作为一名软件学院的学生，我对物理学，或者宇宙学并没有深入的了解。自己所有的物理学知识，只是在高考前学习的一些经典物理学的皮毛，再加上平时书籍上的一点积累。因此不敢妄称此篇文章为论文，只能说是谈谈上完整个学期的宇宙学浅谈的一点感想。 我出生于东北的林区，小的时候最喜欢做的事情就是仰望天上的星斗。那时的夜空十分漆黑，却黑的澄明。那时的我有着无比的求知欲，总是缠着妈妈让她买书给我看。一本少儿版的《十万个为什么》让我看了一遍又一遍。只要是有关天文的书籍，我都会十分迅速的看完。渐渐地我对于星空有了更深入的了解。认识了不少的星座，知道了夜空中如何区别恒星和行星，恒星的烟花以及夏季夜空中的白带是璀璨的银河…… 10岁以后我从林区的故乡搬到城市求学，从此我就很少仰望夜空了。并不是我已经不再喜欢天文，只是因为即使在十分晴朗的夜空下抬头看，也只能看到那几颗星等很高的星——天狼星，几颗行星。夜空总是朦胧着昏红的光，我知道那是城市的光污染。漫天的繁星暂时与我无缘，也只有在偶尔去农村或是回故乡才能再次看到那美丽的夜空。 其实观察星空只是天文学的表象，离真正的宇宙学和物理学差的很远。在高中的时候我读到了霍金的《时间简史》的普及版。于是对相对论和量子理论以及宇宙的演化有了浅显的认识。但是在读霍金的《果壳中的宇宙》时，却很难读懂，再加上课业的繁重也就只能作罢。 在本学期选修了余老的宇宙学浅谈，又燃起了我对于宇宙及物理学的强烈渴望。虽然我此生也许并不会投身于对于宇宙的探索及对物理学的研究。但是只要在条件允许的前提下，我一定会主动为那些研究者提供各方面的支持，也当是圆了我儿时的梦想。下面就我就简单的阐述下自已对虫洞理论理解。 虫洞： 由阿尔伯特·爱因斯坦提出该理论。简单地说，“虫洞”就是连接宇宙遥远区域间的时空细管。暗物质维持着虫洞出口的敞开。虫洞可以把平行宇宙和婴儿宇宙连接起来，并提供时间旅行的可能性。 举个例子：大家都在一个长方形地广场上，左上角设为A，右上角设为B，右下角设为C，左下角设为D。假设长方形的广场上全是建筑物，你的起点是C，终点是A，你无法直接穿越建筑物，那么只能从C到B，再从B 到A。再假设假如长方形的广场上什么建筑物都没了，那么你可以直接从C 到A，这是对于平面来说最近的路线。但是假如说你进入了一个虫洞，你可以直接从C到A，连原本最短到达的距离也不需要了。这就是所谓的虫洞。这就如同将这个二维平面像纸一样翻卷一下让A接近C。 虫洞连接黑洞和白洞，在黑洞与白洞之间传送物质。在这里，虫洞成为一个阿尔伯特?爱因斯坦—罗森桥，物质在黑洞的奇点处被完全瓦解为基本粒子，然后通过这个虫洞（即阿尔伯特?爱因斯坦—罗森桥）被传送到白洞并且被辐射出去。目前天文学家已经间接地找到了黑洞，但白洞、虫洞并未真正发现 白洞 是广义相对论预言的一种与黑洞相反的特殊天体，是大引力球对称天体的史瓦西解的一部分。白洞仅仅是理论预言的天体，到现在还没有任
一，简述太阳系的结构和太阳系的形成理论 图表1来自百度图片搜索 太阳系的结构： 太阳系（Solar System）是以太阳为中心，和所有受到太阳引力约束的天体的集合体：8颗行星、至少165颗已知的卫星、3颗已经辨认出来的矮行星，和数以亿计的太阳系小天体。这些小天体包括小行星、柯伊伯带的天体、彗星和星际尘埃。 广义上，太阳系的领域包括太阳、4颗像地球的内行星、由许多小岩石组成的小行星 带、4颗充满气体的巨 大外行星、充满冰冻小 岩石、被称为柯伊伯带 的第二个小天体区。 依照至太阳的 距离，行星序是水星、 金星、地球、火星、木 星、土星、天王星、海 王星，8 颗中的6颗 有天然的卫星环绕着， 这些星习惯上因为地 球的卫星被称为月球 而都被视为月球。在外 侧的行星都有由尘埃 来自百 度图片搜索 许多小颗粒构成的行星环环绕着，而除了地球之外，肉眼可见的行星以五行为名，在西方则全都以希腊和罗马神话故事中的神仙为名。3颗矮行星是：冥王星，柯伊伯带内最大的天体之一；谷神星，小行星带内最大的天体；和属于黄道离散天体的阋神星。 太阳系的形成： 太阳系的形成据信应该是依据星云假说，最早是在1755年由康德和1796年由拉普拉斯各自独立提出的。这个理论认为太阳系是在46亿年前在一个巨大的分子云的塌缩中形成的。这个星云原本有数光年的大小，并且同时诞生了数颗恒星。研究古老的陨石追溯到的元素显示，只有超新星爆炸的心脏部分才能产生这些元素，所以包含太阳的星团必然在超新星残骸的附近。可能是来自超新星爆炸的震波使邻近太阳附近的星云密度增高，使得重力得以克服内部气体的膨胀压力造成塌缩，因而触发了太阳的诞生。被认定为原太阳星云的地区就是日后将形成太阳系的地区，直径估计在7,000至20,000天文单位，而质量仅比太阳多一点（多0.1至0.001太阳质量）。当星云开始塌缩时，角动量守恒定律使它的转速加快，内部原子相互碰撞的频率增加。其中心区域集中了大部分的质量，温度也比周围的圆盘更热。当重力、气体压力、磁场和自转作用在收缩的星云上时，它开始变得扁平成为旋转的原行星盘，而直径大约200天文单位，并且在中心有一个热且稠密的原恒星。对年轻的金牛T星的研究，相信质量与预熔合阶段发展的太阳非常相似，显示在形成阶段经常都会有原行星物质的圆盘伴随着。这些圆盘可以延伸至数百天文单位，并且最热的部分可以达到数千K的高
有一种理论认为，宇宙的产生来自巨大的星球的大爆炸，分解为现在的宇宙中众多的行星。现在的宇宙和过去的宇宙不同的是，过去是一个巨大星球，现在是众多小星球。太阳天天都在爆炸，并未分解出若干星球来。 另一种理论认为，宇宙的产生来自质量很大、温度在3000亿度以上、但体积比原子还小的奇点的大爆炸。并说奇点大爆炸产生的能量变为基本粒子，然后由基本粒子结合为原子，形成现在的宇宙。现在有三个问题：奇点是什么？它的周围坏境是什么？它的质量等于宇宙中所有星球（包括黑洞）质量的总和？能量变为基本粒子的观点是极端错误的。物质变能量、能量变物质是违反唯物论的，它是‘神创’论、灵魂不灭的理论基础。 能量离不开物质，物质也离不开能量，脱离物质而独立存在的能量是不可能的。能量不可能在真空中传播，太阳能是通过光子来传递的，热幅射其实是基本粒子或由基本粒子发生碰撞产生的衍生粒子（大多是光子）幅射。火炉的热量是通过空气传到人的身上，如果隔着真空，热是不会传到人身上的。能量不可能在真空中存在和传递。 还有一种理论是：大爆炸之前，宇宙是原子世界。大爆炸后，原子才结合为物体，形成星球。这也是从宇宙中产生宇宙的理论。大家都知道，原子和物体同一，有了原子，必然结合成分子，有了分子，必然聚合为物体。臭氧就是单个氧原子组成的。
物质是永远不灭的，它只能从一种存在形式转变为另一种存在形式，且服从由量变到质变的规律。量变是渐进的，而质变是突发的。在转变过程中能量始终是守恒的。讨论宇宙的产生必须遵循物质不灭定律和能量守恒定律进行。如果不对宇宙诞生前的物质的存在形式作出正确的科学的抽象，那么讨论宇宙的起源等于讲神话一样的空谈。 宇宙起源的问题有点像这个古老的问题：是先有鸡呢，还是先有蛋。换句话说，就是何物创生宇宙，又是何物创生该物呢？也许宇宙，或者创生它的东西已经存在了无限久的时间，并不需要被创生。直到不久之前，科学家们还一直试图回避这样的问题，觉得它们与其说是属于科学，不如说是属于形而上学或宗教的问题，然而，人们在过去几年发现，科学定律甚至在宇宙的开端也是成立的。在那种情形下，宇宙可以是自足的，并由科学定律所完全确定。
5个令人为之惊艳的关于宇宙和现实的物理学理 论 自从一百年前开始，新的物理理论和概念引领创造出许多革命性的成果。 量子力学和相对论以及它们深澳的概念，不仅让我们对于有关基本粒子范围到整个宇宙的基本物理学的认识有了改变，而且有关它们对于空间、时间、物质架构、宇宙、基本粒子等等的奇特阐述，似乎也预言着许多即使在十年以前都还是令人难以置信的事情。这些概念的介绍如：弦理论(strings)、膜(branes)、多重宇宙(multiverses)、平行世界(parallel worlds)和多次元空间(multi-dimensional space)等等，都是因着这两个物理学理论而产生的结果，并伴随着其他许多需要在未来加以证实的揣测。据推测，这些观念和理论所阐述的内容远远领先在我们的时间之前，因此必须在拥有先进科技的世代中，方能得以证实。本文当中，是一些目前已经备受讨论之神秘的物理学理论。 1. 量子意识
这个理论是为了解决量子力学的测量问题，而此物理测量的结论，就是我们的想法，关系着最后产生的结果。为了试着解决量子力学知中测量的问题，物理学家们必须履次地面对尚未获解之意识困境。虽然有众多的物理学家企图略过此一问题，然而这似乎也意味着在量子层级之中意识选择的经验和其经验的结果之中存在着一个连结。尽管还不是相当确定，但近来许多在以基本粒子为基础的经验结果上，都展现了紧密的关联性。一些物理学家，如罗杰·潘洛斯(Roger Penrose)，认为目前物理学尚未具备有解释意识的能力，而那意识的本身与奇妙的量子世界则有着相互连结。 2. 多重世界理论 根据这个理论而言，除了我们的宇宙之外，还有无限多个数不尽的其它宇宙存在着。这个理论原来是用于解决神秘的量子力学诠释下的粒子以及它们波粒二象性的本质和因果关 系原则。而在多重世界理论之中，你并非只存在于一个空间之中，更确切的说，有着无限版本的你存在于其它世界当中，并且可能有着完全不同的行为举止。在多重理论之中，每一个版本的你拥有个完全不同的命运。这个理论有着许多的变化，好似创造者以数不尽的泡沫般宇宙持续不断的出现又消
关于宇宙形成与演化的几种理论 引言：宇宙学是一门年轻又古老的学科，人类对宇宙的起源在不断地探索着。 当我们回望人类漫长的探索宇宙的进程时,在我国历史上最早认识宇宙，是有“科圣”之称的伟大的科学家张衡。也可以说是人类历史上认识宇宙的先驱。在后来主要是西方国家对宇宙探索有很大的进展，尤其是近几百年，其中对宇宙的形成与演化有很多的著名的观点，主要形成的观点有相对论原理、宇宙膨胀模型、大爆炸宇宙论等。霍金在《时间简史》中比较全面的描述了整个宇宙的图景，他还还提出了自己的很多观点，本着一种好奇心,想了解一下关于宇宙学的观点 , 所以借助史蒂芬·霍金的《时间简史》及其他书籍，将宇宙学的一些观点在这里罗列出来。在这里主要写了膨胀中的宇宙、大爆炸宇宙理论以及黑洞中的奇点与量子效应观点，这些观点在宇宙学中都具有重大的意义。 希望我们对宇宙理论有更多的认识和了解，宇宙学是一门古老而年轻的学科, 希望更多的人去了解宇宙学、研究宇宙学、了解我们所处的宇宙空间。让我们更早的回答出我们一直想知道的问题：我们从何而来，又到何处去? 1、宇宙膨胀模型 在人们认为宇宙是膨胀之前爱因斯坦曾提出过静态的宇宙模型。广义相对论主要的是把强大的引力场解释成为时空弯曲的几何特征，所以它也是一种引力理论。爱因斯坦根据自己建立的广义相对论对宇宙进行了考察，他引入了一个常数——“反引力”，此力和其他力是不一样，没有什么源引起，是时空中固有的。爱因斯坦认为时空有膨胀的趋势，但刚好可以用此力平衡宇宙中所有物质与物质间的作用力，因此爱因斯坦设想这样一个有限无边的静态宇宙模型。 在宇宙空间中，物质分布是均匀的，宇宙大尺度特征不随时间变化而变化（又物质没运动）[1]。静态宇宙模型虽与事实不相符合，但它为现代宇宙学研究开启了新的起点。就在爱因斯坦和其他一些物理学家讨论非静态宇宙的预言时，1922年俄国物理学家、数学家弗里德曼用广义相对论着手解释它，他根据广义相对论方程解得的动态解，认为宇宙是不稳定的，有可能是脉动的。（他曾对宇宙提出过一个非常简单的设想：我们不管从哪个方向看，也不管从何地进行观察，宇宙看起来都是一样的。弗里德曼指出，仅从这两观念出发，就可以预言宇宙是不稳定的。此观点在后来不久被哈勃证明了。[2]）后来天文学家勒梅特又一次独立的的到这样一个模型：得到宇宙中的物质在均匀的同时在向各个方向膨胀或者是在收缩的宇宙模型。 1924年现代宇宙图像才被奠定，这一年哈勃证明了除我们所处的这个星系，还有许多其他的星系，在他们之间是一个巨大的空虚的空间，也称为太空。哈勃用100英寸的望远镜在威尔孙山对太空进行观测时，埃德温·哈勃发现恒心在整个空间之中不是均匀分布的，而是有很多的恒心大量地集中在星系之中。埃德温·哈勃对来自星系的光利用多普勒效应进行了测量，这样就可以对星系是蓝移还是红移进行确定。哈勃曾预想对于我们现在正所处在的星系中来看宇宙中的其他星系，飞向我们星系和离开我们星系的其他星系是一样多的。这是存在于一个不变的宇宙中应该有的，但是事实总是给人惊奇，埃德温·哈勃测量出的结果发现，所有的星系几乎都是在红移，而且，哈勃发现当星系离我们越远时，他离我们而去的速度越快，也就是说红移的大小与星系离我们的距离是正比，这也是著名哈勃定律。[3]也就是说，宇宙不是人们想象的那样宇宙是静态的，它是随着时间在不断的变化，它是在膨胀，所有的星系之间的距离不断的增加。从而静态
在中国古代，关于宇宙的结构主要有三派学说，即盖天说、浑天说和宣夜说。盖天说认为大地是干坦的，天像一把伞覆盖着大地；浑天说认为天地具有蛋状结构，地在中心，天在周围；宣夜说则认为天是无限而空虚的，星辰就悬浮在空虚之中。在古代希腊和罗马，从公元前六世纪到公元一世纪，关于宇宙的构造和本原有过许多学说。如毕达哥拉斯学派的中心火焰说(设想宇宙中心有一团大火焰)；赫拉克利特的日心说；柏拉图的正多面体宇宙结构模型等等。 进入中世纪后，宇宙学被纳入经院哲学体系，地心说占据正统的地位。十六世纪哥白尼倡导日心说。到十七世纪，牛顿开辟了以力学方法研究宇宙学的途径，建立了经典宇宙学。二十世纪以来，在大量的天文观测资料和现代物理学的基础上，产生了现代宇宙学。 从历史上看，随着时代的发展，作为宇宙学研究对象的天体系统，在深度和广度上不断扩展。古代自然哲学家所讨论的天文学的宇宙，不外乎大地和天空。哥白尼在《天体运行论》一书中说“太阳是宇宙的中心”，意味着宇宙实质上就是太阳系。 十八世纪天文学家引进“星系”一词，当时这个词在一定意义上说只不过是宇宙的同义语。二十世纪以来，天文观测的尺度大大扩展，达到上百亿光年的时空区域。现代宇宙学所研究的课题，就是现今观测直接或间接所及的整个天区的大尺度特征，即大尺度时空的性质、物质运动的形态和规律。 宇宙学 - 现代宇宙学 现代宇宙学包括密切联系的两个方面，即观测宇宙学和理论宇宙学。前者侧重于发现大尺度的观测特征，后者侧重于研究宇宙的运动学和动力学以及建立宇宙模型。 观测宇宙学已经发现，在目前观测所及的天区上，存在着一些大尺度的系统性特征，比如：河外天体谱线红移；微波背景辐射；星系的形态；天体时标；氦丰度等。 除了几个近距星系之外，河外天体谱线大都有红移，而且绝大多数是一致红移，即各种谱线的红移量是相等的。此外，在星系团尺度上，对于不同类型的星系，在各自的红移量与视星等之间、红移与星系角径之间存在着系统性的关系。它们反映着红移量与距离之间的规律。 在整个背景辐射中，微波波段比其他波段都强，谱型接近温度为3K的黑体辐射。微波背景辐射大致是各向同性的。这种辐射的小尺度起伏不超过千分之二、三：大尺度的起伏则更小一些。 河外星系的形态虽有多种，但绝大多数星系都可归纳为不多的几种类型，即椭圆星系、旋涡星系、棒旋星系、透镜型星系和不规则星系。而且，各种类型星系的物理特征，弥散范围不算太大。 从球状星团的赫罗图形状可以判断，较老的球状星团的年龄差不多都达到100 亿年左右。按照同位素年代学计算，太阳系中某些重元素是在50亿到100亿年前形成的，即最老天体的年龄都不超过200亿年。 在宇宙中，氢和氦是最丰富的元素，二者丰度之和约占99％。而且氢和氦的丰度比在许多不同的天体上均约为三比一左右。
<<高国新的性质宇宙学讲义>>共九卷 【合计约70万字，｛卷1｝第1-20篇讲义提供预览】 点击下载｛卷1｝第1-20篇预览文稿【内容同下文】 讲义开篇思考题： 1、人类的大脑运作仅是种种生物电流、化学物质的化学反应，这种化学反应的表象与天空中一次闪电的化学反应不同，但本质无异，两者皆是化学反应。那么问题是，天空中的那次闪电是否产生了某种短暂的快感或疼苦感呢？ 2、物理学上研究的微现粒子，其运动轨迹是它们的生命足迹吗？ 3、如果天空中的那次闪电真的产生了某种短暂的快感或疼苦感，此外正如【性质宇宙学】所定义一样，物理学上所研究微现粒子的运动轨迹只是它们的生命足迹，那么如何用多个实验证实呢？或者说至少要完成实验的理论设计才行。还有天地万物生命发展、运行的最基本人类未知适用规律，也只能用【性质宇宙学】总结的科学规律又是什么呢？ 4、新科学理论必不能和已知科学例如物理学等学科相冲突。那么【性质宇宙学】如何对物理学进行解码翻译【例如解码翻译世界为何会存在四种基本作用力】，从而使基础物理学转换为使用【性质宇宙学】语言描述的、也有实验结果支撑的客观科学理论体系呢？ 讲义1: 有人问我，你创建的【性质宇宙学】，其中的性质如何理解？其实，了解清楚性质的含义，也就比较容易理解性质宇宙学的中心思想了。 举例吧，有一块石头是绿色，有一块木头是黑色，有沙子是黄色，一个画家将其拼成一幅画，那么这幅画就是一种新的属性。这副画的属性原来是没有的，它的存在是因为他物的意识所致，是无中生有的，那样的话，这幅画就是一种属性、一种性质，一种感觉。 科学常说物质与能量守恒，没有错。画所消耗人的体力能量、石头等质量，只是转换了形态与形式，是守衡的。但需要注意的是，仅是能量、物质这两种属性、性质守衡，但画这种新属性、新性质、新感觉并没有守衡。 再说说星尘如何成为星球吧，科学常说引力等引起的。但无论如何，星尘凝聚成新星球，虽然物质与能量守衡，但新星球是新性质、新属性，性质并没有守恒。至于星球是否像画一样由他物意识而产生？这十分有趣，大家可多多思考。 其实宇宙是无中生有的，【一无所有】本来就是一种属性感觉，其它属性、性质、感觉和它调和混合而产生了这个越来越多属性感觉、性质的宇宙。 讲义2： 【宇宙起源简史】让我们了解一下过去吧。宇宙原本一无所有，只有性质无存在，也就是只有一无所有这种属性、感觉存在。 时间长了，这种性质越加强烈【不断的一无所有，这种感觉、生命、性质只会越来越强】【世界上也只有这种感觉性质是会自我不断增强的，就像人的空虚感觉，外界没有变，但很多人感觉越来越空虚】，终有一天，性质无因生命感受的极限强烈【一无所有性质的不断加强】【有点像人空虚寂寞到极限，自我意识存在也会发生剧烈变化】，性质无意识到自己生命感受的存在。
论光速 序： 光速可变吗？这是个古老的话题，不管承认与否，争论就从没有休止过。不管如何争论，答案只有一个，不是理论是无可争辩的真理。 在讨论这个问题之前我们要弄明白什么是光速不变什么是光速可变。 光在两个不同的参考系中都以恒定的光速c运行，光子的运动符合洛伦兹变换，这是光速不变，并由此得出相对论，是相对论和现代天文学的基础。 光子的运动在不同的参考系中符合伽利略变换，这是光速可变。 事实上，这也是遥远的波和粒子的争辩。最初，根据同水波和声波类比得出光是以太的波动及光速不变的最初理念。之后麦克斯韦波动方程及洛伦兹变换全面提出了光速不变理论。再之后根据迈克尔逊莫雷实验得出光速不变和以太不存在的结论。最后狭义相对论对此作了全面解释，巩固了光速不变的地位，最终导致上个世纪的天文学家没有考虑过光速可变。 我最初开始思考这个问题是几年前，某天看《探索发现》的时候说道：哈勃望远镜对着太空中的某一普通黑色区域观测了一个星期，发现里面有成千上万个银河系这样的星系，而那片黑色区域在天空中只是那么一个点而已。还说道目前观测到的最遥远的星系正以二十七八万千里每秒的速度远离我们，非常接近光速。之后想象宇宙有多大的时候差点烧坏脑子，瞬间感受到地球和人类文明的渺小，然后想到既然最遥远的正以接近光速的速度远离我们，有没有可能还存在其他的星系但是同我们的相对速度超过光速所以就看不到了，而宇宙就像一个大蛋糕，我们能看到的只是其中的一部分，剩下有很大的一部分是看不到的，并且神奇的是我们还不知道这个蛋糕有多大。 带着这些疑惑我去查阅相关资料，然后就接触了光速不变理论，两个参考系里同一束光的速度恒定不变为c，想都不用想就知道会产生出各种烧脑复杂的理论和限制，且结合微波背景辐射推测出地球相对于宇宙的运行速度为几百千米每秒，同二十七八万千米来说微不足道，这样一来地球就可能成了宇宙的中心，任我再怎么自大也不敢这样想，且这理论也并不能回答我宇宙到底有多大和为什么最遥远的星系正以接近光速的速度远离我们这些问题，并且最重要的这是个理论——不是真理。百科里介绍光速不变及相对论的时候，说光速不变是一个假设。之后我查了一下光速不变理论产生的整个过程，了解之后发现光速可变也行得通，尤
大爆炸宇宙学理论及其在新时代下的发展 地化1001班郭伟楠 一、大爆炸宇宙学——从经典宇宙理论开始 我们从哪里来？宇宙是什么样的？这自有人类以来的永恒疑问。从西方的海龟驮大陆，到中国的天圆地方，诞生了远古的神话和宗教。托勒密的天球模型认为地球是宇宙的中心，天上的太阳和其他行星绕着地球在不同层次的同心球面上运行，最高层的星星们则保持不动。这是个粗糙但有效的宇宙模型，更关键的是，符合基督教关于人间和天堂的描述。现代天文学的开创要从哥白尼等算起，借助更先进的光学望远镜，伽利略终于发现地球并非宇宙中心，地球和其他行星是围绕着太阳运转的。再到十七世纪，开普勒、胡克等人继续为太阳系勾勒大概的轮廓。最终伟大的牛顿建立了完美的经典力学大厦，其在天文学中的威望在发现冥王星后达到顶峰。那时人们确信宇宙间所有的规律都已发现殆尽，所有星系的运动都可纳入牛顿力学的体系中。这一时期人们相信宇宙是无限广大和永恒的存在，也许这使人有某种安全感。但是用牛顿力学解释宇宙有个致命的疑问，如果万有引力是正确的，为什么星系不会因为万有引力聚拢到一起？无论宇宙有没有一个中心，只要时间足够长，星系总会慢慢靠拢，最后碰撞、毁灭。这给现代天文学提出了挑战，但是即使是当时最具有革命精神的人，也无法想象今后的颠覆性的发现。 二、大爆炸宇宙学理论概述 大爆炸理论的主要观点是认为我们的宇宙曾有一段从热到冷的演化史。在这个时期里，宇宙体系并不是静止的，而是在不断地膨胀，使物质密度从密到稀地演化。这一从热到冷、从密到稀的过程如同一次规模巨大的爆发。根据大爆炸宇宙学的观点，大爆炸的整个过程是：在宇宙的早期，温度极高，在100亿度以上。物质密度也相当大，整个宇宙体系达到平衡。宇宙间只有中子、质子、电子、光子和中微子等一些基本粒子形态的物质。但是因为整个体系在不断膨胀，结果温度很快下降。当温度降到10亿度左右时，中子开始失去自由存在的条件，它要么发生衰变，要么与质子结合成重氢、氦等元素；化学元素就是从这一时期开始形成的。温度进一步下降到100万度后，早期形成化学元素的过程结束（见元素合成理论）。宇宙间的物质主要是质子、电子、光子和一些比较轻的原子核。当温度降到几千度时，辐射减退，宇宙间主要是气态物质，气体逐渐凝聚成气云，再进一步形成各种各样的恒星体系，成为我们今天看到的宇宙。 从1948年伽莫夫建立热大爆炸的观念以来，通过几十年的努力，宇宙学家们为我们勾画出这样一部宇宙历史：
一、宇宙学原理的提出 如果你用‘宇宙学原理’这个关键词在互联网上进行搜索，会得到许多各种各样的不同答案。它们大部分并不是爱因斯坦在进行宇宙学研究时引进的宇宙学原理的原版，而是后来其他人对宇宙学原理的理解。我这里所要讨论的宇宙学原理是爱因斯坦在用他的广义相对论引力方程进行宇宙学研究时所提出的宇宙学原理。 在爱因斯坦用他的广义相对论引力方程进行宇宙学研究时，天文学家对宇宙的认识还非常有限。当时天文学家还不知道在银河系之外还存在有大量和银河系类似的其它星系，因此爱因斯坦也以为由大量恒星 和‘星云’组成的银河系就是整个宇宙，这个宇宙是静态的。爱因斯坦提出宇宙学原理这个假设，并不是根据现在我们所知道的宇宙结构实际情况简化后得出的理想化近似假设，主要还是数学上的原因。因为广义相对论的引力方程是一个二阶偏微分方程组，数学上无法直接对这个二阶偏微分方程组进行求解。引进宇宙学原理的主要目的和作用就是使广义相对论的引力方程可以得到极大的得到简化，得到所谓的宇宙学方程。这个宇宙学方程可以从数学上求解。 爱因斯坦在引进宇宙学原理后，虽然简化得到了宇宙学方程，但爱因斯坦仍然无法得到他所希望得到的宇宙应当是静态的数学解，于是爱因斯坦认为在他这样得到的宇宙学方程中还应当加上了一项‘宇宙学常数’，这样爱因斯坦才有可能从他的宇宙学方程中得到满足他的静态宇宙学模型的解。 后来弗里德曼从数学上证明，在爱因斯坦得到的宇宙学方程中不必加上宇宙学常数，方程仍然可以有解，但是弗里德曼得到的这个宇宙学方程的解，要求宇宙不是静止的。宇宙应当或者是在膨胀，或者是在收缩。在1929年天文学家哈勃发现哈勃定律后，学者们认为宇宙应当是在膨胀。因此在后来很长一段时间中，宇宙学常数被大多数学者，包括爱因斯坦自己，所抛弃。1998年以后由于所谓‘宇宙加速膨胀’的发现，学者们这才又想起要把宇宙学常数请回来。 从上面的讨论我们可以看到，标准宇宙学模型中宇宙学方程虽然是以广义相对论的引力方程为基础，但并不等于广义相对论。宇宙学原理这个假设在宇宙学方程的推导中起了非常重要的作用。广义相对论的引力方程的正确性并不能保证宇宙学原理假设是合理的。后来标准宇宙学模型虽然成了宇宙学研究中的主流理论，但宇宙学家心里也明白，宇宙学原理假设是否成立，仍然是标准宇宙学模型是否能够成立的前提基础，现有的天文观测并不能令人信服地证明宇宙学原理是合理的。现在已经实际观测到的结果表明，在各种尺度上宇宙中的物质分布并不是均匀各
宇宙学简介 【学习目标】 1．初步了解宇宙学的发展史。 2．关注宇宙学研究的新进展。 【学习重难点】 了解宇宙学的发展史。 【学习过程】 知识要点 1.1929年，美国天文学家哈勃通过观测发现一些星系在彼此退行和远离，这说明宇宙正在膨胀着。 2.20世纪40年代，美籍苏联科学家伽莫夫提出了宇宙大爆炸学说。 3.目前，科学家们已经计算出了宇宙的大小和年龄分别是1.0×1010年＜年龄＜2.5×1010年、1.0×1026 m＜半径＜2.0×1026 m。 4.一般说来，太阳系和银河系大约起源于宇宙开始后的50亿年，而地球则产生于47亿年前。 要点剖析 大爆炸宇宙学：大爆炸宇宙学成功地解决了许多观测事实，但无法预言宇宙的未来。 基础达标 1.(基础理论辨析题)关于广义相对论和宇宙的起源，下列说法正确的是( ) A.在广义相对论中，爱因斯坦把狭义相对性原理发展到了非惯性系 B.一切物体的惯性和引力是两个相同的属性 C.匀加速参考系中的惯性力场与均匀引力场是不可区分的 D.在引力场中引力越强，时钟变得越快 E.我们的宇宙将一直膨胀下去 F.黑洞的问题科学家还未探索清楚 2.关于广义相对论，下列说法正确的是( ) A.广义相对性原理是广义相对论的基本原理之一 B.广义相对论不能应用到非惯性参考系中
C.等效原理是广义相对论的基本原理之一 D.广义相对论与实验事实不符 3.关于广义相对论的实验检验，下列说法中正确的是( ) A.物质的引力使光线弯曲 B.光线弯曲的原因是介质不均匀而非引力作用 C.在强引力的星球附近，时间进程会变慢 D.广义相对论可以解释引力红移现象 4.如图所示是黑洞的示意图，黑洞是质量非常大的天体，由于质量很大，引起了其周围的时空弯曲，从地球上观察，我们看到漆黑一片。那么关于黑洞，下列说法正确的是( ) A.内部也是漆黑一片，没有任何光 B.内部的光由于引力的作用发生弯曲，不能从黑洞中射出 C.所有中子星都会发展为黑洞 D.如果有一个小的星体经过黑洞，将会被吸引进去 5.支持宇宙大爆炸理论的事实是( ) A.水星近日点的进动 B.光线在引力场中的弯曲 C.哈勃发现，遥远恒星发出的光谱与地球上同种物质的光谱相比，波长变长 D.长度缩短效应 6.宇宙飞船在星际飞行时，宇航员发现从手中自由释放的小球能够自由落下，已知小球没有受到明显的引力作用，下列说法正确的是( ) A.飞船可能正在向上加速运动 B.飞船可能正在向上减速运动 C.飞船可能正在向下加速运动 D.惯性力使小球向下加速运动 7.关于广义相对论的基本原理，下列说法中正确的是( ) A.在任何参考系中，物理规律都是相同的，这就是广义相对性原理 B.在不同的参考系中，物理规律是不同的，如牛顿定律仅适用于惯性参考系 C.一个均匀的引力场与一个做匀速运动的参考系等价，这就是著名的等效原理 D.一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价，这就是著名的等效原理
xx古代宇宙学说 把宇宙作为一个整体，探讨我们所居住的大地在其中所处的位置，即天和地的关系，叫宇宙结构理论。在中国古代，天体学说有所谓论天六家∶即盖天、浑天、宣夜、昕天、穹天、安天。其中主要有三家：即盖天、浑天、宣夜。昕天基本上属于盖天体系，穹天是盖天说的翻版，安天则是宣夜的发展。 盖天说出现于殷末周初。主要观点为天在上，地在下，天为一个半球形的大罩子。南北朝时代鲜卑族歌手斛律金《敕勒歌》中“天似穹庐，笼盖四野”两句诗，是对盖天说的形象化说明。盖天说一共有两种。 第一种盖天说即“天圆地方”说。《晋书·天文志》中说∶“周髀家云∶‘天员（圆）如张盖，地方如棋局。’”关于方形的大地，战国时代阴阳家齐人邹衍解释说，上有九个州，中国是其中之一，叫赤县神州，每个州四周环绕着一个稗海。九州之外，还有一个大瀛海包围着，一直与下垂的天的四周相连接。穹庐般的天穹有一个极（这个极实际上是地球自转轴正对这一点），天就象车轱辘一样绕着这个“极”旋转不息。 天圆地方说的最大破绽，就是半球形的天穹和方形大地之间不能吻合。 迫使其修改为∶天并不与地相接，而是象一把大伞一样，高悬在大地上空，有绳子缚住它的枢钮，周围有八根在柱子支撑着。天空有如一座顶部为圆拱的凉亭。《列子·汤问》篇中所说的共工触倒的那个不周山，就是八根擎天柱之一，所以女娲便出来炼石补天。天圆地方说提出的宇宙模型，只是凭感性的观察，又掺入了许多规定的。但在我国历史上却有广博影响，符合儒家关于“天尊地卑”的说教，在封建王朝的天地理论体系中占据正统地位。如北京的天坛，是圆形的；地坛，是方形的。 这是天圆地方的象征性模型。 第二种盖天说将方形大地改为拱表大地，即《晋书·天文志》中所说的“天象盖笠，地法覆盘。”第二种盖天说已经有了拱形大地的设想，为以后球形大地的认识奠定了基础。便它仍然不能解释天体的运行，如太阳的东升西落和月亮的盈亏等问题。
6、宇宙无限论的理论基础 时空的无限性和人类的有限性的矛盾，是人类认识宇宙的最大的问题，是一个不易逾越的难题。人类生活在无限宇宙中极为细小的一个角落，若把地球看着宇宙的一粒尘埃，那么生活在地球表面的人类的活动空间有多么的渺小不言而喻。人类生活在无限宇宙无始无终时间长河中的一个极短的瞬间，而每个个体的生存时间就更短了；人类的个体是认识宇宙的主体，除了艰难的维持生存的劳作外，可供认识宇宙的时间就寥寥无几了！人类生存的时空局限，规定了人类的有限性，限制了人类对无限宇宙的认识活动，使人类不能直接接触和观察一些必须了解研究的客观对象，造成众多人类直接观察无法达到的死角，给人类的认识带来了一些盲区和空白。人类不能直接看到遥远星系和空间的真实情况，也看不到地球表面深处正在发生什么；看不到人类史以前的宇宙状况，前人可能并不准确的记载和见解在学习或传授之中，对于宇宙的未来人类处在预测和猜想状况里。如果不是人类群体的协作和继承，在这样的条件下人类是无法达到今天这样的对宇宙认识的水平。 如果宇宙是在膨胀，宇宙常数就不该有。但是直到目前为止，也还没有一个人能找出一个理论上的论据来证明这一项不该有。这一困难，即“宇宙常数问题”，是今日物理学中最深刻的未被解决的问题之一（笔者注：按照前面的观点宇宙常数的实质是引力的反作用力——弱相互作用的表现形式）。1998年以前，物理学家和天文学家一般都认为宇宙学常数等于0或很小可忽略，而且粒子物理学家认为，宇宙学常数可以看作宇宙真空能量密度的一种量度。但近几年来，越来越多的观测证据表明，宇宙正处于加速膨胀的阶段，一个正的宇宙学常数对所观测到的数据有最好的拟和结果，几乎所有的宇宙学家都相信宇宙学常数的存在，并期待在宇宙学上有更多的观测效应如果宇宙在膨胀，宇宙不存在中心，距离观察者越远膨胀速度越大的原因为何，Big Bang Cosmology的起点在何处？按照Big Bang Cosmology理论，地球与太阳之间的距离应当越来越大，太阳的辐射频率应当越来越小。在宇宙的Big Bang Cosmology过程中，温度和密度随着时间的流逝而下降。在Big Bang Cosmology早期，温度太高，原子和分子均无法存在，自然力的强度随环境温度的变化而变化，现代物理学认为分子的平均动能E=1.5kT，那么温度的实质是何？ 根据引力场的space-time本质的观点，能量是物质与space-time的相互作用，如果认为引力质量具有正的能量，那么必须认为引力场具有负能量，自然界不存在负引力质量的物体，物理学家预言宇宙中存在负引力质量，但是没有发现由负引力质量形成的物质原因在于此。引力定律确保了宇宙中所有质量之间的（负的）引力位能，必定永远和每个质量m相关联的（正的）能量mc2的总和大小相等、符号相反。因此总的结果准确的等于0。现代物理
天文学的一个分支。它从整体的角度来研究宇宙的结构和演化。 宇宙学的发展在中国古代，关于宇宙的结构主要有三派学说，即盖天说、浑天说和宣夜说。盖天说认为大地是平坦的，天像一把伞覆盖着大地；浑天说认为天地具有蛋状结构，地在中心，天在周围；宣夜说则认为天是无限而空虚的，星辰就悬浮在空虚之中。在古代希腊和罗马，从公元前六世纪到公元一世纪，关于宇宙的构造和本原有过许多学说。如毕达哥拉斯学派的中心火焰说（设想宇宙中心有一团大火焰）；赫拉克利德的日心说；柏拉图的正多面体宇宙结构模型等等。进入中世纪后，宇宙学被纳入经院哲学体系，地心说占据正统的地位（见地心体系）。十六世纪哥白尼倡导日心说（见日心体系）。到十七世纪，牛顿开辟了以力学方法研究宇宙学的途径，建立了经典宇宙学。二十世纪以来，在大量的天文观测资料和现代物理学的基础上，产生了现代宇宙学。 从历史上看，随着时代的发展，作为宇宙学研究对象的天体系统，在深度和广度上不断扩展。古代自然哲学家所讨论的天文学的宇宙，不外乎大地和天空。哥白尼在《天体运行论》一书中说“太阳是宇宙的中心”，意味着宇宙实质上就是太阳系。十八世纪天文学家引进“星系”一词，当时这个词在一定意义上说只不过是宇宙的同义语。二十世纪以来，天文观测的尺度大大扩展，达到上百亿年和上百亿光年的时空区域。现代宇宙学所研究的课题，就是现今观测直接或间接所及的整个天区的大尺度特征，即大尺度时空的性质、物质运动的形态和规律。 现代宇宙学包括密切联系的两个方面，即观测宇宙学和理论宇宙学。前者侧重于发现大尺度的观测特征，后者侧重于研究宇宙的运动学和动力学以及建立宇宙模型。 系统性特征观测宇宙学已经发现，在目前观测所及的天区上，存在着一些大尺度的系统性特征。 ①河外天体谱线红移除了几个近距星系之外，河外天体谱线大都有红移，而且绝大多数是一致红移，即各种谱线的红移量是相等的。此外，在星系团尺度上，对于不同类型的星系，在各自的红移量与视星等之间、红移与星系角径之间存在着系统性的关系。它们反映着红移量与距离之间的规律（见红移-视星等关系）。 ②微波背景辐射在整个背景辐射中，微波波段比其他波段都强，谱型接近温度为3K的黑体辐射。微波背景辐射大致是各向同性的。这种辐射的小尺度起伏不超过千分之二、三；大尺度的起伏则更小一些。 ③星系的形态河外星系的形态虽有多种，但绝大多数星系都可归纳为不多的几种类型，即椭圆星系、旋涡星系、棒旋星系、透镜型星系和不规则星系。而且，各种类型星系的物理特征，弥散范围不算太大。例如，星系的质量虽然弥散在106～1013太阳质量的范围内，但处在1011太阳质量附近的数目最多。 ④天体时标从球状星团的赫罗图形状可以判断，较老的球状星团的年龄差不多都达到100亿年左右。按照同位素年代学计算，太阳系中某些重元素是在50亿到100亿年前形成的，即最老天体的年龄都不超过200亿年。
关于宇宙学的发展的论述 之宇宙中心的理论寻找 关于宇宙人类都有一定的研究，比如宇宙的中心。现在的我们都知道宇宙是没有边界的，但是我们人类从远古就开始研究宇宙了于是就有了许多的神话故事的产生。我们来简单的介绍一下中国古代的盘古开天辟地，宇宙是被盘古拿斧子劈开的还是以地球为中心，古代人认为地方天圆的观念，认为太阳和月亮是以地球表面为中心轮流转换的。所以古代的人就以地球为宇宙的中心开始研究宇宙了---这就是地形学说的最初原型。接下来就是介绍真正的宇宙中心的理论寻找。 时间转眼到了希腊时代十三世纪中期有一位物理学家托勒密发表了地心说，其内容如下地心说的主要内容有： 托勒密认为,地球处于宇宙中心静止不动.从地球向外,依次有月球、水星、金星、太阳、火星、木星和土星,在各自的圆轨道上绕地球运转.其中,行星的运动要比太阳、月球复杂些:行星在本轮上运动,而本轮又沿均轮绕地运行.在太阳、月球行星之外,是镶嵌着所有恒星的天球——恒星天.再外面,是推动天体运动的原动天. 地心说是世界上第一个行星体系模型.尽管它把地球当作宇宙中心是错误的,然而它的历史功绩不应抹杀.地心说承认地球是“球形”的,并把行星从恒星中区别出来,着眼于探索和揭示行星的运动规律,这标志着人类对宇宙认识的一大进步.地心说最重要的成就是运用数学计算行星的运行,托勒密还第一次提出“运行轨道”的概念,设计出了一个本轮均轮模型.按照这个模型,人们能够对行星的运动进行定量计算,推测行星所在的位置,这是一个了不起的创造.在一定时期里,依据这个模型可以在一定程度上正确地预测天象,因而在生产实践中也起过一定的作用. 当这个学说逐渐被人所熟悉时又有一位科学家整理了托勒密的学说认为宇宙的中心不是地球而是太阳。 在十五世纪中期哥白尼提出了认为宇宙的中心是太阳时 1.地球是球形的。如果在船桅顶放一个光源，当船驶离海岸时，岸上的人们会看见亮光逐渐降低，直至消失。 2.地球在运动，并且24小时自转一周。因为天空比大地大的太多，如果无限大的天穹在旋转而地球不动，实在是不可想象。 3.太阳是不动的，而且在宇宙中心，地球以及其他行星都一起围绕太阳做圆周运动，只有月亮环绕地球运行。 随着时间的推移科学理论及其科学技术的发展，测量技术越来越发达人类对宇宙又有了新的认识：原来地球和太阳都不是我们所在宇宙的中心，经过宇宙测量仪器的测量我们的地球确实在围绕着太阳在转动但是太阳不是宇宙的中心。其实我们太阳系都不是整个银河系的中心。 根据霍金的虫洞理论：虫洞是连接两个以上的连通器从这个宇宙的空间转移连通器的端口可以跳跃到另外一个空间的端口，这两个端口的连线如果是线段，那么这条线段的中心就是一个空间点，同理可得无数个空间点。空间点的连线可以组成一个规则的立方体图形，只要是规则立方体都有中心，而这个中心就是我们所在宇宙的中心，可以用相同的方法获取其他宇宙的中心。
5个令人为之惊艳的关于宇宙和现实的物理 学理论 自从一百年前开始，新的物理理论和概念引领创造出许多革命性的成果。 量子力学和相对论以及它们深澳的概念，不仅让我们对于有关基本粒子范围到整个宇宙的基本物理学的认识有了改变，而且有关它们对于空间、时间、物质架构、宇宙、基本粒子等等的奇特阐述，似乎也预言着许多即使在十年以前都还是令人难以置信的事情。这些概念的介绍如：弦理论(strings)、膜(branes)、多重宇宙(multiverses)、平行世界(parallel worlds)和多次元空间(multi-dimensional space)等等，都是因着这两个物理学理论而产生的结果，并伴随着其他许多需要在未来加以证实的揣测。据推测，这些观念和理论所阐述的内容远远领先在我们的时间之前，因此必须在拥有先进科技的世代中，方能得以证实。本文当中，是一些目前已经备受讨论之神秘的物理学理论。 1. 量子意识 这个理论是为了解决量子力学的测量问题，而此物理测量的结论，就是我们的想法，关系着最后产生的结果。为了试着解决量子力学知中测量的问题，物理学家们必须履次地面对尚未获解之意识困境。虽然有众多的物理学家企图略过此一问题，然而这似乎也意味着在量子层级之中意识选择的经验和其经验的结果之中存在着一个连结。尽管还不是相当确定，但近来许多在以基本粒子为基础的经验结果上，都展现了紧密的关联性。一些物理学家，如罗杰·潘洛斯(Roger Penrose)，
认为目前物理学尚未具备有解释意识的能力，而那意识的本身与奇妙的量子世界则有着相互连结。 2. 多重世界理论 根据这个理论而言，除了我们的宇宙之外，还有无限多个数不尽的其它宇宙存在着。这个理论原来是用于解决神秘的量子力学诠释下的粒子以及它们波粒二象性的本质和因果关系原则。而在多重世界理论之中，你并非只存在于一个空间之中，更确切的说，有着无限版本的你存在于其它世界当中，并且可能有着完全不同的行为举止。在多重理论之中，每一个版本的你拥有个完全不同的命运。这个理论有着许多的变化，好似创造者以数不尽的泡沫般宇宙持续不断的出现又消失来描绘整个宇宙。这个宇宙的概念甚至与认为宇宙的创造在137亿光年前就发生的大爆炸理论持相反意见。科学家们甚至进一步认为，所有一切都有着许多独立行动的大脑，而我们的观察是在我们许多大脑之中的一个反射，而由其他所观察到的东西，则有可能完全地不同。 3. 现实并不存在 就如科学家一般，有关现实存在的真正意义，长期以来在哲学家之间也是一个热烈讨论的问题。直到量子力学，以及海森堡(Heisenberg)的测不准原理(uncertainty principle)的出现，争议则在于是否我们所观察到的事物存在于我们的心智之外，或是如同理想主义者所认为的是我们心智感知之物。无论如何，量子力学在量子层级上革除了宇宙的一个决定性观点，认为在我们观察之中的不确定性可能和因果原则相牴触。根据这个宇宙的概念，近来的实验皆显示出，现实境况除非是
我们从哪里来？宇宙是什么样的？这自有人类以来的永恒疑问。从托勒密的地心说到哥白尼的日心说，再到十七世纪，开普勒、胡克等人继续为太阳系勾勒大概的轮廓。最终伟大的牛顿建立了完美的经典力学大厦。但是用牛顿力学解释宇宙有个致命的疑问，如果万有引力是正确的，为什么星系不会因为万有引力聚拢到一起？要解决这个问题，要从哈勃的发现说起。 光是一种电磁波，根据多普勒效应，恒星如果向地球而来，则光频上升，光波长向短波移动，称为蓝移。若恒星远离地球而去，则光频下降，光波长向长波移动，称为红移。如果宇宙是稳定的，远离我们的恒星数目和向我们而来的恒星数目应该差不多。结果哈勃的观测表明，绝大多数恒星都发生红移，而且距离越远的恒星远离的速度越快。这个发现非同小可，似乎暗示地球又成了宇宙的中心了，其实不然。打个比方，就像气球上任意两个点，吹气球时，随着气球的膨胀，气球上任意两个点间的距离会迅速拉大，但气球上任意一点都不是中心。所以结论是：我们的宇宙正在膨。如果宇宙现在正在膨胀，那么沿时间回溯，以前宇宙肯定比现在小，则肯定有那么一个时刻，宇宙中所有东西都聚集在一起，宇宙必然有个起点！ 根据霍金的宇宙理论，宇宙是在一次大爆炸中产生的。大爆炸开始时，宇宙体积被认为是零，所以是无限热。但是，辐射的温度随着宇宙的膨胀而降低。宇宙诞生1微秒后，随宇宙膨胀，温度下降到1万亿度，光开始转化成最基本的物质，如电子正电子中子质子中微子等。大爆炸后的1秒钟，温度降低到约为100亿度。此刻宇宙主要包含光子、电子和中微子和它们的反粒子，还有一些质子和中子。 在大爆炸后的大约100秒，温度降到了10亿度，也即最热的恒星内部的温度。在此温度下，质子和中子不再有足够的能量逃脱强核力的吸引，所以开始结合产生氘（重氢）的原子核。然后，氘核和更多的质子中子相结合形成氦核，还产生了少量的两种更重的元素锂和铍。大爆炸后的几个钟头之内，氦和其他元素的产生就停止了。之后的100万年左右，宇宙仅仅只是继续膨胀，没有发生什么事。最后，一旦温度降低到几千度，电子和核子不再有足够能量去抵抗它们之间的电磁吸引力，它们就开始结合形成原子。宇宙作为整体，继续膨胀变冷，但在一个略比平均更密集的区域，膨胀就会由于额外的引力吸引而慢下来。在一些区域膨胀会最终停止并开始坍缩。当它们坍缩时，在这些区域外的物体的引力拉力使它们开始很慢地旋转；当坍缩的区域变得更小，它会自转得更快——正如在冰上自转的滑冰者，缩回手臂时会自转得更快；最终，当这些区域变得足够小，自转的速度就足以平衡引力的吸引，碟状的旋转星系就以这种方式诞生了。另外一些区域刚好没有得到旋转，就形成了叫做椭圆星系的椭球状物体。 随着时间流逝，星系中的氢和氦气体被分割成更小的星云，它们在自身引力下坍缩。当它们收缩时，其中的原子相碰撞，气体温度升高，直到最后，热得足以开始热骤变反应。这些反应将更多的氢转变成氦，释放出的热升高了压力，因此使星云不再继续收缩。它们会稳定地在这种状态下停留一段很长的时间，直至它们将氢用光；然后，它们会稍微收缩一点。当它们进一步变热，就开始将氦转变成像碳和氧这样更重的元素。一些恒星接近生命终点时产生的重元素就抛回到星系里的气体中去，为下一代恒星提供一些原料。大部分气体形成了恒星或者喷到外面去，但是少量的重元素集聚在一起，形成了像我们的地球这样的、现在绕太阳公转的物体。于是我们的地球便产生了。