心连心活动的意义:宇宙大爆炸

宇宙大爆炸仅仅是一种学说，是根据天文观测研究后得到的一种设想。

大约在50亿年前，宇宙所有的物质都高度密集在一点，有着极高的温度，因而发生了巨大的爆炸。大爆炸以后，物质开始向外大膨胀，就形成了今天我们看到的宇宙。大爆炸的整个过程是复杂的，现在只能从理论研究的基础上描绘过去远古的宇宙发展史。在这150亿年中先后诞生了星系团、星系、我们的银河系、恒星、太阳系、行星、卫星等。现在我们看见的和看不见的一切天体和宇宙物质，形成了当今的宇宙形态，人类就是在这一宇宙演变中诞生的。

人们是怎样能推测出曾经可能有过宇宙大爆炸呢？这就要依赖天文学的观测和研究。我们的太阳只是银河系中的一两千亿个恒星中的一个。像我们银河系同类的恒星系 —— 河外星系还有千千万万。从观测中发现了那些遥远的星系都在远离我们而去，离我们越远的星系，飞奔的速度越快，因而形成了膨胀的宇宙。

对此，人们开始反思，如果把这些向四面八方远离中的星系运动倒过来看，它们可能当初是从同一源头发射出去的，是不是在宇宙之初发生过一次难以想像的宇宙大爆炸呢？后来又观测到了充满宇宙的微波背景辐射，就是说大约在150亿年前宇宙大爆炸所产生的余波虽然是微弱的但确实存在。这一发现对宇宙大爆炸是个有力的支持。

看看这个:

宇宙中最不可理解的是宇宙是可以理解的。

——爱因斯坦

引言

阿尔伯特·爱因斯坦 (Albert Einstein 1879--1955) 20 世纪最伟大的科学家，因创立了相对论而闻名于世。相对论原理的建立是人类对自然界认识过程中的一次飞跃 , 它圆满地把传统物理学包括在自身的理论体系之中。广义的相对论更开阔了人类的视野，使科学研究的范围从无限小的微观世界直至无限大的宏观世界。今天，相对论已成为原子能科学、宇宙航行和天文学的理论基础，被广泛运用于理论科学和应用科学之中。爱因斯坦的伟大成就——相对论，是自然科学发展史上的一个划时代的里程碑。

爱因斯坦于1879年3月14日出生在德国一个犹太人家庭。1905年获得物理学博士学位，同年发表狭义相对论。1921年获得诺贝尔物理学奖。1933年因受德国纳粹反犹太主义狂潮迫害而离开祖国，迁居美国。1955年4月18日病逝于普林斯顿。

爱因斯坦不仅是一个伟大的科学家，还是一个具有正义感的社会活动家。他关心人类的文明和进步。第二次世界大战时，他公开谴责德国法西斯的暴行，因此成为德国纳粹分子追捕的对象。爱因斯坦还谴责日本帝国主义对中国的侵略。晚年，他主张禁用核武器，反对核军备竞赛。临终前，他仍念念不忘公民自由和世界和平。

19 世纪末、 20 世纪初，随着生产的发展和科学实验水平的提高，人们对自然界的认识开始从宏观世界进入微观世界，从低速运动发展到高速运动，自然科学正面临着重大的突破。正是在这个时期，年轻的爱因斯坦以旧科学理论“叛逆者”的姿态，登上了自然科学舞台。

爱因斯坦少年时代对自然现象怀有浓厚的兴趣，风和雨形成，月亮高悬空中竟然不会掉下来，这些无不令他感到惊奇。 1896 年，在瑞士苏黎士联邦工业大学读书时，爱因斯坦就希望成为一名物理学家。

但毕业后，爱因斯坦处于失业状态，两年后才在瑞士伯尔尼市专利局找到一个低级职员的位置。虽然生活十分贫困，但他仍坚持不懈地从事科学研究工作，利用业余时间看了大量的书。这段时间奠定了他一生科学研究的基础。

1905 年，爱因斯坦在狭义相对论、光电效应和布朗运动三个不同领域里取得了重大成果，表现出惊人的才智。但是，当时科学界对此作出响应的人寥寥无几，法国著名科学家朗之万曾对爱因斯坦说，全世界只有几个人知道什么是相对论。大多数人是怀疑的，有的甚至坚决反对。这是因为伽利略和牛顿创立的古典力学理论体系，经历了 200 年的发展后取得了辉煌成就。尽管旧的理论体系和新的事实之间出现了尖锐的矛盾，但许多物理学家仍不能摆脱它的束缚。他们力图把新的实验事实和物理现象容纳在旧的理论框架中，但爱因斯坦却不迷信前人，他探索着把相对论推广到更为广泛的运动情况中去。为此他又研究了整整 10 年。 1916 年，爱因斯坦发表了总结性论著《广义相对论原理》。

2005年是世界物理年，欧洲物理学会（EPS）“世界物理年”系列庆祝活动。包括EPS-13“超越爱因斯坦—21世纪物理学”。时间：2005年7月。地点：瑞士。

时光飞逝，人类早已步入二十一世纪，在我们创造的辉煌中回想过去，应当承认爱因斯坦的相对论毕竟是近百年前的产物，当时人类的科学认知与今日有着很大差距，特别是相对论的光速限制和对引力子运行路线的错误描述，及对微观引力场的不了解。当爱因斯坦致力于建立“统一场论”，实际上是被他自己建立的理论掐死了，他描绘的引力场不可能与电磁场统一，也给后人建立“超大统一理论”设置了一个陷阱。爱因斯坦用3年时间建立了“狭义相对论”，用8年时间建立了“广义相对论”，但却花了30年时间而未能建立“统一场论”，说明他的引力理论存在一些问题，因为电磁场理论已经实践证明为一种较完善的理论，而两者不能统一，问题只能出在他新提出的引力理论上，众多科学家沿着他的思路走下去，结果必然碰壁。从事科学探索工作，出错是难免的，就象爱因斯坦专门设计的“宇宙常数”，而且爱因斯坦的一些思想与当时新兴的量子力学相左，实践证明是量子力学一方正确，但这些错误并不影响爱因斯坦成为一代科学巨匠，他的许多思想依然具有划时代的意义。

具有讽刺意味的是，爱因斯坦遭受挫折的根源，在于他的方程本身的结构。30年来，他被这一表述中一个基本的缺陷所困扰，方程的一边是时空曲率，他把它比作“大理石”，这是因为它有一种美丽的几何结构，但他很不喜欢这个方程描述质能的另一边，他认为另一边是丑的，他把它比作“木头”，时空“大理石”清晰而精美，质能“木头”却是一堆令人讨厌的混杂物，它看上去形式杂乱，从粒子、原子、分子到岩石、生物、行星和恒星。爱因斯坦猜想有朝一日单靠大理石解释木头的所有性质。对于爱因斯坦而言，木头就是时空的扭折，然而量子物理学想到的是反面，他们认为，大理石能够变成木头，即爱因斯坦的度规张量能被转变成引力子，引力子则是荷载引力的离散的能量包，这是两个截然相反的观点，人们一直认为不可能在它们二者之间达成妥协。实际上两者都有正确的成分，爱因斯坦指的是天体引力场的引力子运行的结果—“时空弯曲”，量子物理学指的是引力子这种类点能量“本身”，但他们都没有想到的是粒子和引力子是两种不同级的量子，引力子是粒子的结构材料，如果看到这一点，上述问题将迎刃而解，在笔者提出的“四力统一公式”（引力＝强核力＋电磁力＋弱核力）中，公式左边的“引力”以引力子为载体，可以代表爱因斯坦的引力理论，代表“大理石”，公式右边的“强核力、电磁力、弱核力”以粒子为载体，可以代表由粒子构成的宇宙万物，代表传统量子物理学，代表“木头”，因此推演出“大理石＝木头”，两者是一体的，只不过是观察的角度不同而已，爱因斯坦站在宏观天体引力场中引力子的角度，传统量子物理学家站在粒子的角度。

笔者将相对论和传统量子理论稍加修正，便使之统一起来，不过这当归功于近百年来无数科学家创造出的丰硕成果，如果没有这些作基础，笔者就不可能将众多新旧模块进行重新组合。人类在过去百年内创造的科技成果超过之前三千年的总和，在如此丰厚的科技硕果中，不酝酿出一种具有巨大革新意义的科学理论，反而是件怪事。

本书论述的是一种包罗万象的理论（T.O.E），作者综合了人类所有自然科学的优秀成果，建立了“量了引力理论”和“量子宇宙奇点理论”，统一了广义相对论和量子物理学，统一了“强核力、电磁力、引力、弱核力”，并提出了“宇宙公式”，进而统一了自然科学。在第四章中，作者对人文社会科学领域的所有学科进行了归纳总结，提出“宇宙存在四类程序——宇宙程序、社会程序、人脑程序、计算机程序”，宇宙万物和人类社会正是上述前三种程序复杂相互作用的产物。本书适合自然科学和人文社会科学研究人员阅读参考，也适合大学理科、文科学生阅读。

笔者已於2002年5月向世界主要国家的科研机构提交了一篇名为“量子引力理论和宇宙公式”的论文，在科学界产生很大反响，各国竞相加入研究。本书是上述论文的扩增版，其中第2章第3，4，5，6，8节及第4章是全新的内容，并对第3章“宇宙各级程序”的内容进行大幅扩增。笔者在科学探索中采用了“还原论”与“整体论”相结合的方法，用一种溯源方法将宇宙万物本质化，从源头看纷纭复杂的宇宙事物，就能较易理清其脉络，加以系统地整理、归纳，从而得出万物之理。笔者这种溯源方法属于还原论，而提出的宇宙程序却属于整体论。笔者将各种事物视为模块、积木或编码、符号，来建构和还原宇宙万物，运用结构主义的思维方式就很容易理解本文内容。

天仁律师事务所声明：网络非盈利转载需注明出处，传统媒体刊用除注明出处外还须按章付酬。

第一章 量子引力理论和量子宇宙奇点理论

§1.1宇宙存在三级量子

恒星、中子星、黑洞、宇宙奇点四者之间存在体积、能量、质量、密度方面的巨大差异，可以断定它们是由三种不同量级的量子组成，恒星由原子组成，中子星由粒子（中子）组成，黑洞由引力子组成，宇宙奇点由奇子组成。从宇宙奇点看，引力子、粒子、原子都有一种泡沫结构，我们对其中的原子泡沫已很熟悉，从中子星向黑洞、宇宙奇点反推上去，粒子、引力子的内部还是很空旷的。

由于目前的科技水平所限，我们无法在人工实验室中分离出电子、光子、夸克、引力子的亚结构，但却可以利用宇宙天体这一天然实验场，用大量的原子或粒子或引力子构成的天体来研究物质的亚结构。当恒星塌缩成中子星，既可知中子是原子的构成材料之一，这是我们已知的。当中子星塌缩成黑洞，既可知引力子是中子等粒子的构成材料之一，黑洞是纯引力天体，是纯引力子的世界，当吞噬了宇宙大部分物质的宇宙黑洞塌缩成宇宙奇点时，既可知奇子是引力子的结构材料之一，黑洞奇点和宇宙奇点在能量、质量、密度、温度方面存在极大差异，且黑洞奇点产生向内的力，宇宙奇点产生的是巨大的向外爆发的力，所以，引力子和奇子不可能属于同一级量子。

构成宇宙万物的原子之内是很空旷的，原子核的直径约为原子直径的十万分之一，相当于标准足球场中心的一粒大豆，电子相当于足球场外围的几粒沙子，请大家切记原子与质子的大小之比，这种真实差距将凸显传统原子模型的致命缺陷（这种对比实验最好到足球场去做，图中的原子与原子核大小之比已严重失真）。当1.2个太阳质量的恒星死亡后，被自身引力压缩成直径10公里的中子星，这时星体的主要成分是中子，如果该中子星不断吸引空间物质，当达到一定质量时，会被自身引力压缩成极小的黑洞，这说明与中子同类的粒子之内也是很空旷的，在黑洞中任何粒子都被压缩成更小的量子――引力子。黑洞里有什么？起码有它自己，大量的引力子。

恒星的平均密度是1gcm－3，当恒星塌缩成白矮星，其平均密度是107gcm－3，由电子的简并压力和引力相平衡。质量大于1.2个太阳质量的白矮星不可能稳定，电子和核内的质子组合成中子，成为中子星。中子星的密度为1014gcm－3。中子星靠中子简并压来支撑。质量大于3个太阳质量的中子星不可能稳定，会进一步向内塌缩，成为黑洞。

电子与中子的简并压力实质上是一种与引力对抗的斥力，是反引力场的一种体现。

在中子内，既有强核力、弱核力，又是由正质子与负电子聚合而来，因此中子是强核力、电磁力、弱核力的聚合体，在中子星内，上述三种力聚合到中子内与引力作最后抵抗，也就是说在中子星中强核力、电磁力、弱核力已逐渐走向统一。

原子、粒子、引力子都有一种泡沫结构，支撑这些泡沫的关键因素是速度，电子的光速支撑着原子泡沫，而引力子级物质必须以超光速运行才能维持以光速运行的光子、电子等粒子级物质的结构稳定，而奇子必须以超超光速才能维持引力子泡沫的结构稳定。

原子的直径约10－8厘米，电子的直径约10－16厘米，由此反推上去，引力子的直径约10－24厘米，奇子的直径约10－33厘米，与普朗克尺度相当。

将太阳压缩成一个直径2.95公里的球体，就成为黑洞，这时中子泡沫被压碎，没有什么力量能阻止它进一步向内塌缩，如果按引力子的实际体积，一个太阳质量黑洞的引力子总体积只相当于一个直径为10－2厘米的球体。

如果将地球压缩成一个直径8.9厘米的小球体时，就成为黑洞，如果按引力子的实际体积，地球黑洞的引力子总体积只相当于一个直径为8.9×10－8厘米的球体。

由原子构成的地球之内是如此的空旷，那我们看到的世间万物是什么？是电子以接近光速围绕原子核运行所形成的幻象。

作为宇宙最强大的、无所不在的引力的载体—“引力子”—是必然存在的，由于引力子只产生一种弧线向内的力，一种引力子不能组合出各种粒子，必然还有一种与引力子同级的物质产生相反的力，才能支撑住粒子泡沫，当溯源到宇宙大爆炸之初（10－43秒），引力是最先生成的，根据对称性原则，与引力子同时生成的必然还有一种同量对称的反引力子，它是反引力的载体，这些反引力子不可能消失，那现在它们又在何处？要回答这个问题，就要看引力时刻在与谁抗衡着，无疑是强核力、电磁力、弱核力，它们的载体是各种粒子，由此可知反引力子和引力子是所有粒子的结构材料，强核力、电磁力、弱核力是由反引力分化而来，所有粒子都是引力与反引力对立统一的平衡体。

从黑洞与宇宙奇点之间巨大的质量、密度、能量、温度差异看，宇宙奇点中的奇子是引力子和反引力子的结构材料之一，但一种奇子不可能组合出引力子与反引力子这两种性能差别很大的物质，引力子产生弧线向内的力，反引力子产生直线向外的力，根据对称性原则，以及从奇子的子代（引力子、反引力子）和孙代（各种粒子）的性质和结构中可反推出奇子有两种：正奇子和反奇子。正奇子产生直线向外的力，称为“正奇力”，反奇子产生弧线向内的力，称为“反奇力”。引力子中的反奇子略多于正奇子，即反奇力大于正奇力，使引力子总体上产生弧线向内的力，即“引力”；反引力子中的正奇子略多于反奇子，即正奇力大于反奇力，使反引力子总体上产生直线向外的力，即“反引力”；因此一个引力子产生的引力等于其内的反奇力减正奇力，一个反引力子产生的反引力等于其内正奇力减反奇力。正奇力与反奇力不能独立存在，只有同时存在这两种相互制衡的力，才能形成稳定的引力子、反引力子，才能形成稳定的宇宙万物。

正奇子、反奇子没有结构，是一种类点能量（点状能量），只是运行轨道不同，在黑洞的巨大压力中，反引力子中的部分正奇子会改变运行轨道，成为反奇子，从而使反引力子转化成引力子。从体积为0的“宇宙奇点”看，奇子有两态，一种是有形的正、反奇子，一种是无形无体积的“数学奇子”，一种信息态，代表能量“E”，信息是无形无体积的，当宇宙黑洞塌缩成宇宙奇点时，正、反奇子在极大的引力惯性作用下，融合成无体积的“数学奇子”，正奇力与反奇力统一成“奇力”，也就是说，所有的宇宙力在宇宙奇点中都统一成一种力—“奇力”，宇宙万物统一成一种能量，并且形成新的宇宙大爆炸，宇宙新的轮回。“物质、能量、信息”是宇宙中同一事物的三个面，物质即是能量，物质中同时包含各种信息，即“物质＝能量＝信息”。

§1.2 强核力、电磁力、弱核力是由反引力分化而来

正负电子对撞时先转化成一个虚光子，如果对撞能量比较低，则虚光子将变成一对正负电子或一对μ子，如果能量很高，虚光子会变成一对正、反夸克，当能量刚好达到某个矢量粒子的质量附近（称为该矢量粒子的产生阈）时，正反夸克对会形成束缚态，如果能量再高则共振态不会形成，正反夸克会背对背地飞离开来。

质子组分的夸克与另一个质子（或反质子）中的反夸克转化生成虚光子，然后虚光子产生一对轻子，这个过程刚好与轻子对转化产生夸克对相反。

光子可以由正、反质子或正、反电子相撞转化而成，反过来，光子相撞也可以转化成正、反质子或正、反电子，同时正、反电子可转化成正、反中微子，上述过程都是可逆的，而且介子、超子等所有不稳定粒子都会衰变成光子或中微子，所以组合成光子、电子、中微子、夸克、质子、中子及所有不稳定粒子的结构材料都是相同的，那就是反引力子和引力子。

各种粒子就象放在不同大小的杯子里的水，将两个不同杯子里的水（两个粒子）倒在一起就能形成另一杯或两杯水（另一种或两种粒子），反引力子和引力子就象水中的原子，这与在核聚变、核裂变中的原子相互转化类似，原理相同。粒子不可能是物质的最基本单位，物质的最基本单位有一个必要特征：无论怎样撞击它都不会转化或破碎。而粒子间的相互转化非常频繁。

强核力、弱核力在原子核附近的发力机制属一种短程力，但这种短程力对外界产生影响时，都全部转化成长程力，以光子为载体，如太阳辐射的巨大能量主要来自强核力。所以可以视强核力、弱核力、电磁力都有一个从短程力向长程力转化的过程，这种短程力表现为在原子内的发力机制，将原子比作一把枪，枪内使用同一种火药，但火药量不同，点燃火药方法不同（相当于强核力、电磁力、弱核力的不同发力机制），但射出的子弹都是相同的，光子就相当于枪内的子弹。

传递强核力的π°介子，传递弱核力的中性玻色子（Zº）都会很快衰变成光子，π＋与π－ 碰撞会转化成光子，W＋与W－碰撞也会转化成光子，而传递电磁力的也是光子，因此在光子中，强核力、电磁力、弱核力是不分的，是统一的，π±、πº、光子、W±、Zº是反引力与引力对抗中的不同态。光子可以生成正、反夸克，正、反电子，正、反夸克可以生成正、反质子、中子及其它重子，正、反电子碰撞可以生成正、反中微子，也就是光子中的反引力可以分化成强核力、电磁力、弱核力。

爆炸前宇宙只是一个点，是到温度的极限发生的爆炸，爆炸的力量让它不停扩大，当扩大到极限会再次缩小到一个点。

大爆炸只是一种传说，我也可以说，宇宙时一个生物体，它时不断的生长演变来的，傻瓜，不要相信别人怎么说，如果大爆炸存在，谁能论证呀，一些传言，证据不足不可信。

宇宙大爆炸仅仅是一种学说，是根据天文观测研究后得到的一种设想。

大约在50亿年前，宇宙所有的物质都高度密集在一点，有着极高的温度，因而发生了巨大的爆炸。大爆炸以后，物质开始向外大膨胀，就形成了今天我们看到的宇宙。大爆炸的整个过程是复杂的，现在只能从理论研究的基础上描绘过去远古的宇宙发展史。在这150亿年中先后诞生了星系团、星系、我们的银河系、恒星、太阳系、行星、卫星等。现在我们看见的和看不见的一切天体和宇宙物质，形成了当今的宇宙形态，人类就是在这一宇宙演变中诞生的。

人们是怎样能推测出曾经可能有过宇宙大爆炸呢？这就要依赖天文学的观测和研究。我们的太阳只是银河系中的一两千亿个恒星中的一个。像我们银河系同类的恒星系 —— 河外星系还有千千万万。从观测中发现了那些遥远的星系都在远离我们而去，离我们越远的星系，飞奔的速度越快，因而形成了膨胀的宇宙。

对此，人们开始反思，如果把这些向四面八方远离中的星系运动倒过来看，它们可能当初是从同一源头发射出去的，是不是在宇宙之初发生过一次难以想像的宇宙大爆炸呢？后来又观测到了充满宇宙的微波背景辐射，就是说大约在150亿年前宇宙大爆炸所产生的余波虽然是微弱的但确实存在。这一发现对宇宙大爆炸是个有力的支持。

爆炸前宇宙只是一个点，是到温度的极限发生的爆炸，爆炸的力量让它不停扩大，当扩大到极限会再次缩小到一个点。

看看这个:

宇宙中最不可理解的是宇宙是可以理解的。

——爱因斯坦

引言

阿尔伯特·爱因斯坦 (Albert Einstein 1879--1955) 20 世纪最伟大的科学家，因创立了相对论而闻名于世。相对论原理的建立是人类对自然界认识过程中的一次飞跃 , 它圆满地把传统物理学包括在自身的理论体系之中。广义的相对论更开阔了人类的视野，使科学研究的范围从无限小的微观世界直至无限大的宏观世界。今天，相对论已成为原子能科学、宇宙航行和天文学的理论基础，被广泛运用于理论科学和应用科学之中。爱因斯坦的伟大成就——相对论，是自然科学发展史上的一个划时代的里程碑。

爱因斯坦于1879年3月14日出生在德国一个犹太人家庭。1905年获得物理学博士学位，同年发表狭义相对论。1921年获得诺贝尔物理学奖。1933年因受德国纳粹反犹太主义狂潮迫害而离开祖国，迁居美国。1955年4月18日病逝于普林斯顿。

爱因斯坦不仅是一个伟大的科学家，还是一个具有正义感的社会活动家。他关心人类的文明和进步。第二次世界大战时，他公开谴责德国法西斯的暴行，因此成为德国纳粹分子追捕的对象。爱因斯坦还谴责日本帝国主义对中国的侵略。晚年，他主张禁用核武器，反对核军备竞赛。临终前，他仍念念不忘公民自由和世界和平。

19 世纪末、 20 世纪初，随着生产的发展和科学实验水平的提高，人们对自然界的认识开始从宏观世界进入微观世界，从低速运动发展到高速运动，自然科学正面临着重大的突破。正是在这个时期，年轻的爱因斯坦以旧科学理论“叛逆者”的姿态，登上了自然科学舞台。

爱因斯坦少年时代对自然现象怀有浓厚的兴趣，风和雨形成，月亮高悬空中竟然不会掉下来，这些无不令他感到惊奇。 1896 年，在瑞士苏黎士联邦工业大学读书时，爱因斯坦就希望成为一名物理学家。

但毕业后，爱因斯坦处于失业状态，两年后才在瑞士伯尔尼市专利局找到一个低级职员的位置。虽然生活十分贫困，但他仍坚持不懈地从事科学研究工作，利用业余时间看了大量的书。这段时间奠定了他一生科学研究的基础。

1905 年，爱因斯坦在狭义相对论、光电效应和布朗运动三个不同领域里取得了重大成果，表现出惊人的才智。但是，当时科学界对此作出响应的人寥寥无几，法国著名科学家朗之万曾对爱因斯坦说，全世界只有几个人知道什么是相对论。大多数人是怀疑的，有的甚至坚决反对。这是因为伽利略和牛顿创立的古典力学理论体系，经历了 200 年的发展后取得了辉煌成就。尽管旧的理论体系和新的事实之间出现了尖锐的矛盾，但许多物理学家仍不能摆脱它的束缚。他们力图把新的实验事实和物理现象容纳在旧的理论框架中，但爱因斯坦却不迷信前人，他探索着把相对论推广到更为广泛的运动情况中去。为此他又研究了整整 10 年。 1916 年，爱因斯坦发表了总结性论著《广义相对论原理》。

2005年是世界物理年，欧洲物理学会（EPS）“世界物理年”系列庆祝活动。包括EPS-13“超越爱因斯坦—21世纪物理学”。时间：2005年7月。地点：瑞士。

时光飞逝，人类早已步入二十一世纪，在我们创造的辉煌中回想过去，应当承认爱因斯坦的相对论毕竟是近百年前的产物，当时人类的科学认知与今日有着很大差距，特别是相对论的光速限制和对引力子运行路线的错误描述，及对微观引力场的不了解。当爱因斯坦致力于建立“统一场论”，实际上是被他自己建立的理论掐死了，他描绘的引力场不可能与电磁场统一，也给后人建立“超大统一理论”设置了一个陷阱。爱因斯坦用3年时间建立了“狭义相对论”，用8年时间建立了“广义相对论”，但却花了30年时间而未能建立“统一场论”，说明他的引力理论存在一些问题，因为电磁场理论已经实践证明为一种较完善的理论，而两者不能统一，问题只能出在他新提出的引力理论上，众多科学家沿着他的思路走下去，结果必然碰壁。从事科学探索工作，出错是难免的，就象爱因斯坦专门设计的“宇宙常数”，而且爱因斯坦的一些思想与当时新兴的量子力学相左，实践证明是量子力学一方正确，但这些错误并不影响爱因斯坦成为一代科学巨匠，他的许多思想依然具有划时代的意义。

具有讽刺意味的是，爱因斯坦遭受挫折的根源，在于他的方程本身的结构。30年来，他被这一表述中一个基本的缺陷所困扰，方程的一边是时空曲率，他把它比作“大理石”，这是因为它有一种美丽的几何结构，但他很不喜欢这个方程描述质能的另一边，他认为另一边是丑的，他把它比作“木头”，时空“大理石”清晰而精美，质能“木头”却是一堆令人讨厌的混杂物，它看上去形式杂乱，从粒子、原子、分子到岩石、生物、行星和恒星。爱因斯坦猜想有朝一日单靠大理石解释木头的所有性质。对于爱因斯坦而言，木头就是时空的扭折，然而量子物理学想到的是反面，他们认为，大理石能够变成木头，即爱因斯坦的度规张量能被转变成引力子，引力子则是荷载引力的离散的能量包，这是两个截然相反的观点，人们一直认为不可能在它们二者之间达成妥协。实际上两者都有正确的成分，爱因斯坦指的是天体引力场的引力子运行的结果—“时空弯曲”，量子物理学指的是引力子这种类点能量“本身”，但他们都没有想到的是粒子和引力子是两种不同级的量子，引力子是粒子的结构材料，如果看到这一点，上述问题将迎刃而解，在笔者提出的“四力统一公式”（引力＝强核力＋电磁力＋弱核力）中，公式左边的“引力”以引力子为载体，可以代表爱因斯坦的引力理论，代表“大理石”，公式右边的“强核力、电磁力、弱核力”以粒子为载体，可以代表由粒子构成的宇宙万物，代表传统量子物理学，代表“木头”，因此推演出“大理石＝木头”，两者是一体的，只不过是观察的角度不同而已，爱因斯坦站在宏观天体引力场中引力子的角度，传统量子物理学家站在粒子的角度。

笔者将相对论和传统量子理论稍加修正，便使之统一起来，不过这当归功于近百年来无数科学家创造出的丰硕成果，如果没有这些作基础，笔者就不可能将众多新旧模块进行重新组合。人类在过去百年内创造的科技成果超过之前三千年的总和，在如此丰厚的科技硕果中，不酝酿出一种具有巨大革新意义的科学理论，反而是件怪事。

本书论述的是一种包罗万象的理论（T.O.E），作者综合了人类所有自然科学的优秀成果，建立了“量了引力理论”和“量子宇宙奇点理论”，统一了广义相对论和量子物理学，统一了“强核力、电磁力、引力、弱核力”，并提出了“宇宙公式”，进而统一了自然科学。在第四章中，作者对人文社会科学领域的所有学科进行了归纳总结，提出“宇宙存在四类程序——宇宙程序、社会程序、人脑程序、计算机程序”，宇宙万物和人类社会正是上述前三种程序复杂相互作用的产物。本书适合自然科学和人文社会科学研究人员阅读参考，也适合大学理科、文科学生阅读。

笔者已於2002年5月向世界主要国家的科研机构提交了一篇名为“量子引力理论和宇宙公式”的论文，在科学界产生很大反响，各国竞相加入研究。本书是上述论文的扩增版，其中第2章第3，4，5，6，8节及第4章是全新的内容，并对第3章“宇宙各级程序”的内容进行大幅扩增。笔者在科学探索中采用了“还原论”与“整体论”相结合的方法，用一种溯源方法将宇宙万物本质化，从源头看纷纭复杂的宇宙事物，就能较易理清其脉络，加以系统地整理、归纳，从而得出万物之理。笔者这种溯源方法属于还原论，而提出的宇宙程序却属于整体论。笔者将各种事物视为模块、积木或编码、符号，来建构和还原宇宙万物，运用结构主义的思维方式就很容易理解本文内容。

天仁律师事务所声明：网络非盈利转载需注明出处，传统媒体刊用除注明出处外还须按章付酬。

第一章 量子引力理论和量子宇宙奇点理论

§1.1宇宙存在三级量子

恒星、中子星、黑洞、宇宙奇点四者之间存在体积、能量、质量、密度方面的巨大差异，可以断定它们是由三种不同量级的量子组成，恒星由原子组成，中子星由粒子（中子）组成，黑洞由引力子组成，宇宙奇点由奇子组成。从宇宙奇点看，引力子、粒子、原子都有一种泡沫结构，我们对其中的原子泡沫已很熟悉，从中子星向黑洞、宇宙奇点反推上去，粒子、引力子的内部还是很空旷的。

由于目前的科技水平所限，我们无法在人工实验室中分离出电子、光子、夸克、引力子的亚结构，但却可以利用宇宙天体这一天然实验场，用大量的原子或粒子或引力子构成的天体来研究物质的亚结构。当恒星塌缩成中子星，既可知中子是原子的构成材料之一，这是我们已知的。当中子星塌缩成黑洞，既可知引力子是中子等粒子的构成材料之一，黑洞是纯引力天体，是纯引力子的世界，当吞噬了宇宙大部分物质的宇宙黑洞塌缩成宇宙奇点时，既可知奇子是引力子的结构材料之一，黑洞奇点和宇宙奇点在能量、质量、密度、温度方面存在极大差异，且黑洞奇点产生向内的力，宇宙奇点产生的是巨大的向外爆发的力，所以，引力子和奇子不可能属于同一级量子。

构成宇宙万物的原子之内是很空旷的，原子核的直径约为原子直径的十万分之一，相当于标准足球场中心的一粒大豆，电子相当于足球场外围的几粒沙子，请大家切记原子与质子的大小之比，这种真实差距将凸显传统原子模型的致命缺陷（这种对比实验最好到足球场去做，图中的原子与原子核大小之比已严重失真）。当1.2个太阳质量的恒星死亡后，被自身引力压缩成直径10公里的中子星，这时星体的主要成分是中子，如果该中子星不断吸引空间物质，当达到一定质量时，会被自身引力压缩成极小的黑洞，这说明与中子同类的粒子之内也是很空旷的，在黑洞中任何粒子都被压缩成更小的量子――引力子。黑洞里有什么？起码有它自己，大量的引力子。

恒星的平均密度是1gcm－3，当恒星塌缩成白矮星，其平均密度是107gcm－3，由电子的简并压力和引力相平衡。质量大于1.2个太阳质量的白矮星不可能稳定，电子和核内的质子组合成中子，成为中子星。中子星的密度为1014gcm－3。中子星靠中子简并压来支撑。质量大于3个太阳质量的中子星不可能稳定，会进一步向内塌缩，成为黑洞。

电子与中子的简并压力实质上是一种与引力对抗的斥力，是反引力场的一种体现。

在中子内，既有强核力、弱核力，又是由正质子与负电子聚合而来，因此中子是强核力、电磁力、弱核力的聚合体，在中子星内，上述三种力聚合到中子内与引力作最后抵抗，也就是说在中子星中强核力、电磁力、弱核力已逐渐走向统一。

原子、粒子、引力子都有一种泡沫结构，支撑这些泡沫的关键因素是速度，电子的光速支撑着原子泡沫，而引力子级物质必须以超光速运行才能维持以光速运行的光子、电子等粒子级物质的结构稳定，而奇子必须以超超光速才能维持引力子泡沫的结构稳定。

原子的直径约10－8厘米，电子的直径约10－16厘米，由此反推上去，引力子的直径约10－24厘米，奇子的直径约10－33厘米，与普朗克尺度相当。

将太阳压缩成一个直径2.95公里的球体，就成为黑洞，这时中子泡沫被压碎，没有什么力量能阻止它进一步向内塌缩，如果按引力子的实际体积，一个太阳质量黑洞的引力子总体积只相当于一个直径为10－2厘米的球体。

如果将地球压缩成一个直径8.9厘米的小球体时，就成为黑洞，如果按引力子的实际体积，地球黑洞的引力子总体积只相当于一个直径为8.9×10－8厘米的球体。

由原子构成的地球之内是如此的空旷，那我们看到的世间万物是什么？是电子以接近光速围绕原子核运行所形成的幻象。

作为宇宙最强大的、无所不在的引力的载体—“引力子”—是必然存在的，由于引力子只产生一种弧线向内的力，一种引力子不能组合出各种粒子，必然还有一种与引力子同级的物质产生相反的力，才能支撑住粒子泡沫，当溯源到宇宙大爆炸之初（10－43秒），引力是最先生成的，根据对称性原则，与引力子同时生成的必然还有一种同量对称的反引力子，它是反引力的载体，这些反引力子不可能消失，那现在它们又在何处？要回答这个问题，就要看引力时刻在与谁抗衡着，无疑是强核力、电磁力、弱核力，它们的载体是各种粒子，由此可知反引力子和引力子是所有粒子的结构材料，强核力、电磁力、弱核力是由反引力分化而来，所有粒子都是引力与反引力对立统一的平衡体。

从黑洞与宇宙奇点之间巨大的质量、密度、能量、温度差异看，宇宙奇点中的奇子是引力子和反引力子的结构材料之一，但一种奇子不可能组合出引力子与反引力子这两种性能差别很大的物质，引力子产生弧线向内的力，反引力子产生直线向外的力，根据对称性原则，以及从奇子的子代（引力子、反引力子）和孙代（各种粒子）的性质和结构中可反推出奇子有两种：正奇子和反奇子。正奇子产生直线向外的力，称为“正奇力”，反奇子产生弧线向内的力，称为“反奇力”。引力子中的反奇子略多于正奇子，即反奇力大于正奇力，使引力子总体上产生弧线向内的力，即“引力”；反引力子中的正奇子略多于反奇子，即正奇力大于反奇力，使反引力子总体上产生直线向外的力，即“反引力”；因此一个引力子产生的引力等于其内的反奇力减正奇力，一个反引力子产生的反引力等于其内正奇力减反奇力。正奇力与反奇力不能独立存在，只有同时存在这两种相互制衡的力，才能形成稳定的引力子、反引力子，才能形成稳定的宇宙万物。

正奇子、反奇子没有结构，是一种类点能量（点状能量），只是运行轨道不同，在黑洞的巨大压力中，反引力子中的部分正奇子会改变运行轨道，成为反奇子，从而使反引力子转化成引力子。从体积为0的“宇宙奇点”看，奇子有两态，一种是有形的正、反奇子，一种是无形无体积的“数学奇子”，一种信息态，代表能量“E”，信息是无形无体积的，当宇宙黑洞塌缩成宇宙奇点时，正、反奇子在极大的引力惯性作用下，融合成无体积的“数学奇子”，正奇力与反奇力统一成“奇力”，也就是说，所有的宇宙力在宇宙奇点中都统一成一种力—“奇力”，宇宙万物统一成一种能量，并且形成新的宇宙大爆炸，宇宙新的轮回。“物质、能量、信息”是宇宙中同一事物的三个面，物质即是能量，物质中同时包含各种信息，即“物质＝能量＝信息”。

§1.2 强核力、电磁力、弱核力是由反引力分化而来

正负电子对撞时先转化成一个虚光子，如果对撞能量比较低，则虚光子将变成一对正负电子或一对μ子，如果能量很高，虚光子会变成一对正、反夸克，当能量刚好达到某个矢量粒子的质量附近（称为该矢量粒子的产生阈）时，正反夸克对会形成束缚态，如果能量再高则共振态不会形成，正反夸克会背对背地飞离开来。

质子组分的夸克与另一个质子（或反质子）中的反夸克转化生成虚光子，然后虚光子产生一对轻子，这个过程刚好与轻子对转化产生夸克对相反。

光子可以由正、反质子或正、反电子相撞转化而成，反过来，光子相撞也可以转化成正、反质子或正、反电子，同时正、反电子可转化成正、反中微子，上述过程都是可逆的，而且介子、超子等所有不稳定粒子都会衰变成光子或中微子，所以组合成光子、电子、中微子、夸克、质子、中子及所有不稳定粒子的结构材料都是相同的，那就是反引力子和引力子。

各种粒子就象放在不同大小的杯子里的水，将两个不同杯子里的水（两个粒子）倒在一起就能形成另一杯或两杯水（另一种或两种粒子），反引力子和引力子就象水中的原子，这与在核聚变、核裂变中的原子相互转化类似，原理相同。粒子不可能是物质的最基本单位，物质的最基本单位有一个必要特征：无论怎样撞击它都不会转化或破碎。而粒子间的相互转化非常频繁。

强核力、弱核力在原子核附近的发力机制属一种短程力，但这种短程力对外界产生影响时，都全部转化成长程力，以光子为载体，如太阳辐射的巨大能量主要来自强核力。所以可以视强核力、弱核力、电磁力都有一个从短程力向长程力转化的过程，这种短程力表现为在原子内的发力机制，将原子比作一把枪，枪内使用同一种火药，但火药量不同，点燃火药方法不同（相当于强核力、电磁力、弱核力的不同发力机制），但射出的子弹都是相同的，光子就相当于枪内的子弹。

传递强核力的π°介子，传递弱核力的中性玻色子（Zº）都会很快衰变成光子，π＋与π－ 碰撞会转化成光子，W＋与W－碰撞也会转化成光子，而传递电磁力的也是光子，因此在光子中，强核力、电磁力、弱核力是不分的，是统一的，π±、πº、光子、W±、Zº是反引力与引力对抗中的不同态。光子可以生成正、反夸克，正、反电子，正、反夸克可以生成正、反质子、中子及其它重子，正、反电子碰撞可以生成正、反中微子，也就是光子中的反引力可以分化成强核力、电磁力、弱核力。

物质现象的总和。广义上指无限多样、永恒发展的物质世界，狭义上指一定时代观测所及的最大天体系统。后者往往称作可观测宇宙、我们的宇宙，现在相当于天文学中的“总星系”。

2003年2月份，美国国家航空航天局曾向全世界公布他们有关宇宙年龄的研究成果。根据其公布的资料显示，宇宙年龄应该为137亿岁。2003年11月份，国际天体物理学研究小组宣称，宇宙的确切年龄应该是141亿岁。地球的形成大约是距今45亿年。

词源考察 在中国古籍中最早使用宇宙这个词的是《庄子·齐物论》。“宇”的含义包括各个方向，如东西南北的一切地点。“宙”包括过去、现在、白天、黑夜，即一切不同的具体时间。战国末期的尸佼说：“四方上下曰宇，往古来今曰宙。”“宇”指空间，“宙”指时间，“宇宙”就是时间和空间的统一。后来“宇宙”一词便被用来指整个客观实在世界。与宇宙相当的概念有“天地”、“乾坤”、“六合”等，但这些概念仅指宇宙的空间方面。《管子》的“宙合”一词，“宙”指时间，“合”（即“六合”）指空间，与“宇宙”概念最接近。

在西方，宇宙这个词在英语中叫cosmos，在俄语中叫кocMoc ，在德语中叫kosmos ，在法语中叫cosmos。它们都源自希腊语的κoσμoζ，古希腊人认为宇宙的创生乃是从浑沌中产生出秩序来，κoσμoζ其原意就是秩序。但在英语中更经常用来表示“宇宙”的词是universe。此词与universitas有关。在中世纪，人们把沿着同一方向朝同一目标共同行动的一群人称为universitas。在最广泛的意义上，universitas 又指一切现成的东西所构成的统一整体，那就是universe，即宇宙。universe和cosmos常常表示相同的意义，所不同的是，前者强调的是物质现象的总和，而后者则强调整体宇宙的结构或构造。

宇宙观念的发展 宇宙结构观念的发展 远古时代，人们对宇宙结构的认识处于十分幼稚的状态，他们通常按照自己的生活环境对宇宙的构造作了幼稚的推测。在中国西周时期，生活在华夏大地上的人们提出的早期盖天说认为，天穹像一口锅，倒扣在平坦的大地上；后来又发展为后期盖天说，认为大地的形状也是拱形的。公元前7世纪 ，巴比伦人认为，天和地都是拱形的，大地被海洋所环绕，而其中央则是高山。古埃及人把宇宙想象成以天为盒盖、大地为盒底的大盒子，大地的中央则是尼罗河。古印度人想象圆盘形的大地负在几只大象上，而象则站在巨大的龟背上，公元前7世纪末，古希腊的泰勒斯认为，大地是浮在水面上的巨大圆盘，上面笼罩着拱形的天穹。

最早认识到大地是球形的是古希腊人。公元前6世纪，毕达哥拉斯从美学观念出发，认为一切立体图形中最美的是球形，主张天体和我们所居住的大地都是球形的。这一观念为后来许多古希腊学者所继承，但直到1519～1522年，葡萄牙的F.麦哲伦率领探险队完成了第一次环球航行后 ，地球是球形的观念才最终证实。

公元2世纪，C.托勒密提出了一个完整的地心说。这一学说认为地球在宇宙的中央安然不动，月亮、太阳和诸行星以及最外层的恒星天都在以不同速度绕着地球旋转。为了说明行星视运动的不均匀性，他还认为行星在本轮上绕其中心转动，而本轮中心则沿均轮绕地球转动。地心说曾在欧洲流传了1000多年。1543年，N.哥白尼提出科学的日心说，认为太阳位于宇宙中心，而地球则是一颗沿圆轨道绕太阳公转的普通行星。1609年，J.开普勒揭示了地球和诸行星都在椭圆轨道上绕太阳公转，发展了哥白尼的日心说，同年，G.伽利略则率先用望远镜观测天空，用大量观测事实证实了日心说的正确性。1687年，I.牛顿提出了万有引力定律，深刻揭示了行星绕太阳运动的力学原因，使日心说有了牢固的力学基础。在这以后，人们逐渐建立起了科学的太阳系概念。

在哥白尼的宇宙图像中，恒星只是位于最外层恒星天上的光点。1584年，G.布鲁诺大胆取消了这层恒星天，认为恒星都是遥远的太阳。18世纪上半叶，由于E.哈雷对恒星自行的发展和J.布拉得雷对恒星遥远距离的科学估计，布鲁诺的推测得到了越来越多人的赞同。18世纪中叶，T.赖特、I.康德和J.H.朗伯推测说，布满全天的恒星和银河构成了一个巨大的天体系统。F.W.赫歇尔首创用取样统计的方法，用望远镜数出了天空中大量选定区域的星数以及亮星与暗星的比例，1785年首先获得了一幅扁而平、轮廓参差、太阳居中的银河系结构图，从而奠定了银河系概念的基础。在此后一个半世纪中，H.沙普利发现了太阳不在银河系中心、J.H.奥尔特发现了银河系的自转和旋臂，以及许多人对银河系直径、厚度的测定，科学的银河系概念才最终确立。

18世纪中叶，康德等人还提出，在整个宇宙中，存在着无数像我们的天体系统(指银河系)那样的天体系统。而当时看去呈云雾状的“星云”很可能正是这样的天体系统。此后经历了长达170年的曲折的探索历程，直到1924年，才由E.P.哈勃用造父视差法测仙女座大星云等的距离确认了河外星系的存在。

近半个世纪，人们通过对河外星系的研究，不仅已发现了星系团、超星系团等更高层次的天体系统，而且已使我们的视野扩展到远达200亿光年的宇宙深处。

宇宙演化观念的发展 在中国，早在西汉时期，《淮南子·俶真训》指出：“有始者，有未始有有始者，有未始有夫未始有有始者”，认为世界有它的开辟之时，有它的开辟以前的时期，也有它的开辟以前的以前的时期。《淮南子·天文训》中还具体勾画了世界从无形的物质状态到浑沌状态再到天地万物生成演变的过程。在古希腊，也存在着类似的见解。例如留基伯就提出，由于原子在空虚的空间中作旋涡运动，结果轻的物质逃逸到外部的虚空，而其余的物质则构成了球形的天体，从而形成了我们的世界。

太阳系概念确立以后，人们开始从科学的角度来探讨太阳系的起源。1644年，R.笛卡尔提出了太阳系起源的旋涡说；1745年，G.L.L.布丰提出了一个因大彗星与太阳掠碰导致形成行星系统的太阳系起源说；1755年和1796年，康德和拉普拉斯则各自提出了太阳系起源的星云说。现代探讨太阳系起源z的新星云说正是在康德-拉普拉斯星云说的基础上发展起来。

1911年，E.赫茨普龙建立了第一幅银河星团的颜色星等图；1913年，H.N.罗素则绘出了恒星的光谱-光度图，即赫罗图。罗素在获得此图后便提出了一个恒星从红巨星开始，先收缩进入主序，后沿主序下滑，最终成为红矮星的恒星演化学说。1924年 ，A.S.爱丁顿提出了恒星的质光关系；1937～1939年，C.F.魏茨泽克和贝特揭示了恒星的能源来自于氢聚变为氦的原子核反应。这两个发现导致了罗素理论被否定，并导致了科学的恒星演化理论的诞生。对于星系起源的研究，起步较迟，目前普遍认为，它是我们的宇宙开始形成的后期由原星系演化而来的。

1917年，A.爱因斯坦运用他刚创立的广义相对论建立了一个“静态、有限、无界”的宇宙模型，奠定了现代宇宙学的基础。1922年，G.D.弗里德曼发现，根据爱因斯坦的场方程，宇宙不一定是静态的，它可以是膨胀的，也可以是振荡的。前者对应于开放的宇宙，后者对应于闭合的宇宙。1927年，G.勒梅特也提出了一个膨胀宇宙模型。1929年，哈勃发现了星系红移与它的距离成正比，建立了著名的哈勃定律。这一发现是对膨胀宇宙模型的有力支持。20世纪中叶，G.伽莫夫等人提出了热大爆炸宇宙模型，他们还预言，根据这一模型，应能观测到宇宙空间目前残存着温度很低的背景辐射。1965年微波背景辐射的发现证实了伽莫夫等人的预言。从此，许多人把大爆炸宇宙模型看成标准宇宙模型。1980年，美国的古斯在热大爆炸宇宙模型的 基础上又进一步提出了暴涨宇宙模型。这一模型可以解释目前已知的大多数重要观测事实。

宇宙图景 当代天文学的研究成果表明，宇宙是有层次结构的、物质形态多样的、不断运动发展的天体系统。

层次结构 行星是最基本的天体系统。太阳系中共有九大行星：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星和冥王星。除水星和金星外，其他行星都有卫星绕其运转，地球有一个卫星——月球，土星的卫星最多，已确认的有17颗。行星、小行星、彗星和流星体都围绕中心天体太阳运转，构成太阳系。太阳占太阳系总质量的99.86％，其直径约140万千米，最大的行星木星的直径约14万千米。太阳系的大小约120亿千米。有证据表明，太阳系外也存在其他行星系统。2500亿颗类似太阳的恒星和星际物质构成更巨大的天体系统——银河系。银河系中大部分恒星和星际物质集中在一个扁球状的空间内，从侧面看很像一个“铁饼”，正面看去?则呈旋涡状。银河系的直径约10万光年，太阳位于银河系的一个旋臂中，距银心约3万光年。银河系外还有许多类似的天体系统，称为河外星系，常简称星系。现已观测到大约有10亿个。星系也聚集成大大小小的集团，叫星系团。平均而言，每个星系团约有百余个星系，直径达上千万光年。现已发现上万个星系团。包括银河系在内约40个星系构成的一个小星系团叫本星系群。若干星系团集聚在一起构成更大、更高一层次的天体系统叫超星系团。超星系团往往具有扁长的外形，其长径可达数亿光年。通常超星系团内只含有几个星系团，只有少数超星系团拥有几十个星系团。本星系群和其附近的约50个星系团构成的超星系团叫做本超星系团。目前天文观测范围已经扩展到200亿光年的广阔空间，它称为总星系。

多样性 天体千差万别，宇宙物质千姿百态。太阳系天体中，水星、金星表面温度约达700K，遥远的冥王星向日面的温度最高时也只有50K；金星表面笼罩着浓密的二氧化碳大气和硫酸云雾，气压约50个大气压，水星、火星表面大气却极其稀薄，水星的大气压甚至小于2×10-9毫巴；类地行星(水星、金星、火星)都有一个固体表面，类木行星却是一个流体行星；土星的平均密度为0.70克／厘米3，比水的密度还小，木星、天王星、海王星的平均密 度略大于水的密度，而水星、金星、地球等的密度则达到水的密度的5倍以上；多数行星都是顺向自转，而金星是逆向自转；地球表面生机盎然，其他行星则是空寂荒凉的世界。

太阳在恒星世界中是颗普遍而又典型的恒星。已经发现，有些红巨星的直径为太阳直径的几千倍。中子星直径只有太阳的几万分之一；超巨星的光度高达太阳光度的数百万倍，白矮星光度却不到太阳的几十万分之一。红超巨星的物质密度小到只有水的密度的百万分之一，而白矮星、中子星的密度分别可高达水的密度的十万倍和百万亿倍。太阳的表面温度约为6000K，O型星表面温度达30000K，而红外星的表面温度只有约600K。太阳的普遍磁场强度平均为1×10-4特斯拉，有些磁白矮星的磁场通常为几千、几万高斯（1高斯＝10-4特斯拉），而脉冲星的磁场强度可高达十万亿高斯。有些恒星光度基本不变，有些恒星光度在不断变化，称变星。有的变星光度变化是有周期的，周期从1小时到几百天不等。有些变星的光度变化是突发性的，其中变化最剧烈的是新星和超新星，在几天内，其光度可增加几万倍甚至上亿倍。

恒星在空间常常聚集成双星或三五成群的聚星，它们可能占恒星总数的1／3。也有由几十、几百乃至几十万个恒星聚在一起的星团。宇宙物质除了以密集形式形成恒星、行星等之外，还以弥漫的形式形成星际物质。星际物质包括星际气体和尘埃，平均每立方厘米只有一个原子，其中高度密集的地方形成形状各异的各种星云。宇宙中除发出可见光的恒星、星云等天体外，还存在紫外天体、红外天体、X射线源、γ射线源以及射电源。

星系按形态可分为椭圆星系、旋涡星系、棒旋星系、透镜星系和不规则星系等类型。60年代又发现许多正在经历着爆炸过程或正在抛射巨量物质的河外天体，统称为活动星系，其中包括各种射电星系、塞佛特星系、N型星系、马卡良星系、蝎虎座BL型天体，以及类星体等等。许多星系核有规模巨大的活动：速度达几千千米／秒的气流，总能量达1055焦耳的能量输出，规模巨大的物质和粒子抛射，强烈的光变等等。在宇宙中有种种极端物理状态：超高温、超高压、超高密、超真空、超强磁场、超高速运动、超高速自转、超大尺度时间和空间、超流、超导等。为我们认识客观物质世界提供了理想的实验环境。

运动和发展 宇宙天体处于永恒的运动和发展之中，天体的运动形式多种多样，例如自转、各自的空间运动(本动)、绕系统中心的公转以及参与整个天体系统的运动等。月球一方面自转一方面围绕地球运转，同时又跟随地球一起围绕太阳运转。太阳一方面自转，一方面又向着武仙座方向以20千米／秒的速度运动，同时又带着整个太阳系以250千米／秒的速度绕银河系中心运转，运转一周约需2.2亿年。银河系也在自转，同时也有相对于邻近的星系的运动。本超星系团也可能在膨胀和自转。总星系也在膨胀。

现代天文学已经揭示了天体的起源和演化的历程。当代关于太阳系起源学说认为，太阳系很可能是50亿年前银河系中的一团尘埃气体云(原始太阳星云)由于引力收缩而逐渐形成的（见太阳系起源）。恒星是由星云产生的，它的一生经历了引力收缩阶段、主序阶段、红巨星阶段、晚期阶段和临终阶段。星系的起源和宇宙起源密切相关，流行的看法是：在宇宙发生热大爆炸后40万年，温度降到4000K，宇宙从辐射为主时期转化为物质为主时期，这时或由于密度涨落形成的引力不稳定性，或由于宇宙湍流的作用而逐步形成原星系，然后再演化为星系团和星系。热大爆炸宇宙模型描绘了我们的宇宙的起源和演化史：我们的宇宙起源于200亿年前的一次大爆炸，当时温度极高、密度极大。随着宇宙的膨胀，它经历了从热到冷、从密到稀、从辐射为主时期到物质为主时期的演变过程，直至10～20亿年前，才进入大规模形成星系的阶段，此后逐渐形成了我们当今看到的宇宙。1980年提出的暴涨宇宙模型则是热大爆炸宇宙模型的补充。它认为在宇宙极早期，在我们的宇宙诞生后约10-36秒的时候，它曾经历了一个暴涨阶段。

哲学分析 宇宙概念 有些宇宙学家认为，我们的宇宙是唯一的宇宙；大爆炸不是在宇宙空间的哪一点爆炸，而是整个宇宙自身的爆炸。但是，新提出的暴涨模型表明，我们的宇宙仅是整个暴涨区域的非常小的一部分，暴涨后的区域尺度要大于1026厘米，而那时我们的宇宙只有10厘米。还有可能这个暴涨区域是一个更大的始于无规则混沌状态的物质体系的一部分。这种情况恰如科学史上人类的认识从太阳系宇宙扩展到星系宇宙，再扩展到大尺度宇宙那样，今天的科学又正在努力把人类的认识进一步向某种探索中的“暴涨宇宙”、“无规则的混沌宇宙”推移。我们的宇宙不是唯一的宇宙，而是某种更大的物质体系的一部分，大爆炸不是整个宇宙自身的爆炸，而是那个更大物质体系的一部分的爆炸。因此，有必要区分哲学和自然科学两个不同层次的宇宙概念。哲学宇宙概念所反映的是无限多样、永恒发展的物质世界；自然科学宇宙概念所涉及的则是人类在一定时代观测所及的最大天体系统。两种宇宙概念之间的关系是一般和个别的关系。随着自然科学宇宙概念的发展，人们将逐步深化和接近对无限宇宙的认识。弄清两种宇宙概念的区别和联系，对于坚持马克思主义的宇宙无限论，反对宇宙有限论、神创论、机械论、不可知论、哲学代替论和取消论，都有积极意义。

宇宙的创生 有些宇宙学家认为，暴涨模型最彻底的改革也许是观测宇宙中所有的物质和能量从无中产生的观点，这种观点之所以在以前不能为人们接受，是因为存在着许多守恒定律，特别是重子数守恒和能量守恒。但随着大统一理论的发展，重子数有可能是不守恒的，而宇宙中的引力能可粗略地说是负的，并精确地抵消非引力能，总能量为零。因此就不存在已知的守恒律阻止观测宇宙从无中演化出来的问题。这种“无中生有”的观点在哲学上包括两个方面：①本体论方面。如果认为“无”是绝对的虚无，则是错误的。这不仅违反了人类已知的科学实践，而且也违反了暴涨模型本身。按照该模型，我们所研究的观测宇宙仅仅是整个暴涨区域的很小的一部分，在观测宇宙之外并不是绝对的“无”。现在观测宇宙的物质是从假真空状态释放出来的能量转化而来的，这种真空能恰恰是一种特殊的物质和能量形式，并不是创生于绝对的“无”。如果进一步说这种真空能起源于“无”，因而整个观测宇宙归根到底起源于“无”，那么这个“无”也只能是一种未知的物质和能量形式。②认识论和方法论方面。暴涨模型所涉及的宇宙概念是自然科学的宇宙概念。这个宇宙不论多么巨大，作为一个有限的物质体系 ，也有其产生、发展和灭亡的历史。暴涨模型把传统的大爆炸宇宙学与大统一理论结合起来，认为观测宇宙中的物质与能量形式不是永恒的，应研究它们的起源。它把“无”作为一种未知的物质和能量形式，把“无”和“有”作为一对逻辑范畴，探讨我们的宇宙如何从“无”——未知的物质和能量形式，转化为“有”——已知的物质和能量形式，这在认识论和方法论上有一定意义。

时空起源 有些人认为，时间和空间不是永恒的，而是从没有时间和没有空间的状态产生的。根据现有的物理理论，在小于10-43秒和10-33厘米的范围内，就没有一个“钟”和一把“尺子”能加以测量，因此时间和空间概念失效了，是一个没有时间和空间的物理世界。这种观点提出已知的时空形式有其适用的界限是完全正确的。正像历史上的牛顿时空观发展到相对论时空观那样，今天随着科学实践的发展也必然要求建立新的时空观。由于在大爆炸后10-43秒以内，广义相对论失效，必须考虑引力的量子效应，因此有些人试图通过时空的量子化的途径来探讨已知的时空形式的起源。这些工作都是有益的，但我们决不能因为人类时空观念的发展或者在现有的科学技术水平上无法度量新的时空形式，而否定作为物质存在形式的时间、空间的客观存在。

人和宇宙 从本世纪60年代开始，由于人择原理的提出和讨论，出现了人类存在和宇宙产生的关系问题。人择原理认为 ，可能存在许多具有不同物理参数和初始条件的宇宙，但只有物理参数和初始条件取特定值的宇宙才能演化出人类，因此我们只能看到一种允许人类存在的宇宙。人择原理用人类的存在去约束过去可能有的初始条件和物理定律，减少它们的任意性，使一些宇宙学现象得到解释，这在科学方法论上有一定的意义。但有人提出，宇宙的产生依赖于作为观测者的人类的存在。这种观点值得商榷。现在根据暴涨模型，那些被传统大爆炸模型作为初始条件的状态，有可能从极早期宇宙的演化中产生出来，而且宇宙的演化几乎变得与初始条件的一些细节无关。这样就使上述那种利用初始条件的困难来否定宇宙客观实在性的观点失去了基础。但有些人认为，由于暴涨引起的巨大距离尺度，使得从整体上去观测宇宙的结构成为不可能。这种担心有其理由，但如果暴涨模型正确的话，随着科学实践的发展，一定有可能突破人类认识上的困难。
物质现象的总和。广义上指无限多样、永恒发展的物质世界，狭义上指一定时代观测所及的最大天体系统。后者往往称作可观测宇宙、我们的宇宙，现在相当于天文学中的“总星系”。

2003年2月份，美国国家航空航天局曾向全世界公布他们有关宇宙年龄的研究成果。根据其公布的资料显示，宇宙年龄应该为137亿岁。2003年11月份，国际天体物理学研究小组宣称，宇宙的确切年龄应该是141亿岁。地球的形成大约是距今45亿年。

词源考察 在中国古籍中最早使用宇宙这个词的是《庄子·齐物论》。“宇”的含义包括各个方向，如东西南北的一切地点。“宙”包括过去、现在、白天、黑夜，即一切不同的具体时间。战国末期的尸佼说：“四方上下曰宇，往古来今曰宙。”“宇”指空间，“宙”指时间，“宇宙”就是时间和空间的统一。后来“宇宙”一词便被用来指整个客观实在世界。与宇宙相当的概念有“天地”、“乾坤”、“六合”等，但这些概念仅指宇宙的空间方面。《管子》的“宙合”一词，“宙”指时间，“合”（即“六合”）指空间，与“宇宙”概念最接近。

在西方，宇宙这个词在英语中叫cosmos，在俄语中叫кocMoc ，在德语中叫kosmos ，在法语中叫cosmos。它们都源自希腊语的κoσμoζ，古希腊人认为宇宙的创生乃是从浑沌中产生出秩序来，κoσμoζ其原意就是秩序。但在英语中更经常用来表示“宇宙”的词是universe。此词与universitas有关。在中世纪，人们把沿着同一方向朝同一目标共同行动的一群人称为universitas。在最广泛的意义上，universitas 又指一切现成的东西所构成的统一整体，那就是universe，即宇宙。universe和cosmos常常表示相同的意义，所不同的是，前者强调的是物质现象的总和，而后者则强调整体宇宙的结构或构造。

宇宙观念的发展 宇宙结构观念的发展 远古时代，人们对宇宙结构的认识处于十分幼稚的状态，他们通常按照自己的生活环境对宇宙的构造作了幼稚的推测。在中国西周时期，生活在华夏大地上的人们提出的早期盖天说认为，天穹像一口锅，倒扣在平坦的大地上；后来又发展为后期盖天说，认为大地的形状也是拱形的。公元前7世纪 ，巴比伦人认为，天和地都是拱形的，大地被海洋所环绕，而其中央则是高山。古埃及人把宇宙想象成以天为盒盖、大地为盒底的大盒子，大地的中央则是尼罗河。古印度人想象圆盘形的大地负在几只大象上，而象则站在巨大的龟背上，公元前7世纪末，古希腊的泰勒斯认为，大地是浮在水面上的巨大圆盘，上面笼罩着拱形的天穹。

最早认识到大地是球形的是古希腊人。公元前6世纪，毕达哥拉斯从美学观念出发，认为一切立体图形中最美的是球形，主张天体和我们所居住的大地都是球形的。这一观念为后来许多古希腊学者所继承，但直到1519～1522年，葡萄牙的F.麦哲伦率领探险队完成了第一次环球航行后 ，地球是球形的观念才最终证实。

公元2世纪，C.托勒密提出了一个完整的地心说。这一学说认为地球在宇宙的中央安然不动，月亮、太阳和诸行星以及最外层的恒星天都在以不同速度绕着地球旋转。为了说明行星视运动的不均匀性，他还认为行星在本轮上绕其中心转动，而本轮中心则沿均轮绕地球转动。地心说曾在欧洲流传了1000多年。1543年，N.哥白尼提出科学的日心说，认为太阳位于宇宙中心，而地球则是一颗沿圆轨道绕太阳公转的普通行星。1609年，J.开普勒揭示了地球和诸行星都在椭圆轨道上绕太阳公转，发展了哥白尼的日心说，同年，G.伽利略则率先用望远镜观测天空，用大量观测事实证实了日心说的正确性。1687年，I.牛顿提出了万有引力定律，深刻揭示了行星绕太阳运动的力学原因，使日心说有了牢固的力学基础。在这以后，人们逐渐建立起了科学的太阳系概念。

在哥白尼的宇宙图像中，恒星只是位于最外层恒星天上的光点。1584年，G.布鲁诺大胆取消了这层恒星天，认为恒星都是遥远的太阳。18世纪上半叶，由于E.哈雷对恒星自行的发展和J.布拉得雷对恒星遥远距离的科学估计，布鲁诺的推测得到了越来越多人的赞同。18世纪中叶，T.赖特、I.康德和J.H.朗伯推测说，布满全天的恒星和银河构成了一个巨大的天体系统。F.W.赫歇尔首创用取样统计的方法，用望远镜数出了天空中大量选定区域的星数以及亮星与暗星的比例，1785年首先获得了一幅扁而平、轮廓参差、太阳居中的银河系结构图，从而奠定了银河系概念的基础。在此后一个半世纪中，H.沙普利发现了太阳不在银河系中心、J.H.奥尔特发现了银河系的自转和旋臂，以及许多人对银河系直径、厚度的测定，科学的银河系概念才最终确立。

18世纪中叶，康德等人还提出，在整个宇宙中，存在着无数像我们的天体系统(指银河系)那样的天体系统。而当时看去呈云雾状的“星云”很可能正是这样的天体系统。此后经历了长达170年的曲折的探索历程，直到1924年，才由E.P.哈勃用造父视差法测仙女座大星云等的距离确认了河外星系的存在。

近半个世纪，人们通过对河外星系的研究，不仅已发现了星系团、超星系团等更高层次的天体系统，而且已使我们的视野扩展到远达200亿光年的宇宙深处。

宇宙演化观念的发展 在中国，早在西汉时期，《淮南子·俶真训》指出：“有始者，有未始有有始者，有未始有夫未始有有始者”，认为世界有它的开辟之时，有它的开辟以前的时期，也有它的开辟以前的以前的时期。《淮南子·天文训》中还具体勾画了世界从无形的物质状态到浑沌状态再到天地万物生成演变的过程。在古希腊，也存在着类似的见解。例如留基伯就提出，由于原子在空虚的空间中作旋涡运动，结果轻的物质逃逸到外部的虚空，而其余的物质则构成了球形的天体，从而形成了我们的世界。

太阳系概念确立以后，人们开始从科学的角度来探讨太阳系的起源。1644年，R.笛卡尔提出了太阳系起源的旋涡说；1745年，G.L.L.布丰提出了一个因大彗星与太阳掠碰导致形成行星系统的太阳系起源说；1755年和1796年，康德和拉普拉斯则各自提出了太阳系起源的星云说。现代探讨太阳系起源z的新星云说正是在康德-拉普拉斯星云说的基础上发展起来。

1911年，E.赫茨普龙建立了第一幅银河星团的颜色星等图；1913年，H.N.罗素则绘出了恒星的光谱-光度图，即赫罗图。罗素在获得此图后便提出了一个恒星从红巨星开始，先收缩进入主序，后沿主序下滑，最终成为红矮星的恒星演化学说。1924年 ，A.S.爱丁顿提出了恒星的质光关系；1937～1939年，C.F.魏茨泽克和贝特揭示了恒星的能源来自于氢聚变为氦的原子核反应。这两个发现导致了罗素理论被否定，并导致了科学的恒星演化理论的诞生