宇宙科普有聲書

圍繞一個問題弄得哦，夠不？

宇宙知識——宇宙在膨脹嗎？



夏日夜空，繁星閃爍，不禁使人陷入對宇宙的遐想之中。20世紀10～20年代，天文學家發(fā)現(xiàn)遠星系光譜線的頻率隨著它離我們距離的遠近而有規(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：對遙遠星系，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)，這紅移叫宇宙學紅移。此后，在紅外及整個電磁波波段都觀測到了這個規(guī)律。它被解釋為是由星系系統(tǒng)地向遠離我們的方向運動時的多普勒效應產(chǎn)主的。這就像火車遠離我們行駛時汽笛的聲調(diào)（即頻率）比靜止不動時的聲調(diào)更低一樣，由此得出星系都在做遠離我們的運動，離我們越遠運動速度越快的結(jié)論。這就好像是摻有葡萄干的面包在烤箱中膨脹起來一樣。這個模型叫宇宙膨脹模型或大爆炸模型。近年來在宇宙膨脹的基礎上又提出了爆脹宇宙等多種改進模型。

從宇宙膨脹的觀點出發(fā)，利用哈勃公式反推到過去宇宙中所有天體應該聚集于一點，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，從而得出了時間是有開端，空間是有限的結(jié)論。宇宙從大爆炸到現(xiàn)在究竟經(jīng)過了多少時間，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，但在觀測上，這個數(shù)值有些勉強。究竟是多少，一直沒有定論。近年來用哈勃太空望遠鏡觀測的結(jié)果傾向于取80。這樣算出的年齡為120億年，矛盾還很明顯。宇宙將來是一直膨脹下去還是又收縮回來，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，因為觀測的距離越遠，平均密度越小，下限有沒有還不能確定。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期的光經(jīng)過上百億年后的遺跡，是大爆炸宇宙的一大證據(jù)，但這種解釋并不是唯一的，因為宇宙空間中充滿介質(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。

仔細分析起來，問題可能出在將光譜線的紅移都解釋為星系運動的多普勒效應上。過去，人們曾用多普勒效應解釋了銀河系內(nèi)恒星的光譜線移動，從而成功地確定了星系內(nèi)存在自轉(zhuǎn)現(xiàn)象。但現(xiàn)在天文觀測中卻發(fā)現(xiàn)一些紅移現(xiàn)象，若用運動的多普勒效應解釋就存在許多困難，這促使人們考慮到必然還有其他機制能產(chǎn)生紅移，這里列舉幾種觀測結(jié)果。

①多普勒效應對同一個天體，其紅移量與光譜線的頻率無關(guān)，因此觀測每個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產(chǎn)生的。1949年威爾遜對星系NGC4151的觀測結(jié)果表明，雖然不同頻率的紅移量差別不大，但也超出了觀測的誤差范圍，頻率越高，紅移量越小。這樣至少可以認為宇宙紅移不完全是由多普勒效應產(chǎn)生的。

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

③先驅(qū)6號宇宙飛船發(fā)射的遙測信號中心頻率為2292兆赫，當飛船繞到太陽背面經(jīng)過太陽邊緣時觀測到異常紅移現(xiàn)象。

④類星體紅移量一般都很大，如果把這都歸結(jié)為多普勒效應，算出的距離一般在100百萬秒差距以上。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制。有些天文學家認為，類星體的紅移中至少有一部分不是由多普勒效應產(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解釋，那么它產(chǎn)生的原因究竟是什么呢。光在發(fā)射時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)律地只隨著遠離我們的距離而變化，就難以理解了。光在它漫長的傳播路徑上經(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。除了有能對星光產(chǎn)生可見效應的星系際氣體、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，星系間基本粒子的質(zhì)量占了整個宇宙總質(zhì)量的絕大部分，它們是看不見的。

光與介質(zhì)的相互作用是復雜的，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度最大。其實，人們早已熟知光子在傳播過程中由于與介質(zhì)的相互作用會逐漸轉(zhuǎn)變成低頻的光子。但過去人們認為這只會使譜線衰減而不會產(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，不像通常認為的那樣譜線會被平滑而消失，而是譜線被整體地移動，在遠距離傳播中，光的頻譜的變化就好像在譜卒域中傳播的波一樣。這里頻率域相當于弦，光譜的強度相當弦的振幅，一條譜線對應于弦上的一個波峰，弦上波峰的傳播對應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)生的頻率電較原來頻率低的能量大于較原來頻率高的能量，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。由實際經(jīng)驗知道，通?？偸堑皖l成分多于高頻成分，所以實際上常觀測到紅移。

星系際空間是充滿介質(zhì)的，星光必須通過介質(zhì)才能到達地球，所以光譜線必定會紅移，而且距離越遠紅移量越大，這與哈勃公式是一致的。對宇宙紅移來說，應先扣除介質(zhì)產(chǎn)生的紅移效應，剩余部分才可能解釋成多普勒效應，這是處理觀測數(shù)據(jù)所必需的步驟。但以前在得出膨脹宇宙模型時，并沒有做這件工作，扣除后的結(jié)果無非是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，這時膨脹速度要比現(xiàn)在認為的速度慢得多，宇宙的年齡也比現(xiàn)在算出的大許多。③是負值，宇宙正在收縮。由于我們目前對宇宙空間的情況了解甚少，雖然對地球上的介質(zhì)與波的相互作用知道一些，但畢竟對在星系際空間中實際發(fā)生的情況知道甚微，也許還有些重要的相互作用沒有認識到，介質(zhì)產(chǎn)生紅移扣除的結(jié)果很難認為是已經(jīng)完成。也許我們應當反過來，即從宇宙紅移來反推星系際介質(zhì)的情況，這是因為，我們所看到的宇宙是有層次的，有行星、恒星、星團、星系，星系團，總星系等，它們的平均密度呈指數(shù)下降，這些都說明宇宙是不均勻的。地球繞太陽轉(zhuǎn)動，太陽繞銀河系中心轉(zhuǎn)動，銀河系繞本星系團的中心轉(zhuǎn)動，星系團又繞以宇宙背景輻射所表征的經(jīng)過平均后的星系際空間的介質(zhì)運動，宇宙也不是各向同性的。這是我們所能看見的最遠的宇宙的情況。

大家知道。對于一個引力系統(tǒng)來說，只有具有一定的角動量（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，可以認為宇宙紅移主要是光通過星系際介質(zhì)時的頻域波。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)的效應后才能確定。而扣除介質(zhì)的效應需要對星系際介質(zhì)有較詳細的了解，這在目前還難以做到。也許應該從我們所觀測到的宇宙是較穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)出發(fā)，用紅移資料來反推介質(zhì)的情況。人類就是這樣在不斷探索中來認識宇宙的。

看《時間簡史》去吧

重力就是萬有引力。萬有引力的適用范圍遠遠地超過了地球本身，它適用于宇宙中的任何天體，包括太陽、月球、星星和地球。
在遠離地球的太空中，重力會大大減弱，在足夠遠的距離上，地球的引力可以忽略不計。但宇宙中不只一個天體，眾多天體的引力會形成一個引力場。因此，太空不會是失重環(huán)境。當然，就局部地區(qū)說，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。繞地球飛行的載人飛船，離地面一般只有幾百千米，那里的太空當然不會是零重力環(huán)境，即使在36000千米高空繞地球飛行的航天器，其周圍太空也不會是零重力，而只能是輕重力，即重力比地球表面上小（幾乎可以忽略不計）。 （資料摘自網(wǎng)絡）

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

夏日夜空，繁星閃爍，不禁使人陷入對宇宙的遐想之中。20世紀10～20年代，天文學家發(fā)現(xiàn)遠星系光譜線的頻率隨著它離我們距離的遠近而有規(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：對遙遠星系，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)，這紅移叫宇宙學紅移。此后，在紅外及整個電磁波波段都觀測到了這個規(guī)律。它被解釋為是由星系系統(tǒng)地向遠離我們的方向運動時的多普勒效應產(chǎn)主的。這就像火車遠離我們行駛時汽笛的聲調(diào)（即頻率）比靜止不動時的聲調(diào)更低一樣，由此得出星系都在做遠離我們的運動，離我們越遠運動速度越快的結(jié)論。這就好像是摻有葡萄干的面包在烤箱中膨脹起來一樣。這個模型叫宇宙膨脹模型或大爆炸模型。近年來在宇宙膨脹的基礎上又提出了爆脹宇宙等多種改進模型。

從宇宙膨脹的觀點出發(fā)，利用哈勃公式反推到過去宇宙中所有天體應該聚集于一點，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，從而得出了時間是有開端，空間是有限的結(jié)論。宇宙從大爆炸到現(xiàn)在究竟經(jīng)過了多少時間，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，但在觀測上，這個數(shù)值有些勉強。究竟是多少，一直沒有定論。近年來用哈勃太空望遠鏡觀測的結(jié)果傾向于取80。這樣算出的年齡為120億年，矛盾還很明顯。宇宙將來是一直膨脹下去還是又收縮回來，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，因為觀測的距離越遠，平均密度越小，下限有沒有還不能確定。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期的光經(jīng)過上百億年后的遺跡，是大爆炸宇宙的一大證據(jù)，但這種解釋并不是唯一的，因為宇宙空間中充滿介質(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。

仔細分析起來，問題可能出在將光譜線的紅移都解釋為星系運動的多普勒效應上。過去，人們曾用多普勒效應解釋了銀河系內(nèi)恒星的光譜線移動，從而成功地確定了星系內(nèi)存在自轉(zhuǎn)現(xiàn)象。但現(xiàn)在天文觀測中卻發(fā)現(xiàn)一些紅移現(xiàn)象，若用運動的多普勒效應解釋就存在許多困難，這促使人們考慮到必然還有其他機制能產(chǎn)生紅移.

夏日夜空，繁星閃爍，不禁使人陷入對宇宙的遐想之中。20世紀10～20年代，天文學家發(fā)現(xiàn)遠星系光譜線的頻率隨著它離我們距離的遠近而有規(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：對遙遠星系，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)，這紅移叫宇宙學紅移。此后，在紅外及整個電磁波波段都觀測到了這個規(guī)律。它被解釋為是由星系系統(tǒng)地向遠離我們的方向運動時的多普勒效應產(chǎn)主的。這就像火車遠離我們行駛時汽笛的聲調(diào)（即頻率）比靜止不動時的聲調(diào)更低一樣，由此得出星系都在做遠離我們的運動，離我們越遠運動速度越快的結(jié)論。這就好像是摻有葡萄干的面包在烤箱中膨脹起來一樣。這個模型叫宇宙膨脹模型或大爆炸模型。近年來在宇宙膨脹的基礎上又提出了爆脹宇宙等多種改進模型。
從宇宙膨脹的觀點出發(fā)，利用哈勃公式反推到過去宇宙中所有天體應該聚集于一點，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，從而得出了時間是有開端，空間是有限的結(jié)論。宇宙從大爆炸到現(xiàn)在究竟經(jīng)過了多少時間，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，但在觀測上，這個數(shù)值有些勉強。究竟是多少，一直沒有定論。近年來用哈勃太空望遠鏡觀測的結(jié)果傾向于取80。這樣算出的年齡為120億年，矛盾還很明顯。宇宙將來是一直膨脹下去還是又收縮回來，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，因為觀測的距離越遠，平均密度越小，下限有沒有還不能確定。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期的光經(jīng)過上百億年后的遺跡，是大爆炸宇宙的一大證據(jù)，但這種解釋并不是唯一的，因為宇宙空間中充滿介質(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。
仔細分析起來，問題可能出在將光譜線的紅移都解釋為星系運動的多普勒效應上。過去，人們曾用多普勒效應解釋了銀河系內(nèi)恒星的光譜線移動，從而成功地確定了星系內(nèi)存在自轉(zhuǎn)現(xiàn)象。但現(xiàn)在天文觀測中卻發(fā)現(xiàn)一些紅移現(xiàn)象，若用運動的多普勒效應解釋就存在許多困難，這促使人們考慮到必然還有其他機制能產(chǎn)生紅移.

大爆炸宇宙學

現(xiàn)代宇宙學中最有影響的一種學說。與其它宇宙模型相比，它能說明較多的觀測事實。它的主要觀點是認為我們的宇宙曾有一段從熱到冷的演化史。在這個時期里，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程如同一次規(guī)模很大的爆發(fā)。根據(jù) 大爆炸宇宙學的觀點，大爆炸的整個過程是：在宇宙的早期，溫度極高，在 100億度以上。物質(zhì)密度也相當大，整個宇宙體系達到平衡。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)。但是因為整 個體系在不斷膨脹，結(jié)果溫度很快下降。當溫度降到10億度左右時，中子 開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；化學元素就是從這一時期開始形成的。溫度進一步下降到100萬度 后，早期形成化學元素的過程結(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。當溫度降到幾千度時，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)一說明以下幾個觀測事實：
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比自溫 度至今天這一段時間為短，即應小于200億年。各種天體年齡的測量證明 了這一點。

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

3在各種 不同天體上，氦豐度相當大，而且大都是30％。用恒星核反應機制不足以 說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，則可以說明這一事實。

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

宇宙(Universe)是由空間、時間、物質(zhì)和能量，所構(gòu)成的統(tǒng)一體。是一切空間和時間的綜合。一般理解的宇宙指我們所存在的一個時空連續(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

在多元化的漢語中，“宇”代表上下四方，即所有的空間，“宙”代表古往今來，即所有的時間，“宇”:無限空間，“宙”:無限時間。所以“宇宙”這個詞有“所有的時間和空間”的意思。 把“宇宙”的概念與時間和空間聯(lián)系在一起，體現(xiàn)了我國古代人民的獨特智慧。 “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，是無邊無際的;“宙”代指的是一切的時間，包括過去，現(xiàn)在等，是無始無終的。 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，并處于不斷運動和發(fā)展中。宇宙是多樣又統(tǒng)一的，它包括一切，是所有時間和空間的統(tǒng)一體，沒有時間和空間就沒有一切。所以它包含了全部。



起源

所謂大爆炸理論，簡單地說就是宇宙開始的時候是由一個火球爆炸而形成的。近代科學研究發(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的醫(yī)生發(fā)現(xiàn)的。他在夜空觀查星星時發(fā)現(xiàn)，每個星球間的距離并沒有因為萬有引力的關(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有引力。他就把這現(xiàn)象假設為宇宙在不斷地膨脹。 后來科學家們又發(fā)現(xiàn)了紅移現(xiàn)象，就是遠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。這說明了星球在遠離地球。接著愛因斯坦提出了廣義相對論，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說。1931年，美國天文學家以先進的天文望遠鏡發(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。 到了40年代，科學家們預測宇宙是由大爆炸產(chǎn)生的，那么它爆炸之后必定會有殘馀物質(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。這假設在當時并沒被證實。在60年代時，貝爾實驗室的科學家為電訊研究架起天線時發(fā)現(xiàn)一直聽到噪音，而這噪音所代表的溫度為零下260度左右。在此同時普林斯頓大學的物理學家們也在憑理論找尋大爆炸后的馀波，后來這兩組工作研究聯(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)表證實了大爆炸的理論。



宇宙大爆炸學說

宇宙大爆炸(Big Bang)僅僅是一種學說，是根據(jù)天文觀測研究后得到的一種設 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，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。大爆炸的整個過程是復雜的，現(xiàn)在只能從理論研究的基礎上，描繪過去遠古的宇宙發(fā)展史。在這150億年中先后誕生了星系團、星系、我們的銀河系、恒星、太陽系、行星、衛(wèi)星等?，F(xiàn)在我們看見的和看不見的一切天體和宇宙物質(zhì)，形成了當今的宇宙形態(tài)，人類就是在這一宇宙演變中誕生的。

宇宙的不斷膨脹

科學家認為它起源為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再膨脹，但是，科學家已發(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離;天體間又存在萬有引力，它會阻止天體遠離，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，但實則不然。理論計算得出的臨界密度為5×8^-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，遠遠低于上述臨界密度。 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 NGC 5139 半人馬座Ω

空間，而這些氣體又可用來形成下一代恒星。這一過程中氣體可能越來越少(并未確定這種過程會減少這種氣體。)。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。(根據(jù)質(zhì)能守恒定律,形成恒星的氣體并不會減少而是轉(zhuǎn)換成其他形態(tài)。所以新的恒星可能會一直產(chǎn)生.) 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。10^32年后，質(zhì)子開始衰變?yōu)楣庾雍透鞣N輕子。10^71年后，這個衰變過程進行完畢，宇宙中只剩下光子、輕子和一些巨大的黑洞。 10^108年后，通過蒸發(fā)作用，有能量的粒子會從巨大的黑洞中逃逸出。宇宙將歸于一片黑暗。這也許就是開宇宙“末日”到來時的景象，但它仍然在不斷地、緩慢地膨脹著。(但質(zhì)子是否會衰變還未得到結(jié)論，因此根據(jù)質(zhì)能守恒定律。宇宙中的質(zhì)能會不停的轉(zhuǎn)換。) 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，當宇宙半徑擴大到目前的2倍左右時，引力開始占上風，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，原來星系遠離地球的退行運動將代之以向地球接近的運動。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。 在坍縮過程中，星系會彼此并合，恒星間碰撞頻繁。 這些結(jié)局也只是假想推論的。 近幾年來，一批西方的天文學家發(fā)表了關(guān)于“宇宙無始無終”的新論斷。他們認為，宇宙既沒有“誕生”之日，也沒有終結(jié)之時，而就是在一次又一次的大爆炸中進行運動，循環(huán)往復，以至無窮的。 至于“宇宙無始無終”的新論是否正確，科學家認為，過幾年國際天文學界可望對此做出驗證。

宇宙的創(chuàng)生

1.有些宇宙學家認為，暴漲模型最徹底的改革也許是觀測宇宙中所有的物質(zhì)和能量從無中產(chǎn)生的觀點，這種觀點之所以在以前不能為人們接受，是因為存在著許多守恒定律，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是負的，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宇宙從無中演化出來的問題。這種“無中生有”的觀點在哲學上包括兩個方面:①本體論方面。如果認為“無”是絕對的虛無，則是錯誤的。這不僅違反了人類已知的科學實踐，而且也違反了暴漲模型本身。按照該模型，我們所研究的觀測宇宙僅僅是整個暴漲區(qū)域的很小的一部分，在觀測宇宙之外并不是絕對的“無”?，F(xiàn)在觀測宇宙的物質(zhì)是從假真空狀態(tài)釋放出來的能量轉(zhuǎn)化而來的，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)生于絕對的“無”。如果進一步說這種真空能起源于“無”，因而整個觀測宇宙歸根到底起源于“無”，那么這個“無”也只能是一種未知的物質(zhì)和能量形式。②認識論和方法論方面。暴漲模型所涉及的宇宙概念是自然科學的宇宙概念。這個宇宙不論多么巨大，作為一個有限的物質(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)的大爆炸宇宙學與大統(tǒng)一理論結(jié)合起來，認為觀測宇宙中的物質(zhì)與能量形式不是永恒的，應研究它們的起源。它把“無”作為一種未知的物質(zhì)和能量形式，把“無”和“有”作為一對邏輯范疇，探討我們的宇宙如何從“無”--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，這在認識論和方法論上有一定意義。 2. 宇宙是如何起源的?空間和時間的本質(zhì)是什么?這是從2000多年前的古代哲學家到現(xiàn)代天文學家一直都在苦苦思索的問題。經(jīng)過了哥白尼、赫歇爾、哈勃的從太陽系、銀河系、河外星系的探索宇宙三部曲，宇宙學已經(jīng)不再是幽深玄奧的抽象哲學思辯，而是建立在天文觀測和物理實驗基礎上的一門現(xiàn)代科學。 目前學術(shù)界影響較大的“大爆炸宇宙論”是1927年由比利時數(shù)學家勒梅特提出的，他認為最初宇宙的物質(zhì)集中在一個超原子的“宇宙蛋”里，在一次無與倫比的大爆炸中分裂成無數(shù)碎片，形成了今天的宇宙。1948年，俄裔美籍物理學家伽莫夫等人，又詳細勾畫出宇宙由一個致密熾熱的奇點于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、星系的整個膨脹演化過程的圖像。但是該理論存在許多使人迷惑之處。 宏觀宇宙是相對無限延伸的?！按蟊ㄓ钪嬲摗标P(guān)于宇宙當初僅僅是一個點，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法計算質(zhì)量的宇宙壓縮在一個極小空間內(nèi)的假設只是一種臆測。況且從能量與質(zhì)量的正比關(guān)系考慮，一個小點無緣無故地突然爆炸成浩瀚宇宙的能量從何而來呢? 人類把地球繞太陽轉(zhuǎn)一圈確定為衡量時間的標準--年。但宇宙中所有天體的運動速度都是不同的，在宇宙范圍，時間沒有衡量標準。譬如地球上東西南北的方向概念在宇宙范圍就沒有任何意義。既然年的概念對宇宙而言并不存在，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，美國天文學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，并推導出星系都在互相遠離的宇宙膨脹說。哈勃定律只是說明了距離地球越遠的星系運動速度越快--星系紅移量與星系距離呈正比關(guān)系。但他沒能發(fā)現(xiàn)很重要的另一點--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，光線傳播因空間物質(zhì)的吸收、阻擋會逐漸減弱，那些運動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，因此我們觀察到的紅移量極大的星系，當然是質(zhì)量極大的星系。這就是被稱作“類星體”的遙遠星系因質(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)圍繞一個中心按圓形軌跡運動的，不是像大爆炸宇宙論描述的從一個中心向四周作放射狀的直線運動。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動的，前方比銀河系小的星系;后方比銀河系大的星系。只有將來研制出更高分辨程度的天文觀測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，局部物質(zhì)結(jié)構(gòu)會不斷發(fā)生膨脹和收縮變化，但宇宙整體結(jié)構(gòu)相對平衡的狀態(tài)不會改變。僅憑從地球角度觀測到的部分(不是全部)可見星系與地球之間距離的遠近變化，不能說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)象并不說明海水總量是在增加或減少一樣。 1994年，美國卡內(nèi)基研究所的弗里德曼等人，用估計宇宙膨脹速率的辦法計算宇宙年齡時，得出一個80~120億年的年齡計算值。然而根據(jù)對恒星光譜的分析，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，美國工程師彭齊亞斯和威爾遜探測到的微波背景輻射，是因為布滿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)輻射是時刻存在的，3K或5K的溫度值也只是人類根據(jù)自己判斷設計的一種衡量標準。這種能量輻射現(xiàn)象只能說明宇宙中的物質(zhì)由于引力作用，在大尺度空間整體分布的相對均勻性和星際空間里確實存在大量我們目前還觀測不到的“暗物質(zhì)”。 至于大爆炸宇宙論中的氦豐度問題，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，如果宇宙無限膨脹下去，最后的結(jié)局如何呢?德國物理學家克勞修斯指出，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基于其總能量與溫度之比的物理量，他把這個物理量取名為“熵”，孤立系統(tǒng)中的“熵”永遠趨于增大。但在宇宙中總會有高“熵”和低“熵”的區(qū)域，不可能出現(xiàn)絕對均勻的狀態(tài)。所以，那種認為由于“熵”水平的不斷升高而達到最大值時，宇宙就會進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)在可觀測到的一部分宇宙范圍當作整個宇宙的誤識。 根據(jù)天文觀測資料和物理理論描述宇宙的具體形態(tài)，星系的形態(tài)特征對研究宇宙結(jié)構(gòu)至關(guān)重要，從星系的運動規(guī)律可以推斷整個宇宙的結(jié)構(gòu)形態(tài)。而星系共有的圓形旋渦結(jié)構(gòu)就是整個宇宙的縮影，那些橢圓、棒旋等不同的星系形態(tài)只是因為星系年齡和觀測角度不同而產(chǎn)生的視覺效果。 奇妙的螺旋形是自然界中最普遍、最基本的物質(zhì)運動形式。這種螺旋現(xiàn)象對于認識宇宙形態(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)都是曲線運動方式的圓環(huán)形狀。從原子、分子到星球、星系直到星系團、超星系團無一例外，毋庸置疑，浩瀚的宇宙就是一個大旋渦。因此，確立一個“螺旋運動形態(tài)宇宙模型”，比那種作為所有物質(zhì)總和的“宇宙”卻脫離曲線運動模式而獨辟蹊徑，以直線運動方式從一個中心向四面八方無限伸展的“大爆炸宇宙模型”，更能體現(xiàn)真實的宇宙結(jié)構(gòu)形態(tài)。

大爆炸宇宙模型

(big-bang model) 一種廣為認可的宇宙演化理論。其要點是，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。時間至少發(fā)生在100億年前。這種模型基于兩個假設:第一是愛因斯坦提出的，能正確描述宇宙物質(zhì)的引力作用的廣義相對論;第二是所謂宇宙學原理，即宇宙中的觀測者所看到的事物既同觀測的方向無關(guān)也同所處的位置無關(guān)。這個原理只適用于宇宙的大尺度上，而它也意味著宇宙是無邊的。因此，宇宙的大爆炸源不是發(fā)生在空間的某一點，而是發(fā)生在同一時間的整個空間內(nèi)。有這兩個假設，就能計算出宇宙從某一確定時間(稱為普朗克時間)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。宇宙從那時起迅速膨脹，使密度和溫度從原來極高的狀態(tài)降下來，緊接著，預示質(zhì)子衰變的一些過程也使物質(zhì)的數(shù)量遠超過反物質(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100萬年后，宇宙進一步冷卻，開始形成原子，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)被觀測所證實。除了原始物質(zhì)和輻射外大爆炸理論還預言，現(xiàn)在宇宙中應充滿中微子，它們是無質(zhì)量或無電荷的基本粒子?，F(xiàn)在科學家們正在努力找尋這種物質(zhì)。 大爆炸模型能統(tǒng)一地說明以下幾個觀測事實: (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比自溫度下降至今天這一段時間為短，即應小于200億年。各種天體年齡的測量證明了這一點。 (b)觀測到河外天體有系統(tǒng)性的譜線紅移，而且紅移與距離大體成正比。如果用多普勒效應來解釋，那么紅移就是宇宙膨脹的反映。 (c)在各種不同天體上，氦豐度相當大，而且大都是30%。用恒星核反應機制不足以說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，則可以說明這一事實。 (d)根據(jù)宇宙膨脹速度以及氦豐度等，可以具體計算宇宙每一歷史時期的溫度。 按照大爆炸理論，宇宙是137億年前從一個極小的點誕生的，從那里誕生了時間和空間、質(zhì)量和能量，從而由物質(zhì)小微粒聚集成大團的物質(zhì)，最終形成星系、恒星和行星等。在大爆炸發(fā)生前，宇宙中沒有物質(zhì)，沒有能量，甚至沒有生命。 但是，大爆炸理論無法回答現(xiàn)在的宇宙在大爆炸發(fā)生之前到底是什么樣，或者說發(fā)生這次大爆炸的原因是什么?按照大爆炸理論，宇宙沒有開端。它只是一個循環(huán)不斷的過程，便是宇宙創(chuàng)生與毀滅并再創(chuàng)生的過程。 這只是一個設想，并不是一個完美的理論。

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，遙遠的星系都在離開我們而去，故可以推出宇宙在膨脹，且離我們越遠的星系，遠離的速度越快。 (b)哈勃定律 哈勃定律就是一個關(guān)于星系之間相互遠離速度和距離的確定的關(guān)系式。仍然是說明宇宙的運動和膨脹。 V=H×D 其中，V(Km/sec)是遠離速度;H(Km/sec/Mpc)是哈勃常數(shù)，為50;D(Mpc)是星系距離。1Mpc=3.26百萬光年。 (c)氫與氦的豐存度 由模型預測出氫占25%，氦占75%，已經(jīng)由試驗證實。 (d)微量元素的豐存度 對這些微量元素，在模型中所推測的豐存度與實測的相同。 (e)3K的宇宙背景輻射 根據(jù)大爆炸學說，宇宙因膨脹而冷卻，現(xiàn)今的宇宙中仍然應該存在當時產(chǎn)生的輻射余燼，1965年，3K的背景輻射被測得。 (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《自然》雜志上，科學家們稱他們又發(fā)現(xiàn)了新的證據(jù)，可以用來證實宇宙大爆炸理論。 長期以來，一直有一種理論認為宇宙最初是一個質(zhì)量極大，體積極小，溫度極高的點，然后這個點發(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。 科學家們在分析了宇宙中一個遙遠的氣體云在數(shù)十億年前從一個類星體中吸收的光線后發(fā)現(xiàn)，其溫度確實比現(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)在的實驗物理的一些成就。



你去找一下華裔科學家丁肇中的一些講課視頻，我覺得他說的很客觀，他的一些成就已經(jīng)也很切合實際，別的話，世界還沒有什么突破性的進展，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，也沒有實際的使用價值，要說有的話都是在納米以及無線電領(lǐng)域，這些也比較熱門，你還是早這些視頻比較好。



這個學期我學了物理學與人類文明，老師也在課堂上放了很多這樣的視頻，也講了許多，說實話，沒多大意思。