仰望星空，宇宙之謎，難以窮盡。宇宙是如何起源的?宇宙的年齡是多少?黑洞是怎么產(chǎn)生的?人類(lèi)對(duì)茫茫宇宙的探索，不斷有新發(fā)現(xiàn)。關(guān)于宇宙起源的問(wèn)題，目前大爆炸的理論已被科學(xué)家們廣泛接受。盡管如此，大爆炸理論只是建起了研究的框架，框架里的諸多問(wèn)題依然是懸而未決。近年來(lái)，隨著科學(xué)家在諸如暗能量、黑洞、宇宙加速膨脹的課題上有了最新發(fā)現(xiàn)，使得宇宙進(jìn)化的過(guò)程變得日益清晰起來(lái)。


　　
　　大爆炸理論的缺陷
　　
　　上個(gè)世紀(jì)40年代末俄裔美籍科學(xué)家喬治?伽莫夫提出了“大爆炸理論”，用以解釋宇宙的起源。他認(rèn)為宇宙是從一個(gè)溫度極高、密度極大的火球中誕生的，并稱我們的宇宙正沐浴在早期高溫宇宙的殘余輻射中，其溫度約為6K(6K=－267℃)，即后來(lái)所謂的宇宙微波背景輻射，它是充滿整個(gè)宇宙的電磁波。1964年美國(guó)貝爾電話公司的兩位無(wú)線電工程師彭齊斯和威爾遜意外地發(fā)現(xiàn)了這個(gè)微波背景輻射，恰好與伽莫夫預(yù)言的宇宙背景輻射十分接近，它在溫度上對(duì)應(yīng)為2.7K，它無(wú)疑是對(duì)大爆炸理論最有力的支持。這一發(fā)現(xiàn)使我們能夠獲得很久以前在宇宙誕生時(shí)期所發(fā)生的宇宙過(guò)程的信息。彭齊亞斯和威爾遜由此獲得了1978年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
　　如果宇宙確實(shí)如大爆炸理論所說(shuō)，從一個(gè)無(wú)限小的奇點(diǎn)向外膨脹而產(chǎn)生，那么從大的尺度說(shuō)，宇宙中不同區(qū)域的性質(zhì)應(yīng)該不一樣，起碼宇宙空間中物質(zhì)的密度就應(yīng)該有所不同。但是宇宙并不像大爆炸理論所描述的那樣，從宇宙學(xué)的尺度來(lái)看，宇宙中各向具有高度的均勻性，無(wú)論在哪個(gè)方向上測(cè)量微波背景輻射，人們都能大致得到2.7K這個(gè)數(shù)字。
　　另一方面，從美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)發(fā)射的微波背景開(kāi)拓者衛(wèi)星(COBE)和最近的微波各向異性探測(cè)器(WMAP)所捕捉到的微波背景輻射信息來(lái)看，宇宙誕生后38萬(wàn)年左右基本上是均勻的，但不是非常均勻，微波背景輻射的各向異性只有十萬(wàn)分之一，最終這種微小差異造成了小范圍內(nèi)物質(zhì)的聚集，星系由此而形成。
　　再者，按大爆炸理論，從宇宙最初的不均勻性還預(yù)示著宇宙是彎曲的。但是最近WMAP的觀測(cè)顯示我們的宇宙空間是沒(méi)有彎曲的無(wú)限平直的世界。后文將要指出，為了彌補(bǔ)大爆炸理論上的這些缺陷，20年前物理學(xué)家古斯和佐藤各自提出了宇宙暴脹論的假說(shuō)，并且經(jīng)受了WMAP觀測(cè)結(jié)果的關(guān)鍵性檢驗(yàn)。
　　
　　宇宙年齡已有137億歲
　　
　　關(guān)于宇宙的年齡一直沒(méi)有一個(gè)準(zhǔn)確的定論。對(duì)此，天文學(xué)家們一直在追尋宇宙年齡的確鑿證據(jù)。最近美國(guó)國(guó)家航空航天局的研究小組根據(jù)微波各向異性探測(cè)器的觀測(cè)結(jié)果，認(rèn)為年齡是137億歲(正負(fù)2億歲)，并繼續(xù)加速膨脹。再者，明確了宇宙的構(gòu)成是普通物質(zhì)僅占4％，真相不明的暗物質(zhì)占2396，使宇宙迅速膨脹卻真相不明的“暗能量”占73％，而且求出相當(dāng)宇宙膨脹速度的哈勃常數(shù)為71。
　　關(guān)于宇宙年齡的問(wèn)題，現(xiàn)在計(jì)算的方法是在假設(shè)的膨脹速度的基礎(chǔ)上，追溯推算出宇宙體積為零時(shí)的時(shí)間而得出的。根據(jù)上述最新的數(shù)據(jù)以大約1％的誤差算出宇宙的年齡是137億歲。
　　從這次的觀測(cè)結(jié)果，占宇宙73％的暗能量增強(qiáng)了過(guò)去愛(ài)因斯坦提出的“宇宙常數(shù)”的可能性。有意思的是，愛(ài)因斯坦沒(méi)想到，當(dāng)初他認(rèn)為是錯(cuò)誤的、讓他極為懊悔的“宇宙常數(shù)”竟然是極有道理的，幾乎可稱得上是宇宙的本質(zhì)。
　　
　　誕生12億年后出現(xiàn)大規(guī)模結(jié)構(gòu)
　　
　　在美國(guó)國(guó)家航空航天局新發(fā)現(xiàn)中最令人吃驚的是，第一代恒星在宇宙誕生之后第2億年就開(kāi)始發(fā)光，比許多科學(xué)家預(yù)測(cè)的還要早得多。日本國(guó)家天文臺(tái)的杉山教授說(shuō)：“微波各向異性探測(cè)器除了觀測(cè)到宇宙微波背景輻射的非常詳細(xì)的溫度起伏的圖像，還觀測(cè)到偏光，即光(電磁波)的偏移情況。從這個(gè)偏光的狀態(tài)知道宇宙誕生第2億年大規(guī)模的中性氫發(fā)生再離子化?！?
　　從宇宙誕生的38萬(wàn)年后，宇宙中各自存在的質(zhì)子與電子相互結(jié)構(gòu)構(gòu)成氫原子(中性氫)，光線變直，宇宙從黑暗中浮出，具有了可視性。但是，現(xiàn)在在星系間空間的質(zhì)子與電子幾乎各自離子化存在。
　　關(guān)于這個(gè)再離子化何時(shí)發(fā)生，迄今為止尚不能正確地知道，但是宇宙開(kāi)始出現(xiàn)的星輻射紫外線，則是揭下中性氫的電子產(chǎn)生的。杉山教授說(shuō)：“宇宙微波背景的電磁波通過(guò)偏光的狀態(tài)向我們傳達(dá)了質(zhì)子俘獲電子的信息。這次從它的偏光狀態(tài)確認(rèn)宇宙誕生后的第2億年背景輻射的電磁波與電子碰撞的痕跡?！奔从钪嬲Q生后的第2億年，星星發(fā)光，通過(guò)這個(gè)恒星輻射紫外線，中性氫的電子被揭下，開(kāi)始了宇宙的再離子化。
　　另外，日本東京大學(xué)的岡村教授的研究小組通過(guò)夏威夷的凱克望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到宇宙誕生后第12億年就有了與現(xiàn)在星系團(tuán)相匹敵的大規(guī)模的結(jié)構(gòu)。岡村教授說(shuō)：“我們?cè)诤蟀l(fā)座方向發(fā)現(xiàn)宇宙誕生后的第12億年有43個(gè)星系成帶狀聚在一起，以及星系完全不存在的區(qū)域。”鑒于微波各向異性探測(cè)器的溫度起伏非常小，岡村教授認(rèn)為從那種狀態(tài)僅用了12億年就完成了恒星和星系的大規(guī)模結(jié)構(gòu)，看來(lái)很可能是受“暗物質(zhì)”的影響。
　　具體的恒星或星系，以及星系群的大規(guī)模結(jié)構(gòu)是怎樣構(gòu)成的，我們還不完全清楚，這次一系列觀測(cè)結(jié)果被視為在闡明宇宙進(jìn)化上的重要發(fā)現(xiàn)。
　　
　　哈勃常數(shù)的確定
　　
　　1929年美國(guó)天文學(xué)家埃德溫?哈勃通過(guò)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，幾乎所有的星系都在遠(yuǎn)離銀河系而去。他注意到，遠(yuǎn)處的星系比近處的星系更快速地飛離，它們的距離和速度有一定的關(guān)系，于是他提出了著名的哈勃定律，即星系從地球遠(yuǎn)去的相對(duì)速度等于地球到星系的距離與哈勃常數(shù)的乘積。從這個(gè)事實(shí)求出相當(dāng)其膨脹速度的哈勃常數(shù)，并且知道它幾乎相等于求宇宙年齡。因?yàn)閺倪@個(gè)速度單純地往前推，就可知道宇宙開(kāi)始膨脹的時(shí)刻，即誕生的時(shí)刻。為此，若干研究小組測(cè)出各個(gè)星系的距離與速度，試圖測(cè)定哈勃常數(shù)。2001年“哈勃太空望遠(yuǎn)鏡主要計(jì)劃”之一是以誤差14％的精度求出哈勃常數(shù)為72。
　　這次從微波各向異性探測(cè)器進(jìn)行宇宙微波背景輻射的觀測(cè)求出哈勃常數(shù)為71，具有誤差5％的精度。那么，是否可以說(shuō)哈勃常數(shù)幾乎就是這個(gè)值了呢?東京大學(xué)的佐藤教授這么說(shuō)：“從宇宙微波背景輻射的結(jié)果給出了在相當(dāng)精確定位下的哈勃常數(shù)的值。這個(gè)值與2001年哈勃太空望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)的結(jié)果幾乎相同?！?
　　
　　復(fù)活宇宙常數(shù)
　　
　　那么，從哈勃常數(shù)71所求的宇宙年齡是否可以說(shuō)相當(dāng)準(zhǔn)確的呢?實(shí)際不是那么回事。例如假定宇宙是平直的，從這個(gè)數(shù)值所得的年齡大約92億歲?，F(xiàn)已知道在我們銀河系中心附近存在的球狀星團(tuán)是超過(guò)130億歲的老年天