目錄 作者: 阿力 A Li 強烈推薦阿力新作《紫仙情》《紫仙情》《紫仙情》!!!強烈推薦阿力新作《紫仙情》《紫仙情》《紫仙情》!!!強烈推薦阿力新作《紫仙情》《紫仙情》《紫仙情》!!!強烈推薦阿力新作《紫仙情》《紫仙情》《紫仙情》!!!強烈推薦阿力新作《紫仙情》《紫仙情》《紫仙情》!!!強烈推薦阿力新作《紫仙情》《紫仙情》《紫仙情》!!!強烈推薦阿力新作《紫仙情》《紫仙情》《紫仙情》!!!強烈推薦阿力新作《紫仙情》《紫仙情》《紫仙情》!!! 首张宇宙全景图
①天地萬物的總稱。語出戰國時《莊子·齊物論》:“旁日月,挾宇宙 。”在空間上無邊無垠,在時間上無始無終。宇宙 是物質世界,其中的物質處於不斷的運動和變化之中。
②天文學的“宇宙 ”概念指總星係,是人類的觀測活動所涉及的最大物質體係。
③書名。全名為《宇宙 :物質世界概要》。德國自然、地理學家洪堡著。共五捲,於1845-1862年陸續出版。第一捲是關於宇宙 全貌的概述。第二捲是歷代對自然風光的論述和人類對自然的認識史。第三捲論述天體空間的法則。第四捲介紹地球。第五捲記述地球表面的各種現象。該書總結了自然地理學的研究原理和區域地理研究的法則,是近代地理學最為重要的著作。 ◎ 宇宙 yǔzhòu 包括一切天體的無限空間 “宇”指無限空間,“宙”指無限時間。一切物質及其存在形式的總體。哲學上又叫“世界” 屋檐和棟梁。《淮南子·覽冥訓》:“而燕雀佼之,以為不能與之爭於宇宙 之間。” 高誘 註:“宇,屋簷也;宙,棟梁也。” 天地。《莊子·讓王》:“餘立於宇宙 之中,鼕日衣皮毛,夏日衣葛絺;春耕種,形足以勞動;秋收斂,身足以休食;日出而作,日入而息,逍遙於天地之間。”《淮南子·原道訓》:“橫四維而含陰陽,紘宇宙 而章三光。” 高誘 註:“四方上下曰宇,古往今來曰宙,以喻天地。” 唐 韓愈 《苦寒》詩:“兇飈攪宇宙 ,鋩刃甚割砭。” 宋 羅大經 《鶴林玉露》捲三:“ 豫章 之詩,包含欲無外,搜抉欲無祕,體製通古今,思緻極幽眇,貫穿馳騁,工夫精到,雖未極古之源委,而其植立不凡,斯亦宇宙 之奇詭也。” 清 黃遵憲 《雜感》詩:“茫茫宇宙 間,萬事等兒戲。” 茅盾 《三人行》七:“他渴望着震撼宇宙 的大風暴。” 猶言天下,國傢。 南朝 梁 沉約 《遊沉道士館》詩:“ 秦皇 禦宇宙 , 漢帝 恢武功。”《隋書·煬帝紀上》:“方今宇宙 平一,文軌攸同,十步之內,必有芳草,四海之中,豈無奇秀!” 唐 王度 《古鏡記》:“﹝ 蘇賓 ﹞謂 勣 曰:‘……今宇宙 喪亂,他鄉未必可止。’” 元 楊梓 《霍光鬼諫》第三折:“臣則怕連累了 霍光 老幼,這廝每必反喒 劉 朝宇宙 。這的是未來事微臣早參透。” 猶時代。 明 李東陽 《書東萊先生手稿後》:“其前有 朱崇 者,自稱為 宋 遺民,幸生於三、四十年之前,得以講明諸老之學,因嘆後生者視 鹹淳 又隔一宇宙 。” 包括地球及其他一切天體的無限空間。 一切物質及其存在形式的總體。宇,指無限空間;宙,指無限時間。 在西方,宇宙 這個詞在英語中叫cosmos,universe,space;在俄語中叫кocmoc ,在德語中叫kosmos ,在法語中叫cosmos。它們都源自希臘語的κoσμoζ,古希臘人認為宇宙 的創生乃是從渾沌中産生出秩序來,κoσμoζ其原意就是秩序。但在英語中更經常用來表示“宇宙 ”的詞是universe。此詞與universitas有關。在中世紀,人們把沿着同一方向朝同一目標共同行動的一群人稱為universitas。在最廣泛的意義上,universitas 又指一切現成的東西所構成的統一整體,那就是universe,即宇宙 。universe和cosmos常常表示相同的意義,所不同的是,前者強調的是物質現象的總和,而後者則強調整體宇宙 的結構或構造。
在漢語中,“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,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繫在一起,體現了我國古代人民的智慧。 一切存在中,宇宙 最大。科學家認為它起源為150億年至120億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。大爆炸散發的物質在太空中漂遊,由許多恆星組成的巨大的星係就是由這些物質構成的,我們的太陽就是這無數恆星中的一顆。 宇宙 結構觀念的發展 遠古時代,人們對宇宙 結構的認識處於十分幼稚的狀態,他們通常按照自己的生活環境對宇宙 的構造作了幼稚的推測。在中國西周時期,生活在華夏大地上的人們提出的早期蓋天說認為,天穹像一口鍋,倒扣在平坦的大地上;後來又發展為後期蓋天說,認為大地的形狀也是拱形的。公元前7世紀 ,巴比倫人認為,天和地都是拱形的,大地被海洋所環繞,而其中央則是高山。古埃及人把宇宙 想象成以天為盒蓋、大地為盒底的大盒子,大地的中央則是尼羅河。古印度人想象圓盤形的大地負在幾衹大象上,而象則站在巨大的龜背上,公元前7世紀末,古希臘的泰勒斯認為,大地是浮在水面上的巨大圓盤,上面籠罩着拱形的天穹。
最早認識到大地是球形的是古希臘人。公元前6世紀,畢達哥拉斯從美學觀念出發,認為一切立體圖形中最美的是球形,主張天體和我們所居住的大地都是球形的。這一觀念為後來許多古希臘學者所繼承,但直到1519~1522年,葡萄牙的f.麥哲倫率領探險隊完成了第一次環球航行後 ,地球是球形的觀念纔最終被證實。
公元2世紀,c.托勒密提出了一個完整的地心說。這一學說認為地球在宇宙 的中央安然不動,月亮、太陽和諸行星以及最外層的恆星天都在以不同速度繞着地球旋轉。為了說明行星運動的不均勻性,他還認為行星在本輪上繞其中心轉動,而本輪中心則沿均輪繞地球轉動。地心說曾在歐洲流傳了1000多年。1543年,n.哥白尼提出科學的日心說,認為太陽位於宇宙 中心,而地球則是一顆沿圓軌道繞太陽公轉的普通行星。到16世紀哥白尼建立日心說後纔普遍認識到:地球是繞太陽公轉的行星之一,而包括地球在內的八大行星則構成了一個圍繞太陽旋轉的行星係── 太陽係的主要成員。1609年,j.開普勒揭示了地球和諸行星都在橢圓軌道上繞太陽公轉,發展了哥白尼的日心說,同年,伽利略·伽利雷則率先用望遠鏡觀測天空,用大量觀測事實證實了日心說的正確性。1687年,i.牛頓提出了萬有引力定律,深刻揭示了行星繞太陽運動的力學原因,使日心說有了牢固的力學基礎。在這以後,人們逐漸建立起了科學的太陽係概念。
在哥白尼的宇宙 圖像中,恆星衹是位於最外層恆星天上的光點。1584年,喬爾丹諾·布魯諾大膽取消了這層恆星天,認為恆星都是遙遠的太陽。18世紀上半葉,由於e.哈雷對恆星自行的發展和j.布拉得雷對恆星遙遠距離的科學估計,布魯諾的推測得到了越來越多人的贊同。18世紀中葉,t.賴特、i.康德和j.h.朗伯推測說,布滿全天的恆星和銀河構成了一個巨大的天體係統。弗裏德裏希·威廉·赫歇爾首創用取樣統計的方法,用望遠鏡數出了天空中大量選定區域的星數以及亮星與暗星的比例,1785年首先獲得了一幅扁而平、輪廓參差、太陽居中的銀河係結構圖,從而奠定了銀河係概念的基礎。在此後一個半世紀中,h.沙普利發現了太陽不在銀河係中心、j.h.奧爾特發現了銀河係的自轉和旋臂,以及許多人對銀河係直徑、厚度的測定,科學的銀河係概念纔最終確立。
18世紀中葉,康德等人還提出,在整個宇宙 中,存在着無數像我們的天體係統(指銀河係)那樣的天體係統。而當時看去呈雲霧狀的“星雲”很可能正是這樣的天體係統。此後經歷了長達170年的麯折的探索歷程,直到1924年,纔由e.p.哈勃用造父視差法測仙女座大星雲等的距離確認了河外星係的存在。
近半個世紀,人們通過對河外星係的研究,不僅已發現了星係團、超星係團等更高層次的天體係統,而且已使我們的視野擴展到遠達200億光年的宇宙 深處。
宇宙 演化觀念的發展在中國,早在西漢時期,《淮南子·俶真訓》指出:“有始者,有未始有有始者,有未始有夫未始有有始者”,認為世界有它的開闢之時,有它的開闢以前的時期,也有它的開闢以前的以前的時期。《淮南子·天文訓》中還具體勾畫了世界從無形的物質狀態到渾沌狀態再到天地萬物生成演變的過程。在古希臘,也存在着類似的見解。例如留基伯就提出,由於原子在空虛的空間中作旋渦運動,結果輕的物質逃逸到外部的虛空,而其餘的物質則構成了球形的天體,從而形成了我們的世界。
太陽係概念確立以後,人們開始從科學的角度來探討太陽係的起源。1644年,r.笛卡爾提出了太陽係起源的旋渦說;1745年,g.l.l.布豐提出了一個因大彗星與太陽掠碰導致形成行星係統的太陽係起源說;1755年和1796年,康德和拉普拉斯則各自提出了太陽係起源的星雲說。現代探討太陽係起源z的新星雲說正是在康德-拉普拉斯星雲說的基礎上發展起來。
1911年,e.赫茨普竜建立了第一幅銀河星團的顔色星等圖;1913年,伯特蘭•阿瑟•威廉•羅素則繪出了恆星的光譜-光度圖,即赫羅圖。羅素在獲得此圖後便提出了一個恆星從紅巨星開始,先收縮進入主序,後沿主序下滑,最終成為紅矮星的恆星演化學說。1924年 ,亞瑟·斯坦利·愛丁頓提出了恆星的質光關係;1937~1939年,c.f.魏茨澤剋和貝特揭示了恆星的能源來自於氫聚變為氦的原子核反應。這兩個發現導致了羅素理論被否定,並導致了科學的恆星演化理論的誕生。對於星係起源的研究,起步較遲,目前普遍認為,它是我們的宇宙 開始形成的後期由原星係演化而來的。
1917年,a.阿爾伯特·愛因斯坦運用他剛創立的廣義相對論建立了一個“靜態、有限、無界”的宇宙 模型,奠定了現代宇宙 學的基礎。1922年,g.d.弗裏德曼發現,根據阿爾伯特·愛因斯坦的場方程,宇宙 不一定是靜態的,它可以是膨脹的,也可以是振蕩的。前者對應於開放的宇宙 ,後者對應於閉合的宇宙 。1927年,g.勒梅特也提出了一個膨脹宇宙 模型.1929年 哈勃發現了星係紅移與它的距離成正比,建立了著名的哈勃定律。這一發現是對膨脹宇宙 模型的有力支持。20世紀中葉,g.伽莫夫等人提出了熱大爆炸宇宙 模型,他們還預言,根據這一模型,應能觀測到宇宙 空間目前殘存着溫度很低的背景輻射。1965年微波背景輻射的發現證實了伽莫夫等人的預言。從此,許多人把大爆炸宇宙 模型看成標準宇宙 模型。1980年,美國的古斯在熱大爆炸宇宙 模型的 基礎上又進一步提出了暴漲宇宙 模型。這一模型可以解釋目前已知的大多數重要觀測事實。
宇宙 圖景 當代天文學的研究成果表明,宇宙 是有層次結構的、物質形態多樣的、不斷運動發展的天體係統。
層次結構 行星是最基本的天體係統。太陽係中共有八顆行星:水星 金星 地球 火星 木星 土星 天王星 海王星。 (冥王星目前以被從行星裏開除,降為矮行星)。除水星和金星外,其他行星都有衛星繞其運轉,地球有一個衛星月球,土星的衛星最多,已確認的有26顆。行星 小行星 彗星和流星體都圍繞中心天體太陽運轉,構成太陽係。太陽占太陽係總質量的99.86%,其直徑約140萬千米,最大的行星木星的直徑約14萬千米。太陽係的大小約120億千米(以冥王星作邊界)。有證據表明,太陽係外也存在其他行星係統。2500億顆類似太陽的恆星和星際物質構成更巨大的天體係統——銀河係。銀河係中大部分恆星和星際物質集中在一個扁球狀的空間內,從側面看很像一個“鐵餅”,正面看去則呈旋渦狀。銀河係的直徑約10萬光年,太陽位於銀河係的一個旋臂中,距銀心約3萬光年。銀河係外還有許多類似的天體係統,稱為河外星係,常簡稱星係。現已觀測到大約有10億個。星係也聚集成大大小小的集團,叫星係團。平均而言,每個星係團約有百餘個星係,直徑達上千萬光年。現已發現上萬個星係團。包括銀河係在內約40個星係構成的一個小星係團叫本星係群。若幹星係團集聚在一起構成更大、更高一層次的天體係統叫超星係團。超星係團往往具有扁長的外形,其長徑可達數億光年。通常超星係團內衹含有幾個星係團,衹有少數超星係團擁有幾十個星係團。本星係群和其附近的約50個星係團構成的超星係團叫做本超星係團。目前天文觀測範圍已經擴展到200億光年的廣阔空間,它稱為總星係。
運動和發展 宇宙 天體處於永恆的運動和發展之中,天體的運動形式多種多樣,例如自轉、各自的空間運動(本動)、繞係統中心的公轉以及參與整個天體係統的運動等。月球一方面自轉一方面圍繞地球運轉,同時又跟隨地球一起圍繞太陽運轉。太陽一方面自轉,一方面又嚮着武仙座方向以20千米/秒的速度運動,同時又帶着整個太陽係以250千米/秒的速度繞銀河係中心運轉,運轉一周約需2.2億年。銀河係也在自轉,同時也有相對於鄰近的星係的運動。本超星係團也可能在膨脹和自轉。總星係也在膨脹。
現代天文學已經揭示了天體的起源和演化的歷程。當代關於太陽係起源學說認為,太陽係很可能是50億年前銀河係中的一團塵埃氣體雲(原始太陽星雲)由於引力收縮而逐漸形成的(見太陽係起源)。恆星是由星雲産生的,它的一生經歷了引力收縮階段、主序階段、紅巨星階段、晚期階段和臨終階段。星係的起源和宇宙 起源密切相關,流行的看法是:在宇宙 發生熱大爆炸後40萬年,溫度降到4000k,宇宙 從輻射為主時期轉化為物質為主時期,這時或由於密度漲落形成的引力不穩定性,或由於宇宙 湍流的作用而逐步形成原星係,然後再演化為星係團和星係。熱大爆炸宇宙 模型描繪了我們的宇宙 的起源和演化史:我們的宇宙 起源於200億年前的一次大爆炸,當時溫度極高、密度極大。隨着宇宙 的膨脹,它經歷了從熱到冷、從密到稀、從輻射為主時期到物質為主時期的演變過程,直至10~20億年前,纔進入大規模形成星係的階段,此後逐漸形成了我們當今看到的宇宙 。1980年提出的暴漲宇宙 模型則是熱大爆炸宇宙 模型的補充。它認為在宇宙 極早期,在我們的宇宙 誕生後約10-36秒的時候,它曾經歷了一個暴漲階段。
哲學分析 宇宙 概念 有些宇宙 學家認為,我們的宇宙 是唯一的宇宙 ;大爆炸不是在宇宙 空間的哪一點爆炸,而是整個宇宙 自身的爆炸。但是,新提出的暴漲模型表明,我們的宇宙 僅是整個暴漲區域的非常小的一部分,暴漲後的區域尺度要大於1026釐米,而那時我們的宇宙 衹有10釐米。還有可能這個暴漲區域是一個更大的始於無規則混沌狀態的物質體係的一部分。這種情況恰如科學史上人類的認識從太陽係宇宙 擴展到星係宇宙 ,再擴展到大尺度宇宙 那樣,今天的科學又正在努力把人類的認識進一步嚮某種探索中的“暴漲宇宙 ”、“無規則的混沌宇宙 ”推移。我們的宇宙 不是唯一的宇宙 ,而是某種更大的物質體係的一部分,大爆炸不是整個宇宙 自身的爆炸,而是那個更大物質體係的一部分的爆炸。因此,有必要區分哲學和自然科學兩個不同層次的宇宙 概念。哲學宇宙 概念所反映的是無限多樣、永恆發展的物質世界;自然科學宇宙 概念所涉及的則是人類在一定時代觀測所及的最大天體係統。兩種宇宙 概念之間的關係是一般和個別的關係。隨着自然科學宇宙 概念的發展,人們將逐步深化和接近對無限宇宙 的認識。弄清兩種宇宙 概念的區別和聯繫,對於堅持馬剋思主義的宇宙 無限論,反對宇宙 有限論、神創論、機械論、不可知論、哲學代替論和取消論,都有積極意義。 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 中所有的物質和能量從無中産生的觀點,這種觀點之所以在以前不能為人們接受,是因為存在着許多守恆定律,特別是重子數守恆和能量守恆。但隨着大統一理論的發展,重子數有可能是不守恆的,而宇宙 中的引力能可粗略地說是負的,並精確地抵消非引力能,總能量為零。因此就不存在已知的守恆律阻止觀測宇宙 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”是絶對的虛無,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 僅僅是整個暴漲區域的很小的一部分,在觀測宇宙 之外並不是絶對的“無”。現在觀測宇宙 的物質是從假真空狀態釋放出來的能量轉化而來的,這種真空能恰恰是一種特殊的物質和能量形式,並不是創生於絶對的“無”。如果進一步說這種真空能起源於“無”,因而整個觀測宇宙 歸根到底起源於“無”,那麽這個“無”也衹能是一種未知的物質和能量形式。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 不論多麽巨大,作為一個有限的物質體係 ,也有其産生、發展和滅亡的歷史。暴漲模型把傳統的大爆炸宇宙 學與大統一理論結合起來,認為觀測宇宙 中的物質與能量形式不是永恆的,應研究它們的起源。它把“無”作為一種未知的物質和能量形式,把“無”和“有”作為一對邏輯範疇,探討我們的宇宙 如何從“無”——未知的物質和能量形式,轉化為“有”——已知的物質和能量形式,這在認識論和方法論上有一定意義。 有些人認為,時間和空間不是永恆的,而是從沒有時間和沒有空間的狀態産生的。根據現有的物理理論,在小於10-43秒和10-33釐米的範圍內,就沒有一個“鐘”和一把“尺子”能加以測量,因此時間和空間概念失效了,是一個沒有時間和空間的物理世界。這種觀點提出已知的時空形式有其適用的界限是完全正確的。正像歷史上的牛頓時空觀發展到相對論時空觀那樣,今天隨着科學實踐的發展也必然要求建立新的時空觀。由於在大爆炸後10-43秒以內,廣義相對論失效,必須考慮引力的量子效應,因此有些人試圖通過時空的量子化的途徑來探討已知的時空形式的起源。這些工作都是有益的,但我們决不能因為人類時空觀念的發展或者在現有的科學技術水平上無法度量新的時空形式,而否定作為物質存在形式的時間、空間的客觀存在。
人和宇宙 從本世紀60年代開始,由於人擇原理的提出和討論,出現了人類存在和宇宙 産生的關係問題。人擇原理認為 ,可能存在許多具有不同物理參數和初始條件的宇宙 ,但衹有物理參數和初始條件取特定值的宇宙 才能演化出人類,因此我們衹能看到一種允許人類存在的宇宙 。人擇原理用人類的存在去約束過去可能有的初始條件和物理定律,減少它們的任意性,使一些宇宙 學現象得到解釋,這在科學方法論上有一定的意義。但有人提出,宇宙 的産生依賴於作為觀測者的人類的存在。這種觀點值得商榷。現在根據暴漲模型,那些被傳統大爆炸模型作為初始條件的狀態,有可能從極早期宇宙 的演化中産生出來,而且宇宙 的演化幾乎變得與初始條件的一些細節無關。這樣就使上述那種利用初始條件的睏難來否定宇宙 客觀實在性的觀點失去了基礎。但有些人認為,由於暴漲引起的巨大距離尺度,使得從整體上去觀測宇宙 的結構成為不可能。這種擔心有其理由,但如果暴漲模型正確的話,隨着科學實踐的發展,一定有可能突破人類認識上的睏難。 太陽係天體中,水星、金星表面溫度約達700k,遙遠的冥王星嚮日面的溫度最高時也衹有50k;金星表面籠罩着濃密的二氧化碳大氣和硫酸雲霧,氣壓約50個大氣壓,水星、火星表面大氣卻極其稀薄,水星的大氣壓甚至小於2×10-9毫巴;類地行星(水星、金星、火星)都有一個固體表面,類木行星卻是一個流體行星;土星的平均密度為0.70剋/釐米3,比水的密度還小,木星、天王星、海王星的平均密 度略大於水的密度,而水星、金星、地球等的密度則達到水的密度的5倍以上;多數行星都是順嚮自轉,而金星是逆嚮自轉;地球表面生機盎然,其他行星則是空寂荒涼的世界。
太陽在恆星世界中是顆普遍而又典型的恆星。已經發現,有些紅巨星的直徑為太陽直徑的幾千倍。中子星直徑衹有太陽的幾萬分之一;超巨星的光度高達太陽光度的數百萬倍,白矮星光度卻不到太陽的幾十萬分之一。紅超巨星的物質密度小到衹有水的密度的百萬分之一,而白矮星、中子星的密度分別可高達水的密度的十萬倍和百萬億倍。太陽的表面溫度約為6000k,o型星表面溫度達30000k,而紅外星的表面溫度衹有約600k。太陽的普遍磁場強度平均為1×10-4特斯拉,有些磁白矮星的磁場通常為幾千、幾萬高斯(1高斯=10-4特斯拉),而脈衝星的磁場強度可高達十萬億高斯。有些恆星光度基本不變,有些恆星光度在不斷變化,稱變星。有的變星光度變化是有周期的,周期從1小時到幾百天不等。有些變星的光度變化是突發性的,其中變化最劇烈的是新星和超新星,在幾天內,其光度可增加幾萬倍甚至上億倍。
恆星在空間常常聚集成雙星或三五成群的聚星,它們可能占恆星總數的1/3。也有由幾十、幾百乃至幾十萬個恆星聚在一起的星團。宇宙 物質除了以密集形式形成恆星、行星等之外,還以彌漫的形式形成星際物質。星際物質包括星際氣體和塵埃,平均每立方釐米衹有一個原子,其中高度密集的地方形成形狀各異的各種星雲。宇宙 中除發出可見光的恆星、星雲等天體外,還存在紫外天體、紅外天體、x射綫源、γ射綫源以及射電源。
星係按形態可分為橢圓星係、旋渦星係、棒旋星係、透鏡星係和不規則星係等類型。60年代又發現許多正在經歷着爆炸過程或正在拋射巨量物質的河外天體,統稱為活動星係,其中包括各種射電星係、塞佛特星係、n型星係、馬卡良星係、蝎虎座bl型天體,以及類星體等等。許多星係核有規模巨大的活動:速度達幾千千米/秒的氣流,總能量達1055焦耳的能量輸出,規模巨大的物質和粒子拋射,強烈的光變等等。在宇宙 中有種種極端物理狀態:超高溫、超高壓、超高密、超真空、超強磁場、超高速運動、超高速自轉、超大尺度時間和空間、超流、超導等。為我們認識客觀物質世界提供了理想的實驗環境。 宇宙 天體處於永恆的運動和發展之中,天體的運動形式多種多樣,例如自轉、各自的空間運動(本動)、繞係統中心的公轉以及參與整個天體係統的運動等。月球一方面自轉一方面圍繞地球運轉,同時又跟隨地球一起圍繞太陽運轉。太陽一方面自轉,一方面又嚮着武仙座方向以20千米/秒的速度運動,同時又帶着整個太陽係以250千米/秒的速度繞銀河係中心運轉,運轉一周約需2.2億年。銀河係也在自轉,同時也有相對於鄰近的星係的運動。本超星係團也可能在膨脹和自轉。總星係也在膨脹。
現代天文學已經揭示了天體的起源和演化的歷程。當代關於太陽係起源學說認為,太陽係很可能是50億年前銀河係中的一團塵埃氣體雲(原始太陽星雲)由於引力收縮而逐漸形成的(見 太陽係起源 )。恆星是由星雲産生的,它的一生經歷了引力收縮階段、主序階段、紅巨星階段、晚期階段和臨終階段。星係的起源和宇宙 起源密切相關,流行的看法是:在宇宙 發生熱大爆炸後40萬年,溫度降到4000k,宇宙 從輻射為主時期轉化為物質為主時期,這時或由於密度漲落形成的引力不穩定性,或由於宇宙 湍流的作用而逐步形成原星係,然後再演化為星係團和星係。熱大爆炸宇宙 模型描繪了我們的宇宙 的起源和演化史:我們的宇宙 起源於200億年前的一次大爆炸,當時溫度極高、密度極大。隨着宇宙 的膨脹,它經歷了從熱到冷、從密到稀、從輻射為主時期到物質為主時期的演變過程,直至10~20億年前,纔進入大規模形成星係的階段,此後逐漸形成了我們當今看到的宇宙 。1980年提出的暴漲宇宙 模型則是熱大爆炸宇宙 模型的補充。它認為在宇宙 極早期,在我們的宇宙 誕生後約10 -36 秒的時候,它曾經歷了一個暴漲階段。 有些宇宙 學家認為,我們的宇宙 是唯一的宇宙 ;大爆炸不是在宇宙 空間的哪一點爆炸,而是整個宇宙 自身的爆炸。但是,新提出的暴漲模型表明,我們的宇宙 僅是整個暴漲區域的非常小的一部分,暴漲後的區域尺度要大於10 26 釐米,而那時我們的宇宙 衹有10釐米。還有可能這個暴漲區域是一個更大的始於無規則混沌狀態的物質體係的一部分。這種情況恰如科學史上人類的認識從太陽係宇宙 擴展到星係宇宙 ,再擴展到大尺度宇宙 那樣,今天的科學又正在努力把人類的認識進一步嚮某種探索中的“暴漲宇宙 ”、“無規則的混沌宇宙 ”推移。我們的宇宙 不是唯一的宇宙 ,而是某種更大的物質體係的一部分,大爆炸不是整個宇宙 自身的爆炸,而是那個更大物質體係的一部分的爆炸。因此,有必要區分哲學和自然科學兩個不同層次的宇宙 概念。哲學宇宙 概念所反映的是無限多樣、永恆發展的物質世界;自然科學宇宙 概念所涉及的則是人類在一定時代觀測所及的最大天體係統。兩種宇宙 概念之間的關係是一般和個別的關係。隨着自然科學宇宙 概念的發展,人們將逐步深化和接近對無限宇宙 的認識。弄清兩種宇宙 概念的區別和聯繫,對於堅持馬剋思主義的宇宙 無限論,反對宇宙 有限論、神創論、機械論、不可知論、哲學代替論和取消論,都有積極意義。
宇宙 的創生 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 中所有的物質和能量從無中産生的觀點,這種觀點之所以在以前不能為人們接受,是因為存在着許多守恆定律,特別是重子數守恆和能量守恆。但隨着大統一理論的發展,重子數有可能是不守恆的,而宇宙 中的引力能可粗略地說是負的,並精確地抵消非引力能,總能量為零。因此就不存在已知的守恆律阻止觀測宇宙 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”是絶對的虛無,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 僅僅是整個暴漲區域的很小的一部分,在觀測宇宙 之外並不是絶對的“無”。現在觀測宇宙 的物質是從假真空狀態釋放出來的能量轉化而來的,這種真空能恰恰是一種特殊的物質和能量形式,並不是創生於絶對的“無”。如果進一步說這種真空能起源於“無”,因而整個觀測宇宙 歸根到底起源於“無”,那麽這個“無”也衹能是一種未知的物質和能量形式。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 不論多麽巨大,作為一個有限的物質體係,也有其産生、發展和滅亡的歷史。暴漲模型把傳統的大爆炸宇宙 學與大統一理論結合起來,認為觀測宇宙 中的物質與能量形式不是永恆的,應研究它們的起源。它把“無”作為一種未知的物質和能量形式,把“無”和“有”作為一對邏輯範疇,探討我們的宇宙 如何從“無”——未知的物質和能量形式,轉化為“有”——已知的物質和能量形式,這在認識論和方法論上有一定意義。
時空起源 有些人認為,時間和空間不是永恆的,而是從沒有時間和沒有空間的狀態産生的。根據現有的物理理論,在小於10 -43 秒和10 -33 釐米的範圍內,就沒有一個“鐘”和一把“尺子”能加以測量,因此時間和空間概念失效了,是一個沒有時間和空間的物理世界。這種觀點提出已知的時空形式有其適用的界限是完全正確的。正像歷史上的牛頓時空觀發展到相對論時空觀那樣,今天隨着科學實踐的發展也必然要求建立新的時空觀。由於在大爆炸後10 -43 秒以內,廣義相對論失效,必須考慮引力的量子效應,因此有些人試圖通過時空的量子化的途徑來探討已知的時空形式的起源。這些工作都是有益的,但我們决不能因為人類時空觀念的發展或者在現有的科學技術水平上無法度量新的時空形式,而否定作為物質存在形式的時間、空間的客觀存在。
人和宇宙 從本世紀60年代開始,由於人擇原理的提出和討論,出現了人類存在和宇宙 産生的關係問題。人擇原理認為,可能存在許多具有不同物理參數和初始條件的宇宙 ,但衹有物理參數和初始條件取特定值的宇宙 才能演化出人類,因此我們衹能看到一種允許人類存在的宇宙 。人擇原理用人類的存在去約束過去可能有的初始條件和物理定律,減少它們的任意性,使一些宇宙 學現象得到解釋,這在科學方法論上有一定的意義。但有人提出,宇宙 的産生依賴於作為觀測者的人類的存在。這種觀點值得商榷。現在根據暴漲模型,那些被傳統大爆炸模型作為初始條件的狀態,有可能從極早期宇宙 的演化中産生出來,而且宇宙 的演化幾乎變得與初始條件的一些細節無關。這樣就使上述那種利用初始條件的睏難來否定宇宙 客觀實在性的觀點失去了基礎。但有些人認為,由於暴漲引起的巨大距離尺度,使得從整體上去觀測宇宙 的結構成為不可能。這種擔心有其理由,但如果暴漲模型正確的話,隨着科學實踐的發展,一定有可能突破人類認識上的睏難。
未來宇宙 科學
宇宙 科學大大深化了人們對宇宙 結構、起源和演化的認識,為瞭解物質結構和相互作用提供了新的統一圖景。在地外生命等重大問題的研究中,天文學將更進一步與物理學交叉,並與許多領域緊密地聯繫在一起。
中國的載人飛船和空間站何時能夠遨遊太空?在新千年即將來臨之際,67歲的飛船總設計師戚發軔教授發表了談話。
試驗飛船發射入軌並圓滿返回到預定區域,為我國在21世紀前十年內實現把宇航員送上太空並安全返回打下了堅實的基礎。
21世紀,人類開發利用豐富的空間資源將成為必然。空間資源主要有軌道資源、環境資源和物質資源。開發利用空間資源,人必須要較長時間在空間環境工作,並要往返於地球和空間站之間。載人飛船衹是往返天地之間的運輸工具,最終必須依賴長期在空間工作的空間站。建立空間站,一要解决太空人出艙,二要解决飛船與空間站的相互交會對接等技術難題。下個世紀,我國掌握空間站的關鍵技術應該不成問題。
“宇宙 ”一詞,最早大概出自我國古代著名哲學家墨子(約公元前468-376)。他用“宇”來指東、西、南、北,四面八方的空間,用“宙”來指古往今來的時間,合在一起便是指天地萬物,不管它是大是小,是遠是近;是過去的,現在的,還是將來的;是認識到的,還是未認識到的……總之是一切的一切。
從哲學的觀點看。人們認為宇宙 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,還是留給哲學家們去研究。我們不妨把眼光縮小一些,講一講利用我們現有的科學技術所能瞭解和觀測的宇宙 ,人們把它稱為“我們的宇宙 ”或“總星係”。
從最新的觀測資料看,人們已觀測到的離我們最遠的星係是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係發出,那麽要經過130億年才能到達地球。這130億光年的距離便是我們今天所知道的宇宙 的範圍。再說得明確一些,我們今天所知道的宇宙 範圍,或者說大小,是一個以地球為中心,以130億光年的距離為半徑的球形空間。當然,地球並不真的是什麽宇宙 的中心,宇宙 也未必是一個球體,衹是限於我們目前的觀測能力,我們衹能瞭解到這一程度。
在這個以130億光年為半徑的球形空間裏,目前已被人們發現和觀測到的星係大約有1250億個,而每個星係又擁有像太陽這樣的恆星幾百到幾萬億顆。因此衹要做一道簡單的數學題,你就不難瞭解到,在我們已經觀測到的宇宙 中擁在多少星星。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, 天文學家和我們一樣,想知道宇宙 究竟有多大。最近,美國的太空網報道,經過艱苦的計算工作,天文學家發現宇宙 超乎尋常的大,其長度至少為1560億光年。“這樣一個有關宇宙 大小的發現,顯然是以‘宇宙 是球形的,是有限無邊的’為前提條件的。”中國國傢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 學研究領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。”北京師範大學副教授張同傑說:“國際主流宇宙 學普遍認為宇宙 是平坦的,是無限的。”那麽,圍繞宇宙 的爭論從何而來?理據何在?一種最為普遍的觀點:在大爆炸之後,宇宙 誕生了。“根據現代宇宙 學中最有影響的大爆炸學說,我們的宇宙 是大約137億年前由一個非常小的點爆炸産生的,目前宇宙 仍在膨脹。”陳大明研究員說,“這一學說得到大量天文觀測的證實。”這一學說認為,宇宙 誕生初期,溫度非常高,隨着宇宙 的膨脹,溫度開始降低,中子、質子、電子産生了。此後,這些基本粒子就形成了各種元素,這些物質微粒相互吸引、融合,形成越來越大的團塊,這些團塊又逐漸演化成星係,恆星、行星,在個別的天體上還出現了生命現象,能夠認識宇宙 的人類最終誕生了。宇宙 是球形的、有限無邊的?“認為宇宙 是球形的觀點在很長時間內存在着,儘管不是國際宇宙 學界的主流。”陳大明介紹說,“它的每一次提出,都會引起人們的關註,就是因為這一觀點很奇特。”一個最為明顯的例子就是不久前,由美國數學家傑弗裏·威剋斯構建的宇宙 模型:一個大小有限、形狀如同足球的鏡子迷宮。“形如足球”的模型令科學界震驚,因為這一學說宣稱,宇宙 之所以令人産生無邊無界的“錯覺”,是因為這個有限空間通過“返轉”效應無限重複映現自身。威剋斯認為,人們之所以感覺宇宙 是無限的,是因為宇宙 就像一個鏡子迷宮,光綫傳過來又傳過去,讓人們發生錯覺,誤以為宇宙 在無限伸展。這一驚人推斷後來被《新科學家》雜志收錄,同時作為一種“奇談”在民間廣為流傳着。
民間奇談
就在最近,美國太空網傳出類似的驚人消息,一位作傢在采訪了該國著名的天體物理學家後獲知,宇宙 的長度為1560億光年。在這項新的研究中,研究人員檢測了大爆炸之後,遺留在廣漠宇宙 中的原初輻射。他們得出結論:在宇宙 中可能存在着一些神奇的宇宙 “鏡室”,使得一個物體在兩個地方都能夠看到。因為這樣一種結論,他們成了“球形宇宙 論”的支持者。長度為1560億光年?宇宙 的大小為什麽是一個你從未聽說過的數字?他們的解釋是這樣的:宇宙 的年齡大約是137億年。光從最早已知的星係到達我們地球要穿行130億年以上。因此我們可以假定宇宙 的半徑是137億光年,那麽整個宇宙 的長度是宇宙 半徑的2倍,即274億光年。但是自創生以來一直在不斷的膨脹,並且理論學家相信宇宙 起源於一個密度無限大的點。美國蒙大拿州立大學的天體物理學家尼爾·科尼什教授解釋說:“早期宇宙 中光所穿行的距離隨宇宙 的膨脹而增大,就像銀行中的復利一樣。”他建議,可以想象宇宙 從誕生後衹有100萬年的年齡。光穿行一年,所覆蓋的距離1光年。他說:“那時宇宙 的大小比現在小大約1000倍,因此1光年伸展到現在是1000光年。”所有距離加起來是780億光年。他說,光還沒有穿行那麽遠,“但是穿行137億年到達我們地球的光子的起點到現在是780億光年遠。這是宇宙 的半徑,那麽直徑是156億光年。這衹是基於光綫返回時所用時間的95%,因此宇宙 實際的長度可能會更長一些。科學家研究了大爆炸後38萬年時形成的宇宙 微波背景輻射(cmb),這時宇宙 充分地膨脹並冷卻以致形成了原子的物質。在天空中不同方向這種輻射溫度的差別可以用來提示宇宙 的年齡和約束許多重要的宇宙 學參量。宇宙 微波背景輻射是宇宙 嬰兒時的圖像,這時還沒有恆星的形成。美國《物理評論通訊》在2004年5月21日發表了這項新的研究工作,其焦點在於利用宇宙 微波背景輻射數據尋找表明宇宙 像鏡室一樣成對圓球現象。據此,宇宙 中同一個物體的多個圖像可以在與時空中不同的地方呈現出來。鏡室效應可能意味着宇宙 本來是有限的,但卻産生宇宙 是無限的感覺。他告訴記者,“沒有跡象表明宇宙 是有限的,但是也沒有證明它是無限的。”宇宙 結構的爭論,宇宙 是球形的,馬鞍形的,還是平坦的?關於宇宙 的結構和未來,現代宇宙 學說認為,如果宇宙 總質量大於某一臨界質量,那麽宇宙 的結構是球形的,並且總有一天會在引力作用下收縮。如果宇宙 總質量小於臨界質量,那麽宇宙 的結構是馬鞍形的,宇宙 內部的引力無法抵消宇宙 膨脹的速度而使宇宙 一直膨脹下去。如果宇宙 總質量恰好等於臨界質量,那麽宇宙 的結構是平坦的,宇宙 也將像現在這樣一直膨脹下去。宇宙 的結構實際上是時間和空間的結構,普通人很難想像。不過科學家提出一個衡量宇宙 結構的標準:如果兩束平行光綫越來越近,那麽宇宙 結構是球形的;如果兩束平行光綫越來越遠,那麽宇宙 結構是馬鞍型的;如果兩束平行光綫永遠平行下去,那麽宇宙 結構則是平坦的。平坦宇宙 的結構可以用歐幾裏德幾何解釋。平坦宇宙 學的幾個證據。宇宙 結構是平坦的這一結論是參加“銀河係外毫米波輻射和地球物理氣球觀測項目”的多國科學家得出的。這一項目的目的是研究宇宙 背景輻射的詳細情況。科學家在1998年底將一些射電天文望遠鏡放置在氦氣球頂部,隨氦氣球上升到距地面約40公裏的高空,在那裏對特定宇宙 區域進行了11天的觀測,獲得了迄今關於宇宙 早期輻射最詳實的數據。經過研究,科學家發現,在大尺度上,宇宙 最初發出的光綫並沒有發生彎麯現象,也就是說當初的兩束平行光綫一直保持平行狀態,這說明宇宙 結構是平坦的,也就是說宇宙 總質量恰好等於臨界質量,宇宙 將像現在這樣一直膨脹下去。早在1965年,科學家就已探測到宇宙 空間中均勻分佈着的宇宙 背景輻射,其溫度為零下270攝氏度。大爆炸學說認為,這種輻射是宇宙 大爆炸後的“餘燼”。從這些“餘燼”中,科學家可以推測大爆炸初期的情景。1991年,美國宇宙 背景探測衛星發現,宇宙 背景輻射中存在着微小溫度波動,如同在“餘燼”中閃動着的微弱“火光”,這表明那時宇宙 內已存在密度非常小的物質雲團。正是這些雲團逐漸收縮形成了後來的星係。“銀河係外毫米波輻射和地球物理氣球觀測項目”是在該衛星發現的基礎上進行觀測的。此外,分別於1990年4月和1991年4月進入太空的“哈勃”天文望遠鏡和伽馬射綫探測器以及其他一些觀測儀器也對宇宙 的結構和演化進行了觀測,取得了大量成果。這些成果較為一致地認為宇宙 將一直膨脹下去。人類對宇宙 誕生和演化的觀測研究剛剛起步,關於宇宙 結構和未來的推測也僅僅是初步結論。未來幾年,科學家計劃發射兩顆衛星更精確地觀測宇宙 早期輻射的情況,此外,科學家還將采取其他多種手段觀測宇宙 ,宇宙 誕生和結構之謎將被進一步揭開。 宇 yǔ , 宙 zhòu , 四方上下曰宇,古往今來曰宙。――《新華字典》
在漢語中,“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繫在一起,體現了我國古代人民的智慧。
“宇宙 ”一詞,最早出自《莊子》這本書,“宇”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”指的是一切的時間,包括過去,現在,白天,黑夜等,是無始無終的。
在西方,宇宙 這個詞在英語中叫cosmos,universe,space;在俄語中叫кocMoc ,在德語中叫kosmos ,在法語中叫cosmos。它們都源自希臘語的κoσμoζ,古希臘人認為宇宙 的創生乃是從渾沌中産生出秩序來,κoσμoζ其原意就是秩序。但在英語中更經常用來表示“宇宙 ”的詞是universe。此詞與universitas有關。在中世紀,人們把沿着同一方向朝同一目標共同行動的一群人稱為universitas。在最廣泛的意義上,universitas 又指一切現成的東西所構成的統一整體,那就是universe,即宇宙 。universe和cosmos常常表示相同的意義,所不同的是,前者強調的是物質現象的總和,而後者則強調整體宇宙 的結構或構造。
"宇"指空間,"宙"指時間.宇宙 就是在空間上無邊無際,時間上無始無終的,按客觀規律運動的物質世界.
宇宙 概括
宇宙 是由空間、時間、物質和能量,所構成的統一體。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係統,包括其間的所有物質、能量和事件。
宇宙 是萬物的總稱,是時間和空間的統一。宇宙 是物質世界,不依賴於人的意志而客觀存在,並處於不斷運動和發展中。宇宙 是多樣又統一的。它包括一切,是所有時間和空間的統一體,沒有時間和空間就沒有一切。所以它包含了全部。
分層次的認識宇宙
從哲學的觀點看。人們認為宇宙 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,還是留給哲學家們去研究。我們不妨把眼光縮小一些,講一講利用我們現有的科學技術所能瞭解和觀測的宇宙 ,人們把它稱為“我們的宇宙 ”或“總星係”。
從最新的觀測資料看,人們已觀測到的離我們最遠的星係是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係發出,那麽要經過130億年才能到達地球,當然也就是130億年前發出的。這130億光年的距離便是我們今天(2009年)所知道的宇宙 的範圍。再說得明確一些,我們今天所知道的宇宙 範圍,或者說大小,是一個以地球為中心,以130億光年的距離為半徑的球形空間。當然,地球並不真的是什麽宇宙 的中心,宇宙 也未必是一個球體,衹是限於我們目前的觀測能力,我們衹能瞭解到這一程度。
在這個以130億光年為半徑的球形空間裏,目前已被人們發現和觀測到的星係大約有1250億個,而每個星係又擁有像太陽這樣的恆星幾百億到幾萬億顆。因此衹要做一道簡單的數學題,你就不難瞭解到,在我們已經觀測到的宇宙 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, 天文學家和我們一樣,想知道宇宙 究竟有多大。最近,美國的太空網報道,經過艱苦的計算工作,天文學家發現宇宙 超乎尋常的大,其長度至少為1560億光年。“這樣一個有關宇宙 大小的發現,顯然是以‘宇宙 是球形的,是有限無邊的’為前提條件的。這個假設是愛因斯坦最早提出的。”中國國傢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 學研究領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。”北京師範大學副教授張同傑說:“國際主流宇宙 學普遍認為宇宙 是平坦的,是無限的。”那麽,圍繞宇宙 的爭論從何而來?理據何在?一種最為普遍的觀點:在大爆炸之後,宇宙 誕生了。“根據現代宇宙 學中最有影響的大爆炸學說,我們的宇宙 是大約137億年前由一個非常小的點爆炸産生的,目前宇宙 仍在膨脹。”陳大明研究員說,“這一學說得到大量天文觀測的證實。”這一學說認為,宇宙 誕生初期,溫度非常高,隨着宇宙 的膨脹,溫度開始降低,中子、質子、電子産生了。此後,這些基本粒子就形成了各種元素,這些物質微粒相互吸引、融合,形成越來越大的團塊,這些團塊又逐漸演化成星係,恆星、行星,在個別的天體上還出現了生命現象,能夠認識宇宙 的人類最終誕生了。宇宙 是球形的、有限無邊的?“認為宇宙 是球形的觀點在很長時間內存在着,儘管不是國際宇宙 學界的主流。”陳大明介紹說,“它的每一次提出,都會引起人們的關註,就是因為這一觀點很奇特。”一個最為明顯的例子就是不久前,由美國數學家傑弗裏·威剋斯構建的宇宙 模型:一個大小有限、形狀如同足球的鏡子迷宮。“形如足球”的模型令科學界震驚,因為這一學說宣稱,宇宙 之所以令人産生無邊無界的“錯覺”,是因為這個有限空間通過“返轉”效應無限重複映現自身。威剋斯認為,人們之所以感覺宇宙 是無限的,是因為宇宙 就像一個鏡子迷宮,光綫傳過來又傳過去,讓人們發生錯覺,誤以為宇宙 在無限伸展。這一驚人推斷後來被《新科學家》雜志收錄,同時作為一種“奇談”在民間廣為流傳着。 宇宙 年齡定義
宇宙 年齡(universe,age of)宇宙 從某個特定時刻到現在的時間間隔。對於某些宇宙 模型,如牛頓宇宙 模型、等級模型、穩恆態模型等,宇宙 年齡沒有意義。在通常的演化的宇宙 模型裏,宇宙 年齡指宇宙 標度因子為零起到現在時刻的時間間隔。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
科學家利用望遠鏡觀察最老的星球上的鈾光譜,從而估計宇宙 的年齡是一百二十五億年。科學家對宇宙 (Universe)的年齡有不同的估計,根據不同的宇宙 學模型(cosmologicalmodels),科學家估計宇宙 的年齡是介乎一百億至一百六十億之間;2001年科學家利用南歐洲天文臺(EuropeanSouthernObservatory)的望遠鏡,觀察一顆稱CS31082-001的星球,量度星球上放射性(radioactive)同位素(isotope)鈾-238(Uranium-238)的光譜(spectrum),從而計算出這星球的年齡是一百二十五億年,這個估計的誤差大約三十億年,是亦即是說,宇宙 的年齡至少有一百二十五億年,這是科學家第一次量度太陽係(SolarSystem)以外鈾含量的研究。
科學家解釋說,這個方法和在考古學(archaeology)上使用碳-14(Carbon-14)同位素量度物質的年齡一樣,鈾-238同位素的半衰期(half-life)是四十四億五千萬年;半衰期是放射性元素(element)自動蛻變成為其他元素,至它本身剩下一半時所需要的時間。
科學家指出,在宇宙 開始時,大爆炸(BigBang)會産生氫(hydrogen)、氦(helium)和鋰(lithium)等元素,而比較重的元素是在星球內部産生,當大質量星球死亡時,含有重元素的物質會散布到周圍的空間,然後和下一代個的星球結合;其實,地球上黃金(gold)也是從爆炸了的星球而來的。
因此,愈老的星球上的重元素,也會愈少,科學家認為,一些比較老的星球的重元素含量,衹有太陽(Sun)的二百分之一。科學家曾經嘗試利用釷-232(Thorium-232)同位素來估計宇宙 的年齡,釷是一種放射性金屬元素,與中子(neutron)接觸時會引起核分裂,産生原子能源(atomicenergy),不過,釷的半衰期是一百四十億五百萬年,半衰期比較鈾-238長,因此,估計的誤差也比較大。 宇宙 大爆炸(Big Bang)僅僅是一種學說,是根據天文觀測研究後得到的一種設想。 大約在150億年前,宇宙 所有的物質都高度密集在一點,有着極高的溫度,因而發生了巨大的爆炸。大爆炸以後,物質開始嚮外大膨脹,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,現在衹能從理論研究的基礎上,描繪過去遠古的宇宙 發展史。在這150億年中先後誕生了星係團、星係、我們的銀河係、恆星、太陽係、行星、衛星等。現在我們看見的和看不見的一切天體和宇宙 物質,形成了當今的宇宙 形態,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。大爆炸散發的物質在太空中漂遊,由許多恆星組成的巨大的星係就是由這些物質構成的,我們的太陽就是這無數恆星中的一顆。原本人們想象宇宙 會因引力而不在膨脹,但是,科學家已發現宇宙 中有一種 “暗能量”會産生一種斥力而加速宇宙 的膨脹。
大爆炸後的膨脹過程是一種引力和斥力之爭,爆炸産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量有關,因而大爆炸後宇宙 的最終歸宿是不斷膨脹,還是最終會停止膨脹並反過來收縮變小,這完全取决於宇宙 中物質密度的大小。
理論上存在某種臨界密度。如果宇宙 中物質的平均密度小於臨界密度,宇宙 就會一直膨脹下去,稱為開宇宙 ;要是物質的平均密度大於臨界密度,膨脹過程遲早會停下來,並隨之出現收縮,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5×10^-30/釐米3。但要測定宇宙 中物質平均密度就不那麽容易了。星係間存在廣袤的星係間空間,如果把目前所觀測到的全部發光物質的質量平攤到整個宇宙 空間,那麽,平均密度就衹有2×10^-31/釐米3,遠遠低於上述臨界密度。
然而,種種證據表明,宇宙 中還存在着尚未觀測到的所謂的暗物質,其數量可能遠超過可見物質,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於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。
恆星演化到晚期,會把一部分物質(氣體)拋入星際空間,而這些氣體又可用來形成下一代恆星。這一過程會使氣體越耗越少,以致最後再沒有新的恆星可以形成。10^14年後,所有恆星都會失去光輝,宇宙 也就變暗。同時,恆星還會因相互作用不斷從星係逸出,星係則因損失能量而收縮,結果使中心部分生成黑洞,並通過吞食經過其附近的恆星而長大。
10^17~10^18年後,對於一個星係來說衹剩下黑洞和一些零星分佈的死亡了的恆星,這時,組成恆星的質子不再穩定。10^32年後,質子開始衰變為光子和各種輕子。10^71年後,這個衰變過程進行完畢,宇宙 中衹剩下光子、輕子和一些巨大的黑洞。
10^108年後,通過蒸發作用,有能量的粒子會從巨大的黑洞中逃逸出。宇宙 將歸於一片黑暗。這也許就是開宇宙 “末日”到來時的景象,但它仍然在不斷地、緩慢地膨脹着。
閉宇宙 的結局又會怎樣呢?閉宇宙 中,膨脹過程結束時間的早晚取决於宇宙 平均密度的大小。如果假設平均密度是臨界密度的2倍,那麽根據一種簡單的理論模型,經過400~500億年後,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。
以後的情況差不多就像一部宇宙 影片放映結束後再倒放一樣,大爆炸後宇宙 中所發生的一切重大變化將會反演。收縮幾百億年後,宇宙 的平均密度又大致回到目前的狀態,不過,原來星係遠離地球的退行運動將代之以嚮地球接近的運動。再過幾十億年,宇宙 背景輻射會上升到400開,並繼續上升,於是,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,星係會彼此並合,恆星間碰撞頻繁。 平行宇宙 又稱多元宇宙 論,說的是:這個世界上可能不止一個宇宙 ,而是存在着很多不同的,平行的,互不干涉的宇宙 ;而有些時候這些不同宇宙 中的事物卻可以通過一定的渠道來到另外的宇宙 裏(即“蟲洞”)。
悖論/矛盾在於:
【宇宙 】這個詞語包含了:世界萬物
如果說有另外一個宇宙 存在於這個世界上,
那麽宇宙 這個詞語又不能包含:世界萬物
所以這是矛盾的。
其實平行宇宙 /多元宇宙 描述的是“不同時空”
或者說:這個宇宙 可能存在不同的時空,但並不存在不同的宇宙 (因為那就與宇宙 的概念,産生了根本性的矛盾)
所以最準確的描述應該是:這個宇宙 可能有很多平行的【時空】
出自《全集然文明X檔案》 如果把任意一個時刻擴展開來,形成一個【時間膜】(宇宙 萬物映射在上面)
那麽在這個時間膜上,從低級到高級的物質都是連續存在着的
原子量小到大,智慧度從小到大,年齡從小到大都連續存在着
並且:低級的物質總是比高級的物質要來得多,並嚮高級發展
【全集然文明】將這種奇怪的物質【續存】現象,稱之為【宇宙 生態】
産生原因推測:
1.高級別的存在物需要低級別的存在物來維持存在。
2.存在物的【可存】屬性,决定了自然萬物都朝着“可以更好存在”的方向發展,而如果需要在不同的環境中更好的存在,那麽就必然産生了進化,也就是低級的存在物朝着高級(可在更多環境中以整體形式存在)的方向發展。 宇宙 結構觀念的發展 遠古時代,人們對宇宙 結構的認識處於十分幼稚的狀態,他們通常按照自己的生活環境對宇宙 的構造作了幼稚的推測。在中國西周時期,生活在華夏大地上的人們提出的早期蓋天說認為,天穹像一口鍋,倒扣在平坦的大地上;後來又發展為後期蓋天說,認為大地的形狀也是拱形的。公元前7世紀 ,巴比倫人認為,天和地都是拱形的,大地被海洋所環繞,而其中央則是高山。古埃及人把宇宙 想象成以天為盒蓋、大地為盒底的大盒子,大地的中央則是尼羅河。古印度人想象圓盤形的大地負在幾衹大象上,而象則站在巨大的龜背上,公元前7世紀末,古希臘的泰勒斯認為,大地是浮在水面上的巨大圓盤,上面籠罩着拱形的天穹。 也有一些人認為,地球衹是一隻龜上的一片甲板,而龜則是站在一個托着一個又一個的龜塔...
古人想象的宇宙
最早認識到大地是球形的是古希臘人。公元前6世紀,畢達哥拉斯從美學觀念出發,認為一切立體圖形中最美的是球形,主張天體和我們所居住的大地都是球形的。這一觀念為後來許多古希臘學者所繼承,但直到1519~1522年,葡萄牙的F.麥哲倫率領探險隊完成了第一次環球航行後 ,地球是球形的觀念纔最終被證實。
公元2世紀,C.托勒密提出了一個完整的地心說。這一學說認為地球在宇宙 的中央安然不動,月亮、太陽和諸行星以及最外層的恆星天都在以不同速度繞着地球旋轉。為了說明行星運動的不均勻性,他還認為行星在本輪上繞其中心轉動,而本輪中心則沿均輪繞地球轉動。地心說曾在歐洲流傳了1000多年。1543年,N.哥白尼提出科學的日心說,認為太陽位於宇宙 中心,而地球則是一顆沿圓軌道繞太陽公轉的普通行星。到16世紀哥白尼建立日心說後纔普遍認識到:地球是繞太陽公轉的行星之一,而包括地球在內的八大行星則構成了一個圍繞太陽旋轉的行星係── 太陽係的主要成員。1609年,J.開普勒揭示了地球和諸行星都在橢圓軌道上繞太陽公轉,發展了哥白尼的日心說,同年,伽利略·伽利雷則率先用望遠鏡觀測天空,用大量觀測事實證實了日心說的正確性。1687年,I.牛頓提出了萬有引力定律,深刻揭示了行星繞太陽運動的力學原因,使日心說有了牢固的力學基礎。在這以後,人們逐漸建立起了科學的太陽係概念。
在哥白尼的宇宙 圖像中,恆星衹是位於最外層恆星天上的光點。1584年,喬爾丹諾·布魯諾大膽取消了這層恆星天,認為恆星都是遙遠的太陽。18世紀上半葉,由於E.哈雷對恆星自行的發展和J.布拉得雷對恆星遙遠距離的科學估計,布魯諾的推測得到了越來越多人的贊同。18世紀中葉,T.賴特、I.康德和J.H.朗伯推測說,布滿全天的恆星和銀河構成了一個巨大的天體係統。弗裏德裏希·威廉·赫歇爾首創用取樣統計的方法,用望遠鏡數出了天空中大量選定區域的星數以及亮星與暗星的比例,1785年首先獲得了一幅扁而平、輪廓參差、太陽居中的銀河係結構圖,從而奠定了銀河係概念的基礎。在此後一個半世紀中,H.沙普利發現了太陽不在銀河係中心、J.H.奧爾特發現了銀河係的自轉和旋臂,以及許多人對銀河係直徑、厚度的測定,科學的銀河係概念纔最終確立。
18世紀中葉,康德等人還提出,在整個宇宙 中,存在着無數像我們的天體係統(指銀河係)那樣的天體係統。而當時看去呈雲霧狀的“星雲”很可能正是這樣的天體係統。此後經歷了長達170年的麯折的探索歷程,直到1924年,纔由E.P.哈勃用造父視差法測仙女座大星雲等的距離確認了河外星係的存在。
近半個世紀,人們通過對河外星係的研究,不僅已發現了星係團、超星係團等更高層次的天體係統,而且已使我們的視野擴展到遠達200億光年的宇宙 深處。
宇宙 演化觀念的發展在中國,早在西漢時期,《淮南子·俶真訓》指出:“有始者,有未始有有始者,有未始有夫未始有有始者”,認為世界有它的開闢之時,有它的開闢以前的時期,也有它的開闢以前的以前的時期。《淮南子·天文訓》中還具體勾畫了世界從無形的物質狀態到渾沌狀態再到天地萬物生成演變的過程。在古希臘,也存在着類似的見解。例如留基伯就提出,由於原子在空虛的空間中作旋渦運動,結果輕的物質逃逸到外部的虛空,而其餘的物質則構成了球形的天體,從而形成了我們的世界。
太陽係概念確立以後,人們開始從科學的角度來探討太陽係的起源。1644年,R.笛卡爾提出了太陽係起源的旋渦說;1745年,G.L.L.布豐提出了一個因大彗星與太陽掠碰導致形成行星係統的太陽係起源說;1755年和1796年,康德和拉普拉斯則各自提出了太陽係起源的星雲說。現代探討太陽係起源z的新星雲說正是在康德-拉普拉斯星雲說的基礎上發展起來。
1911年,E.赫茨普竜建立了第一幅銀河星團的顔色星等圖;1913年,伯特蘭•阿瑟•威廉•羅素則繪出了恆星的光譜-光度圖,即赫羅圖。羅素在獲得此圖後便提出了一個恆星從紅巨星開始,先收縮進入主序,後沿主序下滑,最終成為紅矮星的恆星演化學說。1924年 ,亞瑟·斯坦利·愛丁頓提出了恆星的質光關係;1937~1939年,C.F.魏茨澤剋和貝特揭示了恆星的能源來自於氫聚變為氦的原子核反應。這兩個發現導致了羅素理論被否定,並導致了科學的恆星演化理論的誕生。對於星係起源的研究,起步較遲,目前普遍認為,它是我們的宇宙 開始形成的後期由原星係演化而來的。
1917年,A.阿爾伯特·愛因斯坦運用他剛創立的廣義相對論建立了一個“靜態、有限、無界”的宇宙 模型,奠定了現代宇宙 學的基礎。1922年,G.D.弗裏德曼發現,根據阿爾伯特·愛因斯坦的場方程,宇宙 不一定是靜態的,它可以是膨脹的,也可以是振蕩的。前者對應於開放的宇宙 ,後者對應於閉合的宇宙 。1927年,G.勒梅特也提出了一個膨脹宇宙 模型.1929年 哈勃發現了星係紅移與它的距離成正比,建立了著名的哈勃定律。這一發現是對膨脹宇宙 模型的有力支持。20世紀中葉,G.伽莫夫等人提出了熱大爆炸宇宙 模型,他們還預言,根據這一模型,應能觀測到宇宙 空間目前殘存着溫度很低的背景輻射。1965年微波背景輻射的發現證實了伽莫夫等人的預言。從此,許多人把大爆炸宇宙 模型看成標準宇宙 模型。1980年,美國的古斯在熱大爆炸宇宙 模型的 基礎上又進一步提出了暴漲宇宙 模型。這一模型可以解釋目前已知的大多數重要觀測事實。
宇宙 圖景 當代天文學的研究成果表明,宇宙 是有層次結構的、像布一樣的、不斷膨脹、物質形態多樣的、不斷運動發展的天體係統。
層次結構 行星是最基本的天體係統。太陽係中共有八顆行星:水星 金星 地球 火星 木星 土星 天王星 海王星。 (冥王星目前已被從行星裏開除,降為矮行星)。除水星和金星外,其他行星都有衛星繞其運轉,地球有一個衛星 月球,土星的衛星最多,已確認的有26顆。行星 小行星 彗星和流星體都圍繞中心天體太陽運轉,構成太陽係。太陽占太陽係總質量的99.86%,其直徑約140萬千米,最大的行星木星的直徑約14萬千米。太陽係的大小約120億千米(以冥王星作邊界)。有證據表明,太陽係外也存在其他行星係統。2500億顆類似太陽的恆星和星際物質構成更巨大的天體係統——銀河係。銀河係中大部分恆星和星際物質集中在一個扁球狀的空間內,從側面看很像一個“鐵餅”,正面看去則呈旋渦狀。銀河係的直徑約10萬光年,太陽位於銀河係的一個旋臂中,距銀心約3萬光年。銀河係外還有許多類似的天體係統,稱為河外星係,常簡稱星係。現已觀測到大約有10億個。星係也聚集成大大小小的集團,叫星係團。平均而言,每個星係團約有百餘個星係,直徑達上千萬光年。現已發現上萬個星係團。包括銀河係在內約40個星係構成的一個小星係團叫本星係群。若幹星係團集聚在一起構成更大、更高一層次的天體係統叫超星係團。超星係團往往具有扁長的外形,其長徑可達數億光年。通常超星係團內衹含有幾個星係團,衹有少數超星係團擁有幾十個星係團。本星係群和其附近的約50個星係團構成的超星係團叫做本超星係團。目前天文觀測範圍已經擴展到200億光年的廣阔空間,它稱為總星係。 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。近代科學研究發現宇宙 不是永恆的,而是在不斷的膨脹中。宇宙 的不平衡現象最早是由一位德國的醫生發現的。他在夜空觀查星星時發現,每個星球間的距離並沒有因為萬有引力的關係而彼此靠近。那麽,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。他就把這現象假設為宇宙 在不斷地膨脹。
後來科學家們又發現了紅移現象,就是遠距離星球射嚮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。接着愛因斯坦提出了廣義相對論,他提出加速度不等於零的理論,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現,在銀河係外仍有很多銀河係,並且在不斷地膨脹,這纔使得宇宙 膨脹的理論得到證實。
到了40年代,科學家們預測宇宙 是由大爆炸産生的,那麽它爆炸之後必定會有殘餘物質留在太空之中。這遺留的物質就是電子波[輻射波],其所代表的溫度約為零下273度。這假設在當時並沒被證實。在60年代時,貝爾實驗室的科學家為電訊研究架起天綫時發現一直聽到噪音,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後的餘波,後來這兩組工作研究聯合表示,這天綫所收到的噪音即為大爆炸後的餘波,其溫度約為零下270度,這一發表證實了大爆炸的理論。
以大爆作為宇宙 開始的說法仍需進一步的求證,因為宇宙 在大爆炸後如何能維持這麽的有次序是沒有人能解釋的。我們目前衹能證實說,宇宙 是由創造而來的,不是由進化而來的。宇宙 是在不斷的膨脹中,其它的學說則仍有待證實。 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 中所有的物質和能量從無中産生的觀點,這種觀點之所以在以前不能為人們接受,是因為存在着許多守恆定律,特別是重子數守恆和能量守恆。但隨着大統一理論的發展,重子數有可能是不守恆的,而宇宙 中的引力能可粗略地說是負的,並精確地抵消非引力能,總能量為零。因此就不存在已知的守恆律阻止觀測宇宙 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”是絶對的虛無,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 僅僅是整個暴漲區域的很小的一部分,在觀測宇宙 之外並不是絶對的“無”。現在觀測宇宙 的物質是從假真空狀態釋放出來的能量轉化而來的,這種真空能恰恰是一種特殊的物質和能量形式,並不是創生於絶對的“無”。如果進一步說這種真空能起源於“無”,因而整個觀測宇宙 歸根到底起源於“無”,那麽這個“無”也衹能是一種未知的物質和能量形式。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 不論多麽巨大,作為一個有限的物質體係 ,也有其産生、發展和滅亡的歷史。暴漲模型把傳統的大爆炸宇宙 學與大統一理論結合起來,認為觀測宇宙 中的物質與能量形式不是永恆的,應研究它們的起源。它把“無”作為一種未知的物質和能量形式,把“無”和“有”作為一對邏輯範疇,探討我們的宇宙 如何從“無”——未知的物質和能量形式,轉化為“有”——已知的物質和能量形式,這在認識論和方法論上有一定意義。
2. 宇宙 是如何起源的?空間和時間的本質是什麽?這是從2000多年前的古代哲學家到現代天文學家一直都在苦苦思索的問題。經過了哥白尼、赫歇爾、哈勃的從太陽係、銀河係、河外星係的探索宇宙 三部麯,宇宙 學已經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代科學。
目前學術界影響較大的“大爆炸宇宙 論”是1927年由比利時數學家勒梅特提出的,他認為最初宇宙 的物質集中在一個超原子的“宇宙 蛋”裏,在一次無與倫比的大爆炸中分裂成無數碎片,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 由一個緻密熾熱的奇點於150億年前一次大爆炸後,經一係列元素演化到最後形成星球、星係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。“大爆炸宇宙 論”關於宇宙 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範圍也無法計算質量的宇宙 壓縮在一個極小空間內的假設衹是一種臆測。況且從能量與質量的正比關係考慮,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 範圍,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 範圍就沒有任何意義。既然年的概念對宇宙 而言並不存在,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係的紅移量與星係間的距離成正比的哈勃定律,並推導出星係都在互相遠離的宇宙 膨脹說。哈勃定律衹是說明了距離地球越遠的星係運動速度越快--星係紅移量與星係距離呈正比關係。但他沒能發現很重要的另一點--星係紅移量與星係質量也呈正比關係。
宇宙 中星係間距離非常非常遙遠,光綫傳播因空間物質的吸收、阻擋會逐漸減弱,那些運動速度越快的星係就是質量越大的星係。質量大,能量輻射就強,因此我們觀察到的紅移量極大的星係,當然是質量極大的星係。這就是被稱作“類星體”的遙遠星係因質量巨大而紅移量巨大的原因。另外那些質量小、能量輻射弱的星係(除極少數距銀河係很近的星係,如大、小麥哲倫星係外)則很難觀察到,於是我們現在看到的星係大多呈紅移。而銀河係內的恆星由於距地球近,大小恆星都能看到,所以恆星的紅移紫移數量大致相等。
導致星係紅移多紫移少的另一原因是:宇宙 中的物質結構都是在一定範圍內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嚮四周作放射狀的直綫運動。因此,從地球看到的紫移星係範圍很窄,數量極少,衹能是與銀河係同一方向運動的,前方比銀河係小的星係;後方比銀河係大的星係。衹有將來研製出更高分辨程度的天文觀測儀器才能看到更多的紫移星係。
宇宙 中的物質分佈出現不平衡時,局部物質結構會不斷發生膨脹和收縮變化,但宇宙 整體結構相對平衡的狀態不會改變。僅憑從地球角度觀測到的部分(不是全部)可見星係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象並不說明海水總量是在增加或減少一樣。
1994年,美國卡內基研究所的弗裏德曼等人,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。然而根據對恆星光譜的分析,宇宙 中最古老的恆星年齡為140~160億年。恆星的年齡倒比宇宙 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 空間的各種物質相互之間能量傳遞産生的效果。宇宙 中的物質輻射是時刻存在的,3K或5K的溫度值也衹是人類根據自己判斷設計的一種衡量標準。這種能量輻射現象衹能說明宇宙 中的物質由於引力作用,在大尺度空間整體分佈的相對均勻性和星際空間裏確實存在大量我們目前還觀測不到的“暗物質”。
至於大爆炸宇宙 論中的氦豐度問題,氦元素原本就是宇宙 中存在的僅次於氫元素的數量極豐富的原子結構,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於物質結構分佈規律中很平常的物理現象。在宇宙 大尺度範圍中,不僅氦元素的豐度相似,其餘的氫、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、環境而不斷互相變換的,並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繫。
大爆炸宇宙 論面臨的難題還有,如果宇宙 無限膨脹下去,最後的結局如何呢?德國物理學家剋勞修斯指出,能量從非均勻分佈到均勻分佈的那種變化過程,適用於宇宙 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於其總能量與溫度之比的物理量,他把這個物理量取名為“熵”,孤立係統中的“熵”永遠趨於增大。但在宇宙 中總會有高“熵”和低“熵”的區域,不可能出現絶對均勻的狀態。所以,那種認為由於“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恆狀態,最終“熱寂”而亡的結局,是把我們現在可觀測到的一部分宇宙 範圍當作整個宇宙 的誤識。
根據天文觀測資料和物理理論描述宇宙 的具體形態,星係的形態特徵對研究宇宙 結構至關重要,從星係的運動規律可以推斷整個宇宙 的結構形態。而星係共有的圓形旋渦結構就是整個宇宙 的縮影,那些橢圓、棒旋等不同的星係形態衹是因為星係年齡和觀測角度不同而産生的視覺效果。
奇妙的蠃旋形是自然界中最普遍、最基本的物質運動形式。這種蠃旋現象對於認識宇宙 形態有着重要的啓迪作用,大至旋渦星係,小至DNA分子,都是在這種蠃旋綫中産生。大自然並不認可筆直的形式,自然界所有物質的基本結構都是麯綫運動方式的圓環形狀。從原子、分子到星球、星係直到星係團、超星係團無一例外,毋庸置疑,浩瀚的宇宙 就是一個大旋渦。因此,確立一個“蠃旋運動形態宇宙 模型”,比那種作為所有物質總和的“宇宙 ”卻脫離麯綫運動模式而獨闢蹊徑,以直綫運動方式從一個中心嚮四面八方無限伸展的“大爆炸宇宙 模型”,更能體現真實的宇宙 結構形態。 我們的先輩們曾認為宇宙 是範圍並不很大的球狀天體,其中包含着地球以及其他一些形體較小的發光體。直至公元1700 年以前,這種理論在天文學界一直占據主導地位。即使在哥白尼發現地球並非宇宙 的中心之後,人們仍持同樣的觀點,衹是把“宇宙 主宰”這一光環又贈給了太陽而已,而宇宙 的基本定義仍未得到根本上的改變。天空仍舊是天上的“球”,裏面有許多星星,不過,它包括的主體是太陽,相比之下,地球要遜色得多。
托勒密的“地心說”體係
哥白尼的“日心說”體係
開普勒的橢圓型軌道的思想廢除了星體是“透明的球體”這一謬論,但是卻仍然保留了星體是“最外層天體球”這一說法。感謝卡西尼的研究成果,他揭開了太陽係的真實面目,從而證明了太陽係比人們想象的要大得多,而這也衹是將人們腦海中宇宙 的邊界擴大了而已。
直至哈雷於1718 年發現了恆星也是運動着的球體這一事實後,天文學家們纔開始重新認真地認識宇宙 。當然,即使所有星體都在移動,宇宙 仍有可能是有限的,而所有的星體也都有可能在進行着極其緩慢的移動。但是為什麽有的星體的運動速度之快足以被人們觀察到,而正是這些星體才能發出比較明亮的光綫呢?
關於這一問題,存在這樣一種可能,即某個星體由於具有較大的形體,從而能放射出比較明亮的光綫,同時由於其體積較大,造成宇宙 對它的束縛産生了睏難,從而導致了它的移動。當然,這衹是一種特定的假設,但這種全新的設想對於解開有關謎團是具有創造性意義的——即使其很難在實驗室條件下得到驗證,或根本無法解决任何問題。
另一方面,有些星球與地球間的距離有可能相對來說比較近,因此看上去就可能顯得比較亮一些。再者,如果所有星球移動的速度是相同的,那麽距地球越近,往往就顯得運動得更快一些。這一點與實驗室條件下的實驗結果是相符的。這一現象是以解釋運動越快的星體其亮度越高的原因。那相對比較昏暗的星球其實也處於運動狀態,但由於它與地球間距離實在太遙遠了,因此即使經過幾個世紀的觀測也無法察覺到它的位置的變化,但這一變化卻有可能在數千年的過程中被觀測到,這的確需要人們一代一代不懈的努力。
如果各個星體與太陽係間的距離各不相同,那麽宇宙 就應該是無限的,而衆多的星球則會像蜂群一樣遍布於宇宙 的各個角落。直至1718 年,人們纔意識到這一點而摒棄了宇宙 有限論,從此,一幅廣阔無垠而壯麗非常的宇宙 畫捲終於展現在人們的眼前。 太陽是太陽係的中心,太陽係中所有的行星都繞着太陽旋轉。銀河也有中心,它周圍所有的恆星也都繞着銀河係的中心旋轉。那麽宇宙 有中心嗎?一個讓所有的星係包圍在中間的中心點?
看起來應該存在這樣的中心,但是實際上它並不存在。因為宇宙 的膨脹一般不發生在三維空間內,而是發生在四維空間內的,它不僅包括普通三維空間(長度、寬度和高度),還包括第四維空間——時間。描述四維空間的膨脹是非常睏難的,但是我們也許可以通過推斷氣球的膨脹來解釋它。
我們可以假設宇宙 是一個正在膨脹的氣球,而星係是氣球表面上的點,我們就住在這些點上。我們還可以假設星係不會離開氣球的表面,衹能沿着表面移動而不能進入氣球內部或嚮外運動,在某種意義上可以說我們把自己描述為一個二維空間的人。
如果宇宙 不斷膨脹,也就是說氣球的表面不斷地嚮外膨脹,則表面上的每個點彼此離得越來越遠。其中,某一點上的某個人將會看到其他所有的點都在退行,而且離得越遠的點退行速度越快。
現在,假設我們要尋找氣球表面上的點開始退行的地方,那麽我們就會發現它已經不在氣球表面上的二維空間內了。氣球的膨脹實際上是從內部的中心開始的,是在三維空間內的,而我們是在二維空間上,所以我們不可能探測到三維空間內的事物。同樣的,宇宙 的膨脹不是在三維空間內開始的,而我們衹能在宇宙 的三維空間內運動。宇宙 開始膨脹的地方是在過去的某個時間,即億萬年以前,雖然我們可以看到,可以獲得有關的信息,而我們卻無法回到那個時候。
相關詞條:銀河係
『宇宙 時間表』
一般認為,宇宙 産生於150億年前一次大爆炸中。大爆炸後30萬年,最初的物質漣漪出現。大爆炸後20億~30億年,類星體逐漸形成。大爆炸後100億年,太陽誕生。38億年前地球上的生命開始逐漸演化。
『宇宙 及其組成和結構 』http://t1.baidu.com/it/u=2555518516,522547472&fm=3&gp=31.jpg
宇宙 是有限的還是無限的?有沒有中心有沒有邊?有沒有生老病死有沒有年齡?"這些恐怕是自從有人類的活動以來一直被關心的問題。為了有一個更清楚的答案,先看看它的組成和結構。
(1) 行星
我們居住的地球是太陽係的一顆大行星。太陽係一共有八顆大行星:水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。除了大行星以外,還有60多顆衛星、為數衆多的小行星、難以計數的彗星和流星體等。他們都是離我們地球較近的,是人們瞭解的較多的天體。那麽,除了這些以外,茫茫宇宙 空間還有一些什麽呢?
(2) 恆星和星雲
晴夜,我們用肉眼可以看到許多閃閃發光的星星,他們絶大多數是恆星,恆星就是象太陽一樣本身能發光發熱的星球。我們銀河係內就有1000多億顆恆星。恆星常常愛好"群居",有許多是"成雙成對"地緊密靠在一起的,按照一定的規律互相繞轉着,這稱為雙星。還有一些是3顆、4顆或更多顆恆星聚在一起,稱為聚星。如果是十顆以上,甚至成千上萬顆星聚在一起,形成一團星,這就是星團。銀河係裏就發現1000多個這樣的星團。
(3) 銀河係及河外星係
隨着測距能力的逐步提高,人們逐漸在越來越大的尺度上對宇宙 的結構建立了立體的觀念。這裏第一個重要的發展,是認識了銀河。它包含兩重含義,一是瞭解了銀河的形狀,二是認識了河外天體的存在。
(4) 星係團
當我們把觀測的尺度再放大,宇宙 可看成由大量星係構成的"介質",而恆星衹是星係內部細緻結構的表現。這樣,為瞭瞭解宇宙 結構,需關心星係在空間的分佈規律。
(5) 大尺度結構
今天人們把10Mpc以上的結構稱為宇宙 的大尺度結構(目前觀測到的宇宙 的大小是104Mpc)。至今大尺度上的觀測事實遠不是十分明確的。有趣的是,有跡象表明,星係在大尺度上的分佈呈泡沫狀。即有許多看不到星係的"空洞"區,而星係聚集在空洞的壁上,呈纖維狀或片狀結構。這一層次的結構叫超星係團。它的典型尺度為幾十兆秒差距。
總之,若把星係看成宇宙 物質的基本單元,那麽星係的分佈狀況就是宇宙 結構的表現。現在看來,直至50Mpc的尺度為止,星係的分佈呈現有層次的結構。這就是我們對宇宙 面貌的基本認識。 有些宇宙 學家認為,我們的宇宙 是唯一的宇宙 ;大爆炸不是在宇宙 空間的哪一點爆炸,而是整個宇宙 自身的爆炸。但是,新提出的暴漲模型表明,我們的宇宙 僅是整個暴漲區域的非常小的一部分,暴漲後的區域尺度要大於10 26 釐米,而那時我們的宇宙 衹有10釐米。還有可能這個暴漲區域是一個更大的始於無規則混沌狀態的物質體係的一部分。這種情況恰如科學史上人類的認識從太陽係宇宙 擴展到星係宇宙 ,再擴展到大尺度宇宙 那樣,今天的科學又正在努力把人類的認識進一步嚮某種探索中的“暴漲宇宙 ”、“無規則的混沌宇宙 ”推移。我們的宇宙 不是唯一的宇宙 ,而是某種更大的物質體係的一部分,大爆炸不是整個宇宙 自身的爆炸,而是那個更大物質體係的一部分的爆炸。因此,有必要區分哲學和自然科學兩個不同層次的宇宙 概念。哲學宇宙 概念所反映的是無限多樣、永恆發展的物質世界;自然科學宇宙 概念所涉及的則是人類在一定時代觀測所及的最大天體係統。兩種宇宙 概念之間的關係是一般和個別的關係。隨着自然科學宇宙 概念的發展,人們將逐步深化和接近對無限宇宙 的認識。弄清兩種宇宙 概念的區別和聯繫,對於堅持馬剋思主義的宇宙 無限論,反對宇宙 有限論、神創論、機械論、不可知論、哲學代替論和取消論,都有積極意義。 TOM112免費電影最新係列紀錄片《宇宙 》囊括了宇宙 的一切,從黑洞到我們的太陽,從未探索的太空到可能存在生命的星球...《宇宙 》這個專題已經被N多機構做過N多遍了,但歷史頻道做的非常出色,在講述人類探索宇宙 的歷史故事的時候,嚴謹詳實地敘說了人類對宇宙 的不懈探索,同時將已經瞭解和尚未瞭解的宇宙 奧秘一一展現出來,真的秉承了歷史頻道的傳統。特別是《火星》不知道被做過多少次了,但歷史頻道做來,給人感覺耳目一新,裏面介紹了2007年最新的資訊。
第一季第1集::太陽的秘密:它是天上的火球,一個高熱等離子沸騰運動的星球,爆炸着,噴發着.它的大小幾乎無法想象--100萬個地球剛好填放進去.在這裏,激烈的反應産生的所有能量保證了地球的上所有的生存,然而,它的秘密現在纔剛開始被瞭解.從太陽黑子到日食,從太陽耀斑到太陽風暴,從太陽的誕生到它的可能的結局,探索這顆産生地球生命的天體的科學和它背後的歷史.[第一季第1集花絮]當年裏根總統訪華時,空軍一號就曾被太陽風暴幹擾,數小時內無法通訊,美國政府頓時群竜無首。
第一季第2集:火星:紅色行星審視地球和火星之間的異同。包括紅色星球上會看到生命嗎,思索一下什麽樣的生命形式會從那裏演繹過來。
第一季第3集:地球末日:來自太空深處的威脅小行星、彗星、伽馬射綫爆炸以及太陽聯合構成了對我們賴以生存的地球的威脅.美國太空總署的要員和其他科學家依靠自己最新的科技對抗着世界末日的打擊.關註和研究離奇又恐怖的世界末日,科學家們正爭分奪秒開發技術,找到辦法以保衛我們的傢園...
第一季第4集:木星--巨人行星
木星存在太陽係裏許多的疑問。它是顆巨大的氣態行星,有着流動的顔色,漂亮的斑點,但也存在猛烈的風暴和氣流。有60多顆衛星圍繞着木星的迷你太陽係,距離地球5億英裏,這些衛星中的一個在其冰蓋下會存在生命嗎?
第一季第5集:月球
月球幾千年來慰籍着人們,它的一切從神到羅盤,是人們唯一到過的宇宙 天體。美國航天局計劃在那裏建立永久前哨基地。探索月球是怎麽來的--如果你不知道,你會感到驚奇的。
第一季第6集:太空船地球
45億年前,在行星形成的競爭中,地球這個藍色的天體成功誕生,勝利地存在於宇宙 中。但是,過程是混亂無序的,伴隨很多劇烈的碰撞。成型過程中,大量巨石高速落到地球上,就像汽車相撞。經過這樣漫長的歲月,纔在太陽係中形成如此獨一無二的地方,擁有海洋,陸地……生命。早期的細菌,製造了大量氧氣,得益於這些低等生物纔有了我們,儘管現在還有各種災難襲擊着地球,地球依然是宇宙 中最神奇的一塊樂土。最後,登上神奇太空船……地球。
宇宙 中是否有第二個太陽係
除了我們的太陽係以外,宇宙 中還有第二個、第三個太陽係嗎?茫茫無際的宇宙 ,深藏着無數奧秘。
有人曾設想,除我們的太陽係以外,還應有第二個、第三個太陽係。可是另外的“太陽係”具體在哪裏?這個長期以來爭論不休的問題,隨着織女星周圍發現行星係,有人認為已經找到了宇宙 中的第二個“太陽係”,為尋找宇宙 中其他許多“太陽係”提供了例證。
宇宙 中的第二個“太陽係”是怎樣發現的呢?
1983年1月,美國、荷蘭、英國三個國傢成功地發射了紅外天文衛星。後來,天文學家們利用這顆衛星意外地發現天琴座主星——織女星的周圍存在類似行星的固體環。
這次發現在世界上還是頭一回。這一發現可以說是不同凡響的劃時代的發現。
美國、荷蘭、英國合作發射的衛星是世界第一顆紅外天文衛星,主要用於探測全天的紅外源,也就是對紅外源進行登記造册。一般紅外天文望遠鏡不能探出宇宙 中的低溫物體。因為大氣中的水分和二氧化碳氣體大量吸收了來自宇宙 的紅外綫及地球的熱,又會釋放互相幹擾的紅外綫。紅外天文衛星將裝置儀器用極低溫的液態氦進行冷卻,所以纔有了這次的發現。
織女星距離地球26光年,是全天第四亮星。直徑是太陽的2.5倍,質量約是太陽的3倍,表面溫度約為 10000℃,比太陽的表面溫度(約 6000℃)高。織女星誕生於10億年前,太陽誕生於45億年前,相比之下織女星要年輕得多。地球大致是與太陽同時誕生的,若認為織女星的行星也跟織女星同時誕生,那麽就可以視它的行星處在演化的初期階段。
東京天文臺和紅外天文衛星的發現,看來可以說是行星形成過程中的不同階段。深入分析和研究這兩個不同階段,以及更正確地描寫織女星的行星像,無疑是當前世界天文學界所面臨的一大課題
宇宙 的形狀
宇宙 的形狀現在還是未知的,但可大膽想象.有的人說宇宙 其實是一個類似人的這樣一種生物的一個小細胞,而也有人說宇宙 是一種擁有比人類更高智慧生物所製造出來的電腦的一個程序或是一個小小的原件,或者宇宙 是無形的,它時刻都在變化着...
總之宇宙 的形狀是人類一個未解的一個心鎖 yuzhou
宇宙
universe
廣漠空間和其中存在的各種天體以及彌漫物質的總稱。宇宙 是物質世界。它處於不斷的運動和發展中,在空間上無邊無界,在時間上無始無終。宇宙 是多樣而又統一的。它的多樣性在於物質的表現形態;它的統一性在於其物質性。《淮南子·原道訓》註:“四方上下曰宇,古往今來曰宙,以喻天地。”宇宙 ,一般當作天地萬物的總稱。人類對宇宙 的認識,從太陽係到銀河係,再擴展到河外星係、星係團乃至總星係。人們的視野已達到一百多億光年的宇宙 深處。有人把總星係稱為“觀測到的宇宙 ”、“我們的宇宙 ”;也有人把總星係稱為宇宙 。宇宙 天體呈現出多種多樣的形態:有密集的星體狀態,有鬆散的星雲狀態,還有輻射場的連續狀態。各種星體千差萬別,它們的大小、質量、密度、光度、溫度、顔色、年齡、壽命也不相同。天體不是同時形成的。球狀體是在形成中的星體,O型星、B型星是年輕恆星,主序星(包括太陽)是中年恆星,白矮星和中子星是老年恆星。每個天體都有它的發生、發展、衰亡的歷史,但作為總體的宇宙 則不生不死,無始無終。
(陳載璋)
【宇宙 】上下四方叫做“宇”,往古來今叫做“宙”,合起來即指“世界”,也就是人類所生活的環境。 : universe, the cosmos n [sing] the universe, ie all space, seen as a well-ordered system, space, astro n.: cosmos, creation, empyrean, macrocosm, metagalaxy, cosmic rays, space station [platform], the sum of things, the macrocosm [sing] the universe, the universe [sing]all existing things, including the earth and its creatures and all the stars, planets, etc in space, outer space n. univers 宏觀世界 天地萬物 , 所有的創造物 , 世界 , 存在的一切事物 , 地球上的某部分 宇宙 村自然科學 天文學 科學 天文力學 天體 木星 木星衛星 天文 太陽係 衛星 飛行器 科技 航天 百科辭典 自然 二級學科 百科大全 植物 花卉 休閑 生活 傳說 星座 星象圖 自然現象 光學 文明 更多結果...
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