宇宙的产生和演变？

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宇宙天体演变探讨

建一

　　深邃星空中那些绚丽多彩的云雾状“星云”，拖着长尾的“彗星”以及和我们息息相关的太阳、月亮，它们虽然形态各异，却都是由相同的物质（元素周期表中100多种元素）构成的。之所以有不同的形态，是由于各星球正处在演变过程中不同的阶段，元素的构成比例不同。

　　当一个星球主要由氢、氧类化学性质不稳定的元素构成时，星球的原子核反应剧烈，这个星球就处在天体演变的初期--恒星阶段；当一个星球中硅、铁类化学性质稳定的元素所占比例变的较大时，原子核反应逐渐变弱，便处在天体演变的后期--行星阶段。

　　“行星”正是由“恒星”演变形成的，而“彗星”、“小行星”又是由“行星”演变而来。宇宙中每个星球的演变都要经过“黑洞”、星云、恒星、红巨星、白矮星、行星、彗星、小行星几个阶段。星球既有共同性，又有差异，即使处于同一演变阶段也没有形态完全一样的。根据已知的天文资料对宇宙星球的演变过程阐述如下：

　　宇宙由不断运动的物质组成，物质运动时由于方向、速度、密度的差异，会产生无数大小不一的磁场旋涡（即“黑洞”），当恒星级“黑洞”中的物质凝集向一个方向以极快速度作有序运动时，产生的能量和引力会吸引宇宙中弥漫的氢、氧类气态物质和硅、铁类物质，形成围绕“黑洞”的圆形气体尘埃环，原始的有形天体--“星云”便诞生了。

　　“星云”是由稀薄气体和尘埃凝聚成的呈环状或团状天体，随着不断吸引吞噬周围物质，“星云”的体积、密度达到一定临界值，具备了发生氢原子核聚变反应的两个重要条件（一是天体达到相当大体积；二是天体中氢元素达到一定密度）时，在天体运动产生的巨大摩擦作用下，“星云”内物质密集的中心区域（星核）的氢原子开始发生聚变反应，爆发出巨大能量，"星云"就演变为可以发出强烈光和热的--“恒星”。

　　“恒星”的体积庞大，氢元素占绝大部分，原子核反应剧烈，能量大、辐射强，产生强大的磁场和引力，能吸引一些质量相对较小的天体，形成以它为中心的星系。“恒星”阶段的演变过程起码要持续上百亿年，太阳就是处在恒星演变的中间阶段。随着恒星中氢元素逐渐消耗减少，恒星的原子核反应越来越弱，最后演变成为--“红巨星”。

　　“红巨星”的基本特征是，由于星球内部引力减小，构成物质向外膨胀，体积变的非常大，表层氦、氧元素比例增大，所以发光发热程度比恒星低，但还没有形成固态外壳。当“红巨星”的表层物质在“超新星”爆发中散失后，星核表面温度降低到一定程度时，那些原来在超高温环境中呈气态和液态的硅、铁类元素，由于温度降低凝结成固体状态，在最先冷却的星核外层开始形成固态的外壳，就逐渐演变成不能从自身向外发射光辐射的天体--“白矮星”

　　“白矮星”由于固态外壳的冷却收缩，体积大大缩小（可以缩小几十万倍），大量氢元素被压缩在外壳之中，因此，“白矮星”虽然体积较小但相对质量却很大，内部物质密度高，磁场和引力仍很强，之后随着与其它恒星等天体之间互相吸引力和离心力平衡的改变从而进入--“行星”阶段。

　　从“白矮星”到“行星”阶段是一个星球固态外壳不断膨胀，由氢、氧类元素组成的呈气态、液态的表层物质不断减少的过程。初期的行星是像木星那样表面有极厚浓密大气层包围的形态。演变到地球这样的行星中期，由于表层温度继续降低，大气层中氢、氧、氮元素比例和温度等适宜条件，这时期的行星上就会有生命出现和存在。因为“行星”内部原子核反应产生的巨大能量，会逐渐积聚起很大压力，所以，每隔一段时期，当外壳承受不住时，内部能量冲破外壳形成爆发，大量氢、氧类元素散发到宇宙中，同时行星的体积扩大，固态外壳变厚，表层环境会发生巨变。在经过多次爆发后，行星的氢、氧类元素进一步减少，内部原子核反应越来越弱，就进入火星那样的行星晚期。

　　现在火星表面虽然有稀薄大气层，地表还有少量固态水（白色极冠）存在，但已不具备维持生命的环境。近年的探索已发现火星上有从前的河流痕迹，今后的探测中极有可能找到生命曾经存在的确凿证据。

　　当星球的氢、氧类元素基本消失，原子核反应基本结束，自身吸引力逐步减弱，星球组成物质的离心力超过其吸引力时，内外结构间平衡被打破，星球便开始四分五裂成碎块，进入了星球演变的最后阶段--“彗星”就是这一阶段的主要形态。

　　“彗星”由于彗核还有一些吸引力，可以形成围绕恒星运动的组团形式天体（如哈雷彗星），最终“彗星”将完全分散成单个大小不等的天体碎块--“小行星”。据观测，这种天体碎块在宇宙中大量存在。当宇宙中分散的物质在宇宙磁场旋涡（黑洞）吸引下凝聚在一起时，新一轮天体演变又开始了。

当理论物理学家爱因斯坦一九一五年在创新立他的广义相对论的时候，就已经认识到，他的学说将会导致一个震撼人心的预言：宇宙在膨胀。在那时，大多数天文学家都认为宇宙一直是那样的，它不会随时间改变的。 一个膨胀着的宇宙意味着一件事：宇宙必然有一个开端。那就势必会引出一个问题：在宇宙开端之前有物质存在吗？在广义相对论提出之前两年，美国天文学家斯莱弗就已经通过测量几个旋涡星系（那时候还叫“星云”）的红移得出了一个结论，即这些星系都在退行。一九二四年，美国天文学家哈勃观测了仙女座大星系和其他一些旋涡星系，并测定了它们的红移。结果发现，这些四面八方的星系都在远离我们而去，星系离得越远，退行的速度就越快。星系距离与退行速度之间的关系就是“哈勃定律”。由此定律得出的星系退行率就是“哈勃常数”，即宇宙膨胀的速率。人们根据新获得的观测结果不断地修正着哈勃常数。 事实上，没有理由可以让我们认为银河系是宇宙中的一个静止不动的星系。因为无论观测者处在哪一个星系中观测，都会得出相同的结论——其它所有的星系都在远离而去。根据爱因斯坦的理论，膨胀宇宙中的星系本身并不运动，而是星系间的空间在膨胀。如果的确是这样的话，那么在过去的某个时刻，宇宙就应该是一个处于极端高密状态的点。据此还可以推算出宇宙的年龄。根据目前的估计，宇宙的年龄约为一百二十亿至一百五十亿年间。 引力对宇宙的未来有深远的影响。如果宇宙中没有足够多的物质，它将从逐渐增长的速度永远膨胀下去，这样的宇宙被称为“开放宇宙”；如果质量过大，引力最终将阻止其膨胀，使宇宙又收缩而形成一次大“坍缩”，这就是“闭合宇宙”。如果质量大小正好合适，宇宙也将永远继续膨胀下去，但速度要慢一些。这种情况下，宇宙是平坦的，处于开放和闭合之间的平衡状态。