宇宙的起源
目前,大多数科学家接受的是“大爆炸宇宙学”。这一学说认为,宇宙起源于一个温度极高、体积极小的原始火球。在距今150亿~200亿年前,由于我们还不知道的物理原因,这个火球发生了大爆炸。随着空间膨胀、温度降低,物质的密度也逐渐减小,原先存在的质子、中子等基本粒子结合成氘、氦、锂等元素,以后又逐渐形成星系、星系团,并逐渐形成恒星、行星,而且在一些天体上还出现了生命现象,最后诞生了人类,宇宙初步形成。
大爆炸学说不断得到证实。1991年4月23日,美国加利福尼亚大学天文物理学家乔治?斯穆特在美国物理学会会议上宣布,他领导的科学小组发现了宇宙诞生初期的物质云团,有力地支持了大爆炸学说。他们的这一发现引起世界科学界的极大关注,被认为是继爱因斯坦之后最杰出的理论物理学家斯蒂芬?霍金4月24日发表声明说:“这是本世纪最重要的发现。”
大爆炸学说可以解释较多的观测现象。例如,天文学家观测到远处的天体总是远离地球而去,这证明宇宙仍在膨胀;各种天体的年龄都小于200亿年,这也符合该学说有关大爆炸后才形成各种天体的推论。另外,大爆炸理论还成功地预言了宇宙背景辐射的存在。大爆炸学说预言在大爆炸之后,星系形成之前宇宙的结构应当是云团。这一巨大云团的发现证实了大爆炸学说的预言,通过对这一云团的观测,科学家可以进一步推测宇宙初期的情景。
而且,这一巨大云团的发现还证实了科学家的另一个预言,即宇宙质量的90%存在于“暗物质”中。以往天文学家观测到的宇宙总质量远比理论上计算出的宇宙总质量要小得多。这些“消失”了的物质被称为“暗物质”。“暗物质”的多少直接影响着宇宙的未来,如果宇宙总质量小于某一数值,那么它将像现在这样一直膨胀下去;如果它的总质量大于这一数值,那么天体之间的引力将使宇宙停止膨胀,并在这一巨大引力作用下开始收缩,形成宇宙“大坍塌”,直至大爆炸前的状态。
目前学术界影响较大的“大爆炸宇宙论”是1927年由比利时数学家勒梅特提出的,他认为最初宇宙的物质集中在一个超原子的“宇宙蛋”里,在一次无与伦比的大爆炸中分裂成无数碎片,形成了今天的宇宙。1948年,俄裔美籍物理学家伽莫夫等人,又详细勾画出宇宙由一个致密炽热的奇点于150亿年前一次大爆炸后,经一系列元素演化到最后形成星球、星系的整个膨胀演化过程的图像。但是该理论存在许多使人迷惑之处。
宏观宇宙是相对无限延伸的。“大爆炸宇宙论”关于宇宙当初仅仅是一个点,而它周围却是一片空白,即将人类至今还不能确定范围也无法计算质量的宇宙压缩在一个极小空间内的假设只是一种臆测。况且从能量与质量的正比关系考虑,一个小点无缘无故地突然爆炸成浩瀚宇宙的能量从何而来呢?
人类把地球绕太阳转一圈确定为衡量时间的标准——年。但宇宙中所有天体的运动速度都是不同的,在宇宙范围,时间没有衡量标准。譬如地球上东西南北的方向概念在宇宙范围就没有任何意义。既然年的概念对宇宙而言并不存在,大爆炸宇宙论又如何用年的概念去推算宇宙的确切年龄呢?
1929年,美国天文学家哈勃提出了星系的红移量与星系间的距离成正比的哈勃定律,并推导出星系都在互相远离的宇宙膨胀说。哈勃定律只是说明了距离地球越远的星系运动速度越快--星系红移量与星系距离呈正比关系。但他没能发现很重要的另一点--星系红移量与星系质量也呈正比关系。
宇宙中星系间距离非常非常遥远,光线传播因空间物质的吸收、阻挡会逐渐减弱,那些运动速度越快的星系就是质量越大的星系。质量大,能量辐射就强,因此我们观察到的红移量极大的星系,当然是质量极大的星系。这就是被称作“类星体”的遥远星系因质量巨大而红移量巨大的原因。另外那些质量小、能量辐射弱的星系(除极少数距银河系很近的星系,如大、小麦哲伦星系外)则很难观察到,于是我们现在看到的星系大多呈红移。而银河系内的恒星由于距地球近,大小恒星都能看到,所以恒星的红移紫移数量大致相等。
导致星系红移多紫移少的另一原因是:宇宙中的物质结构都是在一定范围内围绕一个中心按圆形轨迹运动的,不是像大爆炸宇宙论描述的从一个中心向四周作放射状的直线运动。因此,从地球看到的紫移星系范围很窄,数量极少,只能是与银河系同一方向运动的,前方比银河系小的星系;后方比银河系大的星系。只有将来研制出更高分辨程度的天文观测仪器才能看到更多的紫移星系。
宇宙中的物质分布出现不平衡时,局部物质结构会不断发生膨胀和收缩变化,但宇宙整体结构相对平衡的状态不会改变。仅凭从地球角度观测到的部分(不是全部)可见星系与地球之间距离的远近变化,不能说明宇宙整体是在膨胀或收缩。就像地球上的海洋受引力作用不断此涨彼消的潮汐现象并不说明海水总量是在增加或减少一样。
1994年,美国卡内基研究所的弗里德曼等人,用估计宇宙膨胀速率的办法计算宇宙年龄时,得出一个80~120亿年的年龄计算值。然而根据对恒星光谱的分析,宇宙中最古老的恒星年龄为140~160亿年。恒星的年龄倒比宇宙的年龄大。
1964年,美国工程师彭齐亚斯和威尔逊探测到的微波背景辐射,是因为布满宇宙空间的各种物质相互之间能量传递产生的效果。宇宙中的物质辐射是时刻存在的,3K或5K的温度值也只是人类根据自己判断设计的一种衡量标准。这种能量辐射现象只能说明宇宙中的物质由于引力作用,在大尺度空间整体分布的相对均匀性和星际空间里确实存在大量我们目前还观测不到的“暗物质”。
至于大爆炸宇宙论中的氦丰度问题,氦元素原本就是宇宙中存在的仅次于氢元素的数量极丰富的原子结构,它在空间的百分比含量和其它元素的百分比含量同样都属于物质结构分布规律中很平常的物理现象。在宇宙大尺度范围中,不仅氦元素的丰度相似,其余的氢、氧……元素的丰度也都是相似的。而且,各种元素是随不同的温度、环境而不断互相变换的,并不是始终保持一副面孔,所以微波背景辐射和氦丰度与宇宙的起源之间看不出有任何必然的联系。
大爆炸宇宙论面临的难题还有,如果宇宙无限膨胀下去,最后的结局如何呢?德国物理学家克劳修斯指出,能量从非均匀分布到均匀分布的那种变化过程,适用于宇宙间的一切能量形式和一切事件,在任何给定物体中有一个基于其总能量与温度之比的物理量,他把这个物理量取名为“熵”,孤立系统中的“熵”永远趋于增大。但在宇宙中总会有高“熵”和低“熵”的区域,不可能出现绝对均匀的状态。所以,那种认为由于“熵”水平的不断升高而达到最大值时,宇宙就会进入一片死寂的永恒状态,最终“热寂”而亡的结局,是把我们现在可观测到的一部分宇宙范围当作整个宇宙的误识。
根据天文观测资料和物理理论描述宇宙的具体形态,星系的形态特征对研究宇宙结构至关重要,从星系的运动规律可以推断整个宇宙的结构形态。而星系共有的圆形旋涡结构就是整个宇宙的缩影,那些椭圆、棒旋等不同的星系形态只是因为星系年龄和观测角度不同而产生的视觉效果。
奇妙的螺旋形是自然界中最普遍、最基本的物质运动形式。这种螺旋现象对于认识宇宙形态有着重要的启迪作用,大至旋涡星系,小至DNA分子,都是在这种螺旋线中产生。大自然并不认可笔直的形式,自然界所有物质的基本结构都是曲线运动方式的圆环形状。从原子、分子到星球、星系直到星系团、超星系团无一例外,毋庸置疑,浩瀚的宇宙就是一个大旋涡。因此,确立一个“螺旋运动形态宇宙模型”,比那种作为所有物质总和的“宇宙”却脱离曲线运动模式而独辟蹊径,以直线运动方式从一个中心向四面八方无限伸展的“大爆炸宇宙模型”,更能体现真实的宇宙结构形态。
宇宙是--中国人--提出的一个哲学概念---这一点一定要搞清
那些说多少光年多少维的说的都是太空,不是宇宙,宇宙是"上下四方曰宇,古往今来曰宙"是指时间的无限延长与缩短以及空间的无限扩大与缩小,太空包括地球以内还有微观世界都在宇宙之内,这就是中国哲学的厉害,一切现实以及幻想都在宇宙之内,外国人说的都只是浅薄的太空!
如果说非得说宇宙有多大,那么在<庄子.逍遥游>里有这么一段话:
汤问棘曰:"上下四方有极呼?"棘曰:"无极之外复无极也."
能理解么,其实用不着理解,因为"六合之外存而不论"只需"不识庐山真面,只缘身在此山中!"
简单说根据大爆炸理论宇宙就是由一个奇点爆炸膨胀而来
根据理论来说`宇宙是一个奇点爆炸膨胀而来`
宇宙大爆炸的描述
1、 大爆炸——∞K——量子涨落
2、 普朗克时间——10^32 K——GUT大统一/第一次对称破缺
3、 10^-35秒——10^28 K——暴胀、弱电统一、夸克-反夸克主导时期
4、 10^-10秒——10^15 K——轻子形成
5、 0.01秒——10^11K——重子形成
6、 0.1秒——3×10^10K——中子衰变
7、 1秒——10^10K——质子/中子被强核力束缚形成氘核
8、 13.8秒——3×10^9K——氢核聚变成其它重原子核
9、 3分钟——10^9K——物质和辐射耦合在一起
10、300000年——3000K——电子和核束缚在一起,物质和辐射去耦
11、10亿年——3000K——恒星形成
12、100亿年——10K——原子链接形成有机分子
13、120亿年——3K——生命形成
14、120年~150亿年——2.7K——生物进化
15、10^18年——10^-7K——黑洞-霍金辐射主导时期
16、10^24年~10^32年——10^-15K——质子衰变
17、10^100年——0K——黑洞衰变/热寂
伽莫夫和他的支持者预言,大爆炸中所产生的辐射在遥远的宇宙空间里必定仍然存在,大约相当于10K左右。后来3K宇宙背景辐射的发现给了人们很大的鼓舞,因为它使爆炸宇宙模型的这个预言成为真实。当然,大爆炸宇宙模型也同样存在着许多尚待解决的疑难,它终究还只是一种假说。
大爆炸理论的证据
(1).宇宙的年龄
如果星系目前正在彼此远离,那它们过去必定靠得更近,也就是说,较早时代的宇宙,物质密度会更高。继续这一推理就意味着过去必定存在一个时刻,那时宇宙中的物质处于极其高密的状态。按照哈勃定律将星系的距离除以各自的速度,就可估计出那一时刻距今约100—200亿年。这段时间对所有星系来说是共同的,事实上它就是哈勃常数的倒数。那一时刻通常被称为“大爆炸”时刻,也就是我们宇宙的开端。如果这一推论不错,那么宇宙中一切天体的年龄都不应超出这个“宇宙年龄”所界定的上限。
借助卢瑟福所开创的利用物质中放射性同位素含量测定其形成年代的方法,人们测量了地球上最古老的岩石、“阿彼罗11号”宇航员从月球上带回的岩石以及从行星际空间掉到地球上的陨石样本,发现它们的年龄均不超过47亿年。
恒星的年龄可以从它们的发光功率和拥有的燃料储备来估计。根据热核反应提供恒星能源的理论,人们估算出银河系中最老恒星的年龄约为100—150亿年。
用上述两种完全不同的方法得到的天体年龄竞与“宇宙年龄”协调一致,这对大爆炸宇宙模型当然是十分有力的支持。
(2).轻元素的丰度
在大爆炸后一秒钟以前,宇宙不仅不可能存在星系、恒星,地球,甚至除氢核外也没有其他化学元素,只有处于热平衡状态下的由质子、中子、电子、光子等基本粒子混合而成的“宇宙汤”。起初,中子和质子的数量几乎相等,随着温度的降低,两者的比例逐渐下降,在约3分钟时达到1:6左右。当温度降到10亿K时,中子和质子合成氘核的反应开始,类似氢弹爆炸时发生的聚变过程迅速把所有的中子合成到由两个质子和两个中子构成的氦核中。由此不难算出,氦同氢的质量比应为1:4。
天文观测表明,无论宇宙的哪个角落,无论恒星还是星际物质中,氦与氢的比例均大体与此相符。同一时期合成的氘、氚、锂、铍、硼等轻元素,尽管数量小的多,但它们的丰度(即与氢的比例)也具有类似的普适性。这对大爆炸模型无疑又是一个有力的支持。
(3).微波背景辐射
大爆炸模型的另一个重要遗迹是微波背景辐射。前面说过,大爆炸后最初几分钟,宇宙就像一个氢弹爆炸时产生的火球,处处充满了温度高达10亿k的光辐射。因为处于热平衡中,这种辐射强度随波长的分布服从普朗克分布(或称黑体谱)。随着宇宙的膨胀,辐射温度不断下降,但始终保持黑体谱形和总体均勾性。按伽莫夫等人的计算,作为这种过程的遗迹,目前的宇宙中应普遍存在温度约3k的背景黑体辐射。由于这辐射的峰值波长在1毫米附近,处于微波波段,故又称为微波背景辐射。令人遗憾的是,这一重要预言在提出后的10多年中竟未引起人们的认真关注。直到1964年,美国贝尔电话实验室的彭齐亚斯和威尔逊用一架卫星通讯天线在7.35厘米波长处探测到一种来自宇宙空间的强度与方向无关的信号时,他们起初并不清楚自己发现的意义。后来普林斯顿大学的皮伯斯等得知这一消息,才认识到这正是他们“踏破铁鞋无觅处”的宇宙背景辐射。为了最后“验明正身”,20多年来,全世界天文学家对这种辐射的谱分布和方向进行了大规模的调查,形势逐渐明朗。1989年,美国宇航局专门为此发射了宇宙背景探测者卫星,第一批测量数据表明:在从0.5毫米到5毫米的整个波段上,该辐射的谱分布与温度为2.735±0.06k的理想黑体完全相合;在扣除运动效应以后,天空不同方向的相对误差小于十万分之一。这就无容置疑地证明了微波背景辐射的黑体性和普适性。它是热大爆炸模型最令人信服的证据,这一发现在现代宇宙学史上的地位只有宇宙膨胀的发现可以与之相比。如果说,哈勃的发现打开了宇宙整体动力学演化研究的大门,那么彭齐亚斯和威尔逊的发现则打开了宇宙整体物理演化研究的大门。
该词条系本人编著,绝对权威:http://baike.baidu.com/view/1596230.htm
好多这样的问题啊。不余置评
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