有關(guān)宇宙的知識

宇宙概括
宇宙是由空間、時間、物質(zhì)和能量，所構(gòu)成的統(tǒng)一體。
宇宙是萬物的總稱，是時間和空間的統(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)動和發(fā)展中，。宇宙是多樣又統(tǒng)一的；多樣在物質(zhì)表現(xiàn)狀態(tài)的多樣性；統(tǒng)一在于其物質(zhì)性。
分層次的認(rèn)識宇宙
從哲學(xué)的觀點(diǎn)看。人們認(rèn)為宇宙是無始無終，無邊無際的。不過，對這個深奧的概念我們不打算做深入的探討，還是留給哲學(xué)家們?nèi)パ芯俊Ｎ覀儾环涟蜒酃饪s小一些，講一講利用我們現(xiàn)有的科學(xué)技術(shù)所能了解和觀測的宇宙，人們把它稱為“我們的宇宙”或“總星系”。
從最新的觀測資料看，人們已觀測到的離我們最遠(yuǎn)的星系是130億光年。也就是說，如果有一束光以每秒30萬千米的速度從該星系發(fā)出，那么要經(jīng)過130億年才能到達(dá)地球。這130億光年的距離便是我們今天(2009年)所知道的宇宙的范圍。再說得明確一些，我們今天所知道的宇宙范圍，或者說大小，是一個以地球?yàn)橹行?，?30億光年的距離為半徑的球形空間。當(dāng)然，地球并不真的是什么宇宙的中心，宇宙也未必是一個球體，只是限于我們目前的觀測能力，我們只能了解到這一程度。
在這個以130億光年為半徑的球形空間里，目前已被人們發(fā)現(xiàn)和觀測到的星系大約有1250億個，而每個星系又擁有像太陽這樣的恒星幾百到幾萬億顆。因此只要做一道簡單的數(shù)學(xué)題，你就不難了解到，在我們已經(jīng)觀測到的宇宙中擁有多少星星。地球在如此浩瀚的宇宙中，真如滄海一粟，渺小得微不足道。
一直以來， 天文學(xué)家和我們一樣，想知道宇宙究竟有多大。最近，美國的太空網(wǎng)報道，經(jīng)過艱苦的計算工作，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)宇宙超乎尋常的大，其長度至少為1560億光年?！斑@樣一個有關(guān)宇宙大小的發(fā)現(xiàn)，顯然是以‘宇宙是球形的，是有限無邊的’為前提條件的。”中國國家天文臺的研究員陳大明在接受記者專訪時說，“長期以來，宇宙學(xué)研究領(lǐng)域一直有這樣一個爭論，宇宙究竟是球形的、馬鞍形的、還是平坦的?！北本煼洞髮W(xué)副教授張同杰說：“國際主流宇宙學(xué)普遍認(rèn)為宇宙是平坦的，是無限的。”那么，圍繞宇宙的爭論從何而來？理據(jù)何在？一種最為普遍的觀點(diǎn)：在大爆炸之后，宇宙誕生了?！案鶕?jù)現(xiàn)代宇宙學(xué)中最有影響的大爆炸學(xué)說，我們的宇宙是大約137億年前由一個非常小的點(diǎn)爆炸產(chǎn)生的，目前宇宙仍在膨脹?！标惔竺餮芯繂T說，“這一學(xué)說得到大量天文觀測的證實(shí)?！边@一學(xué)說認(rèn)為，宇宙誕生初期，溫度非常高，隨著宇宙的膨脹，溫度開始降低，中子、質(zhì)子、電子產(chǎn)生了。此后，這些基本粒子就形成了各種元素，這些物質(zhì)微粒相互吸引、融合，形成越來越大的團(tuán)塊，這些團(tuán)塊又逐漸演化成星系，恒星、行星，在個別的天體上還出現(xiàn)了生命現(xiàn)象，能夠認(rèn)識宇宙的人類最終誕生了。宇宙是球形的、有限無邊的？“認(rèn)為宇宙是球形的觀點(diǎn)在很長時間內(nèi)存在著，盡管不是國際宇宙學(xué)界的主流?！标惔竺鹘榻B說，“它的每一次提出，都會引起人們的關(guān)注，就是因?yàn)檫@一觀點(diǎn)很奇特?！币粋€最為明顯的例子就是不久前，由美國數(shù)學(xué)家杰弗里·威克斯構(gòu)建的宇宙模型：一個大小有限、形狀如同足球的鏡子迷宮?！靶稳缱闱颉钡哪Ｐ土羁茖W(xué)界震驚，因?yàn)檫@一學(xué)說宣稱，宇宙之所以令人產(chǎn)生無邊無界的“錯覺”，是因?yàn)檫@個有限空間通過“返轉(zhuǎn)”效應(yīng)無限重復(fù)映現(xiàn)自身。威克斯認(rèn)為，人們之所以感覺宇宙是無限的，是因?yàn)橛钪婢拖褚粋€鏡子迷宮，光線傳過來又傳過去，讓人們發(fā)生錯覺，誤以為宇宙在無限伸展。這一驚人推斷后來被《新科學(xué)家》雜志收錄，同時作為一種“奇談”在民間廣為流傳著。
宇宙年齡定義
宇宙年齡（universe，age of）宇宙從某個特定時刻到現(xiàn)在的時間間隔。對于某些宇宙模型，如牛頓宇宙模型、等級模型、穩(wěn)恒態(tài)模型等，宇宙年齡沒有意義。在通常的演化的宇宙模型里，宇宙年齡指宇宙標(biāo)度因子為零起到現(xiàn)在時刻的時間間隔。通常，哈勃年齡是宇宙年齡的上限，可以作為宇宙年齡的某種度量。根據(jù)大爆炸宇宙模型推算，宇宙年齡大約200億年。
年齡推算
宇宙年齡為一百二十五億年
【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，我們的太陽就是這無數(shù)恒星中的一顆。原本人們想象宇宙會因引力而不在膨脹，但是，科學(xué)家已發(fā)現(xiàn)宇宙中有一種 “暗能量”會產(chǎn)生一種斥力而加速宇宙的膨脹。
大爆炸后的膨脹過程是一種引力和斥力之爭，爆炸產(chǎn)生的動力是一種斥力，它使宇宙中的天體不斷遠(yuǎn)離；天體間又存在萬有引力，它會阻止天體遠(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，還是最終會停止膨脹并反過來收縮變小，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，宇宙就會一直膨脹下去，稱為開宇宙；要是物質(zhì)的平均密度大于臨界密度，膨脹過程遲早會停下來，并隨之出現(xiàn)收縮，稱為閉宇宙。
問題似乎變得很簡單，但實(shí)則不然。理論計算得出的臨界密度為5×10^-30克/厘米3。但要測定宇宙中物質(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，如果把目前所觀測到的全部發(fā)光物質(zhì)的質(zhì)量平攤到整個宇宙空間，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到的所謂的暗物質(zhì)，其數(shù)量可能遠(yuǎn)超過可見物質(zhì)，這給平均密度的測定帶來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有爭議的問題。不過，就目前來看，開宇宙的可能性大一些。
恒星演化到晚期，會把一部分物質(zhì)（氣體）拋入星際空間，而這些氣體又可用來形成下一代恒星。這一過程會使氣體越耗越少，以致最后再沒有新的恒星可以形成。10^14年后，所有恒星都會失去光輝，宇宙也就變暗。同時，恒星還會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，并通過吞食經(jīng)過其附近的恒星而長大。
10^17～10^18年后，對于一個星系來說只剩下黑洞和一些零星分布的死亡了的恒星，這時，組成恒星的質(zhì)子不再穩(wěn)定。當(dāng)宇宙到10^24歲時，質(zhì)子開始衰變?yōu)楣庾雍透鞣N輕子。10^32歲時，這個衰變過程進(jìn)行完畢，宇宙中只剩下光子、輕子和一些巨大的黑洞。
10^100年后，通過蒸發(fā)作用，有能量的粒子會從巨大的黑洞中逸出，并最終完全消失，宇宙將歸于一片黑暗。這也許就是開宇宙末日到來時的景象，但它仍然在不斷地、緩慢地膨脹著。
閉宇宙的結(jié)局又會怎樣呢？閉宇宙中，膨脹過程結(jié)束時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)一種簡單的理論模型，經(jīng)過400～500億年后，當(dāng)宇宙半徑擴(kuò)大到目前的2倍左右時，引力開始占上風(fēng)，膨脹即告停止，而接下來宇宙便開始收縮。
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，原來星系遠(yuǎn)離地球的退行運(yùn)動將代之以向地球接近的運(yùn)動。再過幾十億年，宇宙背景輻射會上升到400開，并繼續(xù)上升，于是，宇宙變得非常熾熱而又稠密，收縮也越來越快。
在坍縮過程中，星系會彼此并合，恒星間碰撞頻繁。一旦宇宙溫度上升到4000開，電子就從原子中游離出來；溫度達(dá)到幾百萬度時，所有中子和質(zhì)子從原子核中掙脫出來。很快，宇宙進(jìn)入“大暴縮”階段，一切物質(zhì)和輻射極其迅速地被吞進(jìn)一個密度無限高、空間無限小的區(qū)域，回復(fù)到大爆炸發(fā)生時的狀態(tài).