天空中的星体,除了行星以外,其余都是恒星,行星是围绕恒星运转的自身不发光的星体,而恒星则是宇宙间自身能发光发热的星体,它们就好比是一个个庞大的炽热的气体球。不同恒星在大小、光度上的差别是十分巨大的,大的恒星有比太阳大400多倍,亮3600多倍的猎户座α星(也称参宿四,距地球约300光年),称得上是一颗光辉夺目的巨星;小的恒星有比地球还小,并且只有太阳万分之一亮度的范玛伦星(距地球13光年)。

人们认为天上的星星数不清,这是大错特错的。如果单凭肉眼观星,将南北两个半球可以直接看到的星星加起来最多也只有6000多颗,它们分布在天空中的88座星图中。

用安放在加利福尼亚州威尔逊山天文台的那架有名的100英寸(约254cm)口径的望远镜观测星空时,就能看到大约5亿颗恒星。

据地质学资料研究得知,我们居住的地球曾经有过一段根本没有地壳的时期。那时候地球还是一个发光的熔岩球体。事实上,根据对地球内部的研究得知,目前地球的大部分结构仍处于熔融状态。地球内部各个深度上的温度测量结果说明,地球表面只是漂浮在岩浆上面的一层相对来说很薄的硬壳而已。而每向下1km,地温就上升30℃左右。正因为如此,在世界最深的矿井(南非的罗宾逊深井)里,井壁是如此之烫,以至于必须安装空气调节装备,否则矿工们就会被活活烤熟。假设我们到达地下50km的深度(这只是地球半径的近1%之处),地温就会达到岩石的熔点(1200～1800℃)。在这个深度以下,地球质量的97%以上都是以完全熔融的状态存在。这种状态当然不会永远持续下来。从地球曾经是一个完全熔融的发光球体的过去开始计算,到地球冷却成一个完全固体球的遥远将来为止,这是一个逐渐冷却的过程。由冷却率和地壳加厚速率粗略地计算,可以得知,地球的冷凝一定是在几十亿年前就开始了。如果想更清楚地了解地球的成因和太阳系的形成,我们就去看看霍金的《时间简史》中关于“宇宙的起源和命运”的描述。

下面给出的“热大爆炸模型”只是一个被人们广泛接受的宇宙历史模型,尚未被科学证明;但也有较有力的实验观测支持,如星系的“红移”、宇宙微波背景辐射和氢的丰度等。

在宇宙大爆炸时,宇宙的体积被认为是零,或者说是存在一个极小的体积,所以是无限热。但是其辐射的温度随着宇宙的膨胀而降低。大爆炸后的1s,温度降低到约为100亿摄氏度,这大约是太阳中心温度的1000倍。此刻宇宙主要包含光子、电子和中微子以及它们的反粒子,还有一些质子和中子。随着宇宙的继续膨胀,温度继续降低,电子/反电子对在碰撞中的产生率就落到它们的湮灭率之下。这样,大多数电子和反电子相互湮灭掉了,产生出更多的光子,只剩下很少的电子。然而中微子和反中微子并没有相互湮灭掉,说明这些粒子本身以及和其他粒子的作用都非常微弱,直到今天它们应该仍然存在。如果人们如今能观测到它们,就会为非常热的早期宇宙阶段的图像提供一个很好的检验。可惜现在它们的能量太低了,使得人们不能直接观测到。然而如果中微子不是零质量,本身具有小质量,人们则可能间接地探测到它们：它们可能是“暗物质”的一种形式,具有足够的引力去遏止宇宙的膨胀,并使之重新坍缩。

在大爆炸后的大约100s,温度降到了10亿摄氏度(即最热的恒星内部的温度),在此温度下,质子和中子不再有足够的能量逃脱强核力的吸引,所以开始结合产生氘(重氢)的原子核。氘核包含一个质子和一个中子。然后氘核和更多的质子、中子结合形成氦核,它包含两个质子和两个中子,还产生了少量的两种更重的元素锂和铍。可以计算出,在热大爆炸模型中大约有1/4的质子和中子变成了氦核,还有少量的重氢和其他元素。余下的中子会衰变成质子,这正是通常氢原子的核。(www.daowen.com)

大爆炸后的几个小时之内,氢和其他元素的产生就停止了。之后的100万年左右,宇宙仅仅是继续膨胀,没有发生什么事。最后,一旦温度降低到几千摄氏度,电子和原子核不再有足够能量去战胜它们之间的电磁吸引力,就开始结合形成原子。宇宙作为整体,继续膨胀变冷,但在一个比平均密度稍微密集些的区域,膨胀就会由于额外的引力吸引而缓慢下来。在一些区域膨胀最终会停止并开始坍缩。当它们开始坍缩时,在这些区域外的物体的引力、拉力使它们开始很慢地旋转;当坍缩区域变得更小,它会自转得更快;最终,当区域变得足够小,它自转得快到足以平衡引力的吸引,碟状的旋转星系就以这种方式诞生了。

另外一些区域刚好没有得到旋转,这就形成了叫作椭圆星系的椭球状物体。这些区域之所以停止坍缩,是因为星系的个别部分稳定地围绕着它的中心公转,但星系整体并没有旋转。

随着时间流逝,星系中的氢气和氦气被分割成更小的星云,它们在自身引力下坍缩。当它们收缩时,其中的原子相互碰撞,气体温度升高,直到最后,热得足以开始热核聚变反应。这些反应将更多的氢转变成氦,释放出的热增加了压力,使星云不再继续收缩。它们会稳定在这种状态下,作为像太阳一样的恒星停留一段很长的时间,它们将氢燃烧成氦,并将得到的能量以热和光的形式辐射出来。

质量更大的恒星需要变得更热,以平衡它们更强的引力吸引,使得其核聚变反应进行得极快,以至于它们在1亿年这么短(对大尺度的宏观宇宙来说,大量的恒星生命都是几十亿甚至几百亿年,所以1亿年都是很短的了)的时间里将氢耗尽。然后它们会稍微收缩一点,而随着它们进一步变热,就开始将氦转变成像碳和氧这样更重的元素了。但是这一过程并没有释放出太多的能量,以至于会出现一个很大的问题,在某种情况下,大质量恒星(比太阳大若干倍)会爆炸或设法抛出足够的物质,使它们的质量减小到极限之下。印度科学家昌德拉塞卡算出：1个冷的恒星,若质量约为太阳质量一倍半还多,则不能维持本身与抵抗自己的引力,这个质量现称为昌德拉塞卡极限,这个极限对大质量恒星的最终归宿具有重大的意义,以避免灾难性的引力坍缩。

人们现在还不完全清楚大质量恒星的演变情况,下一步还会发生什么?看来恒星的中心区域很可能坍缩成一个非常致密的状态,譬如中子星或黑洞。20世纪60年代发现的中子星,更是恒星中的奇特者,它的直径有20km左右,但质量却与太阳相当(太阳质量为地球的33万倍,大约是2×1027t,即2000亿亿亿吨),但是中子星的密度竟然达到如此惊人的程度,1cm3物质质量达1亿吨!而且其表面温度竟高达1×107℃(太阳表面温度约6000℃),真是令人无法想象。霍金将黑洞定义为时空的一个区域,那里光都不能逃逸出来。

黑洞是科学史上极为罕见的情形之一,在没有什么观测到的证据来说明其理论是正确的情况下,作为数学的模型被发展到如此详尽的地步!的确,这经常是黑洞反对者的主要论据：人们怎么能相信有这样的物体,且其仅有的证据是基于令人怀疑的广义相对论的计算。