歷史已有的觀點(diǎn)：
1917年，愛因斯坦發(fā)表了著名的“廣義相對(duì)論”，為我們研究大尺度、大質(zhì)量的宇宙提供了比牛頓“萬有引力定律”更先進(jìn)的武器。應(yīng)有后，科學(xué)家解決了恒星一生的演化問題。而宇宙是否是靜止的呢？對(duì)這一問題，連愛因斯坦也犯了了一個(gè)大錯(cuò)誤。他認(rèn)為宇宙是靜止的，然而1929年美國天文學(xué)家哈勒以不可辯駁的實(shí)驗(yàn)，證明了宇宙不是靜止的，而是膨脹的。正像我們吹一只大氣球一樣，恒星都在離我們遠(yuǎn)去。離我們越遠(yuǎn)的恒星，遠(yuǎn)離我們的速度越快?？梢酝葡耄喝绻嬖谶@樣的恒星，它離我們足夠遠(yuǎn)以至于它離開我們的速度達(dá)到光速的時(shí)候，它發(fā)出的光就永遠(yuǎn)也不可能達(dá)到地球了。從這個(gè)意義上講，我們可以認(rèn)為他是不存在的。因此，我們認(rèn)為宇宙是有限的。
“宇宙到底是什么樣子？”目前尚無定論。值得一提的是史蒂芬.霍金的觀點(diǎn)比較讓人容易接受：宇宙是有限無界的，只不過比地球多了幾維。比如，我們的地球就是有限而無界的。在地球上，無論是從南極到北極，還是從北極走到南極，你始終不可能找到地球的邊界，但你不能由此認(rèn)為地球是無限的。實(shí)際上，我們都知道地球是有限的。地球如此，宇宙亦是如此。
怎樣理解宇宙比地球多了幾維呢？舉一個(gè)例子：一個(gè)小球沿地面滾動(dòng)并掉進(jìn)了一個(gè)小洞中，在我們看來，小球是存在的，它還在洞里面，因?yàn)槲覀內(nèi)祟愂恰叭S”的；而對(duì)于一個(gè)動(dòng)物來說，它得出的結(jié)論就會(huì)是：小球已經(jīng)不存在了！它消失了。為什么得出這樣的結(jié)論呢？因?yàn)樗钤凇岸S”世界里，對(duì)“三維”事件是無法清楚理解的。同樣的道理，我們?nèi)祟惿钤凇叭S”世界里，對(duì)于比我們多幾維的宇宙，也是很難理解清楚的。這也正是對(duì)于“宇宙是什么樣子”這個(gè)問題無法解釋清楚的原因。
1.均勻的宇宙
長期以來，人們相信地球是宇宙的中心。哥白尼把這個(gè)觀點(diǎn)顛倒了過來，他認(rèn)為太陽才是宇宙的中心。地球和其它行星都是圍繞太陽轉(zhuǎn)動(dòng)，恒星則是鑲嵌在天球的最外層上。布魯諾進(jìn)一步認(rèn)為，宇宙沒有中心，恒星都是遙遠(yuǎn)的太陽。
無論是托勒密的地心說還是哥白尼的日心說，都認(rèn)為宇宙是有限的。教會(huì)支持宇宙有限的論點(diǎn)。但是，布魯諾敢說宇宙是無限的，從而挑起了宇宙究竟是有限還是無限的長期論戰(zhàn)。這場論戰(zhàn)并沒有因?yàn)榻虝?huì)燒死布魯諾而停止下來。主張宇宙有限的人說：“宇宙怎么可能是無限的呢？”這個(gè)問題同樣也不好回答。
隨著天文觀測技術(shù)的發(fā)展，人們看到，確實(shí)像布魯諾所說的那樣，恒星是遙遠(yuǎn)的太陽。人們還進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到，銀河是由無數(shù)個(gè)太陽系組成的大星系，我們的太陽系處在銀河系的邊緣，圍繞著銀河系的中心旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速大約每秒250公里，圍繞銀心轉(zhuǎn)一圈約需2.5億年。太陽系的直徑充其量1光年，而銀河系的直徑高達(dá)10萬光年。銀河系由100多億顆恒星組成，太陽系在銀河系中的地位，真像一粒沙子處在北京城中。后來又發(fā)現(xiàn)，我們的銀河系還與其它銀河系組成更大的星系團(tuán)，星系團(tuán)的直徑約為107光年（1000萬光年）。目前，望遠(yuǎn)鏡觀測距離已達(dá)100億光年以上，在所見的范圍內(nèi)，有無數(shù)個(gè)星系團(tuán)存在，這些星系團(tuán)不再組成更大的團(tuán)，而是均勻各向同性地分布著。也就是說，在107光年的尺度以下，物質(zhì)是成團(tuán)分布的。衛(wèi)星繞著行星轉(zhuǎn)動(dòng)，行星、彗星繞著恒星轉(zhuǎn)動(dòng)，形成了一個(gè)個(gè)太陽系。這些太陽系分別由一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)或更多個(gè)太陽以及它們的行星組成。有兩個(gè)太陽的稱為雙星系，有三個(gè)以上太陽的稱為聚星系。成千上億個(gè)太陽系聚集在一起，形成銀河系，組成銀河系的恒星（太陽系）都圍繞著共同的重心—銀心轉(zhuǎn)動(dòng)。無數(shù)銀河系組成的星團(tuán)，團(tuán)中的銀河系也同樣圍繞著它們共同的重心轉(zhuǎn)動(dòng)。但是，星系團(tuán)之間，不再有成團(tuán)結(jié)構(gòu)。各個(gè)星系團(tuán)均勻地分布著，無規(guī)則的運(yùn)動(dòng)著。從我們地球上，往四面八方看，情況都差不多。粗略地說，星系團(tuán)有點(diǎn)像容器中的氣體分子，均勻分布著，做著無規(guī)則運(yùn)動(dòng)。這就是說，在108光年（一億光年）的尺度以上，宇宙中的物質(zhì)不再是成團(tuán)的，而是均勻分布的。
由于光的傳播需要時(shí)間，我們看到的距離我們一億光年的星系，實(shí)際上是那個(gè)星系一億光年前的樣子。所以，我們用望遠(yuǎn)鏡看到的，不僅是空間距離遙遠(yuǎn)的星系，而且是它們的過去。從望遠(yuǎn)鏡看來，不管多遠(yuǎn)距離的星系團(tuán)，都均勻各向同性的分布著。因而我們可以認(rèn)為，宇觀尺度上（105光年以上）物質(zhì)分布的均勻狀態(tài)，不是現(xiàn)在才有的，而是早已如此。
于是，天體物理學(xué)家提出一條規(guī)律，即所謂宇宙學(xué)原理。這條原理說，在宇觀尺度以上，三維空間在任何時(shí)刻都是均勻各向同性的?，F(xiàn)在看來，宇宙學(xué)原理是對(duì)的。所有星系都差不多，都有相似的演化歷程。因此我們用望遠(yuǎn)鏡不僅看空間，而且在看時(shí)間，在看我們的歷史。
2.有限而無邊的宇宙
愛因斯坦發(fā)表相對(duì)論以后，考慮到萬有引力比電磁力弱得多，不可能在分子、原子、原子核等研究中產(chǎn)生重要的影響，因而他把注意力放在了天體物理上。他認(rèn)為，宇宙才是廣義相對(duì)論大有用武之地的領(lǐng)域。
愛因斯坦1915年發(fā)表廣義相對(duì)論，1917年就提出了一個(gè)建立在廣義相對(duì)論基礎(chǔ)上的宇宙模型。這是一個(gè)人們完全意想不到的模型。在這個(gè)模型中，宇宙的三維空間是有限無邊的，而且不隨時(shí)間變化。以往人們認(rèn)為，有限就是有邊。愛因斯坦把有限和有邊區(qū)分了開來。
一個(gè)長方形的桌面，有確定的長和寬，也有確定的面積，因而大小是有限的，同時(shí)它有明顯的四條邊，因此是有邊的。如果有一個(gè)小甲蟲在它上面爬，無論向哪個(gè)方向爬，都會(huì)很快到達(dá)桌面的邊緣。所以桌面是有限有邊的二維空間。如果桌面向四面八方無限伸展，成為歐氏幾何中的平面，那么，這個(gè)歐式平面是無限無邊的二維空間。
我們再看一個(gè)籃球的表面，如果籃球的半徑為r，那么球面的面積是4∏r0，大小是有限的。但是，這個(gè)二維球面是無邊的。假如一個(gè)小甲蟲在它上面爬，永遠(yuǎn)也不會(huì)走到盡頭。所以，籃球面是一個(gè)有限無邊的二維空間。
按照宇宙學(xué)原理，在宇觀尺度上，三維空間是均勻各向同性的。愛因斯坦認(rèn)為，這樣的空間必定是常曲率空間，也就是說空間個(gè)點(diǎn)的彎曲程度應(yīng)該相同，即應(yīng)該有相同的曲率。由于有物質(zhì)存在，四維時(shí)空應(yīng)該是彎曲的。三維空間也應(yīng)該是彎的而不應(yīng)是平的。愛因斯坦覺得，這樣的宇宙應(yīng)該是三維超球面。三維超球面不是通常的球體，而是二維球面的推廣。通常的球體是有限有邊的，體積是3∕4∏r3,它的邊就是二維球面。三維超球面是有限無邊的，生活在其中的三維生物（例如我們?nèi)祟惥褪怯虚L、寬、高的三維生物），無論朝哪個(gè)方向前進(jìn)均碰不著邊。假如它一直朝北走，最終會(huì)從南邊回來。
宇宙學(xué)原理還認(rèn)為，三維空間的均勻各向同性是在任何時(shí)刻都保持的。愛因斯坦覺得其中最簡單的情況就是靜態(tài)宇宙，也就是說，不隨時(shí)間變化的宇宙。這樣的宇宙只要在某一時(shí)刻均勻各向同性，就永遠(yuǎn)保持均勻各向同性。
愛因斯坦試圖在三維空間均勻各向同性、且不隨時(shí)間變化的假定下，求解廣義相對(duì)論的場方程。場方程非常復(fù)雜，而且需要知道初始條件（宇宙最初的情況）和邊界條件（宇宙邊緣處的情況）才能求解。本來，解這樣的方程是十分困難的事情，但是愛因斯坦非常聰明，他設(shè)想宇宙是有限無邊的，沒有邊自然就不需要邊界條件。他又設(shè)想宇宙是靜態(tài)的，現(xiàn)在和過去都一樣，初始條件也就不需要了。再加上對(duì)稱性的限制（要求三維空間均勻各向同性），場方程就變得好解多了。但還是得不出結(jié)果。反復(fù)思考之后，愛因斯坦終于明白了求不出解的原因：廣義相對(duì)論可以看作是萬有引力定律的推廣，只包含“吸引效應(yīng)”不包含“排斥效應(yīng)”。而維持一個(gè)不隨時(shí)間變化的宇宙，有排斥效應(yīng)和吸引效應(yīng)相平衡才行。這就是說，從廣義相對(duì)論場方程不可能得出“靜態(tài)”宇宙。要想得出靜態(tài)宇宙，必須修改場方程。于是他在方程中增加了一個(gè)“排斥項(xiàng)”，叫做宇宙項(xiàng)。這樣，愛因斯坦終于計(jì)算出了一個(gè)靜態(tài)的，均勻各向同性的、有限無邊的宇宙模型。一時(shí)間大家非常興奮，科學(xué)終于告訴我們，宇宙是不隨時(shí)間變化的、是有限無邊的?？磥恚P(guān)于宇宙有限還是無限的爭論似乎可以畫上一個(gè)句號(hào)了。
3.宇宙的“宇宙模型”之說
幾年之后，一個(gè)名不見經(jīng)傳的前蘇聯(lián)數(shù)學(xué)家弗里德曼，應(yīng)用不加宇宙項(xiàng)的場方程，得到一個(gè)膨脹的、或脈動(dòng)的宇宙模型。弗里德曼宇宙在三維空間上也是均勻、各向同性的，但是，它不是靜態(tài)的。這個(gè)宇宙模型隨時(shí)間變化，分三種情況，三維空間的曲率是負(fù)的；第二種情況，三維空間的曲率為零，也就是說，三維空間是平直的；第三種情況，三維空間的曲率是正的。前兩種情況，宇宙不斷地膨脹；第三種情況，宇宙先膨脹，達(dá)到一個(gè)最大值后開始收縮，然后再膨脹，再收縮、、、、、、因此第三種宇宙是脈動(dòng)的。弗里德曼宇宙最初發(fā)表在一個(gè)不太著名的雜志上。后來，西歐一些數(shù)學(xué)家物理學(xué)家得到類似的宇宙模型。愛因斯坦得知這類膨脹或脈動(dòng)的宇宙模型后，十分興奮。他認(rèn)為自己的模型不好，應(yīng)該放棄，弗里德曼模型才是正確的宇宙模型。
同時(shí)，愛因斯坦宣稱，自己在廣義相對(duì)論的場方程上加宇宙項(xiàng)是錯(cuò)誤的，場方程不應(yīng)該含有宇宙項(xiàng)，而應(yīng)該是原來的老樣子。但是，宇宙項(xiàng)就像“天方夜譚”中從瓶子里放出的魔鬼再也收不回去了。后人沒有理睬愛因斯坦的意見，繼續(xù)探討宇宙項(xiàng)的意義。今天，廣義相對(duì)論的場方程有兩種，一種不含宇宙項(xiàng)，另一種含宇宙項(xiàng)，都在專家們的應(yīng)用和研究中。
早在1910年前后，天文學(xué)家就發(fā)現(xiàn)大多數(shù)星系的光譜有紅移現(xiàn)象，個(gè)別星系的光譜還有紫移現(xiàn)象。這些現(xiàn)象可以用多普勒效應(yīng)來解釋。遠(yuǎn)離我們而去的光源發(fā)出的光，我們收到時(shí)會(huì)感到其頻率降低，波長變長，并出現(xiàn)光譜線紅移的現(xiàn)象，即光譜線向長波方向移動(dòng)的現(xiàn)象。反之，向著我們迎面而來的光源，光譜線會(huì)向短波方向移動(dòng)，出現(xiàn)紫移現(xiàn)象。這種現(xiàn)象與聲音的多普勒效應(yīng)相似。許多人都有過這樣的感受；迎面而來的火車其鳴叫聲特別尖銳刺耳，遠(yuǎn)離我們而去的火車其鳴叫聲則明顯遲鈍。這就是聲音的多普勒效應(yīng)，迎面而來的生源發(fā)出的聲波，我們感到其頻率升高，遠(yuǎn)離我們而去的生源發(fā)出的聲波，我們則感到其頻率降低。
如果認(rèn)為星系的紅移、紫移現(xiàn)象是多普勒效應(yīng)，那么大多數(shù)星系都在遠(yuǎn)離我們，只有個(gè)別星系向我們靠近。隨之進(jìn)行的研究發(fā)現(xiàn)，那些個(gè)別向我們靠近的紫移星系，都在我們自己的本星系團(tuán)中（我們銀河系所在的星系團(tuán)稱本星系團(tuán)）。本星系團(tuán)中的星系，多數(shù)紅移，少數(shù)紫移；而其它星系團(tuán)中的星系就全是紅移了。
1929年，美國天文學(xué)家哈勃總結(jié)了當(dāng)時(shí)的一些觀測數(shù)據(jù)，提出了一條經(jīng)驗(yàn)規(guī)律，河外星系（即我們銀河系之外的其他銀河系）的紅移大小正比于它們離開我們銀河系中心的距離。由于多普勒效應(yīng)的紅移量與光源的速度成正比，所有，上述定律又表述為：河外星系的推行速度與它們離我們的距離成正比：
V＝HD
式中的V是河外星系的退行速度，D是它們到我們銀河系中心的距離。這個(gè)定律成為哈勃定律，比例常數(shù)H稱為哈勃常數(shù)。按照哈勃定律，所有的河外星系都在遠(yuǎn)離我們。而且，離我們越遠(yuǎn)的河外星系，逃離越快。
哈勃定律反映的規(guī)律與宇宙膨脹理論正好相符。個(gè)別星系的紫移可以這樣解釋，本星系團(tuán)內(nèi)部個(gè)星系要圍繞它們的共同重心移動(dòng)，因此總會(huì)有少數(shù)星系在一定時(shí)間內(nèi)向我們的銀河系靠近。這種紫移現(xiàn)象與整體的宇宙膨脹無關(guān)。
哈勃定律大大支持了弗里德曼的宇宙模型。不過，如果查看一下當(dāng)年哈勃得出定律時(shí)所用的數(shù)據(jù)圖，人民會(huì)感到驚訝。在距離與紅移量的關(guān)系圖中，哈勃標(biāo)出的點(diǎn)并不集中在一條直線附近，而是比較分散的。哈勃怎么敢斷定這些點(diǎn)應(yīng)該描繪成一條直線呢？一個(gè)可能的答案是，哈勃抓住了規(guī)律的本質(zhì)，拋開了細(xì)節(jié)。另一個(gè)可能是，哈勃已經(jīng)知道當(dāng)時(shí)的宇宙膨脹理論，所以大膽認(rèn)為自己的觀測與該理論一致。以后的觀測數(shù)據(jù)越來越精，數(shù)據(jù)圖中的點(diǎn)也越來越集中在直線附近，哈勃定律終于被大量實(shí)驗(yàn)觀測所確認(rèn)。
4.宇宙到底有限還是無限
現(xiàn)在，我們又回到前面的話題，宇宙到底有限還是無限？有邊還是無邊？對(duì)此，我們從廣義相對(duì)論、大爆炸宇宙模型和天文觀測的角度來探討這一問題。
滿足宇宙學(xué)原理（三維空間均勻各向同性）的宇宙，肯定是無邊的。但是否有限，卻要分三種情況來討論。
如果三維空間的曲率是正的，那么宇宙將是有限無邊的。不過，它不同于愛因斯坦的有限無邊的靜態(tài)宇宙，這個(gè)宇宙是動(dòng)態(tài)的，將隨時(shí)間變化，不斷的脈動(dòng)，不可能靜止。這個(gè)宇宙從空間體積無限小的奇點(diǎn)開始爆炸、膨脹。此奇點(diǎn)的物質(zhì)密度無限大。溫度無限高、空間曲率也無限大。在膨脹過程中宇宙的溫度逐漸降低，物質(zhì)密度、空間曲率和時(shí)空曲率逐漸減小。體積膨脹到一個(gè)最大值后，將轉(zhuǎn)為收縮。在收縮過程中，溫度重新升高】物質(zhì)密度、空間曲率和時(shí)空曲率逐漸增大，最后達(dá)到新奇點(diǎn)許多人認(rèn)為，這個(gè)宇宙在達(dá)到新奇點(diǎn)之后將重新開始膨脹。顯然，這個(gè)宇宙的體積是有限的，這是一個(gè)脈動(dòng)的、有限無邊的宇宙。
如果三維空間的曲率為零，也就是說，三維空間是平直的（宇宙中有物質(zhì)存在，四維時(shí)空是彎曲的），那么這個(gè)宇宙一開始就具有無限大的三維體積，這個(gè)初始的無限大三維體積是奇異的（即“無窮大”的奇點(diǎn)）。這個(gè)“無窮大”奇點(diǎn)，我開始，爆炸不是發(fā)生在初始三維空間中的某一點(diǎn)，而是發(fā)生在初始三維空間的每一點(diǎn)，即大爆炸發(fā)生在整個(gè)“無窮大”奇點(diǎn)上。這個(gè)“無窮大”奇點(diǎn)，溫度無限高，密度無限大，時(shí)空曲率也無限大（三維空間曲率為零）。爆炸發(fā)生后，整個(gè)“奇點(diǎn)”開始膨脹，成為正常的非奇異時(shí)空，溫度、密度和時(shí)空曲率都逐漸降低。這個(gè)過程將永遠(yuǎn)地進(jìn)行下去。這是一種不大容易理解的圖像：一個(gè)無窮大的體積在不斷地膨脹。顯然，這種宇宙是無限的，它是一個(gè)無限無邊的宇宙。
三維空間曲率為負(fù)的情況與三維空間曲率為零的情況比較相似。宇宙一開始就有無窮大的三維體積，這個(gè)初始體積也是奇異的，即三維“無窮大”奇點(diǎn)。它的溫度、密度無限高，三維、四維曲率都無限大。大爆炸發(fā)生在整個(gè)“奇點(diǎn)”上，爆炸后，無限大的三維體積將永遠(yuǎn)膨脹下去，溫度、密度和曲率都將逐漸降下來。這也是一個(gè)無限的宇宙，確切地說是無限無邊的宇宙。
那么，我們的宇宙到底屬于上述三種情況的哪一種呢？我們宇宙的空間曲率為正，為負(fù)還是為零呢？這個(gè)問題要由觀測來決定。
廣義相對(duì)論的研究表明，宇宙中的物質(zhì)存在一個(gè)臨界密度pc,大約是每個(gè)立方米三個(gè)核子（質(zhì)子或中子）。如果我們宇宙中物質(zhì)的密度P大于PC，則三維空間曲率為正，宇宙是有限無邊的；如果P小于PC，則三維空間曲率為負(fù)，宇宙也是有限無邊的。因此，觀測宇宙中物質(zhì)的平均密度，可以判定我們的宇宙究竟屬于哪一種，究竟有限還是無限。
此外，還有另一個(gè)判據(jù)，那就是減速因子。河外星系的紅移，反映的膨脹是減速膨脹，也就是說，河外星系遠(yuǎn)離我們的速度在不斷減小。從減速的快慢，也可以判定宇宙的類型。如果減速因子q大于1／2，三維空間曲率將是正的，宇宙膨脹到一定程度將收縮；如果q等于1／2，三維空間曲率為零，宇宙將永遠(yuǎn)膨脹下去；如果q小于1／2，三維空間曲率將是負(fù)的，宇宙也將永遠(yuǎn)膨脹下去。
下表列出了有關(guān)的情況：
我們有了兩個(gè)判據(jù)，可以決定我們的宇宙究竟屬于哪一種了。觀測結(jié)果表明，p＜pc，我們宇宙的空間曲率為負(fù)，是無限無邊的宇宙，將永遠(yuǎn)膨脹下去！不幸的是，減速因子觀測給出了相反的結(jié)果，q＞1／2，這表明我們宇宙的空間曲率為正，宇宙是有限無邊的，脈動(dòng)的，膨脹到一定程度會(huì)收縮回來。哪一種正確呢？有些人傾向于認(rèn)為減速因子的觀測更可靠，推測宇宙中可能有某些暗物質(zhì)被忽略了，如果找到這些暗物質(zhì)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)p實(shí)際上是大于pc的。另一些人則持有相反的看法。還有一些人認(rèn)為，兩種觀測方法雖然結(jié)論相反，但得到的空間曲率都與零相差不大，可能宇宙的空間曲率就是為零。然而，要統(tǒng)一大家的認(rèn)識(shí)，還需要進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)觀測和理論推敲。今天，我們?nèi)匀豢隙ú涣擞钪婢烤褂邢捱€是無限，只能肯定宇宙無邊，而且現(xiàn)在正在膨脹！此外，還知道膨脹大約開始于100億～200億年以前，這就是說，我們的宇宙大約起源于100億～200億年以前。
5.宇宙巨壁和宇宙巨洞
20世紀(jì)70年代以前，人們普遍認(rèn)為大尺度宇宙的宇宙物質(zhì)分布是均勻的，星系團(tuán)均勻的地散布宇宙空間。然而，近年來天文學(xué)研究的進(jìn)步改變了人們的共識(shí)。人們發(fā)現(xiàn)，宇宙在大尺度上也是有結(jié)構(gòu)的。
20世紀(jì)50年代，沃庫勒首先提出包括我們銀河系所屬的本星系群在內(nèi)本超星系團(tuán)。已先后發(fā)現(xiàn)十幾個(gè)超星系團(tuán)。星系團(tuán)像一些珠子，被一些孤立的星系串在一起，形成超星系團(tuán)。最大的超星系團(tuán)超過了10億光年。1978年，在發(fā)現(xiàn)A1367超星系團(tuán)的發(fā)現(xiàn)了一個(gè)巨洞，其中幾乎沒有星系。不久，有著牧夫座發(fā)現(xiàn)一個(gè)直徑達(dá)2.5億光年的巨洞，巨洞里有一些暗的矮星系。巨洞和超星系團(tuán)的存在表明，宇宙的結(jié)構(gòu)好像肥皂泡沫那樣由許多巨洞組成。星系、星系團(tuán)和超星系團(tuán)位于“泡沫巨洞”的“壁”上，把巨洞隔離開來。1986年，美國天文學(xué)家的研究結(jié)果表明，這些星系似乎擁擠在一條雜亂相連的不規(guī)則的環(huán)形周界上，像是附著在巨大的泡沫壁上，周界的跨度約50兆秒差距。后來他們的研究又得到進(jìn)一步的發(fā)展。他們指出：宇宙存在著尺度約達(dá)50兆秒差距的低密度的宇宙巨洞，及高密度的星系巨壁，在他們所研究的天區(qū)存在一個(gè)星系巨壁，巨壁長為170兆秒差距，高為60兆秒差距，寬度僅為5兆秒差距。
星系巨壁（也稱宇宙長城或宇宙巨壁）和宇宙巨洞是怎么產(chǎn)生的呢？人們認(rèn)為應(yīng)從宇宙早期去找原因，在宇宙誕生后不長時(shí)期內(nèi)，雖然宇宙是均勻的，但各種尺度的密度起伏仍然是存在的，有的起伏被抑制住了，有的起伏得到發(fā)現(xiàn)，被引力放大成現(xiàn)在所觀測到的大尺度結(jié)構(gòu)。
6.暗物質(zhì)之謎
不少天文學(xué)家認(rèn)為宇宙中有90%以上的物質(zhì)是以暗物質(zhì)的形式隱藏著的。有些什么事實(shí)和現(xiàn)象表示宇宙中存在暗物質(zhì)呢？
早在20世紀(jì)30年代荷蘭天文學(xué)家奧爾特就注意到，為了說明恒星來回穿越銀道面的運(yùn)動(dòng)，銀河系圓盤中必須有占銀河系總質(zhì)量的一半的暗物質(zhì)存在。20世紀(jì)70年代，一些天文學(xué)家的研究證明星系的質(zhì)量主要并不集中在星系核心，而是均勻的分布在整個(gè)星系中。這就暗示人們，在星系暈中一定存在著大量看不見的暗物質(zhì)。這些暗物質(zhì)是些什么呢？
科學(xué)家認(rèn)為，暗物質(zhì)中有少量是所謂的重子物質(zhì)，如極暗的褐矮星，質(zhì)量為木星30倍～80倍的大行星，恒星殘骸，小黑洞，星系際物質(zhì)等。它們與可見物質(zhì)一樣，雖也是由質(zhì)子、中子和電子等組成的物質(zhì)，但很難用一般光學(xué)望遠(yuǎn)鏡觀測到它們。相對(duì)而言，絕大部分暗物質(zhì)是非重子物質(zhì)，它們都是些具有特意性能的，質(zhì)量很小的基本粒子，如中微子、軸子及探討中的引力微子、希格斯微子、光微子等。
怎樣才能探測到這些暗物質(zhì)呢？科學(xué)家做了許多努力。對(duì)于重子暗物質(zhì)，他們重點(diǎn)探測存在于星系暈中的暗天體，它們被叫做大質(zhì)量致密度暈天體。1993年，由美澳等國天文學(xué)家組成的三個(gè)天文研究小組開始了尋找致密暈天體的研究工作。到1996年，他們報(bào)告說，已找到7個(gè)這樣的天體。它們的質(zhì)量由1／10太陽質(zhì)量到1個(gè)太陽質(zhì)量不等。有些天文學(xué)家認(rèn)為這些天體可能是白矮星、紅矮星、褐矮星、木星大小的天體、中子星以及小黑洞，也有人認(rèn)為銀河系中50%的暗物質(zhì)可能是核燃料耗盡的死星。
關(guān)于非重子物質(zhì)，現(xiàn)在尚未觀測到這些幽靈般的粒子存在的證據(jù)。
近年來對(duì)中微子質(zhì)量的測量取得了一些新結(jié)果。1994年美國物理學(xué)家懷特領(lǐng)導(dǎo)的物理學(xué)小組測量出中微子質(zhì)量在0.5～5電子伏（1電子伏等于1.7827×10（～36）千克）之間。在每一立方米的空間中約有360億個(gè)中微子。如果是這樣的話，那么宇宙中全部中微子的總質(zhì)量要比所有已知的星系的總和還要大。
到目前為止，宇宙中暗物質(zhì)的問題仍是個(gè)未解之謎。
(作者：鏋ｆ牳)
