很多朋友心中一定會(huì)有這個(gè)疑問，宇宙中那么多天體，需要多少物質(zhì)來形成它們，而且宇宙的各個(gè)角落還正有無數(shù)的天體正在形成！當(dāng)然這個(gè)問題有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)答案：宇宙大爆炸誕生物質(zhì)，這些物質(zhì)形成了恒星，恒星的各個(gè)階段中形成的物質(zhì)再次形成了行星........
但有個(gè)問題一直無法解決，宇宙大爆炸產(chǎn)生了物質(zhì)，那么宇宙中的物質(zhì)是無中生有嗎？
愛因斯坦在1905年時(shí)候發(fā)表了狹義相對論，跟著第二天發(fā)表了質(zhì)能等價(jià)方程，對于宇宙中物質(zhì)的來歷這個(gè)問題，質(zhì)能等價(jià)方程是最有用的，因?yàn)閻垡蛩固拐J(rèn)為，物質(zhì)的質(zhì)量和能量是完全等價(jià)的，但如何將質(zhì)能等價(jià)方程和宇宙誕生物質(zhì)看起來風(fēng)馬牛不相及的問題結(jié)合起來，似乎是一個(gè)問題。
廣義相對論
在愛因斯坦推出狹義相對論后沉寂了將近十年，一直到1916年再次以廣義相對論石破天驚，但其實(shí)愛因斯坦在1915年就已經(jīng)完成了廣義相對論，并且在德國的一次學(xué)術(shù)會(huì)議中公開了廣義相對論的引力場公式，將牛頓以來的時(shí)間與空間分離的絕對時(shí)空觀統(tǒng)一到了廣義相對論下的時(shí)空，它會(huì)被質(zhì)量所影響，宇宙各處再也不會(huì)有絕對的時(shí)間與空間，所有的一切都將在廣義相對論的引力場方程下運(yùn)作。
廣相最核心的是一個(gè)引力場方程，這是一個(gè)二階非線性偏微分方程組，早先科學(xué)界對其認(rèn)識并不深刻，1916年史瓦西將其運(yùn)用解出了史瓦西度規(guī)，即一個(gè)天體坍縮成黑洞的條件！此時(shí)大家才認(rèn)識到這個(gè)方程組絕對不是那么簡單，而愛因斯坦將廣義相對論應(yīng)用到宇宙以后這個(gè)威力開始顯現(xiàn)，從此誕生了廣義相對論宇宙學(xué)。
但愛因斯坦發(fā)現(xiàn)在廣義相對論框架下的宇宙是動(dòng)態(tài)的，為和當(dāng)時(shí)的靜態(tài)宇宙論相符，愛因斯坦加入了一個(gè)宇宙常數(shù)選項(xiàng)，當(dāng)然后來被蘇聯(lián)數(shù)學(xué)家弗里德曼以及勒梅特以一個(gè)各向同性并均勻的解，得出了弗里德曼-勒梅特-羅伯遜-沃爾克度規(guī)，結(jié)合1929年哈勃觀測到遙遠(yuǎn)宇宙正在遠(yuǎn)離的事實(shí)，物理學(xué)家建立了從一百四十億年前熾熱的大爆炸中演化而來的宇宙模型！
宇宙大爆炸模型
動(dòng)態(tài)宇宙模型本來應(yīng)該是愛因斯坦先發(fā)現(xiàn)的，不過因?yàn)橛钪娉?shù)項(xiàng)被落下話柄讓愛因斯坦后悔不已，當(dāng)其實(shí)有沒有常數(shù)項(xiàng)勒梅特和弗里德曼一樣推導(dǎo)出了動(dòng)態(tài)宇宙，也許宇宙真無法在穩(wěn)態(tài)下運(yùn)行?，F(xiàn)在有了理論和觀測的證實(shí)，一大波科學(xué)家投入中來，
喬治·伽莫夫提出了太初核合成理論
拉爾夫·阿爾菲和羅伯特·赫爾曼則在理論證明可能存在宇宙微波背景輻射
這兩個(gè)理論是基于宇宙大爆炸形成過程推測出來的，未來將會(huì)在射電望遠(yuǎn)鏡發(fā)展后一一被證實(shí)，因?yàn)閷τ跉浞肿釉品植嫉挠^測需要射電望遠(yuǎn)鏡威力才能體現(xiàn)，而1964年微波背景輻射的發(fā)現(xiàn)則從大爆炸余暉的角度證明了宇宙在很久遠(yuǎn)的過去確實(shí)發(fā)生過一次誕生時(shí)空與物質(zhì)的大爆炸。
宇宙大爆炸誕生物質(zhì)？
其實(shí)物質(zhì)無法憑空產(chǎn)生，但物質(zhì)可以轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰浚?011年美國布魯克海汶國家實(shí)驗(yàn)室就將金原子加速到接近光速，使其碰撞后達(dá)到了2萬億攝氏度的夸克膠子等離子體，再繼續(xù)加溫物質(zhì)將處于能量態(tài)之下。要讓普通物質(zhì)處于能量態(tài)很難，但宇宙誕生時(shí)的奇點(diǎn)可以，此時(shí)粒子運(yùn)動(dòng)的速度無限逼近了光速，奇點(diǎn)處于普朗克溫度之下，138.2億年前這個(gè)奇點(diǎn)在某個(gè)不知名的擾動(dòng)下開始了暴漲！
10的-43次方秒時(shí)，首先分離的四種基本作用力中的引力
10^-37秒時(shí)，發(fā)生了一種相變導(dǎo)致宇宙急速暴漲
10^-36秒時(shí)，強(qiáng)作用力也被分離出來，暴漲結(jié)束，此時(shí)的宇宙是一鍋夸克-膠子等離子體的濃湯。溫度極高，所有粒子都在隨機(jī)運(yùn)動(dòng)中，在某個(gè)時(shí)刻發(fā)生了違反重子數(shù)守恒的反應(yīng)，夸克和輕子數(shù)量上戰(zhàn)勝了反夸克和反輕子，這讓宇宙中正物質(zhì)占了主導(dǎo)。（其實(shí)如果我們是反物質(zhì)宇宙也沒啥大事，都一樣過）
當(dāng)粒子能量下降到10^12eV時(shí)產(chǎn)生了對稱破缺，粒子之間的基本作用力產(chǎn)生。
10的-12次方秒時(shí)，電磁力和弱力也被分離出來
10^-11秒時(shí)是高能粒子物理所能模擬的極限
10^-6秒時(shí)夸克和膠子在強(qiáng)作用力作用下結(jié)合成重子（比如中子和質(zhì)子）
3分鐘之后，宇宙溫度降低到10億K左右，太初合成開始（極少數(shù)質(zhì)子與中子結(jié)合，形成了氫和氦以及極少量的鋰原子核），更多的質(zhì)子則等待捕獲電子成為氫原子
37.9萬年后，宇宙溫度下降到可以讓電子和質(zhì)子結(jié)合成氫原子，氦原子核和鋰原子和同樣捕獲電子構(gòu)成了原子，光子在濃湯中奪路而逃成為誕生宇宙的第一縷光，可惜宇宙膨脹已經(jīng)將其紅移成了電磁波，這就是大爆炸余暉的微波背景輻射。
我們有一點(diǎn)必須要了解，形成天體的絕不止泥土，因?yàn)榈谝活w天體不存在這些基礎(chǔ)，大爆炸產(chǎn)生的僅僅只有極其微量的氦元素和鋰元素，而絕大部分都是氫元素，因此形成的第一個(gè)天體，除了原初黑洞以外就是恒星！未來的宇宙中大部分氫以后的元素，都是恒星的不同演化中誕生的。
關(guān)于恒星演化產(chǎn)生物質(zhì)的理論，還是要追溯到二十世紀(jì)初的物理黃金時(shí)代，愛丁頓在1920年提出了恒星從氫核聚變中獲得能量。1928年喬治·伽莫夫推導(dǎo)出了強(qiáng)作用力可以克服庫倫障壁的量子力學(xué)公式。1929年美國物理學(xué)家漢斯·貝特分析了氫核聚變可能的不同反應(yīng)，認(rèn)為恒星的能量來自兩個(gè)方面：
質(zhì)子-質(zhì)子鏈反應(yīng)，
碳氮氧循環(huán)
前者是質(zhì)量和太陽類似的恒星能量主要來源方式，或者則是更大質(zhì)量恒星的能量來源，比如天狼星！其實(shí)紅矮星這類也是質(zhì)子-質(zhì)子鏈反應(yīng)，只是紅矮星到氦就無法繼續(xù)下去了，所以它不會(huì)膨脹成紅巨星，但它們?nèi)紵环€(wěn)定，可能比太陽這類恒星更暴躁。
當(dāng)然能夠形成新的恒星和行星的恒星演化是超新星，這是超過太陽質(zhì)量8-10倍的恒星所特有的一個(gè)過程，恒星演化到末期，超新星爆發(fā)中大量在恒星生涯中形成的物質(zhì)被拋灑到宇宙中，這些彌漫的物質(zhì)在未來數(shù)千萬年間將誕生成新的恒星和行星！
哪些會(huì)誕生成恒星？哪些又會(huì)誕生成行星？
其實(shí)行星和恒星誕生之初是一樣的，不過是流程上有些區(qū)別，恒星大都是最初的星云坍縮中心形成，一個(gè)坍縮區(qū)域可能碎裂成多個(gè)區(qū)域，可能形成一顆或者多顆恒星，而行星則在原恒星周圍吸積盤中誕生，因素可能是質(zhì)心碰撞，也可能是湍流模型，但無論如何，行星也誕生了，不一樣的是物質(zhì)足夠就誕生氣態(tài)行星，比如木星，物質(zhì)不夠就誕生成巖石行星，甚至矮行星，剩下的物質(zhì)就是小行星和彗星等。
當(dāng)然星系的形成比較復(fù)雜，一般認(rèn)為是多個(gè)矮星系通過碰撞合并誕生，而并非是六十年代提出的一大片星云中誕生，比如銀河系現(xiàn)在仍然在吞噬周圍的愛星系而成長，比如人馬座橢球星系就已經(jīng)被銀河系撕裂，無論哪種模型，中心的原初黑洞似乎必不可少，否則它的第一桶金不知道從何處掘取！
