宇宙 宇宙（，）是所有的时间、空间与其包含的内容物所构成的统一体，宇是指空间，而宙是指时间；它包含了行星、恒星、星系、星系际空间、次原子粒子以及所有的物质与能量。目前人类可观测到的宇宙，其距离大约为，最大为27,160百万秒差距；而整个宇宙的大小，不太可能为无限大，宇宙有限时间形成，有限时间毁灭，大小科学根据有限，甚至多元宇宙有限，但未有定论。物理理论的发展与对宇宙的观察，引领著人类进行宇宙构成与演化的推论。 根据历史记载，人类曾经提出宇宙学、天体演化学与科学模型，解释人们对于宇宙的观察。最早的理论为天动说，由古希腊哲学家与印度哲学家所提出。数世纪以来，逐渐精确的天文观察，引领尼古拉·哥白尼提出以太阳系为主的地动说，以及经约翰尼斯·克卜勒改良的克卜勒定律；最终艾萨克·牛顿的牛顿万有引力定律解释了前述的理论。后来观察方法逐渐改良，引领人类意识到太阳系位于数十亿恒星所形成的星系，称为银河系；随后更发现，银河系只是众多星系之一。在最大尺度范围上，人们假定星系的分布平均，且各星系在各个方向之间的距离皆相同，这代表著宇宙既没有边缘，也没有所谓的中心。透过星系分布与谱线的观察，产生了许多现代物理宇宙学的理论。20世纪前期，人们发现到星系具有系统性的红移现象，表明宇宙正在膨胀；借由宇宙微波背景辐射的观察，表明宇宙具有起源。最后，1990年代后期的观察，发现宇宙的膨胀速率正在加快，显示有可能存在一股未知的巨大能量促使宇宙加速膨胀，称做暗能量。而宇宙的大多数质量则以一种未知的形式存在著，称做暗物质。 大爆炸理论是当前描述宇宙发展的宇宙学模型。ΛCDM模型推测宇宙年龄为。大爆炸产生了空间与时间，充满了定量的物质与能量；当宇宙开始膨胀时，物质与能量的密度也开始降低。在初期膨胀过后，宇宙开始大幅冷却，引发第一波次原子粒子的组成，稍后则合成为简单的原子。这些原始元素所组成的巨大星云，借由重力结合起来形成恒星。 目前有各种假说正竞相描述著宇宙的终极命运。物理学家与哲学家仍不确定在大爆炸前是否存在任何事物；许多人拒绝推测与怀疑大爆炸之前的状态是否可侦测。目前也存在各种多重宇宙论的说法，其中部分科学家认为可能存在著与现今宇宙相似的众多宇宙，而现今的宇宙只是其中之一。 定义. 物理学的宇宙被定义为所有的时间与空间（两者共同称为时空）；这包含了电磁辐射及物质等所有能量的各种形态，进而组成行星、卫星、恒星、星系及星系际空间。宇宙也包含了影响能量与物质的物理定律，包含守恒定律、古典力学及相对论。 宇宙通常被定义为「存在的总和」，或是过去、现在及未来所有存在的。事实上，部分哲学家及科学家认为宇宙的定义包含了数学、逻辑等等思想及抽象的概念#重定向 。「宇宙」这个词也可以指「世界」、「自然」等概念。 词源. 中文. 「宇」，「宙」分别指屋檐和船檐。今义可追溯自战国时期尸佼的著作《尸子》〈卷下〉篇：「。」首次宇宙连用则出现于《庄子》的〈齐物论〉：“”。另有太空一词，通常指"我们"以外的空间。「太」即「大」。 欧洲语言. 宇宙的英语「-- 」起源于古法语的「-- 」，而该词又源自于拉丁语的「-- 」，为全部，大全的意思，大学（University）也有相同词根。 西塞罗与后来的拉丁语作者曾使用过「-- 」这个词汇，与现代英语所使用的「-- 」意义相同。 毕达哥拉斯以降的古希腊哲学家，将宇宙称做「-- 」（即Pan-，泛，一切），定义为一切的物质与空间，而「-- 」（一切事物）则不包含空无状态。另外一个同义词则是「-- 」（英语：-- ，意义为世界、宇宙），宇宙学使用此词根。。拉丁语学者也常使用「-- 」、「-- 」等词称呼宇宙，且影响现今的语言，如德国以「-- 」与「-- 」称呼宇宙。英语中也能找到宇宙的同义词，如「-- 」（如万有理论）、「-- 」（如多世界诠释）与「-- 」（如自然法或自然哲学）。 大爆炸与年表. 自然演化历程 em; height:0.5191304347826082em; margin-left:0em; width:10em; ">em; em; height:0.9886956521739119em; margin-left:0em; width:10em; ">em; em; height:11.11304347826087em; margin-left:0em; width:10em; ">em; em; height:0.365217391304347em; margin-left:0em; width:10em; ">em; em; height:11.478260869565217em; 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当前能解释宇宙发展的模型为大爆炸理论。大爆炸模型指出，宇宙最早处于温度与密度极高的状态中，接著开始膨胀。该模型基于广义相对论与空间、各向同性等简单推论而来。为了针对宇宙的各种观察进行说明，科学家使用了包含宇宙学常数与冷暗物质在内的简单模型，称做ΛCDM模型。大爆炸模型针对星系间的距离关联性与红移现象、氢与氧原子的数目比例、以及微波辐射背景等观察做出说明。 -{zh;zh-hans;zh-hant;zh-cn;zh-hk;zh-sg;zh-tw|-{zh:;zh-cn:;zh-hk:;zh-tw:;}-}- 宇宙初始时的高热、高密度状态，称为普朗克时期；此时期从时间零点到1个普朗克时间单位，需时约10−43秒，非常短暂。普朗克时期期间，所有型态的物质与能量都会集中，达到紧致的状态；此时科学家相信重力与其他的基本力一样强大且达成统一的状态。普朗克时期过后，宇宙开始成现在的型态；也许宇宙在如此短的时间发生暴胀，导致其体积能够在10−32秒内达到非常大的规模。 在普朗克时期与暴胀时期之后，宇宙开始经历夸克时期、强子时期与轻子时期。从大爆炸之后起算，前面所述的这些时期所经历的时间，总共不超过10秒。 性质. 宇宙的时空通常以欧几里得的观点解析，也就是三维空间加上时间维度的「四维空间」。时间与空间可结合成一个流形，称作闵考斯基时空；物理学家以此简化了大量的物理理论，并使用更统一的方式，描述包含超星系与次原子层次的宇宙运作机制。 时空的事件并非绝对限定于空间与时间上，而是观测者的已知相对运动。闵考斯基空间非常接近宇宙的无重力状态；广义相对论的伪黎曼流形描述了物质与重力在内的时空。弦理论则假设宇宙存有额外的维度。 在4种基本相互作用中，重力于宇宙中星系与大尺度结构等大规模范围中，具有主导地位。重力的影响可以累积；相对地，正电荷与负电荷的影响则会相互抵消，使得电磁作用于宇宙大尺度结构中的影响力变低。至于弱相互作用与强交互作用的影响力，则会随著距离增加而大幅下降，因此它们主要作用于次原子尺度。 宇宙中有著物质比反物质多的现象，这种不对称可以从CP破坏的观察中得到。宇宙既没有动量，也没有角动量；假设宇宙有限，就会遵循公认的物理定律（分别是高斯定律与的非散发型态）。 大小与区域. 宇宙的大小目前仍难以界定。根据一种较为严谨的定义，宇宙为与自身所系时空的任何一切，且人们与时空可以互动。根据广义相对论，宇宙空间中的部分区域可能会因为有限光速与持续的，导致在宇宙存在的时间中，永远无法与人们产生互动。举例，从地球发出的广播讯息，即使宇宙永远存在，可能永远无法抵达宇宙空间中的部分区域：空间扩展所花费的时间，会比光抵达该区域的时间还快。 宇宙空间中较远的区域，即使人们无法和这些区域互动，但仍会假定这些区域存在，并且是现实的一部份。人们可影响与受影响的空间区域，称为可观测宇宙。可观测宇宙的大小，取决于观察者的位置。借由旅行，观察者可以观测到更广大的区域，比起站在定点所观察到的区域还大。然而，即使是最快的旅行者，仍将无法与所有的宇宙空间互动。一般来说，可观测宇宙指的是观察者从银河系中的有利位置所观察到的一部份宇宙。 公元100年左右的东汉时代，当时科学家张衡最早提出“过此而往者，未知或知也。未知或知者，宇宙之谓也”和“宇之表无极，宙之端无穷”的观点。明确提出由空间和时间构成的宇宙大小是无限的观念。目前关于宇宙是否无限的问题还有争议。如果整个宇宙的空间部分是有限的，那么可以用一定的距离来表示。对于均匀各向同性的宇宙来说，这就是三维空间的曲率半径。但是，即使宇宙整体是无限的，宇宙的可观测部分仍是有限的：由于相对论限定光速为宇宙中信息传播的最高速度，如果一个光子从大爆炸开始传播，到今天传播的固有距离（Proper Distance）为465亿光年，这一距离称为今天宇宙的粒子视界。即可观测宇宙的半径为465亿光年，直径为930亿光年。可观测宇宙的边缘的光子传播到今天的地球经过的距离非常接近大爆炸距今的时间乘以光速，即大约138亿光年。由于宇宙在膨胀，宇宙的边缘到地球的固有距离比这个距离大得多。 另一个在物理学数量级估计中常用来表示宇宙大小的距离称为哈勃距离，是哈伯–勒梅特定律的倒数乘以光速，其数值约为1.29×1026公尺，也约为138亿光年。科普和科技书籍中所指宇宙的大小常指这个数值。哈勃距离可理解为四维时空的曲率半径。 形状. 广义相对论描述了时空如何经由物质与能量产生扭曲与弯折。宇宙的拓扑学与几何学包含了可观测宇宙内的局部几何与全域几何。宇宙学家通常会将时空给予一个类空间隔的切片，称之为同移座标。在时空中可以观察到的部分是过去的光锥，划定了宇宙学视界。宇宙学视界（也称作粒子视界或光视界）的最大距离，为粒子在宇宙年龄范围中，旅行至观察者的距离。而视界则代表宇宙中可观察到无法观察区间的界限。宇宙学视界的存在、性质与显著性是随特定的宇宙学视界而定。 决定宇宙未来发展的一个重要参数为密度参数（Ω），定义为宇宙的实际（或观测）密度与弗里德曼宇宙临界密度之比值。宇宙的形状有3种可能的几何型态，取决于Ω是否等于、小于或大于1。这将会分别决定宇宙的形状为扁平态、开放态或封闭态。 根据宇宙背景探测者、威尔金森微波各向异性探测器与普朗克卫星对于宇宙微波背景辐射的观察，认为宇宙是具有有限年龄的无限空间，为弗里德曼-勒梅特-罗伯逊-沃尔克度规所描述的内容之一。该模型支持暴胀理论与标准宇宙学模型，描述宇宙为具有同质性的扁平状空间，而暗物质与暗能量占有主导地位。 成分. 宇宙大部分由普通物质、暗物质、暗能量构成。其他的成分为电磁波（约占0.005-0.01%）与反物质。宇宙中所产生的电磁波总量，在过去20亿年中减少了一半。 原有物质包含了原子、恒星、星系与生命，在宇宙中只占有全部成分的4.9%。现存的原有物质总密度非常低，约为每立方公分4.5 × 10−31公克，相当于每4立方公尺只有1个质子。暗物质与暗能量的本质目前尚未知晓。暗物质是一种目前尚未被侦测的神秘物质型态，占宇宙全部成分的26.8%。暗能量是真空中的能量，也是导致宇宙加速膨胀的原因，在全部宇宙成分中占68.3%。 物质、暗物质与暗能量均匀分布于宇宙3亿光年的大尺度范围中。然而，在小尺度范围中，物质会趋向集结为块状层次；大多数原子会聚集成恒星，大多数恒星会聚集成星系，而大多数星系会聚集成，最后则聚集成大尺度纤维状结构。可观测宇宙包含了大约300涧（3×1023）个恒星与超过1,000亿（1011）个星系。通常星系的规模可以小到只有1,000万（107）个恒星（矮星系），也可以大到拥有1兆（1012）个恒星，形成巨大的星系。各结构之间存有空洞，直径通常为1,000万－1.5亿秒差距（3,300万－4.9亿光年）之间。银河系是本星系群的其中一个星系，其所属的超星系团为拉尼亚凯亚超星系团。此超星系团范围广达5亿光年，而本星系群范围则超过1,000万光年。相对地，宇宙也有广大的空无区域；已知最大的空洞范围广达180亿光年（5.5亿秒差距）。 在规模比超星系团大的可观测宇宙，具有各向同性，也就是从地球上观察宇宙的任一方向，其统计学上的性质皆相同。宇宙中充满了强烈且各向同性的微波辐射，对应于热平衡黑体波谱，大约为2.72548克耳文。「大尺度宇宙为各向同性」的假说，成为目前为人所知的宇宙学原理。无论在任何一个瞭望点观察宇宙，皆具有均匀性与各向同性，且宇宙没有所谓的中心。 暗能量. 宇宙为何正在膨胀，长期以来都找不到比较好的解释。目前假设可能是由于一股未知的能量充斥在宇宙空间中，称之为「暗能量」。在质能等价的基础上，暗能量的密度（6.91 × 10−27 kg/m3）比星系中原有物质或暗物质来得小。然而，在现今的暗能量时代，由于暗能量均匀分布于宇宙中，因此它支配著宇宙的质能。 目前科学家所提出暗能量的两种型态，皆为宇宙学常数；其一是「静态」的能量密度，它能均匀分布在空间中，以及如第五元素或等中；其二是「动态」的能量密度量数，会随著空间与时间而有所变化。宇宙学常数通常也包含了恒定空间中纯量场的贡献。宇宙学常数可被定义为等同真空能量。如果纯量场之间仅有非常微小的空间不均匀差异，那光从宇宙学常数是无法分辨出这些纯量场。 暗物质. 暗物质是一种假设性的物质，对所有电磁波谱都不可见，但却构成了宇宙中大部分的物质。暗物质的存在和特性是通过它对可见物质、辐射和宇宙大规模结构的引力影响来推断的。除了作为热暗物质的中微子外，暗物质还没有被直接探测到，这使它成为现代天文物理学中最大的谜题之一。暗物质既不发射也不吸收光或其他任何形式的电磁辐射。据估计，暗物质构成了宇宙总质能的26.8%和总物质的84.5%。 原有物质. 宇宙质能中剩余的4.9%是由原有物质构成，也就是原子、离子、电子以及由它们组成的物体。这包括了恒星（它们产生了我们从银河系观测到的几乎所有光线）、星系间和介质中的星际气体、行星，以及日常生活中我们可以碰触、感觉或压缩的所有物体。宇宙中大多数普通物质实际上看不见，因为银河和星团中的可见恒星和气体所占的比例不到原有物质对宇宙质能密度贡献的10%。 宇宙学模型. 基于广义相对论的宇宙模型. 广义相对论是阿尔伯特·爱因斯坦于1915年提出的引力几何学理论，也是现代物理学中对引力的主流解释。这一理论构成了当今宇宙学模型的基础。广义相对论扩展了特殊相对论和牛顿的万有引力定律，将引力解释为与空间（也就是时空）的一种几何属性。更具体地说，时空的曲率与其中存在的物质和辐射的能量与动量有直接关联。 这一关联由一套偏微分方程系统界定，称为爱因斯坦场方程式。在广义相对论框架下，物质与能量的分布决定了时空的几何结构，进而影响物质的加速运动。因此，解出爱因斯坦场方程式能够描述宇宙的发展历程。当这些方程式与关于宇宙中物质数量、类型与分布的实测数据结合时，广义相对论便能够描绘出宇宙随时间演进的全貌。 基于宇宙论原则的假设，即宇宙在各处都呈现均匀且同向的性质下，一个描述宇宙的特定场方程式解称为傅里德曼-勒梅特-罗伯逊-沃克度规： formula_1 其中(r,θ,φ)是指球座标系。这个度规只包含两个未定义的参数，其中一个参数是无因次量的长度比例因子R，它描述了宇宙的尺度随时间变化的情况（R的增加代表著），另一个是曲率指数k，用来描述宇宙的几何形态。k的值被定义为只能是三个数值之一：0，代表平面的欧几里得几何；1，代表正曲率的空间；或-1，代表正或负曲率的空间。R随时间t的变化取决于k和宇宙常数Λ。宇宙常数代表空间真空的能量密度，与暗能量可能相关。描述R如何随时间变化的方程式称为弗里德曼方程式，以其发现者亚历山大·弗里德曼之名命名。 R(t)的解取决于k和Λ，不过这些解有一些普遍的基本特性。最关键的一点是，宇宙的长度比例因子R只有在宇宙完全同向且具有正曲率（k=1）时才能保持恒定，且宇宙中每处的密度都必须达到一个特定值，这一观点最早由阿尔伯特·爱因斯坦提出。然而，这种平衡状态很不稳定：如果任何地方的密度与这个必要值（R）略有差异，这种差异将会随著时间被放大。 其次，所有的解都指出，过去曾存在一个引力奇点，当时R变成零，物质和能量密度为无穷大。这个结论可能看起来不太确定，因为它基于完全均匀和同向的假设（即宇宙原理），以及仅考虑引力交互作用的重要性。然而，彭罗斯-霍金奇点定理表明，在极其广泛的条件下，必然会存在奇点。因此，根据爱因斯坦场方程式，R从一个难以想象的热和密集的状态迅速增长，这种状态是在重力奇异点之后立即形成的（当时R是一个小而有限的数值）；这正是大爆炸模型中对宇宙起源的核心描述。要理解大爆炸的奇点，可能需要一个尚未形成的量子引力理论。 再者，曲率指数k决定了在足够大的长度（超过约十亿光年）上平均恒定时空表面的曲率正负。若k=1，则曲率为正，意味著宇宙的体积是有限的。拥有正曲率的宇宙常被想象为嵌入四维空间中的三维球面。相反地，如果k是零或负，则宇宙的体积是无限的。虽然当R=0时，数学上预测在一瞬间就能创造出一个无限大且密度无穷的宇宙，这种结果看似违反直觉，但当k是非正值且符合宇宙论原则时，就有可能产生这种情况。作为类比，无限平面的曲率为零但面积无限；无限长的圆柱在一个方向上是有限的，而圆环面在两个方向上都是有限的。圆环面形状的宇宙可能表现得像一个有周期性边界条件的正常宇宙。 宇宙的终极命运仍是一个未解之谜，因为这与曲率指数k和宇宙常数Λ有关。若宇宙密度足够高，则k将为+1，意味著其平均曲率为正，宇宙最终将会在一场大挤压中重新塌缩，这可能会触发一次大反弹，形成新的宇宙。相反地，若宇宙密度不够，k将为0或-1，宇宙将无限扩张，逐步冷却，最终导致大冻结和宇宙的热寂。现代的数据显示宇宙扩张正在加速；如果这种加速过快，宇宙可能最终会经历一次大撕裂。从观测数据来看，宇宙似乎是平坦的（k=0），其整体密度非常接近于塌缩和永恒扩张之间的临界值。 多重宇宙假说. 一些理论推测，我们的宇宙仅是众多互不相关的宇宙之一，这些宇宙总体被称作多重宇宙，这一概念挑战或扩展了对宇宙的传统定义。在科学上，多重宇宙模型与神秘学的或模拟实境等概念有明显区别。 马克斯·泰格马克提出了一套四类分类方案，用于区分科学家为解决物理学中各种问题而提出的不同多重宇宙类型。例如，一种多重宇宙来自于早期宇宙的。另一种则源自于量子力学中的多世界诠释。在这种解释下，平行世界的形成类似于量子叠加和去相干，波函数的所有状态在不同的世界中得以实现。实际上，在多世界观中，多重宇宙会像那样来进化。如果创造了我们所在多重宇宙的大爆炸也创造了一系列的多重宇宙，那么这一系列的波函数在某种意义上会有纠缠的特性。关于是否能从这一理论中提取有科学意义的概率，一直是并将继续成为热烈讨论的主题，而且多世界解释有多种版本（一般来说，对于量子力学诠释存在著分歧）。 在泰格马克的分类方案中，最不引起争议但仍有争议的多重宇宙类型是第一级。这一级的多重宇宙由我们自己宇宙中遥远时空事件所构成。泰格马克和其他人提出，如果空间是无限的，或足够大且足够均匀，则地球整个哈伯体积的相同历史情况将会偶然重现。泰格马克估算，我们最接近的所谓「分身」距离我们约为1010115米（远超过古戈尔普勒克斯的双重指数函数）。然而，这些论证的性质仅仅是推测。此外，从科学角度验证一个相同哈伯体积的存在是不可能的。 这里可以想象存在著互不相连的时空，每个时空都独立存在却无法相互影响。一个形象的比喻是一组分隔的肥皂泡：在其中一个肥皂泡上的观察者原则上无法与其他肥皂泡上的观察者互动。按照一种常用的术语，每一个时空的「肥皂泡」被称作一个宇宙，而人类所处的特定时空也被称作宇宙。这些分隔时空的总和被称作多重宇宙。 按照这种术语，不同的宇宙之间不存在因果关系。理论上，这些不相连的宇宙可能拥有不同的时空维度和拓扑结构、不同类型的物质和能量，甚至不同的物理定律和常数，尽管这些都是纯粹的推测。有些理论家认为，过程中形成的每个泡泡都构成一个独立的宇宙，但在这种模型中，这些宇宙都共享一个因果起点。 历史观念. 在历史上，人们对宇宙（或宇宙学）及其起源有过许多不同的看法。希腊人和印度人首次提出宇宙是一个受客观物理法则支配的概念。而古代中国的哲学则视宇宙为涵盖一切空间和时间的整体。随著几个世纪以来天文观察技术的提升，以及运动和引力理论的发展，我们对宇宙的了解变得日益精确。现代宇宙学的起点可追溯至阿尔伯特·爱因斯坦在1915年提出的广义相对论，这一理论使我们能够定量地预测宇宙的起源、演化过程及其最终命运。现今主流且被普遍接受的宇宙学理论大多基于广义相对论，其中尤以大爆炸理论为核心。 神话. 许多文化都有讲述。这些文化普遍将这些故事视为具有一定的真实性。然而，在那些信仰宇宙有超自然起源的人群中，对这些故事的理解和应用却有诸多不同，例如从上帝直接创造现在的宇宙，到仅仅启动了宇宙的运行（例如透过大爆炸和进化的机制）等等。 研究神话的民族学家和人类学家开发了多种分类方法，用以整理创世故事中出现的各种主题。比如，在某些故事中，世界是从一颗「」中诞生，这类故事包括芬兰的史诗《卡勒瓦拉》、中国的盘古传说或印度的《》。另一些故事中，宇宙由单一实体自行创造，比如藏传佛教中的本初佛概念、古希腊的大地之母盖亚故事、阿兹特克的女神神话、古埃及的亚图姆神话，以及，描述创造宇宙的过程。又有故事描绘宇宙由男女神的结合而成，如的故事。还有一些故事中，宇宙是由既有材料制造而成，如巴比伦史诗中利用提阿玛特的尸体、或北欧神话中利用巨人尤弥尔的身体制造；或由混沌物质创造，如日本神话中的伊邪那岐和伊邪那美。在其他故事里，宇宙则是从基本原则如梵和原质、塞雷尔人的，或道家的阴阳中发展而来。 参考文献. 其他. 参见.