大家好,小文今天给大家整理了万元宇宙的人都在那里讨论,宇宙大爆炸的知识,感兴趣的伙伴们可以来一起了解下。

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一、一个有关***宇宙大爆炸***的问题
所有的天体都有其诞生和发展变化至直衰亡的历史。按天体物理学家的论断,宇宙空间也是在一次灾变中降生的,在一次绝无仅有的大爆炸中“诞生”的。
在大爆炸时刻,宇宙的体积是零,所以其温度是无限热的。大爆炸开始后,随着宇宙的膨胀,辐射的温度随之降低。大爆炸1秒钟之后,温度降低到了100亿度,这个温度是太阳中心的1千倍。此时的宇宙中主要包含光子、电子、中微子和它们的反粒子(光子的反粒子就是它本身),以及少量的质子和中子。。此时粒子的能量极高,它们相互碰撞并产生大量不同种类的正反粒子对。这些正反粒子对碰到一起时又会湮灭。但此时它们的产生率远大于湮灭率。
顺便一提的是,中微子和反中微子之间以及它们和其它粒子之间的相互作用非常微弱,所以它们并没有互相湮灭掉,以致于直到今天它们仍然存在。中微子的质量被认为是零,但1981年前苏联和1998、1999年日本的研究显示,中微子可能具有微小的质量。如果被证实的话,有助于我们间接地探测到它们。它们是“暗物质”的一种形式,具有足够的引力去阻止宇宙的膨胀并使其坍缩。
宇宙继续膨胀,温度的降低使得粒子不再具有如此高的能量。它们开始结合。与此同时,大部分正反电子相互湮灭,并产生了更多的光子。大爆炸100秒后,温度降到了10亿度,这相当于最热的恒星的内部温度。质子和中子由于强相互作用力(核力)而结合。一个质子和一个中子组成氚核(重氢);氚核再和一个质子和一个中子形成氦核。根据计算,大约有四分之一的质子和中子转变为氦核,以及少量更重元素,如锂和铍。其余的中子衰变为质子,也就是氢核。
几个钟头之后氦和其它元素的产生停止下来。在这之后的100万年左右,宇宙什么也没有发生,只是膨胀。当温度降低到了几千度时,电子和原子核不能再抵抗彼此间相互的吸引力而结合成原子。由于宇宙存在着小范围的不均匀,区域性的坍缩开始发生。其中一些区域在区域外物体引力的作用下开始缓慢的旋转。当坍缩的区域逐渐缩小,由于角动量的守恒,它自转的速度就逐渐加快。当区域变得足够小时,自转的速度足以平衡引力的作用,象我们银河系这样的碟状星系就诞生了。另外一些区域由于没有得到旋转而形成椭圆形星系。这种星系的整体不发生旋转,但它的个别部分稳定地绕着它的中心旋转,因而也能平衡引力坍缩。
由于星系中的星云仍有不均匀性,它们被分割为更小的星云,并进一步收缩形成恒星。恒星由于引力坍缩产生的高温引发核聚变,聚变产生的能量又抵抗了继续收缩的趋势,恒星进入稳定地燃烧。质量越大的恒星燃烧的越快,因为它需要释放更多的能量才能平衡自身更强的引力。它们甚至会在1亿年这样短的时间里耗尽自己的燃料。
恒星有时会发生被称为“超新星”的巨大喷发,这种喷发令其它一切恒星都显得黯淡无光。这时一些恒星在晚期产生的重元素就会被抛回到星系中,并成为下一代恒星的原料。我们的太阳就是第二或第三代恒星,它含有大约2%的这种重元素。还有少量的重元素聚集并形成了绕恒星公转的行星,我们的地球也是其中之一。
对于宇宙的起源,我们仍然有很多问题:第一、为什么宇宙在大尺度如此的均匀?背景辐射的温度也一样?除非宇宙的不同区域刚好从同样的温度开始!第二、又为什么我们的宇宙会以如此接近临界的速率膨胀?如果它在大爆炸后1秒钟的时刻其膨胀速率只要小十亿亿分之一,那么我们的宇宙早以坍缩!第三、我们的宇宙非常光滑和规则,而从概率上来讲,紊乱的和无规则宇宙的数量应该占绝对优势,因为宇宙初始状态的选择是随机的。我们为何恰巧遇到这样渺茫的几率呢?
为了解释这些现象,麻省理工学院的学者阿伦·固斯提出了“暴涨宇宙模型”。他认为,早期的宇宙不是象现在这样以递减的速率膨胀,而是存在着一个快速膨胀的时期,宇宙的加速度膨胀使其半径在远远小于1秒钟的时间里增大了100万亿亿亿(1的后面跟30个0)倍。
固斯认为,大爆炸的状态是非常热和相当紊乱的。这些高温表明宇宙中的粒子具有极高的能量。在如此的高温下,强相互作用力、弱相互作用力和电磁力都被统一成为一个力;当宇宙膨胀并变冷,力之间的对称性由于粒子能量降低而被破坏,强力、弱力和电磁力变得彼此不同。这就好象液态水在各个方向上性质都相同,而结冰形成晶体后,就变成了各向异性,水的对称性在低能态被破坏了。
当宇宙暴涨时,它所有的不规则性都被抹平,就如同吹涨一个气球时,它上面的皱摺都被抹平一样。
暴涨模型还能解释为什么宇宙中存在着这么多物质。在量子理论里,粒子可以从“粒子——反粒子对”的形式从能量中创生出来。这些粒子和反粒子具有正能量,而这些粒子的质量产生的引力场具有负能量(因为靠得较近的物体比分开得较远的物体能量低),宇宙的总能量为零,这保证了能量守恒不被破坏。零的倍数仍然为零,在暴涨时期宇宙体积急剧加倍的过程中,可以制造粒子的总能量变得非常之大,以致于我们的宇宙现在大约拥有1亿亿亿亿亿亿亿亿亿亿(1后面跟80个零)个粒子。固斯是这样形容这件事的:“宇宙是最彻底的免费午餐!”
我们往往以为,要看到过去,就必须乞灵于时光隧道旅行。其实,这是误解:由于光的传递需要时间,所以只要在晚上仰望穹苍,那么所见从远距离来的星光就已经是过去的景象。例如银河系核心离太阳大约3万光年,因此目前所见的银核光谱是在3万年前,亦即新石器时代出现之前的情况;同样,距离为5,000万光年的M87星云在望远镜中所显示的,则是5,000万年前,即远在人类出现之前,甚至非洲和南美洲大陆板块还未分离之时的景象。两年之前,我们曾在本栏报导,对一个约16亿光年之遥的星云的观测显示,在16亿年前宇宙的背景温度高达7.4 K,远远超过目前银河系附近的2.7 K。
宇宙从「大爆炸」(the big bang)形成至今,年龄估计约130亿年左右。那么有没有可能观察更遥远,譬如说100亿光年以外(亦即100亿年以前)的天体,以测定宇宙混沌初开之时的景象呢?以沙弗(P.A.Shaver)为首的一组英国天文学家最近证实,“类星体”在远距离开始变得稀少,到了相当于宇宙年龄6.5%左右那么远的距离,它就根本不存在了。类星体是星云互相碰撞或者星云核心塌缩而产生的异常规象,因此必须先有星云才会有类星体出现。但早期宇宙是一个高密度而相对均匀的质球,它需要相当时间才会由于微细的密度涨落和重力作用而产生空间不均匀结构,亦即前星云结构。所以,在宇宙早期类星体不可能存在。沙弗的研究结果,多少从实际观测上证验了这一构想。
其实,在过去二十年间,已经有不少这一方面的工作,但都受到下列问题困扰:远方星云(包括类星体)以极高径向速度运动,且速度与距离成正比——这就是由于大爆炸而造成所谓宇宙膨胀。这径向速度造成了星云光谱的红移(见方块中的解释),但那同时又使得星云所发的光变为红光,从而论弥漫在星云之间的微尘吸收。因此,见不到极遥远的类星体很可能是由于上述吸收作用造成,而并非其不存在。
沙弗等人解决这个问题的关键在于:大部分类星体会同时发出可见光和无线电波,可见光的红移程度是测定距离所必须的,但它可能被微尘吸收,而无线电波却不会被吸收。因此,倘若能为每一个可能是类星体的无线电源找到相应的可见光源,并且由是确定其距离,那么就可以有信心确定最远的类星体距离有类星体(quasars)是1968年发现的特异天体。令人惊诧的是,它亮度(luminosity,即每秒所发出的幅射能量)极高,相当于甚至超过整个星云(每一星云包含10的9次方至10的11次方颗星)。亮度是这样推算的:由于类星体的谱线显示了极高的红移系数z,由是可以推断它有极高的后退速度;但根据哈勃定律,星体的距离与后退速度成正比,因而又可以推知它有极远的距离,并且因而可以从它的表观(apparent)亮度算出它的惊人本有(intrinsic)亮度。另一方面,类星体显示出极迅速的闪烁。也就是说,它可以在几秒钟之内,大幅改变亮度。由于合它表面任何两点产生同步变化的讯号不能快过光速,所以又可以从它闪烁的特徵时间估计它表面直径的上限。这样,就发现类星体的表面积远小于星云,只和一颗恒星相若。其所以称为类星体,就是由于其亮度近于星云,大小则像恒星,所以无从简单判断其性质和构造。
类星体的本质,曾经今天文学家长期感到迷惑。现在他们多少趋向于同意,类星体是所谓活跃星云的核心,亦即是由于星云相撞或者其中心由于重力塌缩而形成巨大黑洞之后,又不断吸人大量物质所造成的现象。类星体是宇宙进化的产物,所以它出现的高峰,集中在宇宙目前年龄大约20%,亦即宇宙形成之后大约25忆年的时代。在这之后(也就是说,在较接近太阳的距离)类星体密度大大减少,那是早已研究清楚的;至于在此之前类星体密度的减少,则是本文讨论的题目。多远和属于甚么年代,而不必担心由于微尘的吸收而有所遗漏了。这一需要有系统和大量高度精密观测的工作,正就是沙弗小组最近完成的。
他们首先将整个南半球天空所有已知具有类星体无线电波谱型的射电源加以精确定位,然后在其位置一一寻找到了相应的可见光源,并且辨明这些光源的形态、红移程度和距离。这样所得结果是:最遥远的类星体的红移系数是z= 4.46,那说明它发光的时间离宇宙形成之初只有89亿年,亦即目前宇宙年龄的6.5%左右。在更远的距离(相当于z>5和更早的年代)尽管还有许多其他发光星体,但具有其特殊无线电谱型的类星体则并不存在。由是证明,早期宇宙是没有发射强无线电波的类星体的。他们并且认为,有理由相信同样结果还适用于所有类星体。
倘若这一结论可以站得住脚的话,那未我们对星云开始形成的年代也得到了一个估计,即不迟于大爆炸之后8.9亿年。
在纽约长岛的沙林深处,物理学家正准备进行一项返回宇宙诞生那一刻的实验。今年5月,物理学家埋藏在美国能源部布鲁克黑文国家实验室内的“时间机器”将开始把黄金原子内的电子分隔出来,并把它们加速至光速的99.995%,然后将一对对的原子猛力撞击在一起,撞击力度之大足以产生比太阳酷热1万倍的气温。但这些都不会构成危险,因为每次撞击所产生的总能量只像蚊子降落到屏风般大小。
科学家们相信,第一批原子约在宇宙诞生后一秒钟才出现,因此把它们撕开来就会重新创造宇宙诞生前的状况。物理学家可以想象得到那个领域,有如一个高温的小粒状等离子体大锅,里面既不存在原子,也没有质子和中子。参与这次研究的耶鲁大学物理学家哈里斯称:“我们希望能制造出小粒状等离子体,然后切实地去探索及了解它的特性。”
[美国《纽约时报》3月8日文章]题:从前有个大爆炸理论
曾几何时。有个似乎十分简单的设想,即宇宙始于一次大爆炸。
宇宙诞生的故事慢慢拼凑起来。“大爆炸”方程式甚至还可以用于预测宇宙历史早期形成的质量较轻元素(氢、氢和锂)的相对数量。而且“大爆炸”理论还与观测结果十分吻合,这真是不可思议。
但是这种理论上的乐园已经难有好日子过了。最近几年,“大爆炸”理论不能自圆其说的问题接踵而来,宇宙不再那么循规蹈矩了。
最新的打击是上个月出现的。人们长期以来一直认为,星系彼此之间的引力与宇宙扩张相抗衡,向心引力刚好与离心张力形成平衡,使宇宙得到控制。理论学家们看到2月27日一期的《科学》杂志时肯定会深感震惊,因为这期杂志报告了宇宙在加膨胀的证据,这表明存在某种尚无法解释的与引力作用相反的斥力。
虽然还未成定论,但是它却是理论学家一直绞尽脑汁要弄明白的一系列惊人结论中最新出现的一个。由于天文学家们的观测工具越来越灵敏,所以就必须不断往原始的“大爆炸”理论中塞进一个又一个用心良苦的假设——先是宇宙诞生大爆炸之后随即出现过短暂的“膨胀期”、存在大量看不见并无法解释的“暗物质”,现在则可能是正使宇宙加速扩张的某种神秘的东西。
爱因斯坦是最先模模糊糊领悟到后来称为“大爆炸”的人之一,他对这种设想深恶痛绝。1917年,他意识到他的广义相对论意味着宇宙或者在收缩,或者在膨胀。他给他的方程增加了一个项,后来称之为宇宙常数,这是一个附加因素,可以使宇宙体积的变化忽略不计。
后来,天文学家们收集到了确凿的证据,表明星系的确在膨胀,离开地球的距离以及彼此间的距离越来越远。爱因斯坦因此有个著名的论断,认为其宇宙常数是他的“最大错误”。
“大爆炸”理论几乎从问世以来就一直命运多舛。
通过间接测量星系之间的距离以及星系漂移的速度,著名天文学家埃德温·哈勃得出结论认为,宇宙大爆炸距今已有20亿年历史了。但是地质学家利用铀衰变为铅的速度却计算出地球本身的年龄为40亿年。
这一矛盾很快得到了解决。星系的移动速度是根据星系光线红移量测定的,这有点像远去的轮船汽笛声,音量急剧下降。对星系距离的测量甚至就更不确切了。人们不得不进行这样的推理,即如果能够在某个天体附近并一览无余地盯着看的话,该天体的亮度该有多大。通过将这种假设的固有亮度与实际上抵达地球的光线亮度相比较,我们就能估算出该天体与地球之间的距离了。直到1965年前后,该理论的拥护者还没有怀疑者多,当时天文学家阿尔诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊发现了无处不在的背景辐射,这是最初大爆炸留下的余光。再加上对最初大爆炸后形成丰富轻元素的预言得到验证,大爆炸理论似乎可以盖棺定论了。
但并不是所有事情都能得到解释。例如,为什么无论在哪里出现的背景辐射都有完全一样的温度呢?这种吻合似乎过于完美,而显得不真实自然。还有更令人不可思议的,那就是宇宙匪夷所思的形状。一个“封闭”的宇宙是弯曲的,所以宇宙万物最终会崩溃。而一个“开放”的宇宙则将无限扩张。但是无论如何,我们自己的宇宙似乎是“平的”,介乎这两者之间。
除非存在宽厚仁慈的独裁者,否则宇宙中一切怎么能够如此和谐呢?
1979年时出现了一个答案,当时物理学家艾伦·古思提出了—个假设,认为在最初大爆炸之后,宇宙紧接着进入超高速疯狂扩张期,宇宙体积成倍成倍地膨胀。该膨胀期只持续远远不到一秒钟的刹那间。但是计算结果表明,这就足以使辐射变得均匀,并使弯曲展平——消除了大爆炸留下的波纹,于是又恢复了宇宙常数。
但是宇宙学家们随后又开始感到不安了,因为宇宙辐射过于均匀;这表明宇宙最初是均质单一的,后来莫名其妙地演化成我们今天所见到的不规则的宇宙,中间点缀着恒星、星系和巨大星系团。要想让这么多的物质凝结起来,似乎宇宙的年龄还不够大,引力也不够强。于是就出现了另一次修正。宇宙学家们已经发现,理论上存在的暗物质可以让“大爆炸”理论自圆其说。如果宇宙中存在足够多的这种看不见的物质,那么这种物质就可以产生额外的引力,促使形成巨型结构。
“大爆炸”理论变得不再简单明了,现在甚至似乎变得越来越复杂了。
以正在发生爆炸的恒星超新星作为测量距离的信标(因为可以用超新星闪烁的速度来估计它们的实际亮度),天文学家们最近几周很不清愿地得出这样一个结论,即宇宙可能正在莫名其妙地加速扩张。
还可能出现这样的情况,光学错觉让天文学家看走了眼。与此同时,理论学家们又在忙着修补漏洞
美专家最新测量结果表明宇宙大爆炸理论需要修正
新华社今日上午专电美国科学家对银河系中央区域氘元素含量的最新测量结果表明,目前的宇宙大爆炸理论标准模型可能需要一些修正。
美国物理研究所的唐·路博维希等科学家在新一期英国《自然》杂志上报告说,他们研究了距银河系中心仅32光年的射手座星云的光谱,结果发现氘的丰度比按照大爆炸理论标准模型计算出的结果高出约10万倍。
科学家对这些氘的来历进行了多种猜测。例如,如果在过去数十亿年里银河系中央曾经存在过一个类星体,它消亡后会留下大量氘元素。或者在宇宙射线的作用下,碳等重元素会崩解产生氘。但计算表明,类星体残留的氘应当比现在多得多,而银河系中央区域的宇宙射线密集程度又不足以使碳产生这么多氘。这样,就只剩下一种解释,即这些氘是从银河系外部区域跌落到银河系中央的,它们产
生于宇宙刚刚诞生后不久。新测量结果表明,宇宙大爆炸理论参数需要修正。
二、宇宙这么大!到底有没有外星人呢
外星人不确切,确切的说应该是外星生物!为了简便我就拿外星人说了,外星人是肯定存在的,只不过我们没有能力发现他们罢了,我们的认知水平没有到那种程度,宇宙大无边,我们人类只是生活在一个小小的地球罢了,地球以外的世界还很大,我们还认识不了那么遥远,打个比方,几千年前生活在黄河流域的古人类只知道他们那里有人类,但那时他们知不知道中国的另一些地区也生活着人类呢?甚至在地球的另一边有外国人生存着呢?那时的人类哪有那么多思想啊!同样的道理,把那时的黄河流域扩大一点,变成现在的地球,但是即使我们生活的范围扩大了,对无限广阔的宇宙来说也是小之又小啊!所以对于有无外星人的观点来说,即使我们没有证据说明却有外星人,但我们还是要相信,外星人不是没有,而是我们没有发现他们!飞碟和外星人的传说既然天体间的距离极其遥远,既然外星人存在的可能性微乎其微,既然宇宙航行困难重重,为什么书报杂志,电视台广播电台以及因特网上会有那么多飞碟和外星人的报道呢?不明物体在天上飞行的事情,古代就有记载。但是,真正引起注意的不明飞行物的报道,始于1878年1月,当时美国德克萨斯州一个农民在田间劳动时,看见空中有一个圆盘状的物体在飞行。当时飞机还没有问世,这一奇特的现象在报纸上发表后,引起了社会的轰动。有150多家报纸刊物转载了这条消息,成为现代不明飞行物报道的最早事例。不明飞行物在英语中是Unidentified Flying Object,取三个单词的第一个字母组成它的缩写就是UFO。香港和台湾有的书上,把UFO三个字母的发音直接用汉字写出,叫做“幽浮”,这就使它带上了神秘的色彩。第一个UFO的报道出现在1947年6月24日,这篇报道说,民航机飞行员肯尼斯·阿诺德在华盛顿州雷尼尔山谷附近搜寻一架莫名其妙失踪飞机的时候,突然发现空中有9个碟状的闪光飞行物,每个的直径大约有30米左右,像在水面上打漂的碟子一样,正在以每小时2000公里的超高速跳跃着向前飞行。记者在报道中使用了“飞碟”这个词。从此“飞碟”和“UFO”一起成为不明飞行物的代名词。由于这个事件影响很大,为了查明真相,1950年4月,哥伦比亚广播公司著名记者爱德华·R·莫罗又采访了阿诺德,采访中阿诺德声明,1947年关于他看见不明飞行物的报道“没有正确地引用我的话。各家报纸对我的话夸大其词……我当时说,这些物体在上下波动,就像,啊,我看就像是漂泊在波浪汹涌的水面上的小船。当我形容它们怎么飞行的时候,我说它们的飞行就像在水面上抛出一个碟子。大多数报纸误解了我,并且错误地引用了我的话。报纸说我说这些物体就像碟子一样。而我是说,它们飞行的样子像碟子。”阿诺德说他看见了一连串9个物体,其中一个发出了“可怕的蓝色闪光”。阿诺德得出结论说,它们是一种新式的带翼飞机。莫罗在采访报道最后总结说:“1947年的报道是一个历史性的错误。阿诺德先生最初的描述被人们遗忘,而‘飞碟’却成为家喻户晓的词汇。”最早把飞碟和外星人联系起来的,是美国亚利桑那的气象学家麦克唐纳和美国西北大学的海克两人。他们在20世纪60年代中期提出,有些飞碟是外星人造访地球所乘坐的宇宙飞船。这个观点非常符合一般人爱幻想、爱猎奇的心理,立即成为新闻炒卖的热点,至今长盛不衰。半个多世纪以来,媒体对UFO的报道已经超过100万次,现在光是美国,平均每天就有200多起关于飞碟或外星人的报道,其中有10起左右抓住外星人、或者与外星人直接接触的报道。全世界就更多了。这些报道都有非常具体的时间、地点、人物、事件经过,很多还有目击者的照片、录音和访谈的录像等等。如果我们都相信这些报道,那么我们这个世界上外星人就太多了。随着我们国家一步步融入世界大家庭,我国的飞碟和外星人报道也逐渐多了起来,市面上现在有的书籍,多半还是翻译或编译或改写外国人的,其中相当多的故事是外国报纸上4月1日“愚人节”所编的愚弄人的“新闻”,我们有的作者不知道是真愚蠢,还是真想发财,竟把它当做真事推销给我们。多数科学家都承认,我们现在的文明还是一个很幼稚的文明,宇宙、地球、人类……还有很多很多的奥秘是我们所不了解的,这就是我们还需要科学研究和科学家的原因。但是如果把我们不了解,不知道的事都归结到外星人头上,都用外星人来解释,那就离科学太远了。在新闻自由的国家里,出于商业目的,什么“新闻”都是可以制造的。飞碟和外星人常常被作为新闻题材进行炒作,半个多世纪以来,已经为各种报纸、电台、电视台、电影制片商、出版商创造了丰厚的利润,同时也把一个严肃的科学问题引导到了完全背离科学的歧路上。截至目前为止,世界上还没有哪一个严肃的科研机构或者严肃的科学家(注意,不是带引号的“科学家”)声称发现了外星人或者外星人的宇宙飞船——飞碟。当代最伟大的科学家和科普专家、美国天文学会行星科学学会主席、美国地球物理学会联合会行星研究会主席、美国科学促进协会行星协会主席、宇宙生物学的创始人卡尔·萨根,在著名的科普著作《魔鬼出没的世界》一书中专门讲到各种有关外星人和飞碟的报道的起源,他说:“我们经常被那些支离破碎、吹嘘得吓人的UFO(英文“不明飞行物”的缩写)的传说所缠绕,却很少听到编造者所受到的惩罚。这并不难理解:什么能够推销更多的报纸和书籍?什么能够得到人们更多的关注?什么能使人感到更有趣?什么能使我们打发令人难熬的时间?是真的坠毁的外星飞船,还是那些经验丰富的骗子在骗那些傻瓜兜里的金钱?是威力无边的外星人在耍弄人类,还是有人根据人类的软弱和缺陷而总结出的看法?” 2001年03月10日,美国中情局首次大规模解密了859份秘密情报文件。这些时间横跨1947年至1991年的秘密文件,内容五花八门,但其中最让人感兴趣的却是美国中情局从20世纪40年代末一直到现在对UFO现象的研究。美国中情局对UFO现象50余年的研究结果证实:前期的UFO现象可能是前苏联政府为了制造美国社会混乱的阴谋;后期的UFO现象则是中情局绝密间谍飞机秘密实验导致的。一句话,UFO迄今为止尚没有证据表明其存在! 2001年4月22日,英国《泰晤士报》报道,成立于1953年,鼎盛时期在全球各地拥有1500名会员,最多时每星期可以接到30份UFO目击报告的英国UFO(不明飞行物)部门,由于可供调查的线索日趋减少,日前已被宣布撤销。这从另一方面说明,随着公众科技素质的提高,人们对UFO事件的关注越来越少,越来越多的人不再把它和外星人联系在一起,而是更多的用自然科学观点看待它。
三、简述人类对宇宙的认识经历了那几个阶段
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有生命的普通行星,而太阳是银河系中一颗普通恒星。我们所观察到的恒星、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,集中于一个体积极小、温度极高、密度极大的奇点。在141亿年前左右,奇点产生后发生大爆炸,从此开始了我们所在的宇宙的诞生史。
宇宙大爆炸后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145亿岁。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cosmos,在俄语中叫кocMoc,在德语中叫kosmos,在法语中叫cosmos。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cosmos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,伽利略·伽利雷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,乔尔丹诺·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。弗里德里希·威廉·赫歇尔首创用取样统计的方法,用望远镜数出了天空中大量选定区域的星数以及亮星与暗星的比例,1785年首先获得了一幅扁而平、轮廓参差、太阳居中的银河系结构图,从而奠定了银河系概念的基础。在此后一个半世纪中,H.沙普利发现了太阳不在银河系中心、J.H.奥尔特发现了银河系的自转和旋臂,以及许多人对银河系直径、厚度的测定,科学的银河系概念才最终确立。
18世纪中叶,康德等人还提出,在整个宇宙中,存在着无数像我们的天体系统(指银河系)那样的天体系统。而当时看去呈云雾状的“星云”很可能正是这样的天体系统。此后经历了长达170年的曲折的探索历程,直到1924年,才由E.P.哈勃用造父视差法测仙女座大星云等的距离确认了河外星系的存在。
近半个世纪,人们通过对河外星系的研究,不仅已发现了星系团、超星系团等更高层次的天体系统,而且已使我们的视野扩展到远达200亿光年的宇宙深处。
宇宙演化观念的发展在中国,早在西汉时期,《淮南子·俶真训》指出:“有始者,有未始有有始者,有未始有夫未始有有始者”,认为世界有它的开辟之时,有它的开辟以前的时期,也有它的开辟以前的以前的时期。《淮南子·天文训》中还具体勾画了世界从无形的物质状态到浑沌状态再到天地万物生成演变的过程。在古希腊,也存在着类似的见解。例如留基伯就提出,由于原子在空虚的空间中作旋涡运动,结果轻的物质逃逸到外部的虚空,而其余的物质则构成了球形的天体,从而形成了我们的世界。
太阳系概念确立以后,人们开始从科学的角度来探讨太阳系的起源。1644年,R.笛卡尔提出了太阳系起源的旋涡说;1745年,G.L.L.布丰提出了一个因大彗星与太阳掠碰导致形成行星系统的太阳系起源说;1755年和1796年,康德和拉普拉斯则各自提出了太阳系起源的星云说。现代探讨太阳系起源z的新星云说正是在康德-拉普拉斯星云说的基础上发展起来。
1911年,E.赫茨普龙建立了第一幅银河星团的颜色星等图;1913年,伯特兰•阿瑟•威廉•罗素则绘出了恒星的光谱-光度图,即赫罗图。罗素在获得此图后便提出了一个恒星从红巨星开始,先收缩进入主序,后沿主序下滑,最终成为红矮星的恒星演化学说。1924年,亚瑟·斯坦利·爱丁顿提出了恒星的质光关系;1937~1939年,C.F.魏茨泽克和贝特揭示了恒星的能源来自于氢聚变为氦的原子核反应。这两个发现导致了罗素理论被否定,并导致了科学的恒星演化理论的诞生。对于星系起源的研究,起步较迟,目前普遍认为,它是我们的宇宙开始形成的后期由原星系演化而来的。
1917年,A.阿尔伯特·爱因斯坦运用他刚创立的广义相对论建立了一个“静态、有限、无界”的宇宙模型,奠定了现代宇宙学的基础。1922年,G.D.弗里德曼发现,根据阿尔伯特·爱因斯坦的场方程,宇宙不一定是静态的,它可以是膨胀的,也可以是振荡的。前者对应于开放的宇宙,后者对应于闭合的宇宙。1927年,G.勒梅特也提出了一个膨胀宇宙模型.1929年哈勃发现了星系红移与它的距离成正比,建立了著名的哈勃定律。这一发现是对膨胀宇宙模型的有力支持。20世纪中叶,G.伽莫夫等人提出了热大爆炸宇宙模型,他们还预言,根据这一模型,应能观测到宇宙空间目前残存着温度很低的背景辐射。1965年微波背景辐射的发现证实了伽莫夫等人的预言。从此,许多人把大爆炸宇宙模型看成标准宇宙模型。1980年,美国的古斯在热大爆炸宇宙模型的基础上又进一步提出了暴涨宇宙模型。这一模型可以解释目前已知的大多数重要观测事实。
宇宙图景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。
层次结构行星是最基本的天体系统。太阳系中共有八大行星:水星金星地球火星木星土星天王星海王星。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17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。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。
多样性天体千差万别,宇宙物质千姿百态。太阳系天体中,水星、金星表面温度约达700K,遥远的冥王星向日面的温度最高时也只有50K;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/厘米3,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。
运动和发展宇宙天体处于永恒的运动和发展之中,天体的运动形式多种多样,例如自转、各自的空间运动(本动)、绕系统中心的公转以及参与整个天体系统的运动等。月球一方面自转一方面围绕地球运转,同时又跟随地球一起围绕太阳运转。太阳一方面自转,一方面又向着武仙座方向以20千米/秒的速度运动,同时又带着整个太阳系以250千米/秒的速度绕银河系中心运转,运转一周约需2.2亿年。银河系也在自转,同时也有相对于邻近的星系的运动。本超星系团也可能在膨胀和自转。总星系也在膨胀。
现代天文学已经揭示了天体的起源和演化的历程。当代关于太阳系起源学说认为,太阳系很可能是50亿年前银河系中的一团尘埃气体云(原始太阳星云)由于引力收缩而逐渐形成的(见太阳系起源)。恒星是由星云产生的,它的一生经历了引力收缩阶段、主序阶段、红巨星阶段、晚期阶段和临终阶段。星系的起源和宇宙起源密切相关,流行的看法是:在宇宙发生热大爆炸后40万年,温度降到4000K,宇宙从辐射为主时期转化为物质为主时期,这时或由于密度涨落形成的引力不稳定性,或由于宇宙湍流的作用而逐步形成原星系,然后再演化为星系团和星系。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。1980年提出的暴涨宇宙模型则是热大爆炸宇宙模型的补充。它认为在宇宙极早期,在我们的宇宙诞生后约10-36秒的时候,它曾经历了一个暴涨阶段。
哲学分析宇宙概念有些宇宙学家认为,我们的宇宙是唯一的宇宙;大爆炸不是在宇宙空间的哪一点爆炸,而是整个宇宙自身的爆炸。但是,新提出的暴涨模型表明,我们的宇宙仅是整个暴涨区域的非常小的一部分,暴涨后的区域尺度要大于1026厘米,而那时我们的宇宙只有10厘米。还有可能这个暴涨区域是一个更大的始于无规则混沌状态的物质体系的一部分。这种情况恰如科学史上人类的认识从太阳系宇宙扩展到星系宇宙,再扩展到大尺度宇宙那样,今天的科学又正在努力把人类的认识进一步向某种探索中的“暴涨宇宙”、“无规则的混沌宇宙”推移。我们的宇宙不是唯一的宇宙,而是某种更大的物质体系的一部分,大爆炸不是整个宇宙自身的爆炸,而是那个更大物质体系的一部分的爆炸。因此,有必要区分哲学和自然科学两个不同层次的宇宙概念。哲学宇宙概念所反映的是无限多样、永恒发展的物质世界;自然科学宇宙概念所涉及的则是人类在一定时代观测所及的最大天体系统。两种宇宙概念之间的关系是一般和个别的关系。随着自然科学宇宙概念的发展,人们将逐步深化和接近对无限宇宙的认识。弄清两种宇宙概念的区别和联系,对于坚持马克思主义的宇宙无限论,反对宇宙有限论、神创论、机械论、不可知论、哲学代替论和取消论,都有积极意义。
宇宙的创生有些宇宙学家认为,暴涨模型最彻底的改革也许是观测宇宙中所有的物质和能量从无中产生的观点,这种观点之所以在以前不能为人们接受,是因为存在着许多守恒定律,特别是重子数守恒和能量守恒。但随着大统一理论的发展,重子数有可能是不守恒的,而宇宙中的引力能可粗略地说是负的,并精确地抵消非引力能,总能量为零。因此就不存在已知的守恒律阻止观测宇宙从无中演化出来的问题。这种“无中生有”的观点在哲学上包括两个方面:①本体论方面。如果认为“无”是绝对的虚无,则是错误的。这不仅违反了人类已知的科学实践,而且也违反了暴涨模型本身。按照该模型,我们所研究的观测宇宙仅仅是整个暴涨区域的很小的一部分,在观测宇宙之外并不是绝对的“无”。现在观测宇宙的物质是从假真空状态释放出来的能量转化而来的,这种真空能恰恰是一种特殊的物质和能量形式,并不是创生于绝对的“无”。如果进一步说这种真空能起源于“无”,因而整个观测宇宙归根到底起源于“无”,那么这个“无”也只能是一种未知的物质和能量形式。②认识论和方法论方面。暴涨模型所涉及的宇宙概念是自然科学的宇宙概念。这个宇宙不论多么巨大,作为一个有限的物质体系,也有其产生、发展和灭亡的历史。暴涨模型把传统的大爆炸宇宙学与大统一理论结合起来,认为观测宇宙中的物质与能量形式不是永恒的,应研究它们的起源。它把“无”作为一种未知的物质和能量形式,把“无”和“有”作为一对逻辑范畴,探讨我们的宇宙如何从“无”——未知的物质和能量形式,转化为“有”——已知的物质和能量形式,这在认识论和方法论上有一定意义。
时空起源有些人认为,时间和空间不是永恒的,而是从没有时间和没有空间的状态产生的。根据现有的物理理论,在小于10-43秒和10-33厘米的范围内,就没有一个“钟”和一把“尺子”能加以测量,因此时间和空间概念失效了,是一个没有时间和空间的物理世界。这种观点提出已知的时空形式有其适用的界限是完全正确的。正像历史上的牛顿时空观发展到相对论时空观那样,今天随着科学实践的发展也必然要求建立新的时空观。由于在大爆炸后10-43秒以内,广义相对论失效,必须考虑引力的量子效应,因此有些人试图通过时空的量子化的途径来探讨已知的时空形式的起源。这些工作都是有益的,但我们决不能因为人类时空观念的发展或者在现有的科学技术水平上无法度量新的时空形式,而否定作为物质存在形式的时间、空间的客观存在。
人和宇宙从本世纪60年代开始,由于人择原理的提出和讨论,出现了人类存在和宇宙产生的关系问题。人择原理认为,可能存在许多具有不同物理参数和初始条件的宇宙,但只有物理参数和初始条件取特定值的宇宙才能演化出人类,因此我们只能看到一种允许人类存在的宇宙。人择原理用人类的存在去约束过去可能有的初始条件和物理定律,减少它们的任意性,使一些宇宙学现象得到解释,这在科学方法论上有一定的意义。但有人提出,宇宙的产生依赖于作为观测者的人类的存在。这种观点值得商榷。现在根据暴涨模型,那些被传统大爆炸模型作为初始条件的状态,有可能从极早期宇宙的演化中产生出来,而且宇宙的演化几乎变得与初始条件的一些细节无关。这样就使上述那种利用初始条件的困难来否定宇宙客观实在性的观点失去了基础。但有些人认为,由于暴涨引起的巨大距离尺度,使得从整体上去观测宇宙的结构成为不可能。这种担心有其理由,但如果暴涨模型正确的话,随着科学实践的发展,一定有可能突破人类认识上的困难。
宇宙,是我们所在的空间,“宇”字的本义就是指“上下四方”。
而地球仅是太阳系的第三颗行星;
而太阳系又仅仅定居于银河系巨大旋臂的一侧;
而银河系,在宇宙所有星系中,也许很不起眼……
宇宙,又是我们所在的时间,“宙”的本意就是指“古往今来”。
因为,我们的宇宙不是从来就有的,它也有着诞生和成长的过程。现代科学发现,我们的宇宙大概形成于二百亿年以前。在一次无比壮观的大爆炸中,我们的宇宙诞生了!(这就是著名的“大爆炸”理论。)
宇宙一经形成,就在不停地运动着。科学家发现,宇宙正在膨胀着,星体之间的距离越来越大。
宇宙没有开始,没有结束,没有边界,更没有诞生与毁灭,只有一个个阶段的结束与开始,我们现阶段的宇宙大概形成于二百亿年以前。在一次无比壮观的大爆炸中,这阶段的宇宙开始了!最新研究表明,大爆炸孕育于黑洞中,黑洞将所有物质,包括光子在内压到一个点,这时连电子,中子,质子等都已不存在(究竟是什么物质比电子还小呢?当代科技无法解释,暂称为夸克),这时发生了比核聚变更高等级的爆炸,这种爆炸的范围至少波及数十亿光年,又一个新的宇宙纪元就诞生了.题名]:宇宙
文章到此结束,如果本次分享的万元宇宙的人都在那里讨论和宇宙大爆炸的问题解决了您的问题,那么我们由衷的感到高兴!

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