大统一理论认为力的强度随温度的增加而变化，从而解决了今天具有不同强度的力的统一问题。它们必须解决的另一个问题是：不同的力作用在不同类型的基本粒子上。为了全面地统一所有的粒子，它们就必须能相互转化。这就要求存在质量非常的新的传递物，这些重粒子仅在宇宙热得足以使它们由粒子碰撞而产生时才大量地出现。这类理论预期，几乎必不可避免地会出现两类新粒子。第一类我们称之为X粒子，它似乎是一种神赐之物。人们预期它具有任何已知的物质基本粒子皆不具备的某种性质：它可以将物质转变为反物质。只有能够发生这样的转化，才有可能存在一组关于基本粒子相互作用的真正统一的定律。
这一特征使这些大统一理论能够为宇宙中某种奇怪的“一边倒”现象作出解释。自然界中的每一种基本粒子都有一种“反粒子”，它们两者之间的诸多性质（例如电荷）正好都取相反的值，即具有相反的正负号，恰似一块磁铁的北极正好与其南极相反一般。虽然粒子物理学的实验室实验产生粒子和反粒子时两者是完全平等的。但当我们观看宇宙空间或者收集宇宙线时，却发现只有物质而没有反物质。宇宙仿佛是由物质而不是反物质占着主导地位。不过，使事情显得更加令人费解的是，如果物质不能转化为反物质的话，那么宇宙中物质与反物质数量的总体不平衡就永远不会改观了。于是，如果今天宇宙中物质占据主导地位——人们已观测到了这种不平衡性，那么为了对此作出解释，我们就必须对宇宙的开端有所了解。面对这一结论，科学家们反躬自问：会不会存在着某个更自然或更对称的状态，人们可以想象它是由某种迄今尚未发现的自然原理挑选出来的。唯一“自然的”初始状态看来就是物质与反物质均等的状态。但是，如果物质不能转变为反物质的话，那么这样一种状态就不可能转变为我们今天所见的“一边倒”状态，完美无缺的初始平衡必须被保留下来。
这样，新的大统一理论就要求X粒子来充当救星了。X粒子和它们的反粒子以不同的速率衰变为其他形式的粒子和反粒子。结果，物质与反物质之间完全平衡（相同数目的X粒子和反X粒子）的初始状态，就可以通过宇宙极早期阶段中的这些衰变，而自然转化为某种“一边倒”的状态。
五、宇宙：“谜”雾重重
太空是一个最大的迷宫。自古以来，人类总是不断地对它进行观测和分析，企图揭开宇宙的奥秘。然而至今，人们仅仅是撩起了宇宙空间的部分面纱，太空中还充满着无数的未知数，还存在许多未解的千古之谜，整个宇宙依旧“谜”雾重重。
1.宇宙岛之谜
在宇宙大爆炸之后的膨胀过程中，分布不均匀的物质因引力的作用而收缩成一个个“岛屿”，这就是星系，人们将其形象地称作“宇宙岛”或“岛宇宙”。
提起宇宙岛，可追溯到意大利布鲁诺关于宇宙中恒星世界的构想。1755年，德国哲学家康德认为宇宙中有无限多的星系，这就是宇宙岛假说的渊源。天文学家通过观测，看到许多雾状的云团，便猜测它可能是由很多恒星构成的，只是离得太远，人们无法一一分辨出。
英国天文学家赫歇尔首先发现许多星云可分解成恒星群，后来又发现一些星云无法分解，于是他提出了星系并非宇宙岛的观点。
到了19世纪，人们借助更大的望远镜进行更仔细的观测，特别是分光术的应用，使人们对星云的观测有了极大的进步。只是囿于赫歇尔的影响，人们对宇宙岛与星云的关系仍然缺乏正确的认识。
进入20世纪，在美国引起了关于宇宙岛的争论。天文学家柯蒂斯认为宇宙岛是河外星系，否则它们就是银河系的成员。另一位天文学家沙普利提出与柯蒂斯不同的观点。在20年代，他们展开激烈的争论。后来，哈勃进行了更精确的测量，证明了河外星系的存在，这样，关于宇宙岛的争论才告结束。
现在人们观测到的河外星系已达上万个，最远者距银河系达70亿光年。估计河外星系数目大得惊人，若画一个半径达20亿光年的圆球，其内含有约30亿个星系，每个星系都包含着数以千亿计的恒星。
关于宇宙中的宇宙岛从何处漂移过来的问题，目前仍有很多的争论。关于星系起源的理论更有很多，有代表性的是引力不稳定性假说和宇宙湍流假说。前者认为：在30亿年间，星系团物质由于引力的不稳定而形成原星系，并进一步形成星系或恒星；后者认为：宇宙膨胀时形成旋涡，它可以阻止膨胀，并在旋涡处形成原星系。二者都认为星系形成了100亿年。但是两种观点都不成熟，还存在很多的问题。此外，还有一些关于星系起源的理论，也有较大影响。各学派目前都还拿不出一套能完整科学地解释宇宙岛的理论。
2.宇宙的大小之谜
人们常常用“不知天高地厚”这句话来批评那些无知的人。其实，天究竟有多高，至今也没有人能说得清楚，宇宙的大小和形状，也就成为天文学家争论不休的问题之一。
宇宙到底有多大？古今中外有过许多说法，但争论的焦点集中在宇宙是有限的还是无限的这个问题上。
大约在公元140年，古希腊著名天文学家托勒密在总结前人天文学说的基础上，提出了“地球中心说”，认为地球是宇宙的中心，太阳、月球、行星和恒星都围绕地球转动。在后来的1000多年中，托勒密的地球中心说一直在欧洲占统治地位。到16世纪，波兰天文学家哥白尼经过40多年的辛勤研究，于1543年提出了“日心说”，认为太阳是宇宙的中心，地球和其他行星都围绕太阳转动。他把宇宙的中心从地球搬到了太阳，把人类居住的地球降低到了普通的行星地位，从而开始把自然科学从神学中解放出来，并且动摇了神权对于人类的统治。但是，由于受当时生产力水平和实践条件的限制，哥白尼和托勒密都把宇宙局限在很小的范围内，错误地认为太阳系就是全部宇宙，把宇宙看成是有限的，即有边界的。
同托勒密、哥白尼的宇宙有限论相反，中国古代很早就有一些天文学家认为宇宙是无限的。尸佼在《尸子》一书中说：“天地四方曰宇，往古来今曰宙。”他把空间和时间联系起来思考，从而模糊地表示了宇宙在空间上和时间上无限的思想。《列子》一书的作者认为，大地仅仅是宇宙间一种很小的东西，而不是宇宙的中心；“上下八方”都是“无限无尽”的，而不是“有极有尽”的。唐代著名的哲学家柳宗元曾在《天对》中说过，宇宙“无中无旁”，即没有中心也没有边界。
1584年，意大利哲学家布鲁诺在伦敦出版了《论无限宇宙和世界》一书，十分明确地提出了宇宙无限的理论。他指出：“宇宙是无限大的，其中的各个世界是无数的。”他认为，在任何一个方向上，都展开着无穷无尽的空间，任何一种形状的天空都是不存在的，任何的宇宙中心都是不存在的。所有的恒星都是巨大的球体，就像太阳一样。他把太阳从宇宙的中心天体降为一个普通的恒星。
随着天文学的发展，人们通过望远镜观测发现，太阳系的直径是120亿公里，地球同整个太阳系比较不过是沧海一粟；银河系拥有1500亿颗恒星和大量星云，直径约10万光年，厚约1万光年，太阳系同它比较也不过是沧海一粟；总星系已经发现的星系有10亿个以上，距离我们有几十亿光年到100多亿光年，银河系同其相比较也好比是沧海中的一颗“沙粒”。目前，大型天文望远镜已能观测到100多亿光年以外的天体，但是还远没有发现宇宙的边沿。因此，多数天文学家认为宇宙是无限的，是没有边界和没有中心的。同时，也有部分人认为，宇宙是有限的。理由是宇宙起源于大爆炸，大爆炸至今的时间是有限的，宇宙膨胀的速度是一定的，宇宙的大小也一定是有限的。还有一部分人认为，人类对宇宙的认识仅仅是初步的，对太空的观测能力还十分有限，给宇宙的大小下一个结论还为时过早。总之，目前人们对宇宙大小的种种说法，多数是一种猜测，还没有完全被天文实践所证明，宇宙到底有多大，是有限的还是无限的，的确至今还是一个谜，还有待于航天技术的发展和天文学家的进一步研究探索来加以证明。
3.恒星产生之谜
1955年，前苏联著名天文学家阿姆巴楚米扬提出“超密说”。他认为，恒星是由一种神秘的“星前物质”爆炸而形成的。具体地讲，这种星前物质体积非常小，密度非常大，但它的性质人们还不清楚。不过，多数科学家都不接受这种观点。
与“超密说”不同的是“弥漫说”，其主旨是认为恒星由低密度的星际物质构成。它的渊源可以追溯到18世纪康德和拉普拉斯提出的“星云假说”。
星际物质是一些非常稀薄的气体和细小的尘埃物质，它们在宇宙中各处构成了庞大的像云一样的集团。这些物质密度很小，主要成分是氢（90％）和氦（10％），它们的温度为-200℃～100℃。
从观测来看，星云分为两种：被附近恒星照亮的星云和暗星云。它们的形状有网状、面包圈状等。最有名的是猎户座的“暗湾”，其形状像一匹披散着鬃毛的黑马的马头，因此也叫“马头星云”，而美国科普作家阿西莫夫说它更像迪斯尼动画片中的“大灰狼”的头部和肩部。
星云是构成恒星的物质，但真正构成恒星的物质量非常大，构成太阳这样的恒星需要一个方圆900亿千米的星云团。
从星云聚为恒星分为快收缩阶段和慢收缩阶段。前者历经几十万年，后者历经数千万年。星云快收缩后半径仅为原来的百分之一，平均密度提高1亿亿倍，最后形成一个“星胚”。这是一个又浓又黑的云团，中心为一密集核。此后进入慢收缩，也叫原恒星阶段。这时星胚温度不断升高，高到一定的程度就要闪烁身形，以示其存在，并步入幼年阶段。但这时它发光尚不稳定，仍被弥漫的星云物质所包围着，并向外界抛射物质。
随着射电技术的不断进步，人们对恒星起源问题有了更深刻的认识，但就研究本身来说还有许多细节不清楚，特别是快收缩阶段，对其物理机制的认识还不全面，还需进行更全面的观测和更深入的研究。
在无数星星中，除了少数行星外，都是自己会发光、且位置相对稳定的恒星。它们像长明的天灯，万世不熄。太阳是距我们最近的一颗恒星。其他恒星离我们都非常遥远，最近的比邻星也在4光年以外。如果把它们拉到太阳的位置上，那么我们就能看到无数个太阳了。
古人以为恒星的位置是不变动的。其实，恒星不但自转，而且都以不同的速度在宇宙中飞奔，速度比宇宙飞船还快，只是因为距离太遥远，人们不易察觉而已。
恒星都是十分庞大的天体。例如，太阳的直径约为140万千米，相当于地球的109倍，体积比地球大130万倍。在辽阔的宇宙海洋里，太阳只是一名很普通的成员。恒星世界中的巨人——红超巨星的直径要比太阳大几十倍或几百倍！
恒星发光的强度各不相同，即使是发光强度大体相同的恒星，由于与我们的距离有远有近，亮度也不同。人们根据恒星的视觉亮度，把它们分为六个等级，这就是天文学上的目视“星等”。最亮的星称为一等星，其次是二等星，再次是三等、四等、五等星，肉眼能看到的最暗的星为六等星。自望远镜发明后，人们已能看到许多比六等星更暗的星星。还有一种“星等”称为绝对星等。绝对星等的大小，反映的是恒星本身的光度或总发光量，这与目视星等的意义不同。
4.恒星演化之迹
人类对恒星演化过程的了解，要比对恒星起源的认识更为全面和深入。
经过恒星的幼年，恒星才真正成为一颗天体。年轻的恒星仍在收缩，因此温度仍在升高。升到1000万℃以上时，星系核心的氢元素开始进行聚变反应，并释放能量。这样一来，恒星变得比较稳定，并进入“青壮年期”。
人类对恒星的演化过程的科学研究中，最重要的成就是20世纪初丹麦天文学家赫茨普龙和美国天文学家罗素对恒星光谱和光度关系的研究，他们将此绘制成图，人们称此图为赫茨普龙一罗素图，简称赫罗图。根据他们的研究，恒星要经过主序星（青壮年）阶段和红巨星（老年）阶段。
人们在观测恒星中发现，有90％的恒量是处在主序星阶段（太阳也处在这个阶段）。这个阶段是恒星经历最长的阶段，约几亿年到几十亿年。这时的恒星已不收缩了，燃烧后的能量全部辐射掉。它的主要特征是：大质量恒星温度高，光度大，色偏蓝；小质量恒星温度低，光度小，色偏红。
当恒星变老成为一颗红巨星时，在它的核反应中，除了氢之外，氦也开始燃烧，接着又有碳加入燃烧行列。此时它的中心温度更高，可达几亿度，发光强度也升高，体积也变得庞大。猎户座的参宿四就是一颗最老的红巨星。太阳老了也会变成红巨星，那时它将膨胀得非常大，以至于会把地球吞掉——如果那时人类还存在着，就要“搬家”了，搬到离太阳远一些的行星上去住。
赫罗图的建立，是天体物理学研究取得的重要成就之一。但是由于材料尚不够完善，人们对恒星演化过程的许多细节还不很清楚，如星际物质的化学成分，尘埃和气体的比例，尘埃的吸收能力等，这也使恒星演化理论受到了一种很大的挑战。
