就注意到，为了说明恒星来回穿越银道面的运动，银河系圆盘中必须有占银河系总质量的一半的暗物质存在。20世纪70年代，一些天文学家的研究证明星系的质量主要并不集中在星系的核心，而是均匀地分布在整个星系中。这就暗示人们，在星系晕中一定存在着大量看不见的暗物质。这些暗物质是些什么呢？
科学家们认为，暗物质中有少量是所谓的重子物质，如极暗的褐矮星，质量为木星30～80倍的大行星，恒星残骸，小黑洞，星系际物质等。它们与可见物质一样，虽也是由质子、中子和电子等组成的物质，但很难用一般光学望远镜观测到它们。相对而言，绝大部分暗物质是非重子物质，它们都是些具有特异性能的、质量很小的基本粒子，如中微子、轴子及探讨中的引力微子、希格斯微子、光微子等。
怎样才能探测到这些暗物质呢？科学家作了许多努力。对于重子暗物质，他们重点探测存在于星系晕中的暗天体，它们被叫做大质量致密晕天体。1993年，由美澳等国天文学家组成的三个天文研究小组开始了寻找致密晕天体的研究工作。到1996年，他们报告说，已找到7个这样的天体。它们的质量从1／10太阳质量到1个太阳质量不等。有的天文学家认为这些天体可能是白矮星、红矮星、褐矮星、木星大小的天体、中子星以及小黑洞，也有人认为银河系中50％的暗物质可能是核燃料耗尽的死星。
关于非重子物质，现在尚未观测到这些幽灵般的粒子存在的证据。
近年来对中微子质量的测量取得了一些新结果。1994年美国物理学家怀特领导的物理学小组测量出中微子质量在0．5～5电子伏（1电子伏等于1．7827×10（-36）千克）之间。在每一立方米的空间中约有360亿个中微子。如果是这样的话，那么宇宙中全部中微子的总质量要比所有已知星系质量的总和还要大。
到目前为止，宇宙中暗物质的问题仍是未解之谜。
宇宙中的生命是怎样产生的
早在1953年，芝加哥大学化学系一位青年学生斯坦利·米勒曾产生过一个当时被人认为是荒诞的想法：世界基本物质中的矿物元素能否必然产生生命？要是米勒不去大胆地进行实验，这个一时受嘲弄的所谓“不可思议”的设想恐怕只能永远成为争论的话题。他的老师尤赖不无耻笑地叫米勒试试，并跟他打了1000美元的赌，担保他“不会成功”。
斯坦利·米勒的设想和实验似乎过于简单，因此，尤赖教授的怀疑态度是可以理解的。米勒设想，把构成我们地球的最原始的矿物质放在一个庞大的试管里进行实验。这些矿物元素有甲烷、氨、氢和水气。米勒排除了种种干扰，勇敢地开始了探索。他在试管里把这些无机物质混合在一起，然后向试管通电，放出电火花。大家知道，40亿年前，构成地球的所谓“原汤”上空，经常发生强大的雷雨。经过一个星期的操作，米勒停止了实验。当他仔细观察试管时，发现底部有一种淡红色的奇异物质。米勒又惊又喜，立即对这物质进行了化验分析，结果证明，那是氨基酸。大家都晓得，氨基酸是生命的要素。当然，米勒从无机物质中没有创造出生命来，甚至连最基本、最原始的生命形式也没有制造出来。但是他发现了一个化学程序，可能导致生命的出现。请不要忘记，米勒的实验只用了一个星期的时间，而地球却花了40亿年的功夫才有生命的出现……
应当说，是前苏联生物化学家奥帕里涅于1924年提出的一个具有革命意义的假设，才导致了米勒的极其天才的实验。奥帕里涅对地球上出现生命的过程做过如下描绘：40亿年前，在太阳紫外线的作用下，地球表面出现了第一批氨基酸，这些生命的原始物质掉进了海洋，便形成了所谓的“原汤”。随着时间的推移，生命的原始物质不断地进行结合，其结构越来越复杂，最后就产生了生命。这位前苏联生物化学家认为他的这个描绘并非是想入非非的事。他自己曾观察到，在注入大量溶剂的浓胶状态溶液中，蛋白质很容易结合起来。米勒1953年的实验表明，科学家们的思想已有了一个飞跃。当时有许多科学家认为，生命是只产生于我们地球表面的、自发的、例外的现象。米勒的发现极大地震撼了这些科学家的心灵。米勒以实验证明，一定物质的化学结合，必然会导致生命的出现。这个理论使生命是自发和例外地出现的学说顷刻间瓦解了。
继米勒之后，诺贝尔化学奖获得者梅尔文和卡尔文把实验推进了一步，他们用回旋加速器发射的电子来代替紫外线。后来，另一名科学家福克斯又对“原汤”的各种条件进行了模拟实验。40亿年以前，火山爆发向地球表面喷吐着大量的火焰，熊熊燃烧着的岩浆直接流入了海洋。福克斯把模拟的“原汤”同岩浆接触，然后加热，使温度升到107℃，同时加进18个氨基酸分子。得到的结果表明，生命是必然出现的，因为福克斯的实验产生了类似多肽的物质。换句话说，他获得了由几百个分子组成的氨基酸链。从此就形成了一门新学科：生源说。自1953年以来，实验室的实验越来越复杂了，科学工作者人工制造出了越来越高级的氨基酸和分子。到了1970年，人们竟研制成了去氧核糖核酸分子。
在取得这些地面新发现的同时，天体物理学家们也在宇宙空间找到了各种各样的分子。随着这些新的发现，也出现了一门新的学科：天体化学。这是一门完全崭新的学科，它产生于20世纪70年代。的确，天体物理学家们1972年在宇宙间发现了24种分子，而在1977年又找到了45种分子。
1977年5月23日，星期一。天文学家雅克·勒凯向法兰西学院介绍了在宇宙里发现的最新的分子，即由9个原子组成的分子：C2H2CN。这个宇宙化学的新证据是默东天文台于1977年5目22日分析得出的，它表明宇宙中_会产生越来越复杂的化学反应和化学结合。不过，有人曾经认为，除原子和粒子外，宇宙不会孕育出别的东西来。可是事实恰恰相反，科学家们发现了越来越多的化学成分十分复杂的物体。有人甚至认为已经发现了由83个原子组成的卟啉分子，但至今没有得到证实。业已发现的相当高级的分子在宇宙里的生命发展中起着重大的作用。它们像蘑菇的孢子一样，驾着宇宙里的风或坐着冰冷的彗星迁居到各个星球上去。一些科学家认为这是十分可靠的假设。结论是：像地球上一样，化学在宇宙里似乎必然会导致一个越来越复杂的结构，这个结构又必然会导致生命的出现。
字宙大爆炸学说成立吗
今天，大多数天文学家和物理学家都相信，宇宙过去的温度很高，密度很大，宇宙间的物质挤得紧紧的。在大概距今150亿年的时候，温度之高和密度之大简直无法用数字来表达。一瞬间，宇宙的每个地方都发生了巨大的爆炸。爆炸直到今天正如我们所看到和感觉的样子。
宇宙大爆炸的说法是美国科学家伽莫夫在1948年提出的。从天文观测获得的一些资料支持了这种说法。20世纪20年代，天文学家用大口径望远镜观测极遥远的、在太阳所在的银河系外的星系时，发现所有星系都在不断相互远离。既然所有星系都在相互远离，所以推断过去它们靠得比现在近。时间往过去推得越远，星系之间的距离越近。
