2008年5月7日星期三

宇宙谜团-宇宙有多大

宇宙有多大 '2x] {`n
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?7| uNQn? 在18 世纪人们的眼里,宇宙还只是太阳系。随着科学技术的发展,人们认识到:太阳也只是天空中数以万计的恒星中的一颗。于是,人们心目中的宇宙开始逐渐扩展到了 银河系。近代,人们的认识范围逐渐扩大,人们心目中的宇宙已不再是银河系。人类已经认识到:在银河系以外,还有许多河外星系的存。十几个或几十个星系一起 组成星系群。成百上千个星系则组成更高一级的星系组织—星系团。北冕星座是有一个包含着400 个星系的星系团,离我们更远,光从那里照射到我们地球,需要整整7 亿年之久。这样的一个个星系团共同组成了我们的总星系。人们都说“宇宙广阔无垠”,那么,宇宙究竟有多大呢?
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牛顿的“箱子宇宙”

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牛顿是古典力学的创立者,他曾设想
宇宙是个“大箱子”


从哲学角度上说,宇宙不光在空间上是无限的,在时间上也是无限的。“天地四方曰宇,古往今来曰宙”。正因为宇宙在时间上和空间上的无限,才使得宇宙能够作为一个统一的整体而存在。德国大哲 学 家康德曾提出著名的时空悖论,强调人们关于宇宙有限与无限的理解必然存在着矛盾。古典力学创立者牛顿设想:宇宙像一个无边界的大箱子,无数恒星均匀地分布 在这个既无限又空虚的箱子里,靠万有引力联系着。他的观点引出了有名的“光度怪论”(即“奥尔伯斯佯”):如果宇宙真是无限的,恒星又是均匀地分布着, 那么夜晚的天空将会变得无限明亮!



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爱因斯坦的“有限宇宙球”

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因斯坦的相对论指出:宇宙中时间和空间是非常复杂地纠缠在一起的。


相对论大师爱因斯坦,于1917 年提出了有限宇宙的模型,“把宇宙看作是一个在空间尺度方面有限闭合的连续区”,并从宇宙物质均匀分布的前提出发,在数学上建立一个前所未有的“无界而有 限”、“有限而闭合”的“四维连续体”,即一个封闭的宇宙。根据爱因斯坦提供的“宇宙球”模型推想,在宇宙任意一点上发出的光,都将会沿着时空曲面在 100 亿年后返回它的出发点。人类目前的认识,实际上是把宇 宙作为在时间上有起点,在空间上有限度的想像模型来对待的。
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宇宙到底是什么样子








英国剑桥大学教授斯蒂芬·霍金(1942~)是继爱因斯坦之后最伟大的科学家之一。

宇宙到底是什么样子?英国物理学家斯蒂芬·霍金的观点比较让人容易接受:宇宙有限而无界,只不过比地球多了几维。比如,我们的地球就是有限而无界的。在地球上,无论从南极走到北极,还是从北极走到南极,你始终不可能找到地球的边界,但你不能由此认为地球是无限的。实际上,我们都知道地球是有限的。地球如此,宇宙亦是如此。怎么理解宇宙比地球多了几维呢?举例来说:一个小球沿地面滚动并掉进一个小洞中。在我们看来,小球是存在的,它还在洞里面,而对于一个假设的“二维”世界的动物来说,它得出的结论就会是:小球已经不存在了!它消失了。为什么会得出这样的结论呢?因为它生活在“二维”世界里,对“三维”世界是无法清楚认识的。同样的道理,我们人类生活在“三维”世界里,对于比我们多几维的宇宙,也是很难理解清楚的。




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英国剑桥大学教授斯蒂芬·霍金(1942~)是继爱因斯坦之后最伟大的科学家之一。

宇宙到底是什么样子?英国物理学家斯蒂芬·霍金的观点比较让人容易接受:宇宙有限而无界,只不过比地球多了几维。比如,我们的地球就是有限而无界的。在地 球上,无论从南极走到北极,还是从北极走到南极,你始终不可能找到地球的边界,但你不能由此认为地球是无限的。实际上,我们都知道地球是有限的。地球如 此,宇宙亦是如此。怎么理解宇宙比地球多了几维呢?举例来说:一个小球沿地面滚动并掉进一个小洞中。在我们看来,小球是存在的,它还在洞里面,而对于一个 假设的“二维”世界的动物来说,它得出的结论就会是:小球已经不存在了!它消失了。为什么会得出这样的结论呢?因为它生活在“二维”世界里,对“三维”世 界是无法清楚认识的。同样的道理,我们人类生活在“三维”世界里,对于比我们多几维的宇宙,也是很难理解清楚的。

宇宙谜团-宇宙诞生的奥秘

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b7qjk~, 茫茫宇宙,充满了无尽的神奇与玄妙;点点繁星,引起人们无限的遐想与憧憬。这里展现了一个多彩变幻的寰宇:恒星有着瑰丽的肖像,星系有着漂亮的环状饰物, 一些星体在悄悄地互相吞噬,黑洞正在吞噬它周围的一切,银河系像一个巨大的飞碟,河外星系构成庞大的“宇宙长城”,太阳长着绚丽多彩的“羽毛”,小行星可 能随时撞向地球,“长发美女”彗星不时光临人间……
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宇宙谜团-宇宙诞生的奥秘 k%$GApI2�
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T6A/0Mp {`fn%Y) 当人类第一次把目光投向天空时,就想知道这浩瀚无垠的天空以及那闪闪发光的星星是怎样产生 的。 所以,各个民族、各个时代都有着种种关于宇宙形成的传说。比如盘古开天、女娲补天等优美的神话故事和上帝6 天造出天地万物的宗教观念。不过那都是建立在想像和猜测基础上的。现在,科学技术有了巨大的飞跃,我们的认识已超出地球、太阳系、银河系的范围,而关于宇 宙的诞生和形成,也有了较为明晰的观念。
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“大爆炸”理论

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zoK^G? 1946 年,美国科学家伽莫夫提出“大爆炸”理论。此后,“大爆炸”理论逐渐形成体系,成为人们普遍接受的观点。“大爆炸”理论认为,大约在200亿年以前,构成 我们今天所看到的天体的物质都集中在一起,密度极高,温度高达100 多亿度,被称为“原始火球”。这个时期的天空中,没有恒星和星系,只是充满了辐射。后来不知什么原因,“原始火球”发生了大爆炸,组成火球的物质飞散到四 面八方,高温的物质冷却起来,密度也开始降低。在爆炸两秒钟之后,在100 亿度高温下产生了质子和中子,在随后的自由中子衰变的11分种之内,形成了重元素的原子核。大约又过了1万年,产生了氢原子和氦原子。在这1 万年的时间里,散落在空间的物质便开始了局部的联合,星云、星系的恒星,就是由这些物质凝聚而成的。在星云的发展中,大部分气体变成了星体,其中一部分物 质因受到星体引力的作用,变成了星际介质。宇宙就这样形成了。
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亚稳状态宇宙论

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宇宙一诞生就急剧膨胀, 并在膨胀期孕育了无数个宇宙,可称其为子宇宙、孙宇宙

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—“亚稳状态宇宙论”,对大爆炸理论提出挑战。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为“创物场” 的巨大的能量库,而不是大爆炸理论所描述的没有时间、没有空间的起点。在这个能量场中,不断发生爆炸,逐渐形成了宇宙的雏形。此后,又接连不断地发生小规 模的爆炸,导致局部空间的膨胀。而时快时慢的局部膨胀综合在一起便形成了整个宇宙范围的膨胀。新理论犹如一块沉重的巨石,在人们平静的心湖里激起狂澜。人 们开始重新反思生命,以至产生生命的庞大宇宙。
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暴胀宇宙学

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物质在膨胀刚结束后的火球宇宙中诞生。



1979~1981年,美国科学家古思、温伯格和威尔茨克三人提出“暴胀宇宙学”理论。这个学说认为,在大爆炸后不到10-35秒的瞬间,宇宙迅速地膨 胀,故称为“暴胀”。暴胀持续了大约10-32秒。在如此短的时刻内,宇宙的体积却增大了1043 倍!