在中国古代有“盘古开天辟地”的传说，后人又对其作了进一步发挥，即盘古花了“万八千岁”使“天去地九万里”。有意思的是，它采用了一种膨胀观点来描述天地产生的情景。
在西方，认为宇宙的膨胀或演化似乎是不可思议的。《圣经》上讲：“一代消逝了，另外一代降临了，但地球是永恒的……过去是什么，将来还是什么；过去被做成什么样，将来还是什么样。世界上没有任何新的东西。”这种思想对西方的影响可谓至深、至远。
说它的影响深远，并不夸张，就连爱因斯坦也未能例外。爱因斯坦在发表广义相对论之后，同荷兰物理学家德西特一起把它应用到宇宙研究上。研究结果表明，宇宙是动**不止的，要么膨胀，要么收缩。为此，爱因斯坦修改了自己的理论，使宇宙重新“静”下来。这使他铸成大错。他曾不无遗憾地谈到，这次失误是“我一生中犯的最大错误”。
俄国科学家费里德曼计算的结果表明，宇宙可能周期性地收缩和膨胀，也可能无限地膨胀下去。比利时天文学家勒梅特则认为，我们的宇宙原来装在一只“宇宙蛋”中，由于它的突然爆炸才逐渐形成现在人们观测到的宇宙。
在勒梅特的理论提出后不久，美国天文学家哈勃利用加州威尔逊山上1．5米和2．5米直径的天文望远镜发现宇宙是在膨胀着的。
宇宙会永久地膨胀下去吗?这个问题并不容易回答。为此人们进行了大量的观测与研究。
能使宇宙中止膨胀的是引力，但它要达到一定的量。能否达到这个量，要看宇宙物质的平均密度能否达到一个量(临界密度)。可是，如果宇宙中存在着大量的“暗物质”，其平均密度就难定了。
20世纪80年代，前苏联科学家发现一种叫作中微子的基本粒子质量不为零。如果它得到确认，宇宙物质就会超过临界密度，宇宙膨胀就会中止。
宇宙年龄测定也是宇宙膨胀与否的一个指标，但宇宙年龄测定的难度很大。
此外，还有一些方法可以检测宇宙演化是继续膨胀，还是将要收缩，但是，无论哪一种方法都还不能提供绝对的根据。
宇宙归宿之谜
根据最流行的宇宙学理论，我们的宇宙产生于200亿年前的一次大爆炸，宇宙的膨胀已持续至今，现在的观测表明，膨胀的涑度已有减慢的趋势。如果膨胀速度几乎没什么变化，它就是一种开放的宇宙。如果膨胀最终要停下来，并开始收缩，它就是一种闭合的宇宙。
恒星终归难逃死亡的厄运，那么宇宙的命运又是否会一样?宇宙论学者相信我们的宇宙有三种可能的归宿，而关键就系于宇宙所有物质的平均密度。
第一种情况是宇宙所包含的物质太少，引力无法遏止宇宙继续膨胀，结果宇宙会永无止境地膨胀下去，我们称这个宇宙为“开放宇宙”；第二种情况是宇宙拥有足够的物质，使膨胀的速度逐渐降低，并最终在某一时刻将膨胀逆转为“大压缩”，这种宇宙称为“封闭宇宙”；第三种情况介乎两者之间：宇宙物质的平均密度刚好等于“临界密度”，这时候，宇宙会继续保持膨胀的状态，不过膨胀的速度会随时间而逐渐减慢，我们称这种宇宙为“平坦宇宙”。
换言之，如果我们知道宇宙的平均密度，就可以估计宇宙的未来。然而，天文学家发现可见宇宙的平均密度只有临界密度”的百分之一。这意味着我们的宇宙是一个“开放宇宙”。不过现时较为天文学家接受的“暴胀宇宙论”却预测我们的宇宙是平坦的，即平均密度应刚好等于“临界密度”。因此，如果宇宙的平均密度只有“临界密度的百分之一，就等于“暴胀宇宙论”需要作出重大修正。况且，愈来愈多证据显示，我们的宇宙到处充斥着神秘的“黑暗物质”。这些“黑暗物质”既不发光发热，也不会吸收任何电磁辐射，我们只能从它们的重力对周围星体造成的影响上，才能间接侦知它们的存在。
天文学家相信，隐藏在星系晕中的“黑暗物质”部分可能包括已死亡的恒星(例如白矮星、一些未能成为恒星的棕矮星、其他星系的行星，甚至是黑洞)。至于在广阔星际空间的“黑暗物质”，极有可能是一种“弱相互作用粒子”。其中，充斥着整个宇宙、静止质量接受零的中微子，以及由粒子物理学中的超对称理论所预言的“光超子’’及“轴子”，都有可能是“黑暗物质”。
如果我们的宇宙真是一个“封闭宇宙”，那么它最终会结束膨胀。宇宙开始收缩之后，宇宙背景辐射的温度开始上升，星体逐渐熔解蒸发成气体。黑洞会吸收这种气体，并且相互结合成为巨大的黑洞。在“大压缩”前的一刹那，所有黑洞很可能合并加归至时空点，甚至引发另一次大爆炸，宇宙再一次诞生。有些天文学家把这种宇宙称为“冲动的宇宙”。
如果宇宙是开放的话，情形将会更为有趣，因为有充裕的时间让很多怪异的现象产生。宇宙不断膨胀，物质变得愈来愈稀薄，在100万亿年之后便不能再产生新的星体，恒星亦因耗尽燃料而丧失光辉，宇宙开始变得黯淡无光。根据现时仍在发展阶段的“统一场论”，10年后的质子衰变开始上演。由于质子是构成星体的基本成分，质子衰变之后，宇宙只剩下伽玛射线、中微子、电子、正电子和黑洞。再过{100}年，连最巨大的黑洞也蒸发殆尽，最后整个宇宙只剩下电子和正电子，在仍旧不断膨胀的空间里闲**游离。)宇宙是闭合的还是开放的，这取决于宇宙物质的平均密度值(约10{-31}克／厘米3)，它比临界值(5×10{-31}克／厘米3)要小，因此宇宙是开放的。但考虑到大量的暗物质，宁宙也可能是闭合的。假如宇宙是开放的，那么一般来说，恒星烧完之后，其结局有三种：白矮星、中子星和黑洞。这取决于恒星燃尽之后的剩余质量。
根据观测可知，宇宙中许多恒星已死亡了，但也有不少新生的恒星。形成新恒星的氢物质渐渐少了，死星就多于新产生的星。有人计算，100万亿年之后，所有恒星都进入晚期，星星不发光了，只是还发出些余热，并使自身温度不断下降，这时的生命就灭绝了。
宇宙物质的运动并未休止(生命只是物质运动的一种形式)，据计算，任何恒星约过100万亿年都会与另一颗恒星接近一次。经过1亿亿年，一颗恒星会发生类似的接近100次。这样恒星周围的行星就会被撞出而流离失所。
两颗恒星相撞的机会也有，但机会较小。相撞时，一颗恒星的运动能量被另一颗恒星获取，而获取运动能量的恒星就会脱离星系的吸引逃离出去。这样的情况大约发生在100亿亿年后。这时，90％的恒星逃离星系，剩余者则形成一大黑洞。
新的粒子理论也同宇宙的结局密切相关。新理论告诉我们，原子核内的质子可能不是永恒的物质，它的寿命是1亿亿亿亿年。如果真是这样，经过1亿亿亿亿年后，只剩下几种基本料子和黑洞了。经过10{100}年后，连黑洞也“蒸发”干净，就剩下几种粒子了。
这就是宇宙的结局。也就在这时，宇宙的收缩开始了。
当然，这还不是唯一的结论，还有别的理论描述字宙的命运。宇宙的归宿，正如爱因斯坦所说的，“像一团巨大的永恒的谜出现在我们的面前”。
宇宙可能存在未知光源
日本天文学家最近发表一份报告称，观测到了90％以上的恒星系发出的光。该报告称，他们观测到的宇宙中恒星系光的总量仅相当于卫星等其他手段观测到的宇宙亮度的1／2或1／3，这说明宇宙中可能还存在着未知的光源。科学家们认为，这些未知光可能来自未知粒子的分解，也可能是由宇宙诞生初期的未知现象所产生的。
宇宙中最古老光线
一颗用于探侧宇宙中最古老光线的航天器，从美国肯尼迪航天中心发射升空。这一探测器拍摄到的照片将帮助科学家研究宇宙的确切年龄、内容、形状以及宇宙的命运。
这一探测器名为“微波各向异性探测器” (MAP)，价值9500万美元，可以捕捉大爆炸之后的余辉。科学家认为，宇宙起源于100亿至170亿年前的一场大爆炸，自此一直在膨胀。大爆炸后的余辉是宇宙中最古老的光线，又被称为“化石光”。
由于宇宙膨胀“拉长”了光线的波长，因此“化石光”以微波形态存在。通过捕捉大爆炸余辉，MAP将为科学家提供大爆炸发生40万年之后宇宙的图片。
字宙可能变成果冻状
欧洲一位物理学家指出，宇宙随时都可能变成一种果冻状，在这种状态下，所有的物质都会分解成一堆混乱的原子。
他说，“超对称性”理论认为，我们看到的每一个粒子都有一个较重的“影子伙伴”，后者与前者的属性相似，但并不完全一致。问题是宇宙在数十亿年前的“大爆炸”中诞生后，其温度的不断下降，可能使这些粒子运动的速度减慢并使它们变成果冻状。
他说，这种情况的出现将使宇宙蒙受灭顶之灾，因为它会阻断使物质结合在一起的能量。
任何已知的物理学法则都将不再起作用：光会停止传播；电也不再活动；组成宇宙及其“居民”的原子会分解。
但幸运的是，“出现这种情况的可能性极小”，只有1300万的平方分之一。
神秘的金刚石
金刚石一直被人们视之为“矿石骄子”。早在5000年前，人们就已经知道有金刚石了，在《圣经·旧约》的《出埃及记》和《以西结书》中，对金刚石那迷人的光泽赞叹不已；印度的古代杰作《吠陀经》、《刺马耶耶》和《摩呵波罗多》，更是对金刚石那奇异的晕色啧啧连声。在希腊语中，“金刚石”一词就是“不可战胜”、“不可摧毁”的意思。古代的人们以其充满热情的想像力，认为金刚石的非凡性质是一切自然创造物中最完美无缺的表征。一块晶莹的石头竟然有那样出奇的硬度和耐久性，人们感到不可思议，它那闪烁出迷幻异彩的本领尤其令人神往。世界上许多民族更是奉它做自己的神灵，并且冠以极其崇荣的头衔，尊之为“宝石之王”!
然而，关于金刚石的化学成分，以及它的出处，一直是科学界长期争论不休的问题。
历史上一些知名科学家几乎都揣测过金刚石那些扑朔迷离的化学成分。古希腊大哲学家培多克利斯说金刚石是由4种元素(土、气、水、火)组成；而按照印度科学家的说法，它构成的要素是5种，即土、水、天、气和能。1704年，牛顿对此作了系统的研究，指出金刚石的可燃性。而罗蒙诺索夫更预言，金刚石之所以非凡坚硬——乃是由于“它是由紧密联结的质点组合成的”。到了1772年，法国化学家拉瓦哥将一颗金刚石加热使之燃烧，结果发现，它燃烧时所产生的气体就是二氧化碳!虽然拉瓦哥已经指出金刚石和碳的关系，然而却不敢作出看来多么无稽——把高贵的金刚石与“低贱”的碳相比——的最后结论。24年之后，即1796年，英国化学家耐特才作出金刚石是纯净的碳的结论。
至于金刚石来自何方，在科学界更具争议。
最初人们大多认为金刚石来自地下的矿石，因为早期的金刚石多采自砂矿床。1870年在南非开普省北部找到世界上第一个原生金刚石矿床，该地即以当时英国殖民大臣金伯利勋爵的名字来命名，这就是后来的金伯利城。地质学家在矿区发现，金刚石的成矿母岩是一种无论矿物成分和性状都不同一般的非常特殊的岩石，称其为金伯利岩，它最早是由英国人路易斯在1887年提出来的。后来人们在世界各地相继发现了一些在性状和矿物组成等方面与金伯利岩相似的岩体，并且认识到金伯利岩是原生金刚石矿床的惟一成岩母矿。这是一种基质不含长石的偏碱性超基性岩，主要成分为橄榄石，多具角砾状或斑状结构，因此又名角砾云母榄岩，岩体通常呈漏差别形的岩筒(又名岩管或火山颈)或脉状岩石。根据金伯利岩所含的高压矿物推测，金伯利岩浆形成于上地幔，在高压条件下沿着地壳的深入断裂向上运移。由于它饱含高压气体(水及二氧化碳等)，当上升而压力骤减时，体积迅速膨胀，在地下产生火山爆发。爆发后岩浆胶结碎屑物质充填火山颈，遂形成金伯利岩筒。
曾经有人说，金刚石是由金伯利岩浆夺去邻近的碳质岩石的夹杂块形成的；也有人认为，金刚石是由金伯利岩和另一种榴辉岩一起从地壳深处带上来的。现在大部分人确信，金刚石就是由金伯利岸岩本身所含的游离碳，在剧烈上升和发生爆炸的整个岩浆活动过程中，也就是在高温高压条件下结晶形成的。因为人类在实验室中，利用极高的温度和压力，已经成批量生产出人造金刚石。前苏联科学院地球化学实验室采用同位素分析方法证明，金刚石不仅能在150公里以下的地幔上生成，也能地下10公里的地壳里生成。只要岩浆通过地壳上部岩管时，通道出现狭窄的小孔。由于这一缩颈现象，压力会突然从不超过2万大气压猛增到100万大气压，这样，岩浆碳就会变成金刚石。
70年代末至80年代初，美国乔治亚大学的加迪尼等人，测定了美国阿肯色州金刚石的气——液包裹体，竟然发现其中含有类石油的烃类物质(即由碳和氢构成的有机化合物)，如甲烷、乙烯、甲醇、乙醇等。平均每克金刚石的含油气量约3．3×105克。它们转而认为金刚石的形成与地球深部的烃源有关。1981年，索尔博士在日本召开的第18届国际宝石学会议上，进一步阐述了二者之间的内在联系。他推测地球内部有丰富的烃源，烃气在超基性的金伯利岩浆中易于保存。当金伯利岩浆向上涌溢时，挥发性的烃气就向地表表层扩散，而残熔的碳素则缩在金伯利岩浆中，并因压力、温度的急剧变化而结晶形成金刚石。
但是，1988年，人们有了一个意外的发现，使上述观点受到
了怀疑。这一发现就是，俄国学者叶罗费巴夫和拉钦夫首次在石盾陨石中找到的浅灰色的金刚石细粒。不久，在石质陨石中也发现了金刚石。陨石中为什么会有金刚石，也一直是仁者见仁、智者见智。最初认为这些金刚石是陨石中所含的碳质，因与大气摩擦和地面撞击，产生的高温高压而造成的。近年，美国国家自然史博物馆得到一块来自南极大陆亚兰高地冰盖中的铁陨石，在把它切片时，也找到了一个金刚石晶体的包体。他们猜测这块陨石原是小行星的碎片，而其中所含的金附石晶体，则是在它陨落之前，并且是在好几百万年前小行星带中的两颗小行星发生碰撞时形成的。由于小行星碰撞时的速度非常大(时速约数万公里)，产生的冲击压力足以使自然碳转变为金刚石。
美国芝加哥大学的刘易斯和沃特等人，在研究1969年坠落于墨西哥等地的4块陨石时，意外的发现了无数非常细小的金刚石粉末，其中还含有微量的具有特殊比例的同位素的氙气。经过测定，显示出它们的年龄比太阳系还大，均生成于45亿年以前，从而表明金刚石的生成与陨石相互问的撞击或坠落与地球都没有关系。这几位科学家由此推翻了因地球内部的高温高压促进生成金刚石的传统说法。他们大胆提出，自然界的金刚石，大概都是在几十亿年由于一颗红巨星——即垂死的“恒星”的毁灭过程中形成的。那里的富氢和高温特别有利于碳气浓缩成金刚石。在那个阶段，红巨星将增援大量气体，而这些气体将膨胀和冷却，使碳这类物质冷凝并结晶。千百年后，在红巨星最后爆炸成超新星时，它将喷射高速离子，包括带电的氙原子，这些氙原子将追上逃越的金刚石颗粒并埋在其中。在宇宙中形成的金刚石，其数量可能是惊人的。后来，这些金刚石参与了太阳系的演化，难怪在地球和陨石中都能寻到它们的踪迹。
美丽的金刚石究竟是来自天上还是地下呢?真是令人难以捉摸的谜。
宇宙能死亡吗
宇宙有没有终结的一天?宇宙将会如何终结?是“砰”的一声大爆炸，还是逐渐消亡?当地球人在无数个夜晚，悄悄地仰望灿烂夜空，对生命、对宇宙浮想联翩的时候，总是从内心深处发出这样的疑问。
根据科学家利用天文望远镜获得的最新观测结果，宇宙最终不会变成一团熊熊燃烧的烈火，而是会逐渐衰变成永恒的、冰冷的黑暗。这听起来似乎太骇人听闻了。然而地球人或许没有必要杞人忧天，因为地球人暂时还不会被宇宙“驱逐出境”。根据科学家的推测，宇宙很可能至少将目前这种适于生命存在的状态再维持1000亿年。这个庞大的数字相当于地球历史的20倍，或者，相当于智人(现代人的学名)历史的500万倍。既然它将发生在如此遥远的未来，对地球人今天的生活就不会有丝毫影晌。
与此同时，科学家又指出：没有什么东西是可以永远存在的。宇宙也许不会突然消失。但是，随着时间的推移，它可能会让人觉得越来越不舒服，并且最终变得不再适于生命存在。
这种情况将会在什么时候出现呢?又会以怎样的方式出现呢?这的确是一个令人沮丧的问题。但是，我们又不得不承认，对于我们这些生活在地球上的凡夫俗子来说，这些问题却有另一种冷酷的魅力。
自从20世纪20年代，天文学家哈勃发现字宙正在膨胀以来，“大爆炸”理论一直没有摆脱被修改的命运。根据这一理论，科学家指出，字宙的最终命运取决于两种相反力量长时间“拔河比赛”的结果：一种力量是宇宙的膨胀，在过去的100多亿年里，宇宙的扩张一直在使星系之问的距离拉大；另一种力量则是这些星系和宇宙中所有其他物质之间的万有引力，它会使宇宙扩张的速度逐渐放慢。如果万有引力足以使扩张最终停止，宇宙注定将会坍塌，最终变成一个大火球一“大崩坠”，如果万有引力不足以阻止宇宙的持续膨胀，它将最终变成一个漆黑的寒冷的世界。
显而易见，任何一种结局都在预示着生命的消亡。不过，人类的最终命运还无法确定。因为目前，人们尚不能对扩张和万有引力作出精确的估测，更不知道准将是最后的胜利者，天文学家的观测结果仍然存在着许多不确定的因素。
这种不确定因素又是什么呢?科学家指出，这一不确定因素涉及到膨胀理论。根据这一理论，宇宙始于～个像气泡一样的虚无空间，在这个空间里，最初的膨胀速度要比光速快得多。然而，在膨胀结束之后，最终推动宇宙高速膨胀的力鼙也许并没有完全消退。它可能仍然存在于宇宙之中，潜伏在虚无的空间里，并在冥冥中不断推动宇宙的持续扩张。为了证实这种推测，科学家又对遥远的星系中正在爆发的恒星进行了多次观察。
通过观察，他们认为这种正在发挥作用的膨胀推动力有可能确实存在。
倘若真是这样的话，决定宇宙未来命运的就不仅仅是宇宙的扩张和万有引力，还与在宇宙中久久徘徊的膨胀推动力所产生的涡轮增压作用有关，而它可以使宇宙无限扩张下去。
但是，人们最关心的或许是智慧生命本身。人类将在宇宙中扮演什么角色呢?难道人类注定要灭亡吗?人类已经在越来越快地改变着地球，操纵着自己的生存环境，也许到那时，人类将会以高度发展的智慧在宇宙中立于不败之地。谁知道呢?且让未来的地球人和地外一切生命拭目以待吧。人类对宇宙的认识永远没有终极，认识穷尽的那天也许就是人类或宇宙毁灭的那一天。正如爱因斯坦在写给一个对世界的命运感到担忧的孩子的信中所说：“至于谈到世界末日的问题，我的意见是：等着瞧吧!”
神秘的银河系
(1)银河系的年龄
长期以来，天文界对银河的年龄说法不一。有的认为只有70亿岁，有的认为200亿岁。1983年，美国教授纳斯．詹姆士和彼雷·迪马库，使用一种新的测量技术对银河系的年龄进行了反复的计算，结果最后测定银河系的年龄接近120亿岁。发明字宙天文钟的荷兰天文学家经测量认为，1990年宇宙年龄的上限为120亿年。
(2)银河系的结构
很久以来，天文学家一直认为银河系是一个旋涡星系。但1991年，美国科学家认为银河系是棒旋星系，为此提出了种种线索。例如，银心附近的星际云的不规则运动是以一个棒为中心的。
对银河系核心附近的恒星的近红外光观测，为棒状结构发现提供了直接证据。棒略微倾斜，它的东端向南倾斜穿出银道面，如它在天空中的大角厚度所揭示的那佯，那部分离地球也比较近。经贝尔实验室的科学家计算．证明棒的重力将使附近的大质量星际气体云迅速地旋进核心，其结果很可能是激烈的中心恒星爆发。在爆发中，大量的非常亮的大质量恒星形成。
(3)银河系的分子云
1982年美国科学家发现，在银河系外缘部有新的分子云。太阳系距离银河系中心大约三万光年。新近发现的分子云大约位于太阳系外侧3万至5万光年处，其主要成分是氢和一氧化碳；分子云的范围大约为三万光年。
(4)银河系的中子星爆发消亡
1996年，美国天文学家在靠近银河系中心的位置发现了一个天体。该天体被认为是一颗正在消亡的“中子星”。这是X射线天文学35年来的首次发现，引起了科学家们极大的兴趣，争先恐后地投人研究，以赶在该星体消亡前获得尽可能多的数据。
该星体的直径仅16千米，但却有巨大的质量——相当于太阳的质量；有巨大的重力场——相当于地球的1亿倍。该星体的密度极高，仅一手指尖大小的物质就有1亿吨。该星体从一个比它更大的伴星上吸取气体，获得能量，其抽取气体的力量之大可把这些气体加温至l亿度，并由此引发每半秒钟一次x射线长时间的爆发。该星体的独特之处还在于在x光波长上同时具有脉冲和爆发两种现象，还存在x射线长爆发现象，一天达二十余次。有的科学家说，该发现“是一个奇迹之巅的奇迹”。
(5)银河系的新星诞生--
1989年，日本科学家在世界上首次记录了一颗银河系新星的诞生过程。他们借助微波干涉仪完成了系列摄影，根据这些相片可以观察到作为一颗新星形成过程的初始阶段怎样向银河中部的
+点集中。研究已确定，即将从中产生恒星的气体星云直径总计为一光年；气体围绕“云雾”中心旋转的速度，边缘为一秒钟一公里，靠近中心为一秒钟三公里。
(6)银河系存在巨大黑洞
天文学中“黑洞”是指演变到最后阶段的恒星，由中子星进一步收缩而形成的。黑洞有巨大的引力场，使它所发射的任务电磁波都无法向外传播，从而变成看不见的孤立天体。我们只能通过引力作用来确定它的存在，所以叫做“黑洞”，也叫“坍缩星”。
由于天河中心释放出x光和电波，所以科学界认为银河中心存在着黑洞。但是，多年来科学界一直未找到证明黑洞确实存在的证据。
在1997年8月对日于日本京都市举行的第23届国际天文学联系总会上，美国及德国的两个科研小组同时报告：在银河系中心的确存在巨大的黑洞，他们的研究已找到了这种证据。两个小组的研究均得出几乎相同的结果，足可使银河系中心存在巨大黑洞成为定论。
找到这种证据的是德国麦克斯普兰克研究所的研究小组，另一个是美国加利福尼亚大学的研究小组。
德国的研究小组在以，主的6年间，利用智利的3．5米口径望远镜，对处于天马星座银河系中心附近的星体活动进行了详细观测。发现在从银河中心到光行进一周时间的距离内的星体正以每秒约二千米的迅猛速度绕银河中心周围旋转。从这一速度计算得出，星体旋转轨道内侧的质量约为太阳质量的250万倍。将如此巨大的质量集中于如此狭小的范围内，除了黑洞没有其他可能。
加利福尼亚大学研究小组开始观测的时问比德国的研究小组晚。他们用口径10米的望远镜，通过两年的猛追细察，准确地掌握了银河系中心附近近百个星体的运动速度。以这些速度计算出的中心质量与德国研究小组的基本相同，大约也是太阳质量的250万倍。
德国和美国的科研小组在不同的地方、利用不同的器械分别进行观测得到了相同的结论，这可以证明黑洞确实存在。
(7)河外星系探谜
在广袤无垠，浩翰辽阔的宇宙海洋中，肉眼所见的天体，绝大多数是银河系的成员，那么，银河系就是通常所说的宇宙吗?远远不是!在宇宙中存在着数以亿计的星系。我们的银河系只是一个普通的星系，银河系以外的星系称为河外星系，简称星系，因此，银河系并不是宇宙，它只是宇宙海洋中的一个小岛，是无限宇宙中的很小的一部分。
据天文学家估计，在银河系以外约有上千亿个河外星系，每个星系都由数万乃至数千万颗恒星组成。河外星系有的是两个结成一对，多的则几百以至几千个星系聚成一团。现在观测到的星系团已有一万多个，最远的星系团距离银河系约70亿光年。
河外星系的外形和结构多种多样。1926年，哈勃按星系的形态，把星系分为椭圆星系、旋涡星系和不规则星系三大类。后来又细分为椭圆、透镜、旋涡、棒旋和不规则星系五个类型。各类星系中，距离银河系较近的星系有麦哲伦云星系和仙女座星系。
麦哲伦云星系，包括大麦哲伦云和小麦哲伦云两个星系，它们是银河系的两个伴星，也是寓银河系最近的星系，距离银河系为167和19万光年。它们在北纬20℃以南的地区升出地平面，是南大银河附近两个肉眼清晰可见的云雾状天体。大麦哲伦云星系在剑鱼座和山案座，张角约6°，相当于12个月球视直径；小麦哲伦云星系在杜鹃座，张角约2。，相当于4个月球视直径。两个星系在天球上相距约20．5万光年。
麦哲伦云星系是由阿拉伯人和葡萄牙人首先发现的。
1521年，葡萄牙著名航海家麦哲伦在环球航行时，第一次对它们作了精确描述，后来就以他的名字命名。1912年，美国天文学家勒维特发现小麦哲伦云的造父变星的周光关系，赫茨普龙和沙普利随即测定了小麦哲伦云的距离，成为最早确定的河外星系。两星云之间虽存在着微弱的联系，但它们自存一个系统。大麦哲伦云星系从前离我们可能更近一些，大约在五亿年前，它也许恰好挨着我们的银河系，距离银心只有6．5万光年。
大麦哲伦云星系属棒旋星系或不规则星系，质量为银河星系的1／20。小麦哲伦云星系属不规则星系或不规则棒旋星系，质量只及银河系的1／100。麦哲伦云星系中的气体含量丰富，中性氢质量分别占它们总质量的9％和32％，都比银河系大得多。但它们的星际尘埃含量却比银河系少，而年轻的星族的天体则很多，有大量的高光度O—B型星；此外，还观测到新星、超新星遗迹，X射线双星等天体。射电资料表明，大小麦哲伦云星系有一个共同的氢云包层；两云之间的中性氢纤维状结构，一直伸展到南银极天区，横跨半个天球，称为麦哲伦气流。它们和银河系有物理联系，三者构成一个三重星系。
由于麦哲伦云星系距离我们太遥远，对它们的范围现在还没有一个精确的数字。估计大麦哲伦云星系的直径可能达到4万光年，接近银河系的一半。麦哲伦云星系的恒星分布密度比银河系低得多。大麦哲伦云星系的恒星总数可能不超过50～100亿个：小麦哲伦云星系则只有10～20亿个。两星系的恒星数量加在一起，只及银河系的1／10。因此，有人把它们说成是银河系~9N4-卫星。
仙女座星系，又称仙女座大星云。它用肉眼可以看见，亮度为4度，看上去像是一颗暗弱、模糊的星系。
仙女座星系是位于仙女星座的巨型旋涡星系，天球坐标是赤经O“40{mO}，赤纬+40°00′(1950．0)。视星等Mv为3．5等，肉眼看去状如暗弱的
椭圆小光斑。在照片上呈现为倾角77°的sb型星系，大小是160′x40′，从亮核伸展出两条细而紧的旋臂，范围可达乃245′×75′。1786年确认为银河系之外的恒星系统。现在测定它的距离为220万光年(670千秒差距)。直径是16万光年(50秒差距)，为银河系的一倍，是本星系群中最大的一个。近年来发现，仙女座星系成员的重元素含量从外围向中心逐渐增加。1914年探知它有自转运动。据目前估计，仙女星系的质量不小于3．1×10对太阳质量，是本星系群中质量最大的一个。
仙女星系中心有一个类星核心，绝对星等队Mv=11，直径只有25光年(8秒差距)，质量相当于10′个太阳，即一立方秒差距内聚集1500个恒星。类星核心的红外辐射很强，约等于银河系整个核心区的辐射。但那里的射电却只有银河射电的1／20。仙女星系有两个矮伴星系——Ncc221(M{32})和NGC205，按形态分类分别为E2和E5。P在本星系群中，仙女星系还和其他星系构成所谓仙女星系次群。
旋涡星系又叫旋涡星云，是旋涡形状的河外星系。旋涡星系的中心区为透镜状，周围围绕着扁平的圆盘。从隆起的核心球两端延伸出若干条螺线状旋臂，迭回在星系盘上。旋涡星系可以分正常旋涡星系和棒旋星系两种。按哈勃分类，正常旋涡星系又分’为a、b、c三种次型；S型中心区大，稀疏地分布着紧卷旋臂S型中心区较小，旋臂较大并较伸展；S型中心区为小亮核，旋臂大而松弛。除了旋臂上集聚高光度O、B型星和超巨星、电离氢区外，同时还有大量的尘埃和气体分布在星盘上，从侧面看去，在主平面上呈现为一条窄的尘埃带，有明显的消光现象。旋涡星系通常有一个笼罩整体的、结构稀疏的晕，叫做星系晕。其中主要的星族Ⅱ天体，其典型代表是球状星团。一个中等质量的旋涡星系往往有100—300个球星团，不均匀地散布在星系盘周围空问。再往外，可能还有更稀疏的气体球，称为星系冕。旋涡星系向质量(M)为109-10{11}个太阳质量，对应的光度是绝对星等-1—-20等。
河外星系除上述几种星系外，还发现有大量各种类型的星系。天文学家估计，在最先进的仪器所观测到的这一部分宇宙里，星系的总数可能高达一千亿个之多。不久以前，美国天文学家宣布发现了迄今为止最大的发光结构——一道由星系组成的长至少有5亿光年、宽约2亿光年、厚约1500光年、距地球2—3亿光年的“宇宙长城”。这座巨大的“宇宙长城”实际是一个巨大的河外星系。
随着太空时代的到来，人们对太空星系越来越感兴趣。如今世界各地已有数百种天文杂志和数干个大大小小的天文学会社团，仅西欧就有数十万业余天文爱好者。世界各国为使自己在开发利用宇宙空间的宏伟事业中处于有利地位，更是加紧探索宇宙中的奥秘。
宇宙有中心点吗
太阳是太阳系的中心，太阳系中所有的行星都绕着大阳旋转。银河也有中心，它周围所有的恒星也都绕着银河系的中心旋转。那么宇宙有中心吗?一个让所有的星系包围在中间的中心点?
看起来应该存在这样的中心，但是实际上它并不存在。因为宇宙的膨胀一般不发生在三维空间内，而是发生在四维空间内的，它不仅包括普通三维空间(长度、宽度和高度)，还包括第四维空间——时问。描述四维空间的膨胀是非常困难的，但是我们也许可以通过推断气球的膨胀来解释它。
我们可以假设宇宙是一个正在膨胀的气球，而星系是气球表面上的点，我们就住在这些点上。我们还可以假设星系不会离开气球的表面，只能沿着表面移动而不能进入气球内部或向外运动。在某种意义上可以说我们把自己描述为一个二维空间的人。
如果宇宙不断膨胀，也就是说气球的表面不断地向外膨胀，则表面上的每个点彼此离得越来越远。其中，某一点上的某个人将会看到其他所有的点都在退行，而且离得越远的点退行速度越快。
现在，假设我们要寻找气球表面上的点开始退行的地方，那么我们就会发现它已经不在气球表面上的二维空间内了。气球的膨胀实际上是从内部的中心开始的，是在三维空间内的，而我们是在二维空间上，所以我们不可能探测到三维空间内的事物。
同样的，宇宙的膨胀不是在三维空间内开始的，而我们只能在宇宙的三维空间内运动。宇宙开始膨胀的地方是在过去的某个时间，即亿万年以前，虽然我们可以看到，可以获得有关的信息，而我们却无法回到那个时候。
天空布满“洞”
这里所说的“洞”，其实是给人类带来灾难的臭氧空洞和黑洞。由于它们的神秘莫测，至今被科学家们密切观测和探寻。
美国宇航局获得的数据表明，2000年9月上句，南极上空的臭氧层空洞面积已达2830万平方公里，相当于美国领土面积的3佰。这是迄今观测到的最大的臭氧空洞。
这片臭氧空洞扩大到了智利南部城市蓬塔阿纳斯上空，致使智利的天空“漏”了。当地居民暴露在强度极高的紫外线辐射下。这是科学家首次观测到一个城市遭受臭氧层空洞的影响。
距地球表面25公里上空的臭氧层能吸收阳光中对生物有害的紫外线，是地球生态环境的保护伞，因此科学家十分关注南极和北极上空的臭氧层。人类工业活动产生的一些化学物质如氟利昂等对臭氧层会造成破坏。
据美宇航局7日发表的新闻公报介绍，有关数据是由宇航局地球观测卫星上的“全臭氧绘图分光计”测得的。在此之前，人们观测到的最大臭氧层空洞是1998年9月19日出现的，面积为2720万平方公里。
科学家们分析说，2000年南极上空臭氧层空洞规模空前，与南极早春气候条件及南极上空同温层涡流过度密集有关。
直至当年10月31日，阿根廷国家气象局发布的一份通告指出，南极上空的臭氧空洞已经缩小，基本恢复到11月前后的正常面积。
通告说，据观测，10月29日南极上空臭氧空洞的面积已缩小到1500万平方公里，是2000年最高时期的一半。根据历年的经验，空洞面积在今后的几个星期里将继续缩小。
曾发现南极臭氧空洞的英国科学家乔纳森·尚克林预测说，到2020年北冰洋上空也会出现类似的臭氧空洞。
尚克林是1985年发现南极臭氧空洞的3名科学家之一。他说，地球的臭氧层日渐稀薄，且很难恢复到以前的状态。温室效应气体不断地释放出来，导致臭氧层稀薄。这样发展下去，北冰洋匕空在20年后可能出现与南极上空同样大的臭氧空洞。
与此同时，2001年初，美国宇航局的科学家首次发现黑洞存在的直接证据，他们利用哈勃望远镜看到了黑洞正在“吃”东西。
美国宇航局的科学家说，他们对哈勃望远镜1992年的一批观测数据进行分析，发现了两列特殊的紫处线脉冲，可能是物质跌人黑洞的“事件视界”之前所发出的紫外线。科学家在正于美国圣迭戈举行的美国天文学会年会上报告说，这可能是人类首次观测到黑洞存在的直接证据。这个黑洞名叫天鹅座XR-1，离地球约6000光年，它是最早被人类用间接方式确认为黑洞的天体。
黑}同是一种体积极小、质量极大的天体，具有非常强的引力，在它周围的一个区域里，连光也无法逃逸出去，这一区域称为“事件视界”。
此前科学家一般通过间接方式确认黑洞的存在，例如观察黑洞引力对邻近天体运动的影响，或观察物质在接近黑洞的过程中释放出的大量X射线等。
据美国宇航局发布的新闻公报说，科学家对哈勃望远镜上的高速光度计在1992年对天鹅座XR-1的一批观察数据进行分析，发现了两个迅速衰减并很快消失的紫外线脉冲阵列，一列包含6个脉冲，另一列包含7个，在消失之前，脉冲阵列仅持续了0．2秒左右。
科学家认为，这两个脉冲阵列的特征，与理论所预言的物质团块旋转着落人黑洞“事件视界”时释放的紫外线脉冲阵列特征相符。假如物质跌落的方向不是一个黑洞，这些脉冲就不会消失，反而会增强。因此这两个脉冲阵列很可能就是两块炽热的气体跌人黑洞“事件视界”之前最后发出的“死亡之光”。“事件视界”可以理解为黑洞区域的边界。不过，研究人员也不排除这是统计误差造成的偶然事件的可能性。
天文学家在2000年9月出版的英国科学周刊《自然》上说，被称作人马座A*的黑洞距地球2．6万光年，正好处在我们银河系的圆心，看上去银河系仿佛在围绕它运转。
在银河系的中央隐藏着一个“超大型”黑洞，其强大的重力吞没了光线，并像摆弄玩具一样摆弄着附近的3颗恒星。
在此之前，人们就一直怀疑那里可能存在黑洞：其依据是一团气体和宇宙尘埃释放出来的微弱辐射——据认为，这团气体和尘埃在围绕黑洞运转。
但是，到目前为止还缺少确认这一现象的证据。
洛杉矶加利福尼亚大学物理和天文系的一个研究小组说，夏威夷的凯克望远镜(全世界最大的望远镜之一，口径达10米)拍下的超速图像似乎为这种猜测提供了所需的根据。
这些在4年中拍摄的图片表明，3颗在近距离围绕人马座A口运转的恒星似乎在其重力的影响下逐渐加速。这些恒星现在的运转速度几乎达到地球围绕太阳的转速。这表明，它们被一团质量巨大的物质所吸引。科学家估测，其质量是太阳的260万倍。
大爆炸前宇宙已存在
创世大爆炸之前发生了什么?如果你向宇宙学家求教，他们通常都会搪塞你说这个问题根本就没有意义。斯蒂芬·霍金曾经作过一个非常著名的比喻——这就像是在问“北极的北面是什么?”一样。根据创世大爆炸理论，大爆炸就是字宙的开始。时问和空间都是在那个时候产生的，所以根本就没有什么“以前”。
但是这个理论可能根本就是锗误的。一位大胆的物理学家已经对这个应该不会有人问的问题作出了回答。如果他是对的，那么宇宙诞生的时间应该在大爆炸发生之前，而且两者之问的时间跨度应该长得令人难以想象。日内瓦附近的欧洲粒子物理学实验室的加布里埃莱·韦内齐亚诺指出：“大爆炸绝对不是时问的开始，它只是宇宙历史上一个重要的转折点。”
理论缺陷
韦内齐亚诺是从本世纪90年代初开始对大爆炸之前的历史时期进行探索的，当时他和他都灵大学的同事毛里齐奥·加斯佩里尼正在设法修补标准的大爆炸模型中存在的一些重要缺陷。这样的缺陷非常多。例如，如果像倒放电影一样倒过来想象宇宙的扩张，它的密度和温度就会永无休止地增加直到它们迅速上升到无穷大。
这个被称为奇点的无穷大的点对于物理学家来说是一个非常重要的问题。韦内齐亚诺指出： “奇点告诉我们，我们对于宇宙的描述——爱因斯坦的引力理论，或者说广义相对论——并不适用于宇宙形成的最初时刻。”这是因为在大爆炸开始后10—43秒内有一个被称为普朗克时间的点，在这个时间点上引力的强度是完全可以与其他的自然力相提并论的。因此，在处理与奇点有关的物理学问题时，科学家必须提出从量子角度对引力进行描述的理论——目前这样的理论并不存在。
但是物理学家对于他们可以怎样应用量子理论对引力进行描述确实已经产生了一些想法。其中研究前景最为光明的可能是弦论。根据这一理论，自然界的基本粒子是一些在9维空间里振动的小得难以置信的“弦”，除了其中的3个维度以外，其余的6维已经“蜷缩”得比原子还小。其中一种基本振动模式是一个看上去与假定存在的引力载体“重子”十分相似的无质量粒子。这就是为什么韦内齐亚诺决定弄清楚弦论到底是不是能够帮助科学家解决奇点问题的原因。
超越障碍
韦内齐亚诺发现弦论可以消除时问起点处的奇点问题。虽然宇宙仍然会随着时光的倒流而收缩，但是因为弦的体积是一定的，所以宇宙的体积永远不会为零，因此奇点也就永远不会出现。在标准的大爆炸模型中，奇点就像是一道难以逾越的障碍。而在弦宇宙论中，这样的障碍却根本就不存在，这使科学家有可能对大爆炸之前的时代进行探索。
大爆炸之前的时代的存在还可以解决标准大爆炸模型中的另一个问题。如果你倒过来想象宇宙的扩张，并且一直追溯到广义相对论能够进行可靠描述的最早的时期，你会发现一些与宇宙有关的非常奇怪的现象。虽然我们今天可以观察到的宇宙已经被压缩到了只有大约1毫米宽，但是光自t=0开始所经过的距离却只有1毫米的1031分之一。
这一点对于早期宇宙来说具有非常深远的意义。一个宇宙区域要想“了解”另一个宇宙区域中的情形，惟一方法要看是否有时间让某种影响力来回作用于两个宇宙区域之间——而任何影响力的最大速度都是光速。因此，早期的宇宙是由1093个宇宙区域组成的，这些区域完全相互独立，或者说是“由于某种原因而互相分离”。
问题是今天的宇宙是“均匀”的。不仅宇宙中各个地方的物质密度基本相同，而且大爆炸残留下来的辐射的温度也大致相当。与所有人的想法正好相反，上面提到的1093个相互分离的宇宙区域一定已经找到了某种相互“了解”的方法。
膨胀理论
标准的大爆炸模型并没有给这些宇宙区域提供足够的时间进行相互“了解”，而是在极短的时间里(从宇宙诞生到普朗克时间)就完成了宇宙区域密度和温度的均一化过程。因此宇宙学家后来除了对标准的大爆炸模型进行修改之外没有其他的选择，他们假定了一个短暂的超高速扩张过程，这个超高速扩张过程使一个由于某种原因而连接在一起的宇宙区域“膨胀”成为我们今天看到的整个宇宙。膨胀理论不仅可以解释为什么今天的宇宙如此均一，它还为微小的量子波动放大成为我们在今天的宇宙中看到的巨大星系团提供了理论依据。但是，“膨胀”理论也有自己的问题。例如，导致空间放大的物理过程(“膨胀”区)完全是理论学家的凭空臆想，为了让这个物理过程合乎逻辑，你必须非常仔细地精心选择“膨胀”区的初始状态。
所有这些都意味着这样一个事实：如果大爆炸并不是宇宙的开始，大爆炸发生之前存在着漫长的“史前历史时期”，那么宇宙学家的日子就要好过得多了。韦内齐亚诺指出：“‘史前历史’的存在显然是解释目前宇宙均一状态的合理方式。”而弦论则正好可以为史前历史的存在提供理论依据。
那么大爆炸发生之前的宇宙又是怎样的情形呢?韦内齐亚诺指出，通过观察宇宙的对称性，你可以找到解答这一问题的线索。宇宙哲学根据爱因斯坦的广义相对论方程式得出的标准解法(被称为弗里德曼大爆炸模型)带有非常简单的对称性。弗里德曼模型在时间反转的情况下可以保持恒定不变：换句话说，如果你首先选择广义相对论方程式的一个解法，然后在代表时间的数值前面加上一个负号，你就可以得到另一个解法。在这种时间反转的情况下，宇宙不再表现为从大爆炸开始扩张而是不断缩小直至发生大崩塌。
宇宙哲学根据弦论提出的解法也带有同样的对称性，除此之外还有另一种对称性：如果你用表示宇宙体积的比例因子的倒数来取代比例因子本身，你就会发现这些解法也是对称的。如果同时运用这两种变化——时间反转和比例因子改变——你就会得出一种不同寻常的宇宙扩张模式，在这种模式中，宇宙扩张的速度正在加快而不是减慢。换句话说，这是一个处于膨胀状态的字宙。韦内齐亚诺指出：“我们发现原来每一个大爆炸模型的解法都有另外一个解法与之相对应，根据后一种解法的描述，空间在从t=一∞到t=0的过程中一直在不断膨胀——也就是说在朝着大爆炸前进的过程中一直在不断膨胀。”
现在我们可以从一个新的角度出发来认识大爆炸了。它是宇宙从加速膨胀向我们今天在自己周围看到的减速扩张过渡的时期。韦内齐亚诺指出：“大爆炸发生时，宇宙的曲度、扩张速度和温度都达到了最大值。大爆炸的出现并不是宇宙的开始而是宇宙历史上一个重要的转折点。”