阿基米德是一个著名的解题能手，解决了许多著名的数学难题。而且，他有一种特殊的本领，能用最简单的方法解答最难的数学问题。对此，历史学家们作了生动的记载。一些人乍见阿基米德要解答的题目，往往会感到无从下手，可是，一旦他们见了阿基米德的解答，便会情不自禁的赞叹：“竟有这等巧妙而简单的解法。我怎么就没有想出来呢？”下面这道“砂粒问题”就是一个著名的例子。
“如果用砂粒将整个宇宙空间都填满，一共需要多少砂粒？”
要解答这样的题目，首先要知道宇宙的大小。那时候，古希腊人认为宇宙是一个巨大的天球，日月星辰如同宝石般镶嵌在天球的四周，而人类居住的地球呢，则正好处在于球的中央。
天球有多大呢？根据当时最流行的观点，天球的直径是地球的直径的10000倍，而地球的周长是小于30万斯塔迪姆（1斯塔迪姆约等于188米）。
阿基米德为了使他的计算更能说服人，有意把这个数值扩大了10倍。他假设地球的周长小于300万斯塔迪姆，并由此算出宇宙的直径小于100亿斯塔迪姆。
那么，砂粒有多大呢？同样是为了增强说服力，阿基米德又有了意将砂粒描绘得非常非常小。他假设1000颗砂才有1颗**籽那么大，而每1颗**籽的直径只有1英寸的1/40。
当时，古希腊的记数单位最大才到万，很难满足解答这个题目的需要，于是，阿基米德又将记数单位作了扩充，创造了一套表示大数的方法。他将1万叫做第一级单位，将1万的1万倍（即1亿）叫做第二级单位，将第二级单位的1亿倍叫做第三级单位，将第三级单位的1亿倍叫做第四级单位，……像这样一直取到了第八级单位。
把这一切都安排妥贴后，阿基米德没有急于马上去计算填满宇宙的砂粒数，而是首先着手解决一个比较简单的问题：填满一个直径为1英寸的圆球，一共需要多少颗砂粒？
因为1颗**籽的直径是1/40英寸，13∶403=1∶64000，所以，填满直径为1英寸的圆球，至多需要6.4亿颗砂粒。这个数目比10个第二级单位小。
那么，填满直径为1斯塔迪姆的圆球，一共需要多少颗砂粒呢？阿基米德的答案是：这个数目不会超过10万个第三级单位。
接下来，阿基米德将圆球的直径不断扩大，逐一计算了当圆球的直径是100、1万、100万、1亿、100亿个斯塔迪姆时，填满它所需要的砂粒数。最后，阿基米德得出答案说：填满整个宇宙空间所需要的砂粒数，不会超过1000万个第八级单位。
这个数究竟有多大呢？用科学记数法表示就是1063。这是一个非常大的数，如果用一般的记数法表示，得在1的后面接连写上63个0。
古时候，人们把104叫做“黑暗”，把108叫做是“黑暗的黑暗”，意思是它们已经大得数不清了，而阿基米德算出这个数，不知要比“黑暗的黑暗”还要“黑暗”多少倍。由此可见，解答“砂粒问题”，不仅显示了阿基米德高超的计算能力，也显示了他惊人的胆识与气魄。
不过，用1063颗砂粒是填不满宇宙空间的，充其量也只能填满宇宙一个小小的角落。但是，这不是阿基米德计算的过错。因为古希腊人心目中的“天球”，即使与现在已经观测到的宇宙空间相比，充其量也只能算是一个小小的角落。
宇宙科学小知识大全
1. 关于宇宙的小知识
宇宙是广漠空间和其中存在的各种天体以及弥漫物质的总称。
宇宙是物质世界，它处于不断的运动和发展中。 《淮南子.原道训》注：“四方上下曰宇，古往今来曰宙，以喻天地。”
即宇宙是天地万物的总称。 千百年来，科学家们一直在探寻宇宙是什么时候、如何形成的。
直到今天，科学家们才确信，宇宙是由大约150亿年前发生的一次大爆炸形成的。 在爆炸发生之前，宇宙内的所存物质和能量都聚集到了一起，并浓缩成很小的体积，温度极高，密度极大，之后发生了大爆炸。
大爆炸使物质四散出击，宇宙空间不断膨胀，温度也相应下降，后来相继出现在宇宙中的所有星系、恒星、行星乃至生命，都是在这种不断膨胀冷却的过程中逐渐形成的。 然而，大爆炸而产生宇宙的理论尚不能确切地解释，“在所存物质和能量聚集在一点上”之前到底存在着什么东西？ “大爆炸理论”是伽莫夫于1946年创建的。
它是现代宇宙系中最有影响的一种学说，又称大爆炸宇宙学。与其他宇宙模型相比，它能说明较多的观测事实。
它的主要观点是认为我们的宇宙曾有一段从热到冷的演化史。在这个时期里，宇宙体系并不是静止的，而是在不断地膨胀，使物质密度从密到稀地演化。
这一从热到冷、从密到稀的过程如同一次规模巨大的爆发。 根据大爆炸宇宙学的观点，大爆炸的整个过程是：在宇宙的早期，温度极高，在100亿度以上。
物质密度也相当大，整个宇宙体系达到平衡。宇宙间只有中子、质子、电子、光子和中微子等一些基本粒子形态的物质。
但是因为整个体系在不断膨胀，结果温度很快下降。当温度降到10亿度左右时，中子开始失去自由存在的条件，它要么发生衰变，要么与质子结合成重氢、氦等元素；化学元素就是从这一时期开始形成的。
温度进一步下降到100万度后，早期形成化学元素的过程结束。 宇宙间的物质主要是质子、电子、光子和一些比较轻的原子核。
当温度降到几千度时，辐射减退，宇宙间主要是气态物质，气体逐渐凝聚成气云，再进一步形成各种各样的恒星体系，成为我们今天看到的宇宙。
2. 有关宇宙的知识
宇宙概括 宇宙是由空间、时间、物质和能量，所构成的统一体。
宇宙是万物的总称，是时间和空间的统一。宇宙是物质世界，不依赖于人的意志而客观存在，并处于不断运动和发展中，。
宇宙是多样又统一的；多样在物质表现状态的多样性；统一在于其物质性。 分层次的认识宇宙 从哲学的观点看。
人们认为宇宙是无始无终，无边无际的。不过，对这个深奥的概念我们不打算做深入的探讨，还是留给哲学家们去研究。
我们不妨把眼光缩小一些，讲一讲利用我们现有的科学技术所能了解和观测的宇宙，人们把它称为“我们的宇宙”或“总星系”。 从最新的观测资料看，人们已观测到的离我们最远的星系是130亿光年。
也就是说，如果有一束光以每秒30万千米的速度从该星系发出，那么要经过130亿年才能到达地球。这130亿光年的距离便是我们今天（2009年）所知道的宇宙的范围。
再说得明确一些，我们今天所知道的宇宙范围，或者说大小，是一个以地球为中心，以130亿光年的距离为半径的球形空间。当然，地球并不真的是什么宇宙的中心，宇宙也未必是一个球体，只是限于我们目前的观测能力，我们只能了解到这一程度。
在这个以130亿光年为半径的球形空间里，目前已被人们发现和观测到的星系大约有1250亿个，而每个星系又拥有像太阳这样的恒星几百到几万亿颗。因此只要做一道简单的数学题，你就不难了解到，在我们已经观测到的宇宙中拥有多少星星。
地球在如此浩瀚的宇宙中，真如沧海一粟，渺小得微不足道。 一直以来， 天文学家和我们一样，想知道宇宙究竟有多大。
最近，美国的太空网报道，经过艰苦的计算工作，天文学家发现宇宙超乎寻常的大，其长度至少为1560亿光年。“这样一个有关宇宙大小的发现，显然是以‘宇宙是球形的，是有限无边的’为前提条件的。”
中国国家天文台的研究员陈大明在接受记者专访时说，“长期以来，宇宙学研究领域一直有这样一个争论，宇宙究竟是球形的、马鞍形的、还是平坦的。”北京师范大学副教授张同杰说：“国际主流宇宙学普遍认为宇宙是平坦的，是无限的。”
那么，围绕宇宙的争论从何而来？理据何在？一种最为普遍的观点：在大爆炸之后，宇宙诞生了。“根据现代宇宙学中最有影响的大爆炸学说，我们的宇宙是大约137亿年前由一个非常小的点爆炸产生的，目前宇宙仍在膨胀。”
陈大明研究员说，“这一学说得到大量天文观测的证实。”这一学说认为，宇宙诞生初期，温度非常高，随着宇宙的膨胀，温度开始降低，中子、质子、电子产生了。
此后，这些基本粒子就形成了各种元素，这些物质微粒相互吸引、融合，形成越来越大的团块，这些团块又逐渐演化成星系，恒星、行星，在个别的天体上还出现了生命现象，能够认识宇宙的人类最终诞生了。宇宙是球形的、有限无边的？“认为宇宙是球形的观点在很长时间内存在着，尽管不是国际宇宙学界的主流。”
陈大明介绍说，“它的每一次提出，都会引起人们的关注，就是因为这一观点很奇特。”一个最为明显的例子就是不久前，由美国数学家杰弗里·威克斯构建的宇宙模型：一个大小有限、形状如同足球的镜子迷宫。
“形如足球”的模型令科学界震惊，因为这一学说宣称，宇宙之所以令人产生无边无界的“错觉”，是因为这个有限空间通过“返转”效应无限重复映现自身。威克斯认为，人们之所以感觉宇宙是无限的，是因为宇宙就像一个镜子迷宫，光线传过来又传过去，让人们发生错觉，误以为宇宙在无限伸展。
这一惊人推断后来被《新科学家》杂志收录，同时作为一种“奇谈”在民间广为流传着。宇宙年龄定义 宇宙年龄（universe,age of）宇宙从某个特定时刻到现在的时间间隔。
对于某些宇宙模型，如牛顿宇宙模型、等级模型、稳恒态模型等，宇宙年龄没有意义。在通常的演化的宇宙模型里，宇宙年龄指宇宙标度因子为零起到现在时刻的时间间隔。
通常，哈勃年龄是宇宙年龄的上限，可以作为宇宙年龄的某种度量。根据大爆炸宇宙模型推算，宇宙年龄大约200亿年。
年龄推算 宇宙年龄为一百二十五亿年 宇宙的不断膨胀 科学家认为它起源为137亿年前之间的一次难以置信的大爆炸。这是一次不可想像的能量大爆炸，宇宙边缘的光到达地球要花120亿年到150亿年的时间。
大爆炸散发的物质在太空中漂游，由许多恒星组成的巨大的星系就是由这些物质构成的，我们的太阳就是这无数恒星中的一颗。原本人们想象宇宙会因引力而不在膨胀，但是，科学家已发现宇宙中有一种 “暗能量”会产生一种斥力而加速宇宙的膨胀。
大爆炸后的膨胀过程是一种引力和斥力之争，爆炸产生的动力是一种斥力，它使宇宙中的天体不断远离；天体间又存在万有引力，它会阻止天体远离，甚至力图使其互相靠近。引力的大小与天体的质量有关，因而大爆炸后宇宙的最终归宿是不断膨胀，还是最终会停止膨胀并反过来收缩变小，这完全取决于宇宙中物质密度的大小。
理论上存在某种临界密度。如果宇宙中物质的平均密度小于临界密度，宇宙就会一直膨胀下去，称为开宇宙；要是物质的平均密度大于临界密度，膨胀过程迟早会停下来，并随之出现收缩，称为闭宇宙。
3. 有关太空的小常识,介绍太空的
地球大气层以外的宇宙空间，大气层空间以外的整个空间.太空物理学家将大气分为5层：对流层（海平面至10千米）、平流层（10~40千米）、中间层（40~80千米）、热成层（电离层，80~370千米）和外大气层（电离层，370千米以上）.地球上空的大气约有3/4在对流层内，97%在平流层以下，平流层的外缘是航空器依靠空气支持而飞行的最高限度.某些高空火箭可进入中间层.人造卫星的最低轨道在热成层内，其空气密度为地球表面的1%.在1.6万千米高度空气继续存在，甚至在10万千米高度仍有空气粒子.从严格的科学观点来说，空气空间和外层空间没有明确的界限，而是逐渐融合的.联合国和平利用外层空间委员会科学和技术小组委员会指出，目前还不可能提出确切和持久的科学标准来划分外层空间和空气空间的界限.近年来，趋向于以人造卫星离地面的最低高度（100~110）千米为外层空间的最低界限.。
4. 关于宇宙的知识
宇宙知识一、人类对宇宙的认识过程 在中国西周时期，生活在华夏大地上的人们提出的早期盖天说认为，天穹像 一口锅，倒扣在平坦的大地上；后来又发展为后期盖天说，认为大地的形状也是 拱形的。
公元前 7 世纪 ，巴比伦人认为，天和地都是拱形的，大地被海洋所环绕， 而其中央则是高山。古埃及人把宇宙想象成以天为盒盖、大地为盒底的大盒子， 大地的中央则是尼罗河。
古印度人想象圆盘形的大地负在几只大象上，而象则站 在巨大的龟背上，公元前 7 世纪末，古希腊的泰勒斯认为，大地是浮在水面上的 巨大圆盘，上面笼罩着拱形的天穹。 最早认识到大地是球形的是古希腊人。
公元前 6 世纪，毕达哥拉斯从美学观 念出发，认为一切立体图形中最美的是球形，主张天体和我们所居住的大地都是 球形的。这一观念为后来许多古希腊学者所继承，但直到 1519~1522 年，葡萄 牙的 F.麦哲伦率领探险队完成了第一次环球航行后 ，地球是球形的观念才最终证 实。
当代天文学的研究成果表明，宇宙是有层次结构的、物质形态多样的、不断 运动发展的天体系统。 二、宇宙的层次结构 行星是最基本的天体系统。
太阳系 *** 有九大行星： 水星 金星 地球 火星 木 星 土星 天王星 海王星 冥王星（目前只有极少数科学家同意开除它，降为矮行 星） 。除水星和金星外，其他行星都有卫星绕其运转，地球有一个卫星 月球，土星的卫星最多，已确认的有 26 颗。
行星 小行星 彗星和流星体都围绕中心天体太 阳运转，构成太阳系。太阳占太阳系总质量的 99.86%，其直径约 140 万千米，最 大的行星木星的直径约 14 万千米。
太阳系的大小约 120 亿千米 （以冥王星作边界） 。 有证据表明，太阳系外也存在其他行星系统。
2500 亿颗类似太阳的恒星和星际物 质构成更巨大的天体系统——银河系。银河系中大部分恒星和星际物质集中在一 个扁球状的空间内，从侧面看很像一个“铁饼”，正面看去?则呈旋涡状。
银河系的 直径约 10 万光年，太阳位于银河系的一个旋臂中，距银心约 3 万光年。银河系外 还有许多类似的天体系统，称为河外星系，常简称星系。
现已观测到大约有 10 亿 个。星系也聚集成大大小小的集团，叫星系团。
平均而言，每个星系团约有百余个星系，直径达上千万光年。现已发现上万个星系团。
包括银河系在内约 40 个星 系构成的一个小星系团叫本星系群。若干星系团集聚在一起构成更大、更高一层 次的天体系统叫超星系团。
超星系团往往具有扁长的外形，其长径可达数亿光年。 通常超星系团内只含有几个星系团，只有少数超星系团拥有几十个星系团。
本星 系群和其附近的约 50 个星系团构成的超星系团叫做本超星系团。目前天文观测范 围已经扩展到 200 亿光年的广阔空间，它称为总星系。
三、宇宙的起源 热大爆炸宇宙模型描绘了我们的宇宙的起源和演化史： 我们的宇宙起源于 200 亿年前的一次大爆炸，当时温度极高、密度极大。随着宇宙的膨胀，它经历了从 热到冷、从密到稀、从辐射为主时期到物质为主时期的演变过程，直至 10~20 亿 年前，才进入大规模形成星系的阶段，此后逐渐形成了我们当今看到的宇宙。
四、关于外太空的小知识 1、宇宙中有超过 1000 亿个星系。最大的星系有将近 4000 亿星体，我们所 在的星系——银行系可以确定有 1000 亿星球，如果你要数星星，单单银河系的， 一秒数一个，你也要花上 3000 年才数完； 2、“日”是太阳系里面最大块头的，它大约占据太阳系的总质量的 98%(130 万个地球都可以塞到太阳里面，太阳的表面温度有 6000℃，而内部温度则高达 15,000,000℃) ； 3、木星是太阳系中最大的行星，同时也是自转最快的行星，在木星上一天只 有 9 小时 55 分钟； 4、土星是太阳系中第二大的行星，同时还是太阳系中最明亮的星体，它的密 度低到可以在水上漂浮； 5、在象太空一样的真空中， 两个干净、平坦表面的同类金属会立即瞬间黏附， 只需要将它们轻轻合在一起（这就是冷焊接，或者说接触焊）； 6、宇航员在太空不会打嗝（因为重力过低，胃部气体不会从液体中分离，因 此打嗝是不可能的）； 7、在外太空，飘逸的液体都会变成球状（这是由于液体的表面张力以及低重 力）； 8、太空中，你怎么叫都没人听到（因为没有空气传递你惨叫的声波）。
5. 收集五条简单的太空小知识
太空是高寒的环境，平均温度为零下270.3℃. 在太空中，各种天体也向外辐射电磁波，许多天体还向外辐射高能粒子，形成宇宙射线.如太阳有太阳电磁辐射，太阳宇宙线辐射和太阳风，太阳宇宙线辐射是太阳在发生耀斑爆发时向外发射的高能粒子，而太阳风则是由日冕吹出的高能等离子体流. 许多天体都有磁场，磁场俘获上述高能带电粒子，形成辐射很强的辐射带，如在地球的上空，就有内外两个辐射带.由此可见，太空还是一个强辐射环境. 太空还是一个高真空，微重力环境.重力仅为百分之一到十万分之一g (g-重力加速度) ，而人在地面上感受到的重力是1g.所以 *** 太空服人类无法在太空生存。
6. 关于宇宙的一些知识
宇宙 universe;co *** os 宇宙的诞生 我们现在观察到的宇宙，其边界大约有100多亿光年。
它由众多的星系所组成。地球是太阳系的一颗普通行星，而太阳系是银河系中一颗普通恒星。
我们所观察到恒星、行星、慧星、星系等是怎么产生的呢？ 宇宙学说认为，我们所观察到的宇宙，在其孕育的初期，集中于一个很小、温度极高、密度极大的奇点。在150亿年到200亿年前，奇点发生大爆炸，从此开始了我们所在的宇宙的诞生史。
宇宙原始大爆炸后0.01秒，宇宙的温度大约为1000亿度。物质存在的主要形式是电子、光子、中微子。
以后，物质迅速扩散，温度迅速降低。大爆炸后1秒钟，下降到100亿度。
大爆炸后14秒，温度约30亿度。35秒后，为3亿度，化学元素开始形成。
温度不断下降，原子不断形成。宇宙间弥漫着气体云。
他们在引力的作用下，形成恒星系统，恒星系统又经过漫长的演化，成为今天的宇宙。 物质现象的总和。
广义上指无限多样、永恒发展的物质世界，狭义上指一定时代观测所及的最大天体系统。后者往往称作可观测宇宙、我们的宇宙，现在相当于天文学中的“总星系”。
2003年2月份，美国国家航空航天局曾向全世界公布他们有关宇宙年龄的研究成果。根据其公布的资料显示，宇宙年龄应该为137亿岁。
2003年11月份，国际天体物理学研究小组宣称，宇宙的确切年龄应该是141亿岁。地球的形成大约是距今45亿年。
词源考察 在中国古籍中最早使用宇宙这个词的是《庄子·齐物论》。“宇”的含义包括各个方向，如东西南北的一切地点。
“宙”包括过去、现在、白天、黑夜，即一切不同的具体时间。战国末期的尸佼说：“四方上下曰宇，往古来今曰宙。”
“宇”指空间，“宙”指时间，“宇宙”就是时间和空间的统一。后来“宇宙”一词便被用来指整个客观实在世界。
与宇宙相当的概念有“天地”、“乾坤”、“六合”等，但这些概念仅指宇宙的空间方面。《管子》的“宙合”一词，“宙”指时间，“合”（即“六合”）指空间，与“宇宙”概念最接近。
在西方，宇宙这个词在英语中叫co *** os，在俄语中叫кocMoc ，在德语中叫ko *** os ，在法语中叫co *** os。它们都源自希腊语的κoσμoζ，古希腊人认为宇宙的创生乃是从浑沌中产生出秩序来，κoσμoζ其原意就是秩序。
但在英语中更经常用来表示“宇宙”的词是universe。此词与universitas有关。
在中世纪，人们把沿着同一方向朝同一目标共同行动的一群人称为universitas。在最广泛的意义上，universitas 又指一切现成的东西所构成的统一整体，那就是universe，即宇宙。
universe和co *** os常常表示相同的意义，所不同的是，前者强调的是物质现象的总和，而后者则强调整体宇宙的结构或构造。 宇宙观念的发展 宇宙结构观念的发展 远古时代，人们对宇宙结构的认识处于十分幼稚的状态，他们通常按照自己的生活环境对宇宙的构造作了幼稚的推测。
在中国西周时期，生活在华夏大地上的人们提出的早期盖天说认为，天穹像一口锅，倒扣在平坦的大地上；后来又发展为后期盖天说，认为大地的形状也是拱形的。公元前7世纪 ，巴比伦人认为，天和地都是拱形的，大地被海洋所环绕，而其中央则是高山。
古埃及人把宇宙想象成以天为盒盖、大地为盒底的大盒子，大地的中央则是尼罗河。古印度人想象圆盘形的大地负在几只大象上，而象则站在巨大的龟背上，公元前7世纪末，古希腊的泰勒斯认为，大地是浮在水面上的巨大圆盘，上面笼罩着拱形的天穹。
最早认识到大地是球形的是古希腊人。公元前6世纪，毕达哥拉斯从美学观念出发，认为一切立体图形中最美的是球形，主张天体和我们所居住的大地都是球形的。
这一观念为后来许多古希腊学者所继承，但直到1519~1522年，葡萄牙的F.麦哲伦率领探险队完成了第一次环球航行后 ，地球是球形的观念才最终证实。 公元2世纪，C.托勒密提出了一个完整的地心说。
这一学说认为地球在宇宙的中央安然不动，月亮、太阳和诸行星以及最外层的恒星天都在以不同速度绕着地球旋转。为了说明行星视运动的不均匀性，他还认为行星在本轮上绕其中心转动，而本轮中心则沿均轮绕地球转动。
地心说曾在欧洲流传了1000多年。1543年，N.哥白尼提出科学的日心说，认为太阳位于宇宙中心，而地球则是一颗沿圆轨道绕太阳公转的普通行星。
1609年，J.开普勒揭示了地球和诸行星都在椭圆轨道上绕太阳公转，发展了哥白尼的日心说，同年，G.伽利略则率先用望远镜观测天空，用大量观测事实证实了日心说的正确性。1687年，I.牛顿提出了万有引力定律，深刻揭示了行星绕太阳运动的力学原因，使日心说有了牢固的力学基础。
在这以后，人们逐渐建立起了科学的太阳系概念。 在哥白尼的宇宙图像中，恒星只是位于最外层恒星天上的光点。
1584年，G.布鲁诺大胆取消了这层恒星天，认为恒星都是遥远的太阳。18世纪上半叶，由于E.哈雷对恒星自行的发展和J.布拉得雷对恒星遥远距离的科学估计，布鲁诺的推测得到了越来越多人的赞同。
18世纪中叶，T.赖特、I.康德和J.H.朗伯推测说，布满全天的恒星和银河构成了一个巨大的天体系统。F.W.赫歇尔首创用取样统。
7. 关于宇宙的知识
宇宙知识
一、人类对宇宙的认识过程 在中国西周时期，生活在华夏大地上的人们提出的早期盖天说认为，天穹像 一口锅，倒扣在平坦的大地上；后来又发展为后期盖天说，认为大地的形状也是 拱形的。公元前 7 世纪 ，巴比伦人认为，天和地都是拱形的，大地被海洋所环绕， 而其中央则是高山。古埃及人把宇宙想象成以天为盒盖、大地为盒底的大盒子， 大地的中央则是尼罗河。古印度人想象圆盘形的大地负在几只大象上，而象则站 在巨大的龟背上，公元前 7 世纪末，古希腊的泰勒斯认为，大地是浮在水面上的 巨大圆盘，上面笼罩着拱形的天穹。 最早认识到大地是球形的是古希腊人。公元前 6 世纪，毕达哥拉斯从美学观 念出发，认为一切立体图形中最美的是球形，主张天体和我们所居住的大地都是 球形的。这一观念为后来许多古希腊学者所继承，但直到 1519~1522 年，葡萄 牙的 F.麦哲伦率领探险队完成了第一次环球航行后 ，地球是球形的观念才最终证 实。 当代天文学的研究成果表明，宇宙是有层次结构的、物质形态多样的、不断 运动发展的天体系统。
二、宇宙的层次结构 行星是最基本的天体系统。 太阳系 *** 有九大行星： 水星 金星 地球 火星 木 星 土星 天王星 海王星 冥王星（目前只有极少数科学家同意开除它，降为矮行 星） 。除水星和金星外，其他行星都有卫星绕其运转，地球有一个卫星 月球，土星的卫星最多，已确认的有 26 颗。行星 小行星 彗星和流星体都围绕中心天体太 阳运转，构成太阳系。太阳占太阳系总质量的 99.86%，其直径约 140 万千米，最 大的行星木星的直径约 14 万千米。 太阳系的大小约 120 亿千米 （以冥王星作边界） 。 有证据表明，太阳系外也存在其他行星系统。2500 亿颗类似太阳的恒星和星际物 质构成更巨大的天体系统——银河系。银河系中大部分恒星和星际物质集中在一 个扁球状的空间内，从侧面看很像一个“铁饼”，正面看去?则呈旋涡状。银河系的 直径约 10 万光年，太阳位于银河系的一个旋臂中，距银心约 3 万光年。银河系外 还有许多类似的天体系统，称为河外星系，常简称星系。现已观测到大约有 10 亿 个。星系也聚集成大大小小的集团，叫星系团。平均而言，每个星系团约有百余个星系，直径达上千万光年。现已发现上万个星系团。包括银河系在内约 40 个星 系构成的一个小星系团叫本星系群。若干星系团集聚在一起构成更大、更高一层 次的天体系统叫超星系团。超星系团往往具有扁长的外形，其长径可达数亿光年。 通常超星系团内只含有几个星系团，只有少数超星系团拥有几十个星系团。本星 系群和其附近的约 50 个星系团构成的超星系团叫做本超星系团。目前天文观测范 围已经扩展到 200 亿光年的广阔空间，它称为总星系。
三、宇宙的起源 热大爆炸宇宙模型描绘了我们的宇宙的起源和演化史： 我们的宇宙起源于 200 亿年前的一次大爆炸，当时温度极高、密度极大。随着宇宙的膨胀，它经历了从 热到冷、从密到稀、从辐射为主时期到物质为主时期的演变过程，直至 10~20 亿 年前，才进入大规模形成星系的阶段，此后逐渐形成了我们当今看到的宇宙。
四、关于外太空的小知识
1、宇宙中有超过 1000 亿个星系。最大的星系有将近 4000 亿星体，我们所 在的星系——银行系可以确定有 1000 亿星球，如果你要数星星，单单银河系的， 一秒数一个，你也要花上 3000 年才数完；
2、“日”是太阳系里面最大块头的，它大约占据太阳系的总质量的 98%(130 万个地球都可以塞到太阳里面，太阳的表面温度有 6000℃，而内部温度则高达 15,000,000℃) ；
3、木星是太阳系中最大的行星，同时也是自转最快的行星，在木星上一天只 有 9 小时 55 分钟； 4、土星是太阳系中第二大的行星，同时还是太阳系中最明亮的星体，它的密 度低到可以在水上漂浮；
5、在象太空一样的真空中， 两个干净、平坦表面的同类金属会立即瞬间黏附， 只需要将它们轻轻合在一起（这就是冷焊接，或者说接触焊）；
6、宇航员在太空不会打嗝（因为重力过低，胃部气体不会从液体中分离，因 此打嗝是不可能的）；
7、在外太空，飘逸的液体都会变成球状（这是由于液体的表面张力以及低重 力）；
8、太空中，你怎么叫都没人听到（因为没有空气传递你惨叫的声波）。
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1.宇宙科学小知识
银河系中的恒星
整个银河系约有2000亿颗恒星。天文学家根据这些恒星的年龄大小不同，将它们分成两大星族：星族I与星族II。星族I是一些年轻的恒星，多分布在银盘的旋臂附近，星族II是一些年老的恒星，多聚集在银核及银晕中。
在银河系里，既有许多如巨星、矮星、变星等单个出现的恒星，也有许多成双成对出现的恒星双星。除双星外，银河系中还可看到由两颗以上的恒星组成的聚星。如双子座的北河二是六合星，半人马座的南门二是三合星。由 10个以上的恒星组成的星团也是银河系里的重要成员。
2.关于太空的科学小知识
1、我们的太阳系的所有行星中，只有金星和水星是没有卫星的。
在我们的太阳系中，一共有176颗已确认的卫星环绕着它们的主行星，而且有一些卫星比水星的个儿头还要大。2、如果一颗恒星太靠近黑洞，会被黑洞撕裂。
在20年的时间中，一支天文学家团队一直在观测银河中央一颗围绕黑洞运行的恒星。目前恒星距离黑洞的位置近的足以出现“引力红移”，也就是说随着黑洞的引力逐渐增强，该恒星的光线会失去能量。
3、太阳系中最热的行星是金星。很多人会觉得应该是水星，因为它距离太阳最近。
但是金星的大气层中大量的气体造成了“温室效应”，导致金星表面的恒定温度高达462摄氏度。4、太阳系有46亿岁了。
准确的来讲，太阳系的岁数是45.71亿岁。科学家预测大约50亿年后，我们的太阳会扩张成一个红巨星。
大约75亿年后，其扩大的表面就会吞噬掉地球。5、土星较小的一颗卫星——土卫二反射了90%的太阳光。
由于其表面被冰覆盖，因此很少能吸收阳光，基本上反射走了。土卫二的表面温度可以达到零下201摄氏度。
6、已经发现的最高山峰是火星上的奥林匹斯山。它的顶峰有25公里高，是珠穆朗玛峰的近3倍高。
而且它不仅高，而且面积还有30万平方公里——这跟亚利桑那州一般大了。7、M51涡状星系是我们发现的第一个旋涡状的天体。
涡状星系庞大螺旋的旋臂是由细长排列的恒星和气体构成的，还洒满了大量的宇宙尘埃。这些旋臂的作用就像是制造恒星的工厂，压缩氢气并制造出一群新的恒星。
8、一光年是光在一年中行进的距离。光1秒钟能移动30万公里，因此1光年大约相当于5,903,026,326,255英里（9,460,730,472,581公里）。
9、银河系的宽度达到105700光年。我们乘坐现代太空船需要花费4.5亿年的时间才能到达银河系的中心。
10、太阳的质量是地球质量的33万倍还多。太阳的直径大约是地球的109倍，填满太阳大约要用到130万个地球。
事实上太阳的质量巨大无比，占了全部太阳系质量的99.85%。11、宇航员留在月球表面上的鞋印不会消失，因为月球上没有风。
等等，如果月球上没有风，那旗子是怎么飘起来的？事实上旗子并不是被风吹起来的。你看到的褶皱是因为宇航员费尽力气想把一根难搞的水平伸缩拉杆从旗子的上边缘中 *** 导致的。
12、由于引力较小，在地球上体重220磅的人在火星上只有84磅重。当要把机器人送往火星表面时，科学家就会考虑到这一点，他们会为机器人安装更多的设备并且会用更耐用的材料打造机器人。
13、木星已知的卫星多达79个。木星是太阳系中卫星最多的行星，而且也有着太阳系中最大的卫星。
这颗最大的卫星被称为木卫三（Ganymede），直径5262公里——比水星还要大，而且只用双筒望远镜就能观测到。14、火星的一天有24小时39分35秒长。
因此你可能会觉得火星的一年要比地球短？错！由于火星围绕太阳公转的速度比地球要慢，因此火星上的1年有687天。15、NASA的月球陨坑观测与遥感卫星（LCROSS）发现了月球上存在水的证据。
尽管就目前条件来看，月球的表面不可能存在水，但是科学家相信月球两极寒冷的永不见光的陨坑中存在有水冻结成的冰。
3.请问一些宇宙的科学知识
如今，大爆炸理论越来越多地以一些假设，一些从未被实证观察的东西作为自己的论据：暴胀、暗物质和暗能量等就是其中最令人震惊的一些例子。
没有这些东西，我们就会发现，在实际的天文学观测和大爆炸理论的预言之间存在着直接的矛盾。这种不断求助于新的假设来填补理论与实现之间鸿沟的做法，在物理学的任何其他领域中都是不可能被接受的。
这至少反映出这一来历不明的理论在有效性方面是存在着严重问题的。 然而，没能这些牵强的因素，大爆炸理论就无法生存。
离开了暴胀之类的假设，大爆炸理论就无法解释实际观测中发现的同质的、各向同怀的宇宙背景辐射。因为那样的话，它就无法解释宇宙中相距遥远的各部分何以会有着相同的温度并发出同量的微波辐射。
离开了那种与我们20多年来辛苦努力在地球上观察到所有物质都格格不入的所谓暗物质，大爆炸理论的预言与宇宙中实际的物质密度就完全是矛盾的。暴胀所需的密度是核聚变所需的20倍，这也许可以作为大爆炸理论中较轻元素来源的一个理论解释吧。
而离开了暗能量，根据大爆炸理论计算出来的宇宙年龄就只有80亿年，这甚至比我们所在的这个星系中许多恒星的年龄还要小几十亿岁。 更重要的是，大爆炸理论从来没有任何量化的预言得到过实际观测的验证。
该理论捍卫者们所宣称的成功，统统归功于它擅长在事后迎合实际观测的结果，它不断地在增补可调整的参数，就像托勒玫（Ptol m e）的地心说总是需要借助本轮和均轮来自圆其说一样，其实，大爆炸论并不是理解宇宙历史的唯一方式。‘等离子宇宙论‘和’稳恒态宇宙模型论'都是对这样一个持续演化着的宇宙的假设，它们认为宇宙既无始也无终。
这些模型，以及其他一些观点，也都能解释宇宙的基本现象，如较轻元素在宇宙中所占的比重、宇宙背景辐射以及遥远星系谱线红移量随着距离增加等问题，它们的一些预言还甚至得到过实际观测的验证，而这是大爆炸理论从未做到过的。大爆炸论的支持者们强辩说这些理论不能解释观测到的所有天文现象。
但这并没有什么奇怪的，因为它们的发展严重缺乏经费的支持。实际上，直到今天，这样一些疑问和替代理论都还不能被拿出来进行自由的辩论和检验。
绝大多数的研讨会都在随波逐流，并不允许研究者们进行完全公开的观点交流。理查德·费曼（Richard Feynman）说过，‘科学就是怀疑的文化’，而在今天的宇宙学领域，怀疑和异见得不到容忍，年轻学者们即使对大爆炸这一标准模型有任何否定的想法也不敢表达。
怀疑大爆炸论的学者如果把自己的疑问说出来就会失去经费资助。连实际的观测结果也要被筛选，要依据其能否支持大爆炸理论的标准来筛选。
这样一来，所有不合标准的数据，比如谱线红移、锂元素和氦元素在宇宙中所占的比例、星系的分布等，都被忽视甚至歪曲。这反映出了一种日益膨胀的教条主义，完全不合乎自由的科学研究精神。
如今在宇宙学研究领域，几乎所有的经费和实验资源都被分配给以大爆炸理论为课题的项目。科研经费来源有限，而所有主管经费分配的评审委员会都被大爆炸论的支持者们把持着。
结果就造成了大爆炸理论掌握该领域的全面主导地位，这一局面与该理论在科学上的有效性毫无关系。只资助从属于大爆炸论的课题，这种做法抹杀了科学方法的一个基本原则：就是必须持续不断地用实际观察来对理论加以检验的原则。
这样一种束缚使任何探讨都无法进行，也使任何研究都无法进行，为了治疗这一顽症，我们呼吁资助宇宙学研究的机构将相当部分的经费留给那些替代性理论的研究课题，留给那些与大爆炸理论存在矛盾的实证观测。为避免经费分配不公的问题，掌管经费分配的评审委员会可以由非宇宙学领域的天文学家和物理学家组成。
将经费公平地分配给针对大爆炸理论有效性进行的研究项目，以及其替代性理论的研究项目，这将能使我们以科学的方式找到关于宇宙历史演变的最可信的模型。 [编辑本段]宇宙大爆炸理论的缺陷 根据大爆炸理论，星系连同其它所有的恒星和行星都产生于一个所谓有的奇异点。
这个奇异点中集中了所有宇宙最原始的物质。而科学家们对这一奇异点物理参数的评估则是：温度为10^31 K，潜藏的能量密度为10^98 尔格/立方厘米（作为比较，恒星内部最高温度为10^8 K，而中子星的物质密度为10^15 克/立方厘米）。
我们很难想像，处于奇异点时期的宇宙到底是什么样。今天流行的宇宙超级结构理论认为，大爆炸后形成的微型黑洞遍及整个宇宙。
这些黑洞的体积还没有一个原子核大，但其质量却相当于一个小行星。不久前还有信息称，美国宇航局计划于2007年发射一个高功率X射线望远镜GLAST。
按照天文物理学家们的计算，该望远镜的敏感度足以发现微型黑洞的波动。宇宙超级结构理论将最终得到实验证实。
“大爆炸”理论最大的缺陷就是无法回答大爆炸之前这一奇异的点来源于何方？大爆炸理论存在了100多年了，但令人惊讶的是，这一理论的发展将把人们对宇宙诞生和灭亡的认识不可避免地引向神创说。并不奇怪，教皇约安-帕维尔二世早就在其书信中称当代的宇宙论与《圣经》中的论述不谋而合。
4.宇宙小常识
在自然科学中，研究地球以外宇宙环境中各种天体的运动、结构、起源和演化的基础学科叫做天文学。它的历史可以追溯到人类文明的萌芽时期。上古时代，游牧民族逐水草而迁徙需要辨别方向，农业民族按时令播种需要确定季节。在年复一年的长期实践中，他们逐渐发现了这些影响自己生活的大事与日月星辰等天文现象之间的密切联系。巴比伦的泥碑、埃及的金字塔、中国殷墟的甲骨文里，都留下了天文学诞生时期的丰富例证。天文学对人类文明的进步一直作出重大贡献。16世纪哥白尼的日心说使自然科学第一次从中世纪神学的桎梏下解放出来；17世纪伽利略、牛顿为研究太阳系天体运动规律而建立的经典力学体系，至今仍是现代工程科学（包括宇航科学）的基础，本世纪30年代对太阳和恒星内部结构和能源的研究导致了热核聚变的概念，为人类利用核用能提供了启迪；特别是近半个世纪以来，人类探索宇宙的热情一方面有力地推动了遥测遥控、空间技术、计算技术等一系列高新技术的发展，直接服务于全球通讯、资源调查、气象预报等国民经济部门，而这些技术在天文上的应用则使人们对宇宙的认识突飞猛进，第一次有可能从统一的原理来说明从基本粒子到化学元素、从星系到恒星、从太阳到地球、从原生物到人的长达上百亿年的演化史。
我们所居住的地球是太阳系的一个普通成员。太阳系的中心天体是太阳，它是一个半径约70万公里、表面温度达6000K的气体球，其核心温度高达1500万K，发生着氢聚变为氦的核反应。我们赖以生存的光和热，就是由这种核反应产生的。太阳系有九个行星，依次为水星、金星、地球、火星、木星、天王星、海王星、冥王星。最外面的冥王星离太阳约60亿公里。在火星和木星之间运行着几十万颗小行星。太阳系中质量较小的天体还有彗星和流星。
晴朗夜空中有一条横亘天际的光带，被人称为银河。实际上它是由群星和弥漫物质集成的一个庞大天体系统，叫做银河系。银河系的发光部分直径约7万光年，最大厚度约二万光年，象一个中央突起四周扁平的旋转铁饼，太阳是银河系中的一颗普通恒星，银河系中有大约2000亿颗恒星，彼此之间相距很远。离太阳最近的比邻星也有4.3光年远，为太阳半径的6000万倍。除恒星外，银河系中还有不少由气体和尘埃组成的团块，称为星云。有的星云含有大量分子，称为分子云，常常是形成恒星的场所。
银河系之外还有数以10亿计的庞大天体系统，与银河系属同一结构层次，统称星系。人类肉眼可见的最远天体一仙女座星系——就是其中之一，它距银河系225万光年，但在与银河系大小相当的星系中还算最近的一个。星系在宇宙中的分布是不均匀的，有的成双，有的成群，大的星系团甚至包含成百上千个星系。有些星系团又聚集成尺度更大的超星系团，在5亿光年以上至目前观测所及的150亿光年之间尚未发现不均匀的迹象。
5.有趣的天文科学小知识有哪些
有趣的天文科学小知识有光年是距离单位、太阳的颜色、太阳系中表面温度最高的行星、太阳系中表面风速最快的行星、太阳系中度日如年的行星。
1、光年是距离单位
光年是天文大尺度距离单位，并非时间单位。鉴于光速在真空中不受惯性系和参考系限制而恒定不变的性质，人类把光速作为衡量距离的精准单位，还有一种含义，因为“光年”包含“年”这个字，而年通常是时间单位。
一光年就是光运行一年的距离，科学界把这个年定义为儒略年：365.25年；这样一光年精确的距离为：9460730472580800m，通俗来讲，一光年大概是：9.46万亿公里。目前人类最远探测器是于1977年发射的旅行者一号距离地球约216亿公里，也只有一光年的0.22%。
2、太阳的颜色
太阳真正的颜色是白色。我们之所以把太阳看成**，是因为地球的大气层更不容易将高波长的颜色，比如红色、橘色和**，散射出去。
因此，这些波长的颜色就是我们看到的，这也就是太阳呈现出**的原因。要是离开地球在太空中看太阳的话，就会发现太阳真正的颜色是百色（我也没看过，不知道会不会发现眼睛已经被闪瞎）。
3、太阳系中表面温度最高的行星
太阳系中表面温度最高的行星不是距离太阳最近的水星，而是金星。水星虽然距离太阳最近，但是水星表面温度在白天可以达到427℃，而金星由于有着浓密的二氧化碳气体，导致强烈的温室效应。
其表面温度最高可以达到500℃，就算在金星夜晚也有400多℃，使得金星表面平均温度有400多℃以上。顺便说下，水星因为其夜间温度可以下降至-183℃，使得水星是太阳系中表面温差最大的行星，表面昼夜温差高达600℃。
4、太阳系中表面风速最快的行星
海王星大黑斑是出现在海王星上的暗斑，如同木星的大红斑一样。它在1989年被NASA的航海家2号太空船检测到，虽然他似乎与木星的大红斑一样，但它是个反气旋风暴，它被相信是个相对来说没有云彩的区域。
这个斑点的大小与地球近似，并且非常像木星上的大红斑。起初认为它是与大红斑一样的风暴，但更接近的观察显示它是黑暗的，并且是向海王星内部凹陷的椭圆形。
围绕在大黑斑周围的风速经测量高达每时2400公里（1500英里），是太阳系中最快的风，大黑斑被认为是海王星被甲烷覆盖时产生的一个洞孔，类似于地球上的臭氧洞。
5、太阳系中度日如年的行星
金星的公转周期是224.7个地球日，而自转周期是243个地球日，也就是说金星的一天要比一年长18个地球日，在哪里是名副其实的“度日如年”。
至于原因还没有定论，不过有一点需要注意的是，金星是太阳系中唯一一个逆向自转的大行星，自转方向是自东向西，也就是说在金星上看太阳是西升东落。
6.宇宙小知识
宇宙（Universe）是由空间、时间、物质和能量，所构成的统一体。
是一切空间和时间的综合。一般理解的宇宙指我们所存在的一个时空连续系统，包括其间的所有物质、能量和事件。
宇宙根据大爆炸宇宙模型推算，宇宙年龄大约200亿年。太阳系天体中，水星、金星表面温度约达700K，金星表面笼罩着浓密的二氧化碳大气和硫酸云雾，气压约50个大气压，水星、火星表面大气却极其稀薄，水星的大气压甚至小于2*10-9毫巴；类地行星（水星、金星、火星）都有一个固体表面，类木行星却是一个流体行星；土星的平均密度为0.70克/立方厘米，比水的密度还小，木星、天王星、海王星的平均密 度略大于水的密度，而水星、金星、地球等的密度则达到水的密度的5倍以上；多数行星都是顺向自转，而金星是逆向自转；地球表面生机盎然，其他行星则是空寂荒凉的世界。
太阳在恒星世界中是颗普遍而又典型的恒星。已经发现，有些红巨星的直径为太阳直径的几千倍。
中子星直径只有太阳的几万分之一；超巨星的光度高达太阳光度的数百万倍，白矮星光度却不到太阳的几十万分之一。红超巨星的物质密度小到只有水的密度的百万分之一，而白矮星、中子星的密度分别可高达水的密度的十万倍和百万亿倍。
太阳的表面温度约为6000K,O型星表面温度达30000K，而红外星的表面温度只有约600K。太阳的普遍磁场强度平均为1*10-4特斯拉，有些磁白矮星的磁场通常为几千、几万高斯（1高斯=10-4特斯拉），而脉冲星的磁场强度可高达十万亿高斯。
有些恒星光度基本不变，有些恒星光度在不断变化，称变星。有的变星光度变化是有周期的，周期从1小时到几百天不等。
有些变星的光度变化是突发性的，其中变化最剧烈的是新星和超新星，在几天内，其光度可增加几万倍甚至上亿倍。 恒星在空间常常聚集成双星或三五成群的聚星，它们可能占恒星总数的1/3。
也有由几十、几百乃至几十万个恒星聚在一起的星团。宇宙物质除了以密集形式形成恒星、行星等之外，还以弥漫的形式形成星际物质。
星际物质包括星际气体和尘埃，平均每立方厘米只有一个原子，其中高度密集的地方形成形状各异的各种星云。宇宙中除发出可见光的恒星、星云等天体外，还存在紫外天体、红外天体、X射线源、γ射线源以及射电源。
星系按形态可分为椭圆星系、旋涡星系、棒旋星系、透镜星系和不规则星系等类型。60年代又发现许多正在经历着爆炸过程或正在抛射巨量物质的河外天体，统称为活动星系，其中包括各种射电星系、塞佛特星系、N型星系、马卡良星系、蝎虎座BL型天体，以及类星体等等。
许多星系核有规模巨大的活动：速度达几千千米/秒的气流，总能量达1055焦耳的能量输出，规模巨大的物质和粒子抛射，强烈的光变等等。在宇宙中有种种极端物理状态：超高温、超高压、超高密、超真空、超强磁场、超高速运动、超高速自转、超大尺度时间和空间、超流、超导等。
为我们认识客观物质世界提供了理想的实验环境。
7.有关宇宙的小知识,我要用.
外太空指的是地球稠密大气层之外的空间区域，并没有明确的界线分野。一般
定义为大约距离地球表面1000千米之外的空间。人类对外太空的好奇和探索从未
停止过，中国“神五”、“神六”的成功发射标志着中国对外太空的探索步入了世
界的先进行列。
外太空简称太空，又称为宇宙空间，指的是相对于地球天空中大气层之外的
虚空区域，外太空通常用来和领空（领土）划分区别；虽然称为空，却也并非虚无缥
缈。
太空和地球大气层并没有明确的边界，因为大气随著海拔增加而逐渐变薄。假
设大气层温度固定，大气压强会由海平面的1000毫巴，随著高度增加而呈指数化
减少至零为止
国际航空联合会定义在100公里的高度为卡门线，为现行大气层和太空的界线定
义。美国认定到达海拔80公里的人为太空人，在太空船重返地球的过程中，120
公里是空气阻力开始发生作用的边界。
、有，想象一条无限长的线（一维），比它大的是什么？一个无限大的平面（二维）或无限大的立方体（三维），我们的宇宙“空间”是三维的，比宇宙还大的“空间”就是3+X（X>0）维的空间。
2、原来那个点理论上是个0维的空间。
PS：“四维空间”和“四维时空”是两个概念，“四维空间”是指长+宽+高+内外，“四维时空”是指长+宽+高+时间。
是,
按照现有的概念，宇宙是最大的空间。
第二个问题，那是一种宇宙起源的说法，而且是被广泛接受的一种说法。宇宙之初是一个体积接近0，质量接近无穷的点。物理学上把质量无穷大体积为0的“东西”叫奇（读作ji）点。
由于奇点是没有体积的，所以不存在“这个点之外”这种说法。如果硬要这么说，那么回答就只能是：这点之外是一个你无法想象和无法理解的世界。所以人类的想象力还是有限的。
原本是没有空间和时间的.
空间和时间是不能分开说的啊.
如果你说的是可见宇宙,那么由光速和宇宙时间可以推算出半径.
至于非四维时空是什么样子的请不要问我，这已经超出人类思考范畴了。
第九章 时间箭头
我们在前几章中看到了，长期以来人们关于时间性质的观点是如何变化的。直到本世纪初，人们还相信绝对时间。也就是说，每一事件可由一个称为“时间”的数以唯一的方式来标记，所有好的钟在测量两个事件之间的时间间隔上都是一致的。然而，对于任何正在运动的观察者光速总是一样的这一发现，导致了相对论；而在相对论中，人们必须抛弃存在一个唯一的绝对时间的观念。代之以每个观察者携带的钟所记录的他自己的时间测量——不同观察者携带的钟不必要读数一样。这样，对于进行测量的观察者而言，时间变成一个更主观的概念。
当人们试图统一引力和量子力学时，必须引入“虚”时间的概念。虚时间是不能和空间方向区分的。如果一个人能往北走，他就能转过头并朝南走；同样的，如果一个人能在虚时间里向前走，他应该能够转过来并往后走。这表明在虚时间里，往前和往后之间不可能有重要的差别。另一方面，当人们考察“实”时间时，正如众所周知的，在前进和后退方向存在有非常巨大的差别。这过去和将来之间的差别从何而来？为何我们记住过去而不是将来？
科学定律并不区别过去和将来。更精确地讲，正如前面所解释的，科学定律在称作C、 P和T的联合作用（或对称）下不变。（C是指将反粒子来替代粒子；P的意思是取镜象， 这样左和右就互相交换了；T是指颠倒所有粒子的运动方向，也就是使运动倒退回去。）在所有正常情形下，制约物体行为的科学定律在CP联合对称下不变。换言之，对于其他行星上的居民，若他们是我们的镜像并且由反物质而不是物质构成，则生活会刚好是同样的。
如果科学定律在CP联合对称以及CPT联合对称下都不变，它们也必须在单独的T对称下不变。然而，在日常生活的实时间中，前进和后退的方向之间还是有一个大的差异。想像一杯水从桌子上滑落到地板上被打碎。如果你将其录像，你可以容易地辨别出它是向前进还是向后退。如果将其倒回来，你会看到碎片忽然集中到一起离开地板，并跳回到桌子上形成一个完整的杯子。你可断定录像是在倒放，因为这种行为在日常生活中从未见过。如果这样的事发生，陶瓷业将无生意可做。
为何我们从未看到碎杯子集合起来，离开地面并跳回到桌子上，通常的解释是这违背了热力学第二定律所表述的在任何闭合系统中无序度或熵总是随时间而增加。换言之，它是穆菲定律的一种形式：事情总是趋向于越变越糟：桌面上一个完整的杯子是一个高度有序的状态，而地板上破碎的杯子是一个无序的状态。人们很容易从早先桌子上的杯子变成后来地面上的碎杯子，而不是相反。
无序度或熵随着时间增加是一个所谓的时间箭头的例子。时间箭头将过去和将来区别开来，使时间有了方向。至少有三种不同的时间箭头：第一个，是热力学时间箭头，即是在这个时间方向上无序度或熵增加；然后是心理学时间箭头，这就是我们感觉时间流逝的方向，在这个方向上我们可以记忆过去而不是未来；最后，是宇宙学时间箭头，在这个方向上宇宙在膨胀，而不是收缩。
我将在这一章论断，宇宙的无边界条件和弱人择原理一起能解释为何所有的三个箭头指向同一方向。此外，为何必须存在一个定义得很好的时间箭头。我将论证心理学箭头是由热力学箭头所决定，并且这两种箭头必须总是指向相同的方向。如果人们假定宇宙的无边界条件，我们将看到必然会有定义得很好的热力学和宇宙学时间箭头。但对于宇宙的整个历史来说，它们并不总是指向同一方向。然而，我将指出，只有当它们指向一致时，对于能够发问为何无序度在宇宙膨胀的时间方向上增加的智力生命的发展，才有合适的条件。
首先，我要讨论热力学时间箭头。总存在着比有序状态更多得多的无序状态的这一事实，是使热力学第二定律存在的原因。譬如，考虑一盒拼板玩具，存在一个并且只有一个使这些小纸片拼成一幅完整图画的排列。另一方面，存在巨大数量的排列，这时小纸片是无序的，不能拼成一幅画。
假设一个系统从这少数的有序状态之中的一个出发。随着时间流逝，这个系统将按照科学定律演化，而且它的状态将改变。到后来，因为存在着更多的无序状态，它处于无序状态的可能性比处于有序状态的可能性更大。这样，如果一个系统服从一个高度有序的初始条件，无序度会随着时间的增加而增大。
假定拼板玩具盒的纸片从能排成一幅图画的有序组合开始，如果你摇动这盒子，这些纸片将会采用其他组合，这可能是一个不能形成一幅合适图画的无序的组合，就是因为存在如此之多得多的无序的组合。有一些纸片团仍可能形成部份图画，但是你越摇动盒子，这些团就越可能被分开，这些纸片将处于完全混乱的状态，在这种状态下它们不能形成任何种类的图画。这样，如果纸片从一个高度有序的状态的初始条件出发，纸片的无序度将可能随时间而增加。
然而，假定上帝决定不管宇宙从何状态开始，它都必须结束于一个高度有序的状态，则在早期这宇宙有可能处于无序的状态。这意味着无序度将随时间而减小。你将会看到破碎的杯子集合起来并跳回到桌子上。然而，任何观察杯子的人都生活在无序度随时间减小的宇宙中，我将论断这样的人会有一个倒溯的心理学时间箭头。这就是说，他们会记住将来的事件，而不是过去的事件。当杯子被打碎时，他们会记住它在桌子上的情形；但是当它是在桌子上时，他们不会记住它在地面上的情景。
由于我们不知道大脑工作的细节，所以讨论人类的记忆是相当困难的。然而，我们确实知道计算机的记忆器是如何工作的。所以，我将讨论计算机的心理学时间箭头。我认为，假定计算机和人类有相同的箭头是合理的。如果不是这样，人们可能因为拥有一台记住明年价格的计算机而使股票交易所垮台。
大体来说，计算机的记忆器是一个包含可存在于两种状态中的任一种状态的元件的设备，算盘是一个简单的例子。其最简单的形式是由许多铁条组成；每一根铁条上有一念珠，此念珠可呆在两个位置之中的一个。在计算机记忆器进行存储之前，其记忆器处于无序态，念珠等几率地处于两个可能的状态中。（算盘珠杂乱无章地散布在算盘的铁条上）。在记忆器和所要记忆的系统相互作用后，根据系统的状态，它肯定处于这种或那种状态（每个算盘珠将位于铁条的左边或右边。）这样，记忆器就从无序态转变成有序态。然而，为了保证记忆器处于正确的状态，需要使用一定的能量（例如，移动算盘珠或给计算机接通电源）。这能量以热的形式耗散了，从而增加了宇宙的无序度的量。人们可以证明，这个无序度增量总比记忆器本身有序度的增量大。这样，由计算机冷却风扇排出的热量表明计算机将一个项目记录在它的记忆器中时，宇宙的无序度的总量仍然增加。计算机记忆过去的时间方向和无序度增加的方向是一致的。
所以，我们对时间方向的主观感觉或心理学时间箭头，是在我们头脑中由热力学时间箭头所决定的。正像一个计算机，我们必须在熵增加的顺序上将事物记住。这几乎使热力学定律变成为无聊的东西。无序度随时间的增加乃是因为我们是在无序度增加的方向上测量时间。拿这一点来打赌，准保你会赢。
但是究竟为何必须存在热力学时间箭头？或换句话说，在我们称之为过去时间的一端，为何宇宙处于高度有序的状态？为何它不在所有时间里处于完全无序的状态？毕竟这似乎更为可能。并且为何无序度增加的时间方向和宇宙膨胀的方向相同？
在经典广义相对论中，因为所有已知的科学定律在大爆炸奇点处失效，人们不能预言宇宙是如何开始的。宇宙可以从一个非常光滑和有序的状态开始。这就会导致正如我们所观察到的、定义很好的热力学和宇宙学的时间箭头。但是，它可以同样合理地从一个非常波浪起伏的无序状态开始。在那种情况下，宇宙已经处于一种完全无序的状态，所以无序度不会随时间而增加。或者它保持常数，这时就没有定义很好的热力学时间箭头；或者它会减小，这时热力学时间箭头就会和宇宙学时间箭头相反向。任何这些可能性都不符合我们所观察到的情况。然而，正如我们看到的，经典广义相对论预言了它自身的崩溃。当空间——时间曲率变大，量子引力效应变得重要，并且经典理论不再能很好地描述宇宙时，人们必须用量子引力论去理解宇宙是如何开始的。
正如我们在上一章看到的，在量子引力论中，为了指定宇宙的态，人们仍然必须说清在过去的空间—时间的边界的宇宙的可能历史是如何行为的。只有如果这些历史满足无边界条件，人们才可能避免这个不得不描述我们不知道和无法知道的东西的困难：它们在尺度上有限，但是没有边界、边缘或奇点。在这种情形下，时间的开端就会是规则的、光滑的空间—时间的点，并且宇宙在一个非常光滑和有序的状态下开始它的膨胀。它不可能是完全均匀的，否则就违反了量子理论不确定性原理。必然存在密度和粒子速度的小起伏，然而无边界条件意味着，这些起伏又是在与不确定性原理相一致的条件下尽可能的小。
宇宙刚开始时有一个指数或“暴涨”的时期，在这期间它的尺度增加了一个非常大的倍数。在膨胀时，密度起伏一开始一直很小，但是后来开始变大。在密度比平均值稍大的区域，额外质量的引力吸引使膨胀速度放慢。最终，这样的区域停止膨胀，并坍缩形成星系、恒星以及我们这样的人类。宇宙开始时处于一个光滑有序的状态，随时间演化成波浪起伏的无序的状态。这就解释了热力学时间箭头的存在。
如果宇宙停止膨胀并开始收缩将会发生什么呢？热力学箭头会不会倒转过来，而无序度开始随时间减少呢？这为从膨胀相存活到收缩相的人们留下了五花八门的科学幻想的可能性。他们是否会看到杯子的碎片集合起来离开地板跳回到桌子上去？他们会不会记住明天的价格，并在股票市场上发财致富？由于宇宙至少要再等一百亿年之后才开始收缩，忧虑那时会发生什么似乎有点学究气。但是有一种更快的办法去查明将来会发生什么，即跳到黑洞里面去。恒星坍缩形成黑洞的过程和整个宇宙的坍缩的后期相当类似；这样，如果在宇宙的收缩相无序度减小，可以预料它在黑洞里面也会减小。所以，一个落到黑洞里去的航天员能在投赌金之前，也许能依靠记住轮赌盘上球儿的走向而赢钱。（然而，不幸的是，玩不了多久，他就会变成意大利面条。他也不能使我们知道热力学箭头的颠倒，或者甚至将他的赢钱存入银行，因为他被困在黑洞的事件视界后面。）
起初，我相信在宇宙坍缩时无序度会减小。这是因为，我认为宇宙再变小时，它必须回到光滑和有序的状态。这表明，收缩相仅仅是膨胀相的时间反演。处在收缩相的人们将以倒退的方式生活：他们在出生之前即已死去，并且随着宇宙收缩变得更年轻。
这个观念是吸引人的，因为它表明在膨胀相和收缩相之间存在一个漂亮的对称。然而，人们不能置其他有关宇宙的观念于不顾，而只采用这个观念。问题在于：它是否由无边界条件所隐含或它是否与这个条件不相协调？正如我说过的，我起先以为无边界条件确实意味着无序度会在收缩相中减小。我之所以被误导，部分是由于与地球表面的类比引起的。如果人们将宇宙的开初对应于北极，那么宇宙的终结就应该类似于它的开端，正如南极之与北极相似。然而，北南二极对应于虚时间中的宇宙的开端和终结。在实时间里的开端和终结之间可有非常大的差异。我还被我作过的一项简单的宇宙模型的研究所误导，在此模型中坍缩相似乎是膨胀相的时间反演。然而，我的一位同事，宾夕凡尼亚州立大学的当·佩奇指出，无边界条件没有要求收缩相必须是膨胀相的时间反演。我的一个学生雷蒙·拉夫勒蒙进一步发现，在一个稍复杂的模型中，宇宙的坍缩和膨胀非常不同。我意识到自己犯了一个错误：无边界条件意味着事实上在收缩相时无序度继续增加。当宇宙开始收缩时或在黑洞中热力学和心理学时间箭头不会反向。
当你发现自己犯了这样的错误后该如何办？有些人从不承认他们是错误的，而继续去找新的往往互相不协调的论据为自己辩解——正如爱丁顿在反对黑洞理论时之所为。另外一些人首先宣称，从来没有真正支持过不正确的观点，如果他们支持了，也只是为了显示它是不协调的。在我看来，如果你在出版物中承认自己错了，那会好得多并少造成混乱。爱因斯坦即是一个好的榜样，他在企图建立一个静态的宇宙模型时引入了宇宙常数，他称此为一生中最大的错误。
回头再说时间箭头，余下的问题是；为何我们观察到热力学和宇宙学箭头指向同一方向？或换言之，为何无序度增加的时间方向正是宇宙膨胀的时间方向？如果人们相信，按照无边界假设似乎所隐含的那样，宇宙先膨胀然后重新收缩，那么为何我们应在膨胀相中而不是在收缩相中，这就成为一个问题。
人们可以在弱人择原理的基础上回答这个问题。收缩相的条件不适合于智慧人类的存在，而正是他们能够提出为何无序度增加的时间方向和宇宙膨胀的时间方向相同的问题。无边界假设预言的宇宙在早期阶段的暴涨意味着，宇宙必须以非常接近为避免坍缩所需要的临界速率膨胀，这样它在很长的时间内才不至坍缩。到那时候所有的恒星都会烧尽，而在其中的质子和中子可能会衰变成轻粒子和辐射。宇宙将处于几乎完全无序的状态，这时就不会有强的热力学时间箭头。由于宇宙已经处于几乎完全无序的状态，无序度不会增加很多。然而，对于智慧生命的行为来说，一个强的热力学箭头是必需的。为了生存下去，人类必须消耗能量的一种有序形式——食物，并将其转化成能量的一种无序形式——热量，所以智慧生命不能在宇宙的收缩相中存在。这就解释了，为何我们观察到热力学和宇宙学的时间箭头指向一致。并不是宇宙的膨胀导致无序度的增加，而是无边界条件引起无序度的增加，并且只有在膨胀相中才有适合智慧生命的条件。
总之，科学定律并不能区分前进和后退的时间方向。然而，至少存在有三个时间箭头将过去和将来区分开来。它们是热力学箭头，这就是无序度增加的时间方向；心理学箭头，即是在这个时间方向上，我们能记住过去而不是将来；还有宇宙学箭头，也即宇宙膨胀而不是收缩的方向。我指出了心理学箭头本质上应和热力学箭头相同。宇宙的无边界假设预言了定义得很好的热力学时间箭头，因为宇宙必须从光滑、有序的状态开始。并且我们看到，热力学箭头和宇宙学箭头的一致，乃是由于智慧生命只能在膨胀相中存在。收缩相是不适合于它的存在的，因为那儿没有强的热力学时间箭头。
人类理解宇宙的进步，是在一个无序度增加的宇宙中建立了一个很小的有序的角落。 如果你记住了这本书中的每一个词，你的记忆就记录了大约200万单位的信息——你头脑中的有序度就增加了大约200万单位。 然而，当你读这本书时，你至少将以食物为形式的1千卡路里的有序能量， 转换成为以对流和汗释放到你周围空气中的热量的形式的无序能量。这就将宇宙的无序度增大了大约20亿亿亿单位，或大约是你头脑中有序度增量——那是如果你记住这本书的每一件事的话——的1干亿亿倍。我试图在下一章更增加一些我们头脑的有序度，解释人们如何将我描述过的部分理论结合一起，形成一个完整的统一理论，这个理论将适用于宇宙中的任何东西。