宇宙和天体的起源和演化

没有时间，而且就连空间以及空间中的物质、能量都没有。根据广义相对论的推测，宇宙最开始只是一个奇点，它拥有无限高的温度和密度，无限小的体积。

奇点也存在于黑洞的内部，包括最近刚刚直接发现的M87星系黑洞。在黑洞的中心，奇点似乎是稳定的。然而，在最初的宇宙中，由于量子涨落，奇点并不稳定，它在大爆炸中创生出时间、空间和能量，宇宙开始形成并演化。

在138亿年前的宇宙创生之初，不但没有时间，而且就连空间以及空间中的物质、能量都没有。根据广义相对论的推测，宇宙最开始只是一个奇点，它拥有无限高的温度和密度，无限小的体积。

奇点也存在于黑洞的内部，包括最近刚刚直接发现的M87星系黑洞。在黑洞的中心，奇点似乎是稳定的。然而，在最初的宇宙中，由于量子涨落，奇点并不稳定，它在大爆炸中创生出时间、空间和能量，宇宙开始形成并演化。

宇宙诞生的一瞬间，物质并不存在，那时的宇宙就像一个由纯能量组成的“原始汤”，包含形成各种粒子所需的全部成分。在宇宙经历极短时间的暴胀之后，夸克、轻子、胶子、希格斯玻色子等一系列基本粒子就从纯能量中创造出来。

在宇宙诞生几分钟之后，随着宇宙的快速膨胀和冷却，最早出现的基本粒子开始结合在一起形成其他复合粒子，如质子和中子。质子即为氢原子核，质子和中子又会结合在一起形成氦原子核，同时还有极少量的氘、锂、铍原子核。氢原子核和氦原子核的质量比为3:1。由于宇宙的温度和密度迅速下降，更多更重的原子核来不及形成，氢和氦就构成了宇宙的物质基础。

在宇宙形成之后的一段时间里，由于光子与带电粒子的耦合作用，宇宙是不透光的，所以我们无法通过光学手段来窥探宇宙最初时刻的景象。直到宇宙经历38万年的膨胀和冷却之后，脱耦的光子可以在空间中自由传播，宇宙才变得透光，这就是我们通过光学手段所能观测到的最早宇宙景象。

宇宙微波背景辐射

这些最古老的光子如今还在整个宇宙中游荡，各个方向的分布都非常均匀，它们被称为宇宙微波背景辐射。由于空间膨胀拉长了最初光子的波长，这些光已经成了肉眼无法看见的微波。各向同性的宇宙微波背景辐射是宇宙大爆炸理论最有力的证据之一。

经过大约1亿年的演化，宇宙的温度开始适合恒星的形成。氢、氦气体云在引力作用下形成了质量巨大的第一代恒星，它们的核聚变反应可以产生各种重元素。并且在第一代恒星的短暂一生结束之时，剧烈的超新星爆发不但可以进一步合成更重的元素，而且还能把重元素抛射到的宇宙中，成为下一代恒星的原料。

虽然恒星合成了重元素，但与氢和氦相比，重元素的比例非常低。经过138亿年后，如今宇宙中99%的物质（不包括暗物质）仍然是由氢和氦组成，并且它们的质量比还是差不多3:1，这也能作为宇宙大爆炸理论的有力证据之一。

在第一代恒星出现之后不久，星系开始形成，其中也包括我们的银河系。如果我们现在观测最为遥远的宇宙，可以看到早期宇宙的星系都是一些尚在发育的星系，这也能支持宇宙大爆炸理论。

哈勃极深场

随着时间的推移，宇宙继续膨胀和演化，最终出现了包括人类在内的地球生命。人类通过观测宇宙中的星系发现，宇宙空间正在扩张，这是宇宙大爆炸理论第一个重要的证据。这也让爱因斯坦懊悔不应该在引力场方程中加入宇宙常数，以维持宇宙的稳定状态。

这些天体中绝大多数都是像太阳一样的恒星，它们能自己发光发热。与世间万事万物一样，恒星也是有产生、发展和灭亡的过程的。

1950年英国著名天文学家和物理学家霍伊耳提出了恒星演化理论，这个理论是对康德-拉普拉斯星云假说的发展，该理论指出了宇宙间各天体的起源和归宿，使人类对天体的认识更加深化了。

根据他的恒星演化理论，天体是诞生于原始星云，它们在诞生后将经历三个时期：

第一个时期是恒星形成阶段：

恒星起源于宇宙空间的大质量星云，实际的观测早已证实了质量是太阳10倍左右的这种星云的客观存在（据研究表明，诞生我们太阳的原始星云有数光年大小，质量是太阳的好几倍，这块大质量星云还同时诞生了数颗恒星）。

同时根据理论计算，这种星云的密度超过一定的限度时，就会在引力作用下收缩，聚集成团，内部压力和和温度相应升高。星云的主要成分是氢，所以收缩的星云表现为氢原子云。随着温度升高，氢原子开始电离，渐渐变成氢离子云。再进一步收缩，在重力、气体膨胀压力、磁场和自转的共同作用下，星云渐趋于球状，温度升高到几百摄氏度，开始发出红外线辐射。这样经过几千万年的演化，便形成了天文学家所称的“红外星”。红外星进一步收缩，内部压力增大到几乎可以与引力相抗衡时，收缩就减慢了下来。慢收缩后期，红外星内部温度渐渐上升到1000万摄氏度左右，这时氢核聚变为氦核的反应就发生了。

第二个时期是恒星相对稳定阶段：

当第一个时期经过几千万甚至10多亿年以后恒星便进入了第二个时期。由于核反应产生的巨大能量，使恒星内部压力增高到足以与引力相抗衡，使恒星不再收缩，因此，运动状态就基本平衡而稳定了下来。在这一阶段由于恒星内部产生的巨大能量经过若干年传递到了表面，所以表面温度升高并向外辐射出能量很强的可见光。比太阳质量大的恒星由于其内部压力和强度高，所以其核反应产生的能量就大，因而就亮度大，温度高，呈蓝色（我们太阳是黄色），

但是由于它抛出的质量大，所以在这一过程中的时间只有几千万年。相反比太阳质量小的恒星，亮度小，温度低，呈红色，由于它抛出的质量小，所以在这一过程中停留的时间要长达万亿年（宇宙至今还不到200亿岁）。

为了利用剩余的燃料，恒星会变得越来越热，燃烧的速度越来越快，恒星越来越亮，我们的太阳每11亿年亮度增加10%。当恒星中心温度升高达到一亿摄氏度，恒星中心外层的氢聚变开始，这一反应会迅速向外层转移，推动外层膨胀，使恒星的体积增大几千倍以上，变成了“红巨星”（太阳如果变成红巨星，半径会增加260倍）。

红巨星的内部高温又使氦发生核反应（就是人们常说的氦闪，持续时间短，但爆发释放的能量相当于整个银河系平时释放的量，拿我们太阳举例，如果到了太阳发生氦闪时，整个太阳系都会受到影响，到时地球人类只有离开太阳系另择星球居住，或像影片《流浪地球》那样把地球移往别的恒星系），再度提供极大的能量，使内部压力增高到可以与引力抗衡，恒星又稳定了起来了。

第三个时期是恒星走向死亡的阶段：

在经过10亿年漫长的红巨星阶段以后，恒星便进入了这一时期。红巨星末期表现为大小和亮度发生周期性的脉动变化，接着便进入了爆发阶段，即把大量物质抛射到星体的周围，形成一个像星云一样庞大的气环，

随后核反应停止，恒星自身巨大的向心引力失去它内部的核平衡力，收缩开始了，恒星由此进入了它的衰亡阶段。

质量在太阳1/3以下的恒星，衰亡是平静的，它的体积逐渐变小密度增大形成白矮星，半径最后缩到一万千米左右，密度却在每立方厘米一吨左右。质量大于太阳1/3而小于1.44倍太阳质量的恒星，包括太阳，它们的哀亡是比较激烈的，会抛射出“红巨星”那膨胀的外壳，新星爆发后的中心残骸形成了白矮星，一个太阳质量的白矮星体积大约和地球大小相当，

白矮星的体积与其质量成反比，其最高密度可达每立方厘米几十吨以上。比太阳质量大三倍以上的恒星，当核反应一结束，便开始了迅猛异常的坍塌。剧烈的坍塌将核心部分压缩成密度极高的状态，同时向外发出强烈的冲击波，使外层物质猛烈的向星空空间抛射，形成超新星爆发。爆发后的中心残骸形成了中子星，其物质密度高达每立方厘米一亿吨。

如果爆发后的残骸仍大于两个太阳的质量，那么它就会继续坍缩为黑洞。黑洞是一种引力极大，以致任何物质包括光线都无法向外逃脱的奇异极瑞天体。

这就是霍伊耳描述的恒星漫长的演化史。现代的天文观测发现，已经大部分证实了这一理论的正确性。他的恒星演化理论经过多年不断地完善，现已成为公认的科学理论。

1. 是一个复杂而深奥的问题。

2. 科学研究表明，宇宙的起源可以追溯到大爆炸理论，即宇宙大爆炸后开始膨胀。随着时间的推移，物质逐渐聚集形成了星系、恒星和行星等天体。而天体的演化则受到引力、核聚变、恒星演化等多种因素的影响。

3. 进一步延伸，科学家们通过观测、实验和理论模型等手段，不断深入研究。例如，通过天文观测和宇宙微波背景辐射的研究，我们可以了解宇宙的早期演化；通过恒星演化模型和核聚变理论，我们可以推测恒星的寿命和演化轨迹。这些研究对于我们理解宇宙的本质和未来发展具有重要意义。