我永遠(yuǎn)、直到生命的最后時(shí)刻,，在1917年之前，人類對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)還局限在銀河系內(nèi),。1917年,，天文學(xué)家在一個(gè)星云中發(fā)現(xiàn)了一顆新星，這表明原先被認(rèn)為是星云的這個(gè)天體實(shí)際上由大量的恒星組成,，應(yīng)該不處于銀河系內(nèi),。1924年，美國天文學(xué)家哈勃測定了仙女座大星云的距離,，確認(rèn)了它是一個(gè)銀河系外的星系,。在確認(rèn)了存在河外星系之后，天文學(xué)家對(duì)已知的星系進(jìn)行仔細(xì)的觀測研究,，結(jié)果發(fā)現(xiàn),，這些星系的光譜線的波長比正常情況長，這種現(xiàn)象叫做光譜的紅移,。物理學(xué)對(duì)這種現(xiàn)象有這樣的解釋：遙遠(yuǎn)的星系在遠(yuǎn)離我們,。在此后的許多年，哈勃對(duì)遙遠(yuǎn)星系的光譜紅移現(xiàn)象做了系統(tǒng)的觀測研究,，明確地給出了星系的退行速率與該星系離開我們的距離之間的關(guān)系稱之為哈勃定律,，公式中的比例常數(shù)叫做哈勃常數(shù)。這個(gè)關(guān)系式顯示出,，星系距離我們?cè)竭h(yuǎn),，它離開我們的速率就越大，這意味著整個(gè)宇宙在均勻地膨脹。只要做一個(gè)簡單的實(shí)驗(yàn),，就不難明白為什么遙遠(yuǎn)的星系按照哈勃定律遠(yuǎn)離就意味著宇宙整體在均勻地膨脹,。你可以到任何一個(gè)玩具商店買一個(gè)給小孩子玩的那種玩具氣球，把這個(gè)氣球吹脹到,，比如說,，直徑10厘米大小。然后在這個(gè)被吹脹了的氣球上用筆畫三個(gè)以上的圓點(diǎn),，在其中一個(gè)圓點(diǎn)的旁邊標(biāo)上“地球”字樣,，另外的圓點(diǎn)就代表遙遠(yuǎn)的星系。為了方便演示,，這些點(diǎn)要畫成這樣,，其中一個(gè)“星系”離開“地球”1厘米（要沿著球面計(jì)算距離），還有一個(gè)“星系”離開“地球”2厘米,，其他的星系可以隨便畫,。接著把這個(gè)“宇宙”吹脹至直徑20厘米大小。這時(shí),，如果你再去量上面特別標(biāo)示的兩個(gè)“星系”與“地球”之間的距離,，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，這兩個(gè)距離都增加了一倍,。這就是說,，在相同的時(shí)間間隔內(nèi)，“星系”遠(yuǎn)離“地球”的量正比于它們與“地球”之間的距離,。這就是哈劫定律,。
也許你會(huì)問，所有的星系都遠(yuǎn)離我們,，這是不是就意味著我們處于宇宙的中心呢,？這豈不又回到中世紀(jì)人類是宇宙的中心這種觀念上嗎？讓我們?cè)賮砜匆豢瓷厦娴膶?shí)驗(yàn),。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中你可以看出,，氣球上并沒有任何一個(gè)點(diǎn)是特殊的，不存在一個(gè)中心點(diǎn),。你可以將另一個(gè)點(diǎn)標(biāo)志為“地球”,，你同樣會(huì)發(fā)現(xiàn)，所有其他的“星系”都按照哈勃定律離這個(gè)新的“地球”而去,，離開的快慢程度正比于它與這個(gè)新的“地球”之間的距離,。因此，宇宙的膨脹并不意味著它有一個(gè)中心,，相反,，它恰好能夠說明，宇宙沒有任何中心，所有的位置都是平權(quán)的,。既然整個(gè)宇宙在均勻地膨脹,，那么，它在過去肯定比現(xiàn)在稠密,。這會(huì)有什么結(jié)果呢,？今天，在我們這個(gè)宇宙的各處,，散布著無數(shù)星系,，星系之間的距離是巨大的。但是,，由于宇宙在整個(gè)地膨脹,，因此，在早些時(shí)候,，宇宙沒有現(xiàn)在那么大,，里面的星系自然就挨得近一些。如果想象有那么一個(gè)時(shí)刻,，宇宙的尺度是如此之小,，以致所有的星系全都挨個(gè)地緊緊靠在一起，那時(shí)候也就無所謂星系了,，組成星系的物質(zhì)全都被攪在一塊兒,。于是,，由膨脹宇宙得出的第一個(gè)推論就是：星系是在宇宙演化的過程中產(chǎn)生出來的,。實(shí)際上，不僅星系如此,，連星星也是在演化中產(chǎn)生的,。宇宙膨脹必然帶來這樣的結(jié)果：宇宙的溫度在不斷下降。如果宇宙的溫度隨著它的膨脹在不斷地下降,，那么,，它在過去肯定比現(xiàn)在酷熱，溫度要更高,?；貞浺幌聹囟冗@個(gè)概念，你就能夠明白這到底意味著什么,。宇宙的溫度在過去比現(xiàn)在更高,，宇宙中的物質(zhì)粒子就運(yùn)動(dòng)得更快。設(shè)想有那么一個(gè)時(shí)刻,，宇宙的溫度如此之高,，以致粒子之間的碰撞足以使原子核瓦解。因此，在那個(gè)時(shí)刻之前,，宇宙中根本不存在原子核,，更不要說原子和分子了。于是,，由膨脹宇宙得出的第二個(gè)推論就是：原子,、分子甚至原子核等物質(zhì)粒子是在宇宙演化的過程中產(chǎn)生出來的。
20世紀(jì)40年代,，蓋莫夫(George Gamov,，1904~1968)根據(jù)宇宙膨脹的上述兩個(gè)推論，提出了宇宙的演化從極大的密度和極高的溫度開始的想法,。經(jīng)過半個(gè)世紀(jì)的觀測檢驗(yàn),，這個(gè)假說成為描寫宇宙演化的標(biāo)準(zhǔn)模型，被稱為熱大爆炸宇宙理論,。這個(gè)理論為我們勾畫出一幅宇宙演化的圖景,。根據(jù)這幅圖景，當(dāng)宇宙的年齡大約等于10??3秒到約萬分之一秒這段時(shí)期內(nèi),，宇宙由夸克和輕子組成,。在這段時(shí)期，由于宇宙的溫度高達(dá)一萬億度以上,，有關(guān)的物理規(guī)律還不十分確切,，因此，演化的歷史難以說得很清楚,。目前,，對(duì)這段時(shí)期的宇宙有一些帶有試探性的研究工作，但是都沒有比較確切的結(jié)果,。當(dāng)宇宙的溫度下降至一萬億度時(shí),，夸克就能夠相互結(jié)合，形成質(zhì)子和中子等構(gòu)成普通物質(zhì)的基元粒子,。在這個(gè)時(shí)期之后,，物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律已經(jīng)十分清楚，因此,，有可能根據(jù)基本物理規(guī)律對(duì)宇宙的演化歷史做出預(yù)言,。
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