宇宙起源
宇宙起源
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137亿年前发生的一次大爆炸形成的。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,瞬间产生巨大压力,之后发生了大爆炸,这次大爆炸的反应原理被物理学家们称为量子物理。
研究经历
空间和时间的本质是什么?这是从2000多年前的古代哲学家到现代天文学家一直都在苦苦思索的问题。经过了哥白尼、赫歇尔、哈勃的从太阳系、银河系、河外星系的探索宇宙三部曲,宇宙学已经不再是幽深玄奥的抽象哲学思辨,而是建立在天文观测和物理实验基础上的一门现代科学。
直到20世纪,出现了两种"宇宙模型"比较有影响。一是稳态理论,一是大爆炸理论。20世纪20年代后期,爱德温·哈勃发现了红移现象,说明宇宙正在膨胀。20世纪60年代中期,阿尔诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊(Robert Wilson)发现了"宇宙微波背景辐射"。这两个发现给大爆炸理论以有力的支持。
相关理论
爆炸
现代宇宙系当中最有影响的大爆炸宇宙学图解一种学说,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历程。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(见元素合成理论)。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。大爆炸模型能统一地说明以下几个观测事实:
(1)大爆炸理论主张所有恒星都是在温度下降后产生的,因而任何天体的年龄都应比自温度下降至今天这一段时间为短,即应小于200亿年。各种天体年龄的测量证明了这一点。
(2)观测到河外天体有系统性的谱线红移,而且红移与距离大体成正比。如果用多普勒效应来解释,那么红移就是宇宙膨胀的反映。
(3)在各种不同天体上,氦丰度相当大,而且大都是30%。用恒星核反应机制不足以说明为什么有如此多的氦。而根据大爆炸理论,早期温度很高,产生氦的效率也很高WMAP拍摄到大爆炸发生后宇宙微波背景的影像,则可以说明这一事实。
(4)根据宇宙膨胀速度以及氦丰度等,可以具体计算宇宙每一历史时期的温度。大爆炸理论的创始人之一伽莫夫曾预言,今天的宇宙已经很冷,只有绝对温度几度。1965年,果然在微波波段上探测到具有热辐射谱的微波背景辐射,温度约为3K。
大爆炸理论认为,宇宙起源于一个单独的无维度的点,即一个在空间和时间上都无尺度但却包含了宇宙全部物质的奇点。至少是在120~150亿年以前,宇宙及空间本身由这个点爆炸形成。
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,并推导出星系都美国天文学家哈勃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,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,
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,当宇宙膨胀到一定程度,所有星系行星会疏离,分子分解至夸克,而至更小。整个宇宙继续膨胀,变成死寂状态。这项预测是根据数百个A1超新星的亮度作出的。
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。
还有一点,大爆炸是循环的,有科学家声称:宇宙将变成一个高密度、小体积的球体。缩小到一定程度后,将再次发生大爆炸。根据能量守恒定律,宇宙的能量并没有消亡。但是,却没有人能解释,大爆炸每次循环时间、空间、分子结构等等,都是像上次一样(几千几百亿年以后,又有太阳系,又有地球,又有中国,又有你),还是重新排列(光凭空可以弯曲) 。
稳态理论
宇宙起源的问题有点像这个古老的问题:是先有鸡呢,还是先有蛋。换句话说,就是何物创生宇宙,又是何物创生该物呢?也许宇宙,或者创生它的东西已经存在了无限久的时间,并不需要被创生。直到不久之前,科学家们还一直试图回避这样的问题,觉得它们与其说是属于科学,不如说是属于形而上学或宗教的问题,然而,人们在过去几年发现,科学定律甚至在宇宙的开端也是成立的。在那种情形下,宇宙可以是自足的,并由科学定律所完全确定。
关于宇宙是否并如何启始的争论贯穿了整个记载的历史。基本上存在两个思想学派。许多早期的传统,以及犹太教、基督教和伊斯兰教认为宇宙是相当近的过去创生的。(十七世纪时邬谢尔主教算出宇宙诞生的日期是公元前4004年,这个数目是由把在旧约圣经中人物的年龄加起来而得到的。)承认人类在文化和技术上的明显进化,是近代出现的支持上述思想的一个事实。我们记得那种业绩的首创者或者这种技术的发展者。可以如此这般地进行论证,即我们不可能存在了那许久;因为否则的话,圣经的创世日期和上次冰河期结束相差不多,而这似乎正是现代人类首次出现的时候。
另一方面,还有诸如希腊哲学家亚里斯多德的一些人,他们不喜欢宇宙有个开端的思想。他们觉得这意味着神意的干涉。他们宁愿相信宇宙已经存在了并将继续存在无限久。某种不朽的东西比某种必须被创生的东西更加完美。他们对上述有关人类进步的诘难的回答是:周期性洪水或者其他自然灾难重复地使人类回到起始状态。
理论比较
两种学派都认为,宇宙在根本上随时间不变。由于人类生命--整个有记载的历史是如此之短暂,宇宙在此期间从未显著地改变过。在一个稳定不变的宇宙的框架中,它是否已经存在了无限久或者是在有限久的过去诞生的问题,实在是一种形而上学或宗教的问题:任何一种理论都对此作解释。1781年哲学家伊曼努尔·康德写了一部里程碑式的,也是非常模糊的著作《纯粹理性批判》。他在这部著作中得出结论,存在同样有效的论证分别用以支持宇宙有一个开端或者宇宙没有开端的信仰。正如他的书名所提示的,他是简单地基于推理得出结论,换句话说,就是根本不管宇宙的观测。毕竟也是,在一个不变的宇宙中,有什么可供观测的呢?
然而在十九世纪,证据开始逐渐积累起来,它表明地球系及宇宙是其他部分事实上是随时间而变化的。地学家们意识到岩石以及其中的化石的形成需要花费几亿甚至几十亿年的时间。这比创生论者计算的地球年龄长得太多了。由德国物理学家路德维希·玻尔兹曼提出的所谓热力学第二定律还提供了进一步的证据,宇宙中的无序度的总量(它是由称为熵的量所测量的)总是随时间而增加,正如有关人类进步的论证,它暗示只能运行了有限的时间,否则的话。
稳恒宇宙思想所遭遇到的另外困难是,根据牛顿的引力定律,宇宙中的每一颗恒星必须相互吸引。如牛顿果是这样的话,它们怎么能维持相互间恒定距离,并且静止地停在那里呢?
牛顿晓得这个问题。在一封致当时一位主要哲学家里查德·本特里的信中,他同意这样的观点,即有限的一群恒星不可能静止不动,它们全部会落某个中心点。然而,他论断道,一个无限的恒星集合不会落到一起,由于不存在任何可供它们落去的中心点。这种论证是人们在谈论无限系统时会遭遇到的陷阱的一个例子。用不同的方法将从宇宙的其余的无限数目的恒星作用到每颗恒星的力加起来,会对恒星是否维持恒常距离给出不同的答案。然后加上在该区域之外大致均匀分布的更多恒星。恒星的有限区域会落到一起,而按照牛顿定律,在该区域外加上更多的恒星不能阻止其坍缩。这样,一个恒星的无限集合不能处于静止不动的状态。如果它们在某一时刻不在作相对运动,它们之间的吸引力会引起它们开始朝相互方向落去。另一种情形是,它们可能正在相互离开,而引力使这种退行速度降低。
现在主流的宇宙起源学说“大爆炸”,简单来说就是一个密度无限大的奇点,爆发开来经过140亿年的时候,形成我们所在的各种星系,恒星,行星等。
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。
关于宇宙是如何起源的?空间和时间的本质是什么?这是从2000多年前的古代哲学家到现代天文学家一直都在苦苦思索的问题。经过了哥白尼、赫歇尔、哈勃的从太阳系、银河系、河外星系的探索宇宙三部曲,宇宙学已经不再是幽深玄奥的抽象哲学思辨,而是建立在天文观测和物理实验基础上的一门现代科学。
直到本世纪,出现了两种"宇宙模型"比较有影响。一是稳态理论,一是大爆炸理论。20年代后期,爱德温·哈勃(Edwin Hubble)发现了红移现象,说明宇宙正在膨胀。60年代中期,阿尔诺·彭齐亚斯(Arno Penzias)和罗伯特·威尔逊(Robert Wilson)发现了"宇宙微波背景辐射"。这两个发现给大爆炸理论以有力的支持。现在,大爆炸理论广泛地为人们所接受。
大爆炸理论
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(见元素合成理论)。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。大爆炸模型能统一地说明以下几个观测事实:
(1)大爆炸理论主张所有恒星都是在温度下降后产生的,因而任何天体的年龄都应比自温度下降至今天这一段时间为短,即应小于200亿年。各种天体年龄的测量证明了这一点。
(2)观测到河外天体有系统性的谱线红移,而且红移与距离大体成正比。如果用多普勒效应来解释,那么红移就是宇宙膨胀的反映。
(3)在各种不同天体上,氦丰度相当大,而且大都是30%。用恒星核反应机制不足以说明为什么有如此多的氦。而根据大爆炸理论,早期温度很高,产生氦的效率也很高,则可以说明这一事实。
(4)根据宇宙膨胀速度以及氦丰度等,可以具体计算宇宙每一历史时期的温度。大爆炸理论的创始人之一伽莫夫曾预言,今天的宇宙已经很冷,只有绝对温度几度。1965年,果然在微波波段上探测到具有热辐射谱的微波背景辐射,温度约为3K。
大爆炸理论认为,宇宙起源于一个单独的无维度的点,即一个在空间和时间上都无尺度但却包含了宇宙全部物质的奇点。至少是在120~150亿年以前,宇宙及空间本身由这个点爆炸形成。
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
还有一点,大爆炸是循环的,有科学家声称:宇宙现在的膨胀达到极点时将又发生一场大爆炸。如同黑洞的形成过程一样,宇宙将变成一个高密度、小体积的球体。缩小到一定程度后,将再次发生大爆炸。根据能量守恒定律,宇宙的能量并没有消亡。但是,却没有人能解释,大爆炸每次循环时间、空间、分子结构等等,都是像上次一样(几百几千亿年以后,又有太阳系,又有地球,又有中国,又有你),还是重新排列(光凭空可以弯曲)
稳态理论
宇宙起源的问题有点像这个古老的问题:是先有鸡呢,还是先有蛋。换句话说,就是何物创生宇宙,又是何物创生该物呢?也许宇宙,或者创生它的东西已经存在了无限久的时间,并不需要被创生。直到不久之前,科学家们还一直试图回避这样的问题,觉得它们与其说是属于科学,不如说是属于形而上学或宗教的问题,然而,人们在过去几年发现,科学定律甚至在宇宙的开端也是成立的。在那种情形下,宇宙可以是自足的,并由科学定律所完全确定。
关于宇宙是否并如何启始的争论贯穿了整个记载的历史。基本上存在两个思想学派。许多早期的传统,以及犹太教、基督教和伊斯兰教认为宇宙是相当近的过去创生的。(十七世纪时邬谢尔主教算出宇宙诞生的日期是公元前4004年,这个数目是由把在旧约圣经中人物的年龄加起来而得到的。)承认人类在文化和技术上的明显进化,是近代出现的支持上述思想的一个事实。我们记得那种业绩的首创者或者这种技术的发展者。可以如此这般地进行论证,即我们不可能存在了那许久;因为否则的话,我们应比目前更加先进才对。事实上,圣经的创世日期和上次冰河期结束相差不多,而这似乎正是现代人类首次出现的时候。
另一方面,还有诸如希腊哲学家亚里斯多德的一些人,他们不喜欢宇宙有个开端的思想。他们觉得这意味着神意的干涉。他们宁愿相信宇宙已经存在了并将继续存在无限久。某种不朽的东西比某种必须被创生的东西更加完美。他们对上述有关人类进步的诘难的回答是:周期性洪水或者其他自然灾难重复地使人类回到起始状态。
两种理论的比较
两种学派都认为,宇宙在根本上随时间不变。它要么以现在形式创生,要么以今天的样子维持了无限久。这是一种自然的信念,由于人类生命——整个有记载的历史是如此之短暂,宇宙在此期间从未显著地改变过。在一个稳定不变的宇宙的框架中,它是否已经存在了无限久或者是在有限久的过去诞生的问题,实在是一种形而上学或宗教的问题:任何一种理论都对此作解释。1781年哲学家伊曼努尔·康德写了一部里程碑式的,也是非常模糊的著作《纯粹理性批判》。他在这部著作中得出结论,存在同样有效的论证分别用以支持宇宙有一个开端或者宇宙没有开端的信仰。正如他的书名所提示的,他是简单地基于推理得出结论,换句话说,就是根本不管宇宙的观测。毕竟也是,在一个不变的宇宙中,有什么可供观测的呢?
然而在十九世纪,证据开始逐渐积累起来,它表明地球戏及宇宙拭其他部分事实上是随时间而变化的。地学家们意识到岩石以及其中的化石的形成需要花费几亿甚至几十亿年的时间。这比创生论者计算的地球年龄长得太多了。由德国物理学家路德维希·破尔兹曼提出的所谓热力学第二定律还提供了进一步的证据,宇宙中的无序度的总量(它是由称为熵的量所测量的)总是随时间而增加,正如有关人类进步的论证,它暗示只能运行了有限的时间,否则的话,它现在应已退化到一种完全无序的状态,在这种状态下万物都牌相同的温度下。
稳恒宇宙思想所遭遇到的另外困难是,根据牛顿的引力定律,宇宙中的每一颗恒星必须相互吸引。如果是这样的话,它们怎么能维持相互间恒定距离,并且静止地停在那里呢?
牛顿晓得这个问题。在一封致当时一位主要哲学家里查德·本特里的信中,他同意这样的观点,即有限的一群恒星不可能静止不动,它们全部会落某个中心点。然而,他论断道,一个无限的恒星集合不会落到一起,由于不存在任何可供它们落去的中心点。这种论证是人们在谈论无限系统时会遭遇到的陷阱的一个例子。用不同的方法将从宇宙的其余的无限数目的恒星作用到每颗恒星的力加起来,会对恒星是否维持恒常距离给出不同的答案。我们现在知道,其正确的步骤是考虑恒星的有限区域,然后加上在该区域之外大致均匀分布的更多恒星。恒星的有限区域会落到一起,而按照牛顿定律,在该区域外加上更多的恒星不能阻止其坍缩。这样,一个恒星的无限集合不能处于静止不动的状态。如果它们在某一时刻不在作相对运动,它们之间的吸引力会引起它们开始朝相互方向落去。另一种情形是,它们可能正在相互离开,而引力使这种退行速度降低。
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
怎么问三遍啊,在复制给你
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。
关于宇宙是如何起源的?空间和时间的本质是什么?这是从2000多年前的古代哲学家到现代天文学家一直都在苦苦思索的问题。经过了哥白尼、赫歇尔、哈勃的从太阳系、银河系、河外星系的探索宇宙三部曲,宇宙学已经不再是幽深玄奥的抽象哲学思辨,而是建立在天文观测和物理实验基础上的一门现代科学。
直到本世纪,出现了两种"宇宙模型"比较有影响。一是稳态理论,一是大爆炸理论。20年代后期,爱德温·哈勃(Edwin Hubble)发现了红移现象,说明宇宙正在膨胀。60年代中期,阿尔诺·彭齐亚斯(Arno Penzias)和罗伯特·威尔逊(Robert Wilson)发现了"宇宙微波背景辐射"。这两个发现给大爆炸理论以有力的支持。现在,大爆炸理论广泛地为人们所接受。
这是百度百科,里面有更多的关于宇宙起源的信息,去看看吧(http://baike.baidu.com/view/298574.htm)
哇!楼上的太专业了!我说的简单些吧;现在最广为人知的就是大爆炸学说:大约几百亿年前,宇宙是一个体积无限小、密度无限大的“原点”!有一天发生了大爆炸,在爆炸物质向四方飞离的过程中逐渐形成了星云、星系和星球。现在的宇宙还在飞速的远离“原点”!科学家就是通过观测到各星球的相对运动轨迹来推测出宇宙的“年龄”的!
三楼不对
是通过谱线红移这一现象发现宇宙在远离,从而计算出宇宙的年龄
宙斯的故事
宙斯的故事可以追溯到古希腊神话的起源。宙斯是古希腊神话中的第三代神王,统治世间万物至高无上的天神,奥林匹斯十二主神之首。宙斯的故事可以追溯到古希腊神话的起源。根据神话传说,宙斯的父亲克洛诺斯是被占据天地主宰地位的神。然而,克洛诺斯之前曾被自己的父亲乌拉诺斯推翻,并且恐惧自己的孩子也会...
宇宙起源于几亿年前
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...
宇宙一词起源于哪里?
宇宙”一词出于中国战国时期思想家尸佼的《尸子》:“四方上下曰宇,往古来今曰宙。这实际也是宇宙的含义,时间和空间的组合。
关于宁宙起源,人们较为支持的是___理论,原始火球在不断膨胀的过程中逐渐...
后来发生了大爆炸,碎片向四面八方散开,形成了我们的宇宙.美籍俄国天体物理学家伽莫夫第一次将广义相对论融入到宇宙理论中,提出了热大爆炸宇宙学模型:宇宙开始于高温、高密度的原始物质,最初的温度超过几十亿度,
宇宙的起源
宇宙是由大约137亿年前发生的一次大爆炸形成的。宇宙是广袤空间和其中存在的各种天体以及弥漫物质的总称。宇宙起源是一个极其复杂的问题。宇宙是物质世界,它处于不断的运动和发展中。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,许多科学家认为,宇宙是由大约137亿年前发生的一次...
宇宙的起源是什么
1. 宇宙的起源有多种理论。2. 科学上,普遍接受的理论是大爆炸理论,它提出宇宙约在137亿年前经历了一次巨大的爆炸。3. 这一理论是基于目前观测到的天体和据此推断存在的宇宙结构。4. 从哲学角度,宇宙被描述为包含一切的时间和空间的总体。《淮南子·原道训》提到:“四方上下曰宇,古往今来曰...
宙斯是谁?
宙斯是古希腊神话的最高天神(希腊语为 Ζεύς,或 Δίας),旧译丢斯。罗马神话称朱庇特,即拉丁语的Jupiter,乃木星的名字起源。他是克洛诺斯(Κρόνος)和瑞亚(Ρέα)的最小儿子。宙斯的诞生以及成为众神之王 宙斯之父克洛诺斯推翻其父亲...
宇宙的起源是什么?
按照当前大爆炸理论对宇宙存在的解释,在宇宙起源的那一刻,我们今天所有的一切都来自一个质子那么大的点。时间和空间也诞生自那个瞬间。随着时间从零开始计量,空间也同步增长。空间不断膨胀,极高温极致密的能量海洋开始持续扩大,而逐步的冷却注定伴随着整个膨胀过程。最终,空间膨胀得足够大后,宇宙冷却...
宇宙的起源
宇宙大爆炸之前是一个奇点。。《辞海》对宇宙的解释是:宇,空间的总称;宙,时间的总称。这源于《淮南子·齐俗训》:往古来今谓之宙,四方上下谓之宇。这就是说,宇宙既包括无限的空间,又包括无限时间的延续。当今学术界对于宇宙的观念,是基本的便是大爆炸理论,该理论为我们勾画出宇宙的轮郭...
宇宙的起源是怎样的?
1999年9月,印度著名天文学家纳尔利卡尔等人提出一种新的宇宙起源理论,对大爆炸理论提出挑战。在纳尔利卡尔和另外3名科学家共同提出的新概念中,他们把自己的研究成果定名为“亚稳状态宇宙论”。他们相信,宇宙是由若干次小规模的爆炸而不是一次大爆炸形成的。新理论认为,宇宙在最初的时候是一个被称...
牟孙糖柯:[答案] 宇宙形成之前是引力奇点,奇点是一个密度无限大、时空曲率无限高、热量无限高、体积无限小的“点”,一切已知物理定律均在奇点失效.在奇点脱离极限扩张以前,所有的状态对于现存世界没有影响,我们不可能从现在状态推导...
保定市17769841889: 宇宙的起源?
牟孙糖柯: 宇宙起源是一个极其复杂的问题. 宇宙是物质世界,它处于不断的运动和发展中.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,许多科学家认为,宇宙是由大约137亿年前发生的一次大爆炸形成的.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,瞬间产生巨大压力,之后发生了大爆炸,这次大爆炸的反应原理被物理学家们称为量子物理.大爆炸使物质四散出去,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.
保定市17769841889: 宇宙的起源 - ?
牟孙糖柯: 中国关于宇宙起源的传说宇宙是如何起源的,这是人类一直探索的奥妙.在很久以前,就有盘古开天辟地的神话传说.1、开天辟地的盘古相传,天地本来是黑暗混沌的一团,好象一个大鸡蛋.盘古就孕育在中间,过了一万八千年,突然山崩...
保定市17769841889: 宇宙的起源?宇宙的起源是什么呢? - ?
牟孙糖柯:[答案] 宇宙大爆炸理论是现代宇宙学的一个主要流派,它能较满意地解释宇宙学的一些根本问题.宇宙大爆炸理论虽然在20世纪40年代才提出,但20年代以来就有了萌芽.20年代时,若干天文学者均观测到,许多河外星系的光谱线与地球上同种元素的谱线相...
保定市17769841889: 宇宙是什么?宇宙的起源是怎样的 - ?
牟孙糖柯:[答案] 宇宙的始源,源自天体中一个小小的火星团,这是天体内自然产生的火星团,由于历史性地自我运动,不断地在太空中收集好的、坏的尘埃,也就是不分好坏全都接收进来;在这个滚雪球式的运动过程中,慢慢地自然形成了一个若大的独立天体,...
保定市17769841889: 请问宇宙的起源是什么? - ?
牟孙糖柯:[答案] 有很多假说,其中最权威的是宇宙大爆炸论
保定市17769841889: 关于宇宙的起源,大多数宇宙科学家都认为:宇宙诞生于距今约______亿年的一次______,其理论依据是______现象. - ?
牟孙糖柯:[答案] 关于宇宙的起源,大多数宇宙科学家都认为:宇宙诞生于距今约137亿年的一次大爆炸,其理论依据是谱线红移现象. 故答案为:137;大爆炸;谱线红移.
保定市17769841889: 宇宙的起源?
牟孙糖柯: 我来回答你的问题,起点当然是从科学的角度来说:宇宙的开始到底是什么?据科学家们分析,宇宙是起源于“宇宙大爆炸”,它是由乔治姆雷特首先提出的,而后来,美国物理学家哈勃发现了所有的星云都在渐渐离开我们的视野产生了红移现象,从而提出了膨胀,我们的宇宙就好像一个正在不断吹大的气球,当我们在气球上贴许多贴画,然后不断吹,你就会发现他们彼此之间正在分离开来,直到越分越远 最后爆炸!就形成了所谓的宇宙大爆炸,在大爆炸后的0.02秒时温度达到不可计量的程度,所有的物质在瞬间集结成乐星球.
保定市17769841889: 宇宙的起源有多久了具体是多少年了 - ?
牟孙糖柯:[答案] 现代物理宇宙学一般认为宇宙起源于大爆炸,即约137.3亿(±1%)年前由一个密度极大,温度极高的状态膨胀而来,最新的观察数据显示宇宙起源于138.2亿年前.