宇宙科普兒童故事

圍繞一個(gè)問(wèn)題弄得哦，夠不？

宇宙知識(shí)——宇宙在膨脹嗎？



夏日夜空，繁星閃爍，不禁使人陷入對(duì)宇宙的遐想之中。20世紀(jì)10～20年代，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)星系光譜線的頻率隨著它離我們距離的遠(yuǎn)近而有規(guī)律地變比，即譜線紅移。1929年哈勃總結(jié)出譜線紅移的規(guī)律是：對(duì)遙遠(yuǎn)星系，紅移量與星系離我們的距離成正比，比例系數(shù)H叫哈勃常數(shù)，這紅移叫宇宙學(xué)紅移。此后，在紅外及整個(gè)電磁波波段都觀測(cè)到了這個(gè)規(guī)律。它被解釋為是由星系系統(tǒng)地向遠(yuǎn)離我們的方向運(yùn)動(dòng)時(shí)的多普勒效應(yīng)產(chǎn)主的。這就像火車遠(yuǎn)離我們行駛時(shí)汽笛的聲調(diào)（即頻率）比靜止不動(dòng)時(shí)的聲調(diào)更低一樣，由此得出星系都在做遠(yuǎn)離我們的運(yùn)動(dòng)，離我們?cè)竭h(yuǎn)運(yùn)動(dòng)速度越快的結(jié)論。這就好像是摻有葡萄干的面包在烤箱中膨脹起來(lái)一樣。這個(gè)模型叫宇宙膨脹模型或大爆炸模型。近年來(lái)在宇宙膨脹的基礎(chǔ)上又提出了爆脹宇宙等多種改進(jìn)模型。

從宇宙膨脹的觀點(diǎn)出發(fā)，利用哈勃公式反推到過(guò)去宇宙中所有天體應(yīng)該聚集于一點(diǎn)，由于某種原因在它內(nèi)部產(chǎn)生了"大爆炸"。誕生了現(xiàn)在的宇宙，從而得出了時(shí)間是有開(kāi)端，空間是有限的結(jié)論。宇宙從大爆炸到現(xiàn)在究竟經(jīng)過(guò)了多少時(shí)間，即宇宙的年齡是多少，這取決于哈勃常數(shù)H的大小。最初哈勃常數(shù)僅500（公里／秒／百萬(wàn)秒差距），這樣算出的宇宙年齡比地球的45億年的年齡小很多。以后改為50～100之間。若取100，宇宙的年齡只有100億年，而銀河系的球狀星團(tuán)的年齡是150億年，矛盾很大。若取50，宇宙年齡為200億年，矛盾不那么明顯，因此被大爆炸宇宙論者所贊同，但在觀測(cè)上，這個(gè)數(shù)值有些勉強(qiáng)。究竟是多少，一直沒(méi)有定論。近年來(lái)用哈勃太空望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)的結(jié)果傾向于取80。這樣算出的年齡為120億年，矛盾還很明顯。宇宙將來(lái)是一直膨脹下去還是又收縮回來(lái)，這要取決于宇宙的平均密度。而宇宙平均密度究竟是多少目前還不能確定，因?yàn)橛^測(cè)的距離越遠(yuǎn)，平均密度越小，下限有沒(méi)有還不能確定。1965年發(fā)現(xiàn)了宇宙空間的2.7K微波背景輻射，被大爆炸論者解釋為大爆炸時(shí)期的光經(jīng)過(guò)上百億年后的遺跡，是大爆炸宇宙的一大證據(jù)，但這種解釋并不是唯一的，因?yàn)橛钪婵臻g中充滿介質(zhì)，2.7K微波背景輻射具有黑體輻射的性質(zhì)，可以解釋為宇宙空間中介質(zhì)發(fā)出的溫度是2.7K的熱輻射。

仔細(xì)分析起來(lái)，問(wèn)題可能出在將光譜線的紅移都解釋為星系運(yùn)動(dòng)的多普勒效應(yīng)上。過(guò)去，人們?cè)枚嗥绽招?yīng)解釋了銀河系內(nèi)恒星的光譜線移動(dòng)，從而成功地確定了星系內(nèi)存在自轉(zhuǎn)現(xiàn)象。但現(xiàn)在天文觀測(cè)中卻發(fā)現(xiàn)一些紅移現(xiàn)象，若用運(yùn)動(dòng)的多普勒效應(yīng)解釋就存在許多困難，這促使人們考慮到必然還有其他機(jī)制能產(chǎn)生紅移，這里列舉幾種觀測(cè)結(jié)果。

①多普勒效應(yīng)對(duì)同一個(gè)天體，其紅移量與光譜線的頻率無(wú)關(guān)，因此觀測(cè)每個(gè)星系中不同譜線的紅移量，比較它們是否一致，就是鑒別紅移是否由多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的一種依據(jù)。如果一致，就表示有可能是由多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的；如果不一致，就肯定它至少不完全是由多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的。1949年威爾遜對(duì)星系NGC4151的觀測(cè)結(jié)果表明，雖然不同頻率的紅移量差別不大，但也超出了觀測(cè)的誤差范圍，頻率越高，紅移量越小。這樣至少可以認(rèn)為宇宙紅移不完全是由多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的。

②從太陽(yáng)中心到邊緣各點(diǎn)發(fā)出的同一種譜線，在扣除了各種已知的運(yùn)動(dòng)效應(yīng)后，越靠近邊緣的地方紅移量越大，在太陽(yáng)半徑90％左右的地方，紅移量急劇增加。這意味著太陽(yáng)上還有某種未知的因素在產(chǎn)生紅移。

③先驅(qū)6號(hào)宇宙飛船發(fā)射的遙測(cè)信號(hào)中心頻率為2292兆赫，當(dāng)飛船繞到太陽(yáng)背面經(jīng)過(guò)太陽(yáng)邊緣時(shí)觀測(cè)到異常紅移現(xiàn)象。

④類星體紅移量一般都很大，如果把這都?xì)w結(jié)為多普勒效應(yīng)，算出的距離一般在100百萬(wàn)秒差距以上。由此推算出它發(fā)出的總光能力為銀河系的100倍；射電能為銀河系的10萬(wàn)倍。

而由光變周期算出它的直徑只有一光年左右，這意味著類星體的輻射密度非常高，但目前一直找不到產(chǎn)生這樣高輻射密度的物理機(jī)制。有些天文學(xué)家認(rèn)為，類星體的紅移中至少有一部分不是由多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的，因而類星體離我們的距離較現(xiàn)在推算的要近得多。

⑤星系、類星體相互之間都有成協(xié)的現(xiàn)象，即這些天體兩兩或更多相距較近并有物理聯(lián)系。觀測(cè)表明，有些成協(xié)天體間紅移值相差較大，有些類星體光譜中的吸收線與發(fā)射線互不相同，而且不同的吸收線有各不相同的紅移值，稱為多重紅移。

既然這些紅移不能用多普勒效應(yīng)解釋，那么它產(chǎn)生的原因究竟是什么呢。光在發(fā)射時(shí)固然有許多因素影響它的頻率，但宇宙中這么多天體都如此有規(guī)律地只隨著遠(yuǎn)離我們的距離而變化，就難以理解了。光在它漫長(zhǎng)的傳播路徑上經(jīng)歷了幾億至上百億年的歲月，這期間必然比它在發(fā)射的一瞬間有更多的因素影響著它的頻率?，F(xiàn)在人們了解到，在星系際空間中存在著星系際介質(zhì)，它的密度在10E-29克／立方厘米以下。成分與銀河系的大致相同。除了有能對(duì)星光產(chǎn)生可見(jiàn)效應(yīng)的星系際氣體、塵埃和固態(tài)物質(zhì)、低光度星體外，還有大量的基本粒子。

據(jù)估計(jì)，星系間基本粒子的質(zhì)量占了整個(gè)宇宙總質(zhì)量的絕大部分，它們是看不見(jiàn)的。

光與介質(zhì)的相互作用是復(fù)雜的，介質(zhì)不僅能吸收光，還能再發(fā)射光；再發(fā)射的光，其頻率不僅僅只是原有的頻率，還有其他的頻率，只是在原有頻率及其附近強(qiáng)度最大。其實(shí)，人們?cè)缫咽熘庾釉趥鞑ミ^(guò)程中由于與介質(zhì)的相互作用會(huì)逐漸轉(zhuǎn)變成低頻的光子。但過(guò)去人們認(rèn)為這只會(huì)使譜線衰減而不會(huì)產(chǎn)生紅移。

由惠更斯原理知道，波前上所有粒子產(chǎn)生的子波疊加后能形成具有新頻率的平面波。新產(chǎn)生的頻率疊加在原有頻率上的結(jié)果，不像通常認(rèn)為的那樣譜線會(huì)被平滑而消失，而是譜線被整體地移動(dòng)，在遠(yuǎn)距離傳播中，光的頻譜的變化就好像在譜卒域中傳播的波一樣。這里頻率域相當(dāng)于弦，光譜的強(qiáng)度相當(dāng)弦的振幅，一條譜線對(duì)應(yīng)于弦上的一個(gè)波峰，弦上波峰的傳播對(duì)應(yīng)于譜線在頻率域中傳播。這種新型的波叫頻域波。如果新產(chǎn)生的頻率電較原來(lái)頻率低的能量大于較原來(lái)頻率高的能量，頻域波向低頻端傳播，形成譜線紅移；反之，頻域波向高頻端傳播，形成譜線紫移。由實(shí)際經(jīng)驗(yàn)知道，通?？偸堑皖l成分多于高頻成分，所以實(shí)際上常觀測(cè)到紅移。

星系際空間是充滿介質(zhì)的，星光必須通過(guò)介質(zhì)才能到達(dá)地球，所以光譜線必定會(huì)紅移，而且距離越遠(yuǎn)紅移量越大，這與哈勃公式是一致的。對(duì)宇宙紅移來(lái)說(shuō)，應(yīng)先扣除介質(zhì)產(chǎn)生的紅移效應(yīng)，剩余部分才可能解釋成多普勒效應(yīng)，這是處理觀測(cè)數(shù)據(jù)所必需的步驟。但以前在得出膨脹宇宙模型時(shí)，并沒(méi)有做這件工作，扣除后的結(jié)果無(wú)非是3種情況：①全部扣完，宇宙是穩(wěn)定的。②還有剩余，宇宙是膨脹的。不過(guò)，這時(shí)膨脹速度要比現(xiàn)在認(rèn)為的速度慢得多，宇宙的年齡也比現(xiàn)在算出的大許多。③是負(fù)值，宇宙正在收縮。由于我們目前對(duì)宇宙空間的情況了解甚少，雖然對(duì)地球上的介質(zhì)與波的相互作用知道一些，但畢竟對(duì)在星系際空間中實(shí)際發(fā)生的情況知道甚微，也許還有些重要的相互作用沒(méi)有認(rèn)識(shí)到，介質(zhì)產(chǎn)生紅移扣除的結(jié)果很難認(rèn)為是已經(jīng)完成。也許我們應(yīng)當(dāng)反過(guò)來(lái)，即從宇宙紅移來(lái)反推星系際介質(zhì)的情況，這是因?yàn)?，我們所看到的宇宙是有層次的，有行星、恒星、星團(tuán)、星系，星系團(tuán)，總星系等，它們的平均密度呈指數(shù)下降，這些都說(shuō)明宇宙是不均勻的。地球繞太陽(yáng)轉(zhuǎn)動(dòng)，太陽(yáng)繞銀河系中心轉(zhuǎn)動(dòng)，銀河系繞本星系團(tuán)的中心轉(zhuǎn)動(dòng)，星系團(tuán)又繞以宇宙背景輻射所表征的經(jīng)過(guò)平均后的星系際空間的介質(zhì)運(yùn)動(dòng)，宇宙也不是各向同性的。這是我們所能看見(jiàn)的最遠(yuǎn)的宇宙的情況。

大家知道。對(duì)于一個(gè)引力系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，只有具有一定的角動(dòng)量（旋轉(zhuǎn)）才可能維持比較穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。因此，我們觀察到的宇宙是比較穩(wěn)定的，可以認(rèn)為宇宙紅移主要是光通過(guò)星系際介質(zhì)時(shí)的頻域波。正如上面談到的，宇宙是膨脹的，穩(wěn)定的還是收縮的，要扣除星系際介質(zhì)的效應(yīng)后才能確定。而扣除介質(zhì)的效應(yīng)需要對(duì)星系際介質(zhì)有較詳細(xì)的了解，這在目前還難以做到。也許應(yīng)該從我們所觀測(cè)到的宇宙是較穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)出發(fā)，用紅移資料來(lái)反推介質(zhì)的情況。人類就是這樣在不斷探索中來(lái)認(rèn)識(shí)宇宙的。

看《時(shí)間簡(jiǎn)史》去吧

中央電視臺(tái)科教頻道---《科學(xué)特別節(jié)目---斗轉(zhuǎn)星移》，石瓊璘主持。

重力就是萬(wàn)有引力。萬(wàn)有引力的適用范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)地超過(guò)了地球本身，它適用于宇宙中的任何天體，包括太陽(yáng)、月球、星星和地球。
在遠(yuǎn)離地球的太空中，重力會(huì)大大減弱，在足夠遠(yuǎn)的距離上，地球的引力可以忽略不計(jì)。但宇宙中不只一個(gè)天體，眾多天體的引力會(huì)形成一個(gè)引力場(chǎng)。因此，太空不會(huì)是失重環(huán)境。當(dāng)然，就局部地區(qū)說(shuō)，如在地月系統(tǒng)中，只考慮地球與月球的引力，在地球與月球之間的某些點(diǎn)上，地球與月球的引力相互抵消，重力為零。在日地之間也有引力平衡點(diǎn)。繞地球飛行的載人飛船，離地面一般只有幾百千米，那里的太空當(dāng)然不會(huì)是零重力環(huán)境，即使在36000千米高空繞地球飛行的航天器，其周圍太空也不會(huì)是零重力，而只能是輕重力，即重力比地球表面上?。◣缀蹩梢院雎圆挥?jì)）。 （資料摘自網(wǎng)絡(luò)）

夏日夜空，繁星閃爍，不禁使人陷入對(duì)宇宙的遐想之中。20世紀(jì)10～20年代，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)星系光譜線的頻率隨著它離我們距離的遠(yuǎn)近而有規(guī)律地變比，即譜線紅移。1929年哈勃總結(jié)出譜線紅移的規(guī)律是：對(duì)遙遠(yuǎn)星系，紅移量與星系離我們的距離成正比，比例系數(shù)H叫哈勃常數(shù)，這紅移叫宇宙學(xué)紅移。此后，在紅外及整個(gè)電磁波波段都觀測(cè)到了這個(gè)規(guī)律。它被解釋為是由星系系統(tǒng)地向遠(yuǎn)離我們的方向運(yùn)動(dòng)時(shí)的多普勒效應(yīng)產(chǎn)主的。這就像火車遠(yuǎn)離我們行駛時(shí)汽笛的聲調(diào)（即頻率）比靜止不動(dòng)時(shí)的聲調(diào)更低一樣，由此得出星系都在做遠(yuǎn)離我們的運(yùn)動(dòng)，離我們?cè)竭h(yuǎn)運(yùn)動(dòng)速度越快的結(jié)論。這就好像是摻有葡萄干的面包在烤箱中膨脹起來(lái)一樣。這個(gè)模型叫宇宙膨脹模型或大爆炸模型。近年來(lái)在宇宙膨脹的基礎(chǔ)上又提出了爆脹宇宙等多種改進(jìn)模型。

從宇宙膨脹的觀點(diǎn)出發(fā)，利用哈勃公式反推到過(guò)去宇宙中所有天體應(yīng)該聚集于一點(diǎn)，由于某種原因在它內(nèi)部產(chǎn)生了"大爆炸"。誕生了現(xiàn)在的宇宙，從而得出了時(shí)間是有開(kāi)端，空間是有限的結(jié)論。宇宙從大爆炸到現(xiàn)在究竟經(jīng)過(guò)了多少時(shí)間，即宇宙的年齡是多少，這取決于哈勃常數(shù)H的大小。最初哈勃常數(shù)僅500（公里／秒／百萬(wàn)秒差距），這樣算出的宇宙年齡比地球的45億年的年齡小很多。以后改為50～100之間。若取100，宇宙的年齡只有100億年，而銀河系的球狀星團(tuán)的年齡是150億年，矛盾很大。若取50，宇宙年齡為200億年，矛盾不那么明顯，因此被大爆炸宇宙論者所贊同，但在觀測(cè)上，這個(gè)數(shù)值有些勉強(qiáng)。究竟是多少，一直沒(méi)有定論。近年來(lái)用哈勃太空望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)的結(jié)果傾向于取80。這樣算出的年齡為120億年，矛盾還很明顯。宇宙將來(lái)是一直膨脹下去還是又收縮回來(lái)，這要取決于宇宙的平均密度。而宇宙平均密度究竟是多少目前還不能確定，因?yàn)橛^測(cè)的距離越遠(yuǎn)，平均密度越小，下限有沒(méi)有還不能確定。1965年發(fā)現(xiàn)了宇宙空間的2.7K微波背景輻射，被大爆炸論者解釋為大爆炸時(shí)期的光經(jīng)過(guò)上百億年后的遺跡，是大爆炸宇宙的一大證據(jù)，但這種解釋并不是唯一的，因?yàn)橛钪婵臻g中充滿介質(zhì)，2.7K微波背景輻射具有黑體輻射的性質(zhì)，可以解釋為宇宙空間中介質(zhì)發(fā)出的溫度是2.7K的熱輻射。

仔細(xì)分析起來(lái)，問(wèn)題可能出在將光譜線的紅移都解釋為星系運(yùn)動(dòng)的多普勒效應(yīng)上。過(guò)去，人們?cè)枚嗥绽招?yīng)解釋了銀河系內(nèi)恒星的光譜線移動(dòng)，從而成功地確定了星系內(nèi)存在自轉(zhuǎn)現(xiàn)象。但現(xiàn)在天文觀測(cè)中卻發(fā)現(xiàn)一些紅移現(xiàn)象，若用運(yùn)動(dòng)的多普勒效應(yīng)解釋就存在許多困難，這促使人們考慮到必然還有其他機(jī)制能產(chǎn)生紅移.

夏日夜空，繁星閃爍，不禁使人陷入對(duì)宇宙的遐想之中。20世紀(jì)10～20年代，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)星系光譜線的頻率隨著它離我們距離的遠(yuǎn)近而有規(guī)律地變比，即譜線紅移。1929年哈勃總結(jié)出譜線紅移的規(guī)律是：對(duì)遙遠(yuǎn)星系，紅移量與星系離我們的距離成正比，比例系數(shù)H叫哈勃常數(shù)，這紅移叫宇宙學(xué)紅移。此后，在紅外及整個(gè)電磁波波段都觀測(cè)到了這個(gè)規(guī)律。它被解釋為是由星系系統(tǒng)地向遠(yuǎn)離我們的方向運(yùn)動(dòng)時(shí)的多普勒效應(yīng)產(chǎn)主的。這就像火車遠(yuǎn)離我們行駛時(shí)汽笛的聲調(diào)（即頻率）比靜止不動(dòng)時(shí)的聲調(diào)更低一樣，由此得出星系都在做遠(yuǎn)離我們的運(yùn)動(dòng)，離我們?cè)竭h(yuǎn)運(yùn)動(dòng)速度越快的結(jié)論。這就好像是摻有葡萄干的面包在烤箱中膨脹起來(lái)一樣。這個(gè)模型叫宇宙膨脹模型或大爆炸模型。近年來(lái)在宇宙膨脹的基礎(chǔ)上又提出了爆脹宇宙等多種改進(jìn)模型。
從宇宙膨脹的觀點(diǎn)出發(fā)，利用哈勃公式反推到過(guò)去宇宙中所有天體應(yīng)該聚集于一點(diǎn)，由于某種原因在它內(nèi)部產(chǎn)生了"大爆炸"。誕生了現(xiàn)在的宇宙，從而得出了時(shí)間是有開(kāi)端，空間是有限的結(jié)論。宇宙從大爆炸到現(xiàn)在究竟經(jīng)過(guò)了多少時(shí)間，即宇宙的年齡是多少，這取決于哈勃常數(shù)H的大小。最初哈勃常數(shù)僅500（公里／秒／百萬(wàn)秒差距），這樣算出的宇宙年齡比地球的45億年的年齡小很多。以后改為50～100之間。若取100，宇宙的年齡只有100億年，而銀河系的球狀星團(tuán)的年齡是150億年，矛盾很大。若取50，宇宙年齡為200億年，矛盾不那么明顯，因此被大爆炸宇宙論者所贊同，但在觀測(cè)上，這個(gè)數(shù)值有些勉強(qiáng)。究竟是多少，一直沒(méi)有定論。近年來(lái)用哈勃太空望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)的結(jié)果傾向于取80。這樣算出的年齡為120億年，矛盾還很明顯。宇宙將來(lái)是一直膨脹下去還是又收縮回來(lái)，這要取決于宇宙的平均密度。而宇宙平均密度究竟是多少目前還不能確定，因?yàn)橛^測(cè)的距離越遠(yuǎn)，平均密度越小，下限有沒(méi)有還不能確定。1965年發(fā)現(xiàn)了宇宙空間的2.7K微波背景輻射，被大爆炸論者解釋為大爆炸時(shí)期的光經(jīng)過(guò)上百億年后的遺跡，是大爆炸宇宙的一大證據(jù)，但這種解釋并不是唯一的，因?yàn)橛钪婵臻g中充滿介質(zhì)，2.7K微波背景輻射具有黑體輻射的性質(zhì)，可以解釋為宇宙空間中介質(zhì)發(fā)出的溫度是2.7K的熱輻射。
仔細(xì)分析起來(lái)，問(wèn)題可能出在將光譜線的紅移都解釋為星系運(yùn)動(dòng)的多普勒效應(yīng)上。過(guò)去，人們?cè)枚嗥绽招?yīng)解釋了銀河系內(nèi)恒星的光譜線移動(dòng)，從而成功地確定了星系內(nèi)存在自轉(zhuǎn)現(xiàn)象。但現(xiàn)在天文觀測(cè)中卻發(fā)現(xiàn)一些紅移現(xiàn)象，若用運(yùn)動(dòng)的多普勒效應(yīng)解釋就存在許多困難，這促使人們考慮到必然還有其他機(jī)制能產(chǎn)生紅移.

大爆炸宇宙學(xué)

現(xiàn)代宇宙學(xué)中最有影響的一種學(xué)說(shuō)。與其它宇宙模型相比，它能說(shuō)明較多的觀測(cè)事實(shí)。它的主要觀點(diǎn)是認(rèn)為我們的宇宙曾有一段從熱到冷的演化史。在這個(gè)時(shí)期里，宇宙體系并不是靜止的，而是在不斷地膨脹，使物質(zhì)密度從密 到稀地演化。這一從冷到熱從密到稀的過(guò)程如同一次規(guī)模很大的爆發(fā)。根據(jù) 大爆炸宇宙學(xué)的觀點(diǎn)，大爆炸的整個(gè)過(guò)程是：在宇宙的早期，溫度極高，在 100億度以上。物質(zhì)密度也相當(dāng)大，整個(gè)宇宙體系達(dá)到平衡。宇宙間只有 中子、質(zhì)子、電子、光子和中微子等一些基本粒子形態(tài)的物質(zhì)。但是因?yàn)檎?個(gè)體系在不斷膨脹，結(jié)果溫度很快下降。當(dāng)溫度降到10億度左右時(shí)，中子 開(kāi)始失去自由存在的條件，它要么發(fā)生衰變，要么與質(zhì)子結(jié)合成重氫、氦等 元素；化學(xué)元素就是從這一時(shí)期開(kāi)始形成的。溫度進(jìn)一步下降到100萬(wàn)度 后，早期形成化學(xué)元素的過(guò)程結(jié)束。宇宙間的物質(zhì)主要是質(zhì)子、電子、光子 和一些比較輕的原子核。當(dāng)溫度降到幾千度時(shí)，輻射減退，宇宙間主要是氣 態(tài)物質(zhì)，氣體逐漸凝聚成氣云，在進(jìn)一步形成各種各樣的恒星體系，成為我 們今天看到的宇宙。大爆炸模型能統(tǒng)一說(shuō)明以下幾個(gè)觀測(cè)事實(shí)：
1大爆炸理 論主張所有恒星都是在溫度下降后產(chǎn)生的，因而任何天體的年齡都應(yīng)比自溫 度至今天這一段時(shí)間為短，即應(yīng)小于200億年。各種天體年齡的測(cè)量證明 了這一點(diǎn)。

2觀測(cè)到河外天體有系統(tǒng)性的譜線紅移，而且紅移與距離大體成 正比。如果用多普勒效應(yīng)來(lái)解釋，那么紅移就是宇宙膨脹的反映。

3在各種 不同天體上，氦豐度相當(dāng)大，而且大都是30％。用恒星核反應(yīng)機(jī)制不足以 說(shuō)明為什么又如此多的氦。而根據(jù)大爆炸理論，早期溫度很高，產(chǎn)生氦的效 率也很高，則可以說(shuō)明這一事實(shí)。

4根據(jù)宇宙膨脹速度以及氦豐度等，可以 具體計(jì)算宇宙每一歷史時(shí)期的溫度。大爆炸理論的創(chuàng)始人之一伽莫夫曾預(yù)言 今天的宇宙已經(jīng)很冷，只有絕對(duì)溫度幾度。1965年，果然在微波波段上 探測(cè)到具有熱輻射譜的微波背景輻射，溫度大約為3K。這一結(jié)果無(wú)論在定 性上或者定量上都與大爆炸理論的預(yù)言相符。但是，在星系的起源和各向同 性分布等方面，大爆炸宇宙學(xué)還存在一些未解決的困難問(wèn)題。

宇宙(Universe)是由空間、時(shí)間、物質(zhì)和能量，所構(gòu)成的統(tǒng)一體。是一切空間和時(shí)間的綜合。一般理解的宇宙指我們所存在的一個(gè)時(shí)空連續(xù)系統(tǒng)，包括其間的所有物質(zhì)、能量和事件。宇宙根據(jù)大爆炸宇宙模型推算，宇宙年齡大約200億年。



解釋

在多元化的漢語(yǔ)中，“宇”代表上下四方，即所有的空間，“宙”代表古往今來(lái)，即所有的時(shí)間，“宇”:無(wú)限空間，“宙”:無(wú)限時(shí)間。所以“宇宙”這個(gè)詞有“所有的時(shí)間和空間”的意思。 把“宇宙”的概念與時(shí)間和空間聯(lián)系在一起，體現(xiàn)了我國(guó)古代人民的獨(dú)特智慧。 “宇宙”一詞，最早出自《莊子》這本書，“宇”代指的是一切的空間，包括東，南，西，北等一切地點(diǎn)，是無(wú)邊無(wú)際的;“宙”代指的是一切的時(shí)間，包括過(guò)去，現(xiàn)在等，是無(wú)始無(wú)終的。 宇宙是萬(wàn)物的總稱，是時(shí)間和空間的統(tǒng)一。宇宙是物質(zhì)世界，不依賴于人的意志而客觀存在，并處于不斷運(yùn)動(dòng)和發(fā)展中。宇宙是多樣又統(tǒng)一的，它包括一切，是所有時(shí)間和空間的統(tǒng)一體，沒(méi)有時(shí)間和空間就沒(méi)有一切。所以它包含了全部。



起源

所謂大爆炸理論，簡(jiǎn)單地說(shuō)就是宇宙開(kāi)始的時(shí)候是由一個(gè)火球爆炸而形成的。近代科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)宇宙不是永恒的，而是在不斷的膨脹中 宇宙歷史

。宇宙的不平衡現(xiàn)象最早是由一位德國(guó)的醫(yī)生發(fā)現(xiàn)的。他在夜空觀查星星時(shí)發(fā)現(xiàn)，每個(gè)星球間的距離并沒(méi)有因?yàn)槿f(wàn)有引力的關(guān)系而彼此靠近。那么，在星球之間必定存在另一種力量抵消了它們彼此之間的萬(wàn)有引力。他就把這現(xiàn)象假設(shè)為宇宙在不斷地膨脹。 后來(lái)科學(xué)家們又發(fā)現(xiàn)了紅移現(xiàn)象，就是遠(yuǎn)距離星球射向地球的光以紅光為多，近距離的則以紫光為主。這說(shuō)明了星球在遠(yuǎn)離地球。接著愛(ài)因斯坦提出了廣義相對(duì)論，他提出加速度不等于零的理論，其中即包含了宇宙膨脹的學(xué)說(shuō)。1931年，美國(guó)天文學(xué)家以先進(jìn)的天文望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)，在銀河系外仍有很多銀河系，并且在不斷地膨脹，這才使得宇宙膨脹的理論得到證實(shí)。 到了40年代，科學(xué)家們預(yù)測(cè)宇宙是由大爆炸產(chǎn)生的，那么它爆炸之后必定會(huì)有殘馀物質(zhì)留在太空之中。這遺留的物質(zhì)就是電子波(輻射波)，其所代表的溫度約為零下273度。這假設(shè)在當(dāng)時(shí)并沒(méi)被證實(shí)。在60年代時(shí)，貝爾實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家為電訊研究架起天線時(shí)發(fā)現(xiàn)一直聽(tīng)到噪音，而這噪音所代表的溫度為零下260度左右。在此同時(shí)普林斯頓大學(xué)的物理學(xué)家們也在憑理論找尋大爆炸后的馀波，后來(lái)這兩組工作研究聯(lián)合表示，這天線所收到的噪音即為大爆炸后的馀波，其溫度約為零下270度，這一發(fā)表證實(shí)了大爆炸的理論。



宇宙大爆炸學(xué)說(shuō)

宇宙大爆炸(Big Bang)僅僅是一種學(xué)說(shuō)，是根據(jù)天文觀測(cè)研究后得到的一種設(shè) 麥哲倫星云[NGC 265]

想。 大約在150億年前，宇宙所有的物質(zhì)都高度密集在一點(diǎn)，有著極高的溫度，因而發(fā)生了巨大的爆炸。大爆炸以后，物質(zhì)開(kāi)始向外大膨脹，就形成了今天我們看到的宇宙。大爆炸的整個(gè)過(guò)程是復(fù)雜的，現(xiàn)在只能從理論研究的基礎(chǔ)上，描繪過(guò)去遠(yuǎn)古的宇宙發(fā)展史。在這150億年中先后誕生了星系團(tuán)、星系、我們的銀河系、恒星、太陽(yáng)系、行星、衛(wèi)星等。現(xiàn)在我們看見(jiàn)的和看不見(jiàn)的一切天體和宇宙物質(zhì)，形成了當(dāng)今的宇宙形態(tài)，人類就是在這一宇宙演變中誕生的。

宇宙的不斷膨脹

科學(xué)家認(rèn)為它起源為137億年前之間的一次難以置信的大爆炸。這是一次不可想像的能量大爆炸，宇宙邊緣的光到達(dá)地球要花120億年到150億年的時(shí)間。大爆炸散發(fā)的物質(zhì)在太空中漂游，由許多恒星組成的巨大的星系就是由這些物質(zhì)構(gòu)成的，我們的太陽(yáng)就是這無(wú)數(shù)恒星中的一顆。原本人們想象宇宙會(huì)因引力而不再膨脹，但是，科學(xué)家已發(fā)現(xiàn)宇宙中有一種 “暗能量”會(huì)產(chǎn)生一種斥力而加速宇宙的膨脹。 大爆炸后的膨脹過(guò)程是一種引力和斥力之爭(zhēng)，爆炸產(chǎn)生的動(dòng)力是一種斥力，它使宇宙中的天體不斷遠(yuǎn)離;天體間又存在萬(wàn)有引力，它會(huì)阻止天體遠(yuǎn)離，甚至力圖使其互相靠近。引力的大小與天體的質(zhì)量有關(guān)，因而大爆炸后宇宙的最終歸宿是不斷膨脹，還是最終會(huì)停止膨脹并反過(guò)來(lái)收縮變小，這完全取決于宇宙中物質(zhì)密度的大小。 理論上存在某種臨界密度。如果宇宙中物質(zhì)的平均密度小于臨界密度，宇宙就會(huì)一直膨脹下去，稱為開(kāi)宇宙;要是物質(zhì)的平均密度大于臨界密度，膨脹過(guò)程遲早會(huì)停下來(lái)，并隨之出現(xiàn)收縮，稱為閉宇宙。 問(wèn)題似乎變得很簡(jiǎn)單，但實(shí)則不然。理論計(jì)算得出的臨界密度為5×8^-30克/厘米3。但要測(cè)定宇宙中物質(zhì)平均密度就不那么容易了。星系間存在廣袤的星系間空間，如果把目前所觀測(cè)到的全部發(fā)光物質(zhì)的質(zhì)量平攤到整個(gè)宇宙空間，那么，平均密度就只有2×10^-31克/厘米3，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于上述臨界密度。 然而，種種證據(jù)表明，宇宙中還存在著尚未觀測(cè)到的所謂的暗物質(zhì)，其數(shù)量可能遠(yuǎn)超過(guò)可見(jiàn)物質(zhì)，這給平均密度的測(cè)定帶來(lái)了很大的不確定因素。因此，宇宙的平均密度是否真的小于臨界密度仍是一個(gè)有爭(zhēng)議的問(wèn)題。不過(guò)，就目前來(lái)看，開(kāi)宇宙的可能性大一些。 恒星演化到晚期，會(huì)把一部分物質(zhì)(氣體)拋入星際 NGC 5139 半人馬座Ω

空間，而這些氣體又可用來(lái)形成下一代恒星。這一過(guò)程中氣體可能越來(lái)越少(并未確定這種過(guò)程會(huì)減少這種氣體。)。以致于不能再產(chǎn)生新的恒星。10^14年后，所有恒星都會(huì)失去光輝，宇宙也就變暗。同時(shí)，恒星還會(huì)因相互作用不斷從星系逸出，星系則因損失能量而收縮，結(jié)果使中心部分生成黑洞，并通過(guò)吞食經(jīng)過(guò)其附近的恒星而長(zhǎng)大。(根據(jù)質(zhì)能守恒定律,形成恒星的氣體并不會(huì)減少而是轉(zhuǎn)換成其他形態(tài)。所以新的恒星可能會(huì)一直產(chǎn)生.) 10^17~10^18年后，對(duì)于一個(gè)星系來(lái)說(shuō)只剩下黑洞和一些零星分布的死亡了的恒星，這時(shí)，組成恒星的質(zhì)子不再穩(wěn)定。10^32年后，質(zhì)子開(kāi)始衰變?yōu)楣庾雍透鞣N輕子。10^71年后，這個(gè)衰變過(guò)程進(jìn)行完畢，宇宙中只剩下光子、輕子和一些巨大的黑洞。 10^108年后，通過(guò)蒸發(fā)作用，有能量的粒子會(huì)從巨大的黑洞中逃逸出。宇宙將歸于一片黑暗。這也許就是開(kāi)宇宙“末日”到來(lái)時(shí)的景象，但它仍然在不斷地、緩慢地膨脹著。(但質(zhì)子是否會(huì)衰變還未得到結(jié)論，因此根據(jù)質(zhì)能守恒定律。宇宙中的質(zhì)能會(huì)不停的轉(zhuǎn)換。) 閉宇宙的結(jié)局又會(huì)怎樣呢?閉宇宙中，膨脹過(guò)程結(jié)束時(shí)間的早晚取決于宇宙平均密度的大小。如果假設(shè)平均密度是臨界密度的2倍，那么根據(jù)一種簡(jiǎn)單的理論模型，經(jīng)過(guò)400~500億年后，當(dāng)宇宙半徑擴(kuò)大到目前的2倍左右時(shí)，引力開(kāi)始占上風(fēng)，膨脹即告停止，而接下來(lái)宇宙便開(kāi)始收縮。 以后的情況差不多就像一部宇宙影片放映結(jié)束后再倒放一樣，大爆炸后宇宙中所發(fā)生的一切重大變化將會(huì)反演。收縮幾百億年后，宇宙的平均密度又大致回到目前的狀態(tài)，不過(guò)，原來(lái)星系遠(yuǎn)離地球的退行運(yùn)動(dòng)將代之以向地球接近的運(yùn)動(dòng)。再過(guò)幾十億年，宇宙背景輻射會(huì)上升到400開(kāi)，并繼續(xù)上升，于是，宇宙變得非常熾熱而又稠密。 在坍縮過(guò)程中，星系會(huì)彼此并合，恒星間碰撞頻繁。 這些結(jié)局也只是假想推論的。 近幾年來(lái)，一批西方的天文學(xué)家發(fā)表了關(guān)于“宇宙無(wú)始無(wú)終”的新論斷。他們認(rèn)為，宇宙既沒(méi)有“誕生”之日，也沒(méi)有終結(jié)之時(shí)，而就是在一次又一次的大爆炸中進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，循環(huán)往復(fù)，以至無(wú)窮的。 至于“宇宙無(wú)始無(wú)終”的新論是否正確，科學(xué)家認(rèn)為，過(guò)幾年國(guó)際天文學(xué)界可望對(duì)此做出驗(yàn)證。

宇宙的創(chuàng)生

1.有些宇宙學(xué)家認(rèn)為，暴漲模型最徹底的改革也許是觀測(cè)宇宙中所有的物質(zhì)和能量從無(wú)中產(chǎn)生的觀點(diǎn)，這種觀點(diǎn)之所以在以前不能為人們接受，是因?yàn)榇嬖谥S多守恒定律，特別是重子數(shù)守恒和能量守恒。但隨著大統(tǒng)一理論的發(fā)展，重子數(shù)有可能是不守恒的，而宇宙中的引力能可粗略地說(shuō)是負(fù)的，并精確地抵消非引力能，總能量為零。因此就不存在已知的守恒律阻止觀測(cè)宇宙從無(wú)中演化出來(lái)的問(wèn)題。這種“無(wú)中生有”的觀點(diǎn)在哲學(xué)上包括兩個(gè)方面:①本體論方面。如果認(rèn)為“無(wú)”是絕對(duì)的虛無(wú)，則是錯(cuò)誤的。這不僅違反了人類已知的科學(xué)實(shí)踐，而且也違反了暴漲模型本身。按照該模型，我們所研究的觀測(cè)宇宙僅僅是整個(gè)暴漲區(qū)域的很小的一部分，在觀測(cè)宇宙之外并不是絕對(duì)的“無(wú)”?，F(xiàn)在觀測(cè)宇宙的物質(zhì)是從假真空狀態(tài)釋放出來(lái)的能量轉(zhuǎn)化而來(lái)的，這種真空能恰恰是一種特殊的物質(zhì)和能量形式，并不是創(chuàng)生于絕對(duì)的“無(wú)”。如果進(jìn)一步說(shuō)這種真空能起源于“無(wú)”，因而整個(gè)觀測(cè)宇宙歸根到底起源于“無(wú)”，那么這個(gè)“無(wú)”也只能是一種未知的物質(zhì)和能量形式。②認(rèn)識(shí)論和方法論方面。暴漲模型所涉及的宇宙概念是自然科學(xué)的宇宙概念。這個(gè)宇宙不論多么巨大，作為一個(gè)有限的物質(zhì)體系 ，也有其產(chǎn)生、發(fā)展和滅亡的歷史。暴漲模型把傳統(tǒng)的大爆炸宇宙學(xué)與大統(tǒng)一理論結(jié)合起來(lái)，認(rèn)為觀測(cè)宇宙中的物質(zhì)與能量形式不是永恒的，應(yīng)研究它們的起源。它把“無(wú)”作為一種未知的物質(zhì)和能量形式，把“無(wú)”和“有”作為一對(duì)邏輯范疇，探討我們的宇宙如何從“無(wú)”--未知的物質(zhì)和能量形式，轉(zhuǎn)化為“有”--已知的物質(zhì)和能量形式，這在認(rèn)識(shí)論和方法論上有一定意義。 2. 宇宙是如何起源的?空間和時(shí)間的本質(zhì)是什么?這是從2000多年前的古代哲學(xué)家到現(xiàn)代天文學(xué)家一直都在苦苦思索的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)了哥白尼、赫歇爾、哈勃的從太陽(yáng)系、銀河系、河外星系的探索宇宙三部曲，宇宙學(xué)已經(jīng)不再是幽深玄奧的抽象哲學(xué)思辯，而是建立在天文觀測(cè)和物理實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的一門現(xiàn)代科學(xué)。 目前學(xué)術(shù)界影響較大的“大爆炸宇宙論”是1927年由比利時(shí)數(shù)學(xué)家勒梅特提出的，他認(rèn)為最初宇宙的物質(zhì)集中在一個(gè)超原子的“宇宙蛋”里，在一次無(wú)與倫比的大爆炸中分裂成無(wú)數(shù)碎片，形成了今天的宇宙。1948年，俄裔美籍物理學(xué)家伽莫夫等人，又詳細(xì)勾畫出宇宙由一個(gè)致密熾熱的奇點(diǎn)于150億年前一次大爆炸后，經(jīng)一系列元素演化到最后形成星球、星系的整個(gè)膨脹演化過(guò)程的圖像。但是該理論存在許多使人迷惑之處。 宏觀宇宙是相對(duì)無(wú)限延伸的?！按蟊ㄓ钪嬲摗标P(guān)于宇宙當(dāng)初僅僅是一個(gè)點(diǎn)，而它周圍卻是一片空白，即將人類至今還不能確定范圍也無(wú)法計(jì)算質(zhì)量的宇宙壓縮在一個(gè)極小空間內(nèi)的假設(shè)只是一種臆測(cè)。況且從能量與質(zhì)量的正比關(guān)系考慮，一個(gè)小點(diǎn)無(wú)緣無(wú)故地突然爆炸成浩瀚宇宙的能量從何而來(lái)呢? 人類把地球繞太陽(yáng)轉(zhuǎn)一圈確定為衡量時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)--年。但宇宙中所有天體的運(yùn)動(dòng)速度都是不同的，在宇宙范圍，時(shí)間沒(méi)有衡量標(biāo)準(zhǔn)。譬如地球上東西南北的方向概念在宇宙范圍就沒(méi)有任何意義。既然年的概念對(duì)宇宙而言并不存在，大爆炸宇宙論又如何用年的概念去推算宇宙的確切年齡呢? 1929年，美國(guó)天文學(xué)家哈勃提出了星系的紅移量與星系間的距離成正比的哈勃定律，并推導(dǎo)出星系都在互相遠(yuǎn)離的宇宙膨脹說(shuō)。哈勃定律只是說(shuō)明了距離地球越遠(yuǎn)的星系運(yùn)動(dòng)速度越快--星系紅移量與星系距離呈正比關(guān)系。但他沒(méi)能發(fā)現(xiàn)很重要的另一點(diǎn)--星系紅移量與星系質(zhì)量也呈正比關(guān)系。 宇宙中星系間距離非常非常遙遠(yuǎn)，光線傳播因空間物質(zhì)的吸收、阻擋會(huì)逐漸減弱，那些運(yùn)動(dòng)速度越快的星系就是質(zhì)量越大的星系。質(zhì)量大，能量輻射就強(qiáng)，因此我們觀察到的紅移量極大的星系，當(dāng)然是質(zhì)量極大的星系。這就是被稱作“類星體”的遙遠(yuǎn)星系因質(zhì)量巨大而紅移量巨大的原因。另外那些質(zhì)量小、能量輻射弱的星系(除極少數(shù)距銀河系很近的星系，如大、小麥哲倫星系外)則很難觀察到，于是我們現(xiàn)在看到的星系大多呈紅移。而銀河系內(nèi)的恒星由于距地球近，大小恒星都能看到，所以恒星的紅移紫移數(shù)量大致相等。 導(dǎo)致星系紅移多紫移少的另一原因是:宇宙中的物質(zhì)結(jié)構(gòu)都是在一定范圍內(nèi)圍繞一個(gè)中心按圓形軌跡運(yùn)動(dòng)的，不是像大爆炸宇宙論描述的從一個(gè)中心向四周作放射狀的直線運(yùn)動(dòng)。因此，從地球看到的紫移星系范圍很窄，數(shù)量極少，只能是與銀河系同一方向運(yùn)動(dòng)的，前方比銀河系小的星系;后方比銀河系大的星系。只有將來(lái)研制出更高分辨程度的天文觀測(cè)儀器才能看到更多的紫移星系。 宇宙中的物質(zhì)分布出現(xiàn)不平衡時(shí)，局部物質(zhì)結(jié)構(gòu)會(huì)不斷發(fā)生膨脹和收縮變化，但宇宙整體結(jié)構(gòu)相對(duì)平衡的狀態(tài)不會(huì)改變。僅憑從地球角度觀測(cè)到的部分(不是全部)可見(jiàn)星系與地球之間距離的遠(yuǎn)近變化，不能說(shuō)明宇宙整體是在膨脹或收縮。就像地球上的海洋受引力作用不斷此漲彼消的潮汐現(xiàn)象并不說(shuō)明海水總量是在增加或減少一樣。 1994年，美國(guó)卡內(nèi)基研究所的弗里德曼等人，用估計(jì)宇宙膨脹速率的辦法計(jì)算宇宙年齡時(shí)，得出一個(gè)80~120億年的年齡計(jì)算值。然而根據(jù)對(duì)恒星光譜的分析，宇宙中最古老的恒星年齡為140~160億年。恒星的年齡倒比宇宙的年齡大。 1964年，美國(guó)工程師彭齊亞斯和威爾遜探測(cè)到的微波背景輻射，是因?yàn)椴紳M宇宙空間的各種物質(zhì)相互之間能量傳遞產(chǎn)生的效果。宇宙中的物質(zhì)輻射是時(shí)刻存在的，3K或5K的溫度值也只是人類根據(jù)自己判斷設(shè)計(jì)的一種衡量標(biāo)準(zhǔn)。這種能量輻射現(xiàn)象只能說(shuō)明宇宙中的物質(zhì)由于引力作用，在大尺度空間整體分布的相對(duì)均勻性和星際空間里確實(shí)存在大量我們目前還觀測(cè)不到的“暗物質(zhì)”。 至于大爆炸宇宙論中的氦豐度問(wèn)題，氦元素原本就是宇宙中存在的僅次于氫元素的數(shù)量極豐富的原子結(jié)構(gòu)，它在空間的百分比含量和其它元素的百分比含量同樣都屬于物質(zhì)結(jié)構(gòu)分布規(guī)律中很平常的物理現(xiàn)象。在宇宙大尺度范圍中，不僅氦元素的豐度相似，其余的氫、氧……元素的豐度也都是相似的。而且，各種元素是隨不同的溫度、環(huán)境而不斷互相變換的，并不是始終保持一副面孔，所以微波背景輻射和氦豐度與宇宙的起源之間看不出有任何必然的聯(lián)系。 大爆炸宇宙論面臨的難題還有，如果宇宙無(wú)限膨脹下去，最后的結(jié)局如何呢?德國(guó)物理學(xué)家克勞修斯指出，能量從非均勻分布到均勻分布的那種變化過(guò)程，適用于宇宙間的一切能量形式和一切事件，在任何給定物體中有一個(gè)基于其總能量與溫度之比的物理量，他把這個(gè)物理量取名為“熵”，孤立系統(tǒng)中的“熵”永遠(yuǎn)趨于增大。但在宇宙中總會(huì)有高“熵”和低“熵”的區(qū)域，不可能出現(xiàn)絕對(duì)均勻的狀態(tài)。所以，那種認(rèn)為由于“熵”水平的不斷升高而達(dá)到最大值時(shí)，宇宙就會(huì)進(jìn)入一片死寂的永恒狀態(tài)，最終“熱寂”而亡的結(jié)局，是把我們現(xiàn)在可觀測(cè)到的一部分宇宙范圍當(dāng)作整個(gè)宇宙的誤識(shí)。 根據(jù)天文觀測(cè)資料和物理理論描述宇宙的具體形態(tài)，星系的形態(tài)特征對(duì)研究宇宙結(jié)構(gòu)至關(guān)重要，從星系的運(yùn)動(dòng)規(guī)律可以推斷整個(gè)宇宙的結(jié)構(gòu)形態(tài)。而星系共有的圓形旋渦結(jié)構(gòu)就是整個(gè)宇宙的縮影，那些橢圓、棒旋等不同的星系形態(tài)只是因?yàn)樾窍的挲g和觀測(cè)角度不同而產(chǎn)生的視覺(jué)效果。 奇妙的螺旋形是自然界中最普遍、最基本的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)形式。這種螺旋現(xiàn)象對(duì)于認(rèn)識(shí)宇宙形態(tài)有著重要的啟迪作用，大至旋渦星系，小至DNA分子，都是在這種螺旋線中產(chǎn)生。大自然并不認(rèn)可筆直的形式，自然界所有物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)都是曲線運(yùn)動(dòng)方式的圓環(huán)形狀。從原子、分子到星球、星系直到星系團(tuán)、超星系團(tuán)無(wú)一例外，毋庸置疑，浩瀚的宇宙就是一個(gè)大旋渦。因此，確立一個(gè)“螺旋運(yùn)動(dòng)形態(tài)宇宙模型”，比那種作為所有物質(zhì)總和的“宇宙”卻脫離曲線運(yùn)動(dòng)模式而獨(dú)辟蹊徑，以直線運(yùn)動(dòng)方式從一個(gè)中心向四面八方無(wú)限伸展的“大爆炸宇宙模型”，更能體現(xiàn)真實(shí)的宇宙結(jié)構(gòu)形態(tài)。

大爆炸宇宙模型

(big-bang model) 一種廣為認(rèn)可的宇宙演化理論。其要點(diǎn)是，宇宙是從溫度和密度都極高的狀態(tài)中由一次“大爆炸”產(chǎn)生的。時(shí)間至少發(fā)生在100億年前。這種模型基于兩個(gè)假設(shè):第一是愛(ài)因斯坦提出的，能正確描述宇宙物質(zhì)的引力作用的廣義相對(duì)論;第二是所謂宇宙學(xué)原理，即宇宙中的觀測(cè)者所看到的事物既同觀測(cè)的方向無(wú)關(guān)也同所處的位置無(wú)關(guān)。這個(gè)原理只適用于宇宙的大尺度上，而它也意味著宇宙是無(wú)邊的。因此，宇宙的大爆炸源不是發(fā)生在空間的某一點(diǎn)，而是發(fā)生在同一時(shí)間的整個(gè)空間內(nèi)。有這兩個(gè)假設(shè)，就能計(jì)算出宇宙從某一確定時(shí)間(稱為普朗克時(shí)間)起始的歷史，而在此之前，何種物理規(guī)律在起作用至今還不清楚。宇宙從那時(shí)起迅速膨脹，使密度和溫度從原來(lái)極高的狀態(tài)降下來(lái)，緊接著，預(yù)示質(zhì)子衰變的一些過(guò)程也使物質(zhì)的數(shù)量遠(yuǎn)超過(guò)反物質(zhì)，如同我們今天所看到的一樣。許多基本粒子在這一階段也可能出現(xiàn)。過(guò)了幾秒鐘，宇宙溫度就降低到能形成某些原子核。這一理論還預(yù)言能形成一定數(shù)量的氫、氦和鋰的核素，豐度同今天所看到的一致。大約再過(guò)100萬(wàn)年后，宇宙進(jìn)一步冷卻，開(kāi)始形成原子，而充滿宇宙中的輻射則在宇宙空間自由傳播。這種輻射稱為宇宙微波背景輻射，它已經(jīng)被觀測(cè)所證實(shí)。除了原始物質(zhì)和輻射外大爆炸理論還預(yù)言，現(xiàn)在宇宙中應(yīng)充滿中微子，它們是無(wú)質(zhì)量或無(wú)電荷的基本粒子。現(xiàn)在科學(xué)家們正在努力找尋這種物質(zhì)。 大爆炸模型能統(tǒng)一地說(shuō)明以下幾個(gè)觀測(cè)事實(shí): (a)理論主張所有恒星都是在溫度下降后產(chǎn)生的，因而任何天體的年齡都應(yīng)比自溫度下降至今天這一段時(shí)間為短，即應(yīng)小于200億年。各種天體年齡的測(cè)量證明了這一點(diǎn)。 (b)觀測(cè)到河外天體有系統(tǒng)性的譜線紅移，而且紅移與距離大體成正比。如果用多普勒效應(yīng)來(lái)解釋，那么紅移就是宇宙膨脹的反映。 (c)在各種不同天體上，氦豐度相當(dāng)大，而且大都是30%。用恒星核反應(yīng)機(jī)制不足以說(shuō)明為什么有如此多的氦。而根據(jù)大爆炸理論，早期溫度很高，產(chǎn)生氦的效率也很高，則可以說(shuō)明這一事實(shí)。 (d)根據(jù)宇宙膨脹速度以及氦豐度等，可以具體計(jì)算宇宙每一歷史時(shí)期的溫度。 按照大爆炸理論，宇宙是137億年前從一個(gè)極小的點(diǎn)誕生的，從那里誕生了時(shí)間和空間、質(zhì)量和能量，從而由物質(zhì)小微粒聚集成大團(tuán)的物質(zhì)，最終形成星系、恒星和行星等。在大爆炸發(fā)生前，宇宙中沒(méi)有物質(zhì)，沒(méi)有能量，甚至沒(méi)有生命。 但是，大爆炸理論無(wú)法回答現(xiàn)在的宇宙在大爆炸發(fā)生之前到底是什么樣，或者說(shuō)發(fā)生這次大爆炸的原因是什么?按照大爆炸理論，宇宙沒(méi)有開(kāi)端。它只是一個(gè)循環(huán)不斷的過(guò)程，便是宇宙創(chuàng)生與毀滅并再創(chuàng)生的過(guò)程。 這只是一個(gè)設(shè)想，并不是一個(gè)完美的理論。

大爆炸的論據(jù)

大爆炸理論雖然并不成熟，但是仍然是主流的宇宙形成理論的關(guān)鍵就在于目前有一些證據(jù)支持大爆炸理論，比較傳統(tǒng)的證據(jù)如下所示: (a)紅位移 從地球的任何方向看去，遙遠(yuǎn)的星系都在離開(kāi)我們而去，故可以推出宇宙在膨脹，且離我們?cè)竭h(yuǎn)的星系，遠(yuǎn)離的速度越快。 (b)哈勃定律 哈勃定律就是一個(gè)關(guān)于星系之間相互遠(yuǎn)離速度和距離的確定的關(guān)系式。仍然是說(shuō)明宇宙的運(yùn)動(dòng)和膨脹。 V=H×D 其中，V(Km/sec)是遠(yuǎn)離速度;H(Km/sec/Mpc)是哈勃常數(shù)，為50;D(Mpc)是星系距離。1Mpc=3.26百萬(wàn)光年。 (c)氫與氦的豐存度 由模型預(yù)測(cè)出氫占25%，氦占75%，已經(jīng)由試驗(yàn)證實(shí)。 (d)微量元素的豐存度 對(duì)這些微量元素，在模型中所推測(cè)的豐存度與實(shí)測(cè)的相同。 (e)3K的宇宙背景輻射 根據(jù)大爆炸學(xué)說(shuō)，宇宙因膨脹而冷卻，現(xiàn)今的宇宙中仍然應(yīng)該存在當(dāng)時(shí)產(chǎn)生的輻射余燼，1965年，3K的背景輻射被測(cè)得。 (f)背景輻射的微量不均勻 證明宇宙最初的狀態(tài)并不均勻，所以才有現(xiàn)在的宇宙和現(xiàn)在星系和星團(tuán)的產(chǎn)生。 (g)宇宙大爆炸理論的新證據(jù) 在2000年12月份的英國(guó)《自然》雜志上，科學(xué)家們稱他們又發(fā)現(xiàn)了新的證據(jù)，可以用來(lái)證實(shí)宇宙大爆炸理論。 長(zhǎng)期以來(lái)，一直有一種理論認(rèn)為宇宙最初是一個(gè)質(zhì)量極大，體積極小，溫度極高的點(diǎn)，然后這個(gè)點(diǎn)發(fā)生了爆炸，隨著體積的膨脹，溫度不斷降低。至今，宇宙中還有大爆炸初期殘留的稱為“宇宙背景輻射”的宇宙射線。 科學(xué)家們?cè)诜治隽擞钪嬷幸粋€(gè)遙遠(yuǎn)的氣體云在數(shù)十億年前從一個(gè)類星體中吸收的光線后發(fā)現(xiàn)，其溫度確實(shí)比現(xiàn)在的宇宙溫度要高。他們發(fā)現(xiàn)，背景溫度約為-263. 89攝氏度，比現(xiàn)在測(cè)量的-273.33的宇宙溫度要高。

那些都是一些糊弄人的理論，還是不要去找了，建議你去看一下現(xiàn)在的實(shí)驗(yàn)物理的一些成就。



你去找一下華裔科學(xué)家丁肇中的一些講課視頻，我覺(jué)得他說(shuō)的很客觀，他的一些成就已經(jīng)也很切合實(shí)際，別的話，世界還沒(méi)有什么突破性的進(jìn)展，基本還保持著你所了解的低端水平，很多現(xiàn)在的理論都只是猜測(cè)，也沒(méi)有實(shí)際的使用價(jià)值，要說(shuō)有的話都是在納米以及無(wú)線電領(lǐng)域，這些也比較熱門，你還是早這些視頻比較好。



這個(gè)學(xué)期我學(xué)了物理學(xué)與人類文明，老師也在課堂上放了很多這樣的視頻，也講了許多，說(shuō)實(shí)話，沒(méi)多大意思。