幾乎各民族都有古老的關(guān)于宇宙萬物起源和產(chǎn)生的神話。在我國就有盤古氏開天辟地的神話，封建社會的蒙學(xué)讀本《幼學(xué)瓊林》一開始就說：“混沌初開，乾坤始奠，氣之輕清上升者為天，氣之重濁下凝者為地。”這些都是關(guān)于宇宙起源的樸素觀點(diǎn)。
正如上面所介紹的，人類對宇宙的認(rèn)識不斷拓寬，從肉眼到光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，從光學(xué)望遠(yuǎn)鏡到射電望遠(yuǎn)鏡，由于地球大氣的阻礙，我們在地球上還是不可能收到全方位的信息。到了宇航已成為現(xiàn)實(shí)的時代，人們理所當(dāng)然的把望遠(yuǎn)鏡搬到地球之外，這就是世界上最新的望遠(yuǎn)鏡——哈勃望遠(yuǎn)鏡。這是1990年4月24日送到離地球613公里軌道上的最先進(jìn)的望遠(yuǎn)鏡。從而摘掉了地球大氣層這個遮眼罩。
根據(jù)現(xiàn)在的觀測和理論，認(rèn)為我們所在的宇宙起源于約150億年前的一次大爆炸。在那時也可以說是混沌初開。而這大爆炸的起點(diǎn)的狀態(tài)是當(dāng)今天文學(xué)、物理學(xué)研究的熱點(diǎn)�，F(xiàn)代科學(xué)家認(rèn)為在最原始狀態(tài)下電磁作用、弱相互作用、重力作用都是統(tǒng)一的，在大爆炸的一瞬間開始，重力場、電磁場相繼獨(dú)立出來，此后才由原物質(zhì)形成質(zhì)子和中子，隨著宇宙物質(zhì)的進(jìn)一步演變生成現(xiàn)有的原子核和原子。我們的銀河系大約在100億年前形成。關(guān)于以后宇宙物質(zhì)的演化，下面我們將較詳細(xì)地介紹。
現(xiàn)在我們已經(jīng)知道我們的宇宙是一個階梯式的宇宙，恒星組成星系，一些星系組成星系團(tuán)，各星系團(tuán)又組成我們觀測到的宇宙——總星系。這種階梯式的宇宙曾經(jīng)解決了前面提出的奧伯斯的光度佯謬。而如今膨脹的大爆炸宇宙模型更好地解釋了天空為什么是黑的。而奧伯斯問題的提出是建立在均勻的恒穩(wěn)態(tài)的宇宙模型上的，這與實(shí)際觀測的結(jié)果不符。
現(xiàn)在的問題是在大爆炸前宇宙是什么形態(tài)，如果在大爆炸的那一瞬間把時間作為0的話，那負(fù)時間宇宙會處于什么狀態(tài)？再就是我們所處的宇宙膨脹有沒有盡頭。這就有兩種模型，一是無限膨脹，終于完全散開了去；一是膨脹到了極限又會收縮，也許會又縮回到原始的致密狀態(tài)。這一切還有待天文學(xué)家們進(jìn)一步觀察研究。
宇宙是有限還是無限的呢？是無限的。我們目前用哈勃望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)觀測到120億光年遠(yuǎn)的天體！但這只是我們目前認(rèn)識的前緣，并不是宇宙的極限。在我們的宇宙體系外肯定還有別的宇宙體系。正像古代哲學(xué)家說的：宇宙是大小相含，無窮無盡，宇宙之外還會有更大的體系。只是目前我們的認(rèn)識暫時還難以達(dá)到而已。
大爆炸
現(xiàn)代宇宙學(xué)認(rèn)為：原始宇宙是完全由中子組成的非常熾熱、非常稠密的大火球。后來，宇宙開始膨脹并變冷，這時中子蛻變?yōu)橘|(zhì)子和電子。這種由中子、質(zhì)子和電子組成的原始物質(zhì)名叫“太素”（Yelm）。
當(dāng)原始宇宙溫度下降到109～1010K時，原始物質(zhì)開始結(jié)合成氖和氦（當(dāng)然絕大部分還是氫），這是原始的星際物質(zhì)。根據(jù)B2FH理論，原始的星際物質(zhì)靠引力收縮形成一些團(tuán)塊——原始恒星，同時內(nèi)部溫度逐漸升高，當(dāng)恒星內(nèi)部溫度升到7×106K以上時，氫的核聚變開始，核反應(yīng)的輻射膨脹與恒星的引力收縮相抵制，恒星發(fā)光并進(jìn)人相對穩(wěn)定狀態(tài)，這時恒星內(nèi)部的核聚變有質(zhì)子-質(zhì)子循環(huán)和碳-氮循環(huán)兩種。這是恒星氫燃燒階段，一般可穩(wěn)定進(jìn)行100萬～100億年。我們的太陽已進(jìn)行了約46億年，估計(jì)還將繼續(xù)50億年。這一階段在恒星核心生成氦，同時還有一些碳、氮、氧等元素的形成。
當(dāng)恒星核心的氫全部轉(zhuǎn)為氦（約占恒星總質(zhì)量10％～15％）時核反應(yīng)停止，引力收縮占優(yōu)勢，結(jié)果使核心溫度上升，恒星外殼膨脹，變成紅巨星。當(dāng)核心溫度升高到108K，密度也驟增，開始了新的核反應(yīng)——氦燃燒。這時恒星變成脈動變星（這類恒星有規(guī)律的膨脹和收縮像脈搏一樣）。氦燃燒主要是三個氦原子核結(jié)合成碳核的聚變反應(yīng)，然后再生成氧。
如果恒星足夠大，那么還將繼續(xù)收縮升溫，發(fā)生碳和氧燃燒（聚變）過程，生成硅、鈣等元素。更進(jìn)一步則是硅燃燒（又名α過程），其核反應(yīng)機(jī)理是硅核光解生成高能α粒子，α粒子又與別的核結(jié)合生成鐵族元素。當(dāng)恒星演化到這個階段，核心的溫度可以增高到4×109K，這就使核達(dá)到統(tǒng)計(jì)平均狀態(tài)，生成元素周期表上鐵附近的多種元素。這個過程是e過程（平衡過程），結(jié)果是生成鐵質(zhì)核心。到這時，恒星就進(jìn)人風(fēng)燭殘年了。
據(jù)B2FH理論，比鎳更重的元素不能靠聚變反應(yīng)生成，而是由一些重元素核在恒星中連續(xù)俘獲中子形成的。在大質(zhì)量恒星（質(zhì)量達(dá)到8～20個太陽質(zhì)量）演化的末期，核心溫度可以高達(dá)4×109K，鐵會轉(zhuǎn)為氦和中子，大量吸熱，使核心處于爆縮狀態(tài)，隨之是超新星爆發(fā)。這時強(qiáng)密度中子流會陸續(xù)擊人元素核中生成鈾、釷，甚至超鈾元素和超重元素。
恒星的生與死
根據(jù)愛因斯坦在20年代初提出的質(zhì)能轉(zhuǎn)化關(guān)系，貝特等在30年代末提出氫聚變?yōu)楹さ臒岷朔磻?yīng)是太陽發(fā)光發(fā)熱的能源。通過對太陽內(nèi)部結(jié)構(gòu)的研究和分析，天文學(xué)家們進(jìn)一步研究了恒星的能源和演化的關(guān)系。于是就產(chǎn)生了核天體物理學(xué)這樣的一個天文學(xué)分支。由于恒星形成時的質(zhì)量不同，發(fā)的光（能量）也不同。恒星越大發(fā)光越強(qiáng)烈（表面溫度也高），在主星序內(nèi)停留階段也短，反而是質(zhì)量小的恒星，能量消耗少，穩(wěn)定發(fā)光的時間要更長。一般說來，高光度、大質(zhì)量的O和B型星在主星序上停留只有幾百萬年、幾千萬年，而低光度、小質(zhì)量的K和M型星則可以穩(wěn)定發(fā)光長達(dá)幾千億年、幾萬億年之久。太陽是G型星，據(jù)計(jì)算在主星序階段可以停留100億年左右，如今已過了50億年，即已達(dá)到中年，估計(jì)還能維持50億年或更長的壽命才進(jìn)入晚年。
當(dāng)恒星核心中氫的含量消耗到只剩下1％～2％時，能量供應(yīng)不足抵住引力，恒星開始收縮。收縮使核心溫度進(jìn)一步增高，這時恒星核心邊層開始發(fā)生氫轉(zhuǎn)變?yōu)楹さ暮朔磻?yīng)，使得恒星外層溫度增高而膨脹變成紅巨星。而內(nèi)部核心的溫度升得更高，引發(fā)了氦的聚變，這時恒星會發(fā)生周期性的膨脹和收縮。
更進(jìn)一步的情況是，小質(zhì)量的恒星，因能源耗盡而收縮成紅矮星。大質(zhì)量的恒星，因引力收縮，使熱核反應(yīng)不斷升級直到生成鐵的核心。這時恒星的核心再進(jìn)一步坍縮，外層就會爆發(fā)成為“新星”或“超新星”（“新”只是我們似乎觀察測到一個新的星，而實(shí)際上是個快要老死的星），而其核心則變成為密度極大的白矮星或中子星。也有的爆發(fā)后就完全散開到宇宙空間去了。
例如，公元1054年在金牛座的超新星爆發(fā)，在我國的史書中有詳細(xì)的記載。在今天我們還可以看到爆發(fā)時拋出的蟹狀星云，和一顆中心遺留的中子星。新星和超新星爆發(fā)可以說是恒星晚年的回光返照。但這決不是一般的回光，一顆超新星爆發(fā)時光度可以達(dá)到107～1010個太陽的光度（相當(dāng)于整個星系的光度），即光度突然增大千萬倍甚至上億倍，同時放出極大的能量。這是恒星世界中已知最為激烈的爆炸，而爆炸得到的產(chǎn)物是比鐵更重的元素，直到超鈾元素。
根據(jù)愛因斯坦廣義相對論還預(yù)言了一種特殊的天體——黑洞。1939年奧本海默等作過計(jì)算，認(rèn)為星球有可能坍縮到它的引力半徑之內(nèi).對于晚期高密度的恒星來說，當(dāng)恒星質(zhì)量超過引力半徑公式給定的M值時，就會形成黑洞。也就是說連光線也不能從黑洞中逃逸出來，這樣外界就無法再觀察到它了。黑洞也是恒星終極的產(chǎn)物，天文學(xué)家們極力設(shè)法找尋黑洞，首先在雙星體系內(nèi)尋找黑洞。天文學(xué)家們描繪了這樣的圖景，黑洞天體不斷地把它的伴星的物質(zhì)像長虹吸水一樣的吞噬著，它們也許最終會合并成一個黑洞。
一般說來，恒星是由低密度的星際物質(zhì)凝縮而成，這是形成恒星的原料——原始星云，質(zhì)量大約是幾十個乃至一萬多個太陽的質(zhì)量。在凝縮過程的同時，不僅密度不斷增加，而且核心溫度也不斷增加，輻射壓力和引力相互較量之后，終于平穩(wěn)地收縮成原恒星。在這過程中，原恒星的核心溫度繼續(xù)增大，增大到700萬度以上時，氫聚變?yōu)楹さ臒岷朔磻?yīng)開始，恒星發(fā)光發(fā)熱，而核心產(chǎn)生的能量足以抵住引力收縮的壓力和向外輻射掉的能量，于是變成一顆穩(wěn)定的正常發(fā)光的恒星，進(jìn)入了主星序成為一顆主序星，這是恒星的壯年時代。
元素的年齡
以上概略敘述了元素在恒星中的演化。根據(jù)B2FH理論，放射性元素是在恒星演化后期形成的。如果我們選兩個半衰期不同的放射性同位素例如鈾-235和鈾-238，假定它們同時形成，形成的比例可由理論推算，可以簡單認(rèn)為是1比1。那么，由地球或其他宇宙天體中這兩種放射性物質(zhì)的現(xiàn)今比例，就不難推算出經(jīng)過了多少年了。
例如，在地球上鈾-235對鈾-238現(xiàn)今的比例已經(jīng)是0.00725。而且科學(xué)家們已經(jīng)測定：鈾-235的蛻變常數(shù)是972億年；鈾-238的蛻變常數(shù)是154億年，所以就不難推算出鈾元素生成到現(xiàn)在已經(jīng)過了65億年了。當(dāng)然，這是元素的年齡下限，也就是說這是老一代恒星爆發(fā)為超新星到現(xiàn)在的年齡，再往前推算原始恒星的生成和演化的年齡，由之可以估算出銀河系的年齡約為150億年�；蛘哒f，這就是原始大爆炸到現(xiàn)在的年齡。
如果我們銀河系的初始狀態(tài)全部是氫，那么第一代恒星應(yīng)當(dāng)全部由氫組成；第一代恒星死亡后，生成的各類元素彌散開來，使銀河系的組成發(fā)生變化，于是再凝聚成的第二代、第三代恒星的原始組成就復(fù)雜了。我們的太陽現(xiàn)處于氫燃燒階段，但已有鐵等重元素，可以肯定它不是第一代恒星。而地球也只能是由第一或第二代恒星的殘骸形成，地球的鐵核、地球上的各種元素和放射性物質(zhì)，都說明了這一點(diǎn)。這就是地球上為什么有這么多種元素的原因。
在恒星中后期形成的重元素，實(shí)際上儲存了恒星的能量，又以放射蛻變形式逐步釋放，所以我們地球不僅享受著本代恒星——太陽供應(yīng)的能，而且還在享受著前幾代恒星留下來的“祖先遺產(chǎn)”�？梢赃@樣認(rèn)為，地球是銀河系物質(zhì)演化高級階段的產(chǎn)物。
關(guān)于元素的起源和演化的學(xué)說，實(shí)際上還處于假說階段，還有不少重要環(huán)節(jié)不很清楚。在這方面，天文學(xué)上的新發(fā)現(xiàn)還在不斷豐富其內(nèi)容。
責(zé)編：微科普