宇宙是如何形成? 宇宙怎么形成的
universe;cosmos
物質(zhì)現(xiàn)象的總和。廣義上指無限多樣、永恒發(fā)展的物質(zhì)世界,狹義上指一定時代觀測所及的最大天體系統(tǒng)。后者往往稱作可觀測宇宙、我們的宇宙,現(xiàn)在相當于天文學中的“總星系”。
詞源考察 在中國古籍中最早使用宇宙這個詞的是《莊子·齊物論》。“宇”的含義包括各個方向,如東西南北的一切地點。“宙”包括過去、現(xiàn)在、白天、黑夜,即一切不同的具體時間。戰(zhàn)國末期的尸佼說:“四方上下曰宇,往古來今曰宙。”“宇”指空間,“宙”指時間,“宇宙”就是時間和空間的統(tǒng)一。后來“宇宙”一詞便被用來指整個客觀實在世界。與宇宙相當?shù)母拍钣小疤斓亍薄ⅰ扒ぁ薄ⅰ傲稀钡龋@些概念僅指宇宙的空間方面。《管子》的“宙合”一詞,“宙”指時間,“合”(即“六合”)指空間,與“宇宙”概念最接近。
在西方,宇宙這個詞在英語中叫cosmos,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(chuàng)生乃是從渾沌中產(chǎn)生出秩序來,κoσμoζ其原意就是秩序。但在英語中更經(jīng)常用來表示“宇宙”的詞是universe。此詞與universitas有關(guān)。在中世紀,人們把沿著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(xiàn)成的東西所構(gòu)成的統(tǒng)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(diào)的是物質(zhì)現(xiàn)象的總和,而后者則強調(diào)整體宇宙的結(jié)構(gòu)或構(gòu)造。
宇宙觀念的發(fā)展 宇宙結(jié)構(gòu)觀念的發(fā)展 遠古時代,人們對宇宙結(jié)構(gòu)的認識處于十分幼稚的狀態(tài),他們通常按照自己的生活環(huán)境對宇宙的構(gòu)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;后來又發(fā)展為后期蓋天說,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(huán)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只大象上,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,上面籠罩著拱形的天穹。
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(fā),認為一切立體圖形中最美的是球形,主張?zhí)祗w和我們所居住的大地都是球形的。這一觀念為后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(lǐng)探險隊完成了第一次環(huán)球航行后 ,地球是球形的觀念才最終證實。
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恒星天都在以不同速度繞著地球旋轉(zhuǎn)。為了說明行星視運動的不均勻性,他還認為行星在本輪上繞其中心轉(zhuǎn)動,而本輪中心則沿均輪繞地球轉(zhuǎn)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,認為太陽位于宇宙中心,而地球則是一顆沿圓軌道繞太陽公轉(zhuǎn)的普通行星。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(zhuǎn),發(fā)展了哥白尼的日心說,同年,G.伽利略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(chǔ)。在這以后,人們逐漸建立起了科學的太陽系概念。
在哥白尼的宇宙圖像中,恒星只是位于最外層恒星天上的光點。1584年,G.布魯諾大膽取消了這層恒星天,認為恒星都是遙遠的太陽。18世紀上半葉,由于E.哈雷對恒星自行的發(fā)展和J.布拉得雷對恒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,布滿全天的恒星和銀河構(gòu)成了一個巨大的天體系統(tǒng)。F.W.赫歇爾首創(chuàng)用取樣統(tǒng)計的方法,用望遠鏡數(shù)出了天空中大量選定區(qū)域的星數(shù)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、太陽居中的銀河系結(jié)構(gòu)圖,從而奠定了銀河系概念的基礎(chǔ)。在此后一個半世紀中,H.沙普利發(fā)現(xiàn)了太陽不在銀河系中心、J.H.奧爾特發(fā)現(xiàn)了銀河系的自轉(zhuǎn)和旋臂,以及許多人對銀河系直徑、厚度的測定,科學的銀河系概念才最終確立。
18世紀中葉,康德等人還提出,在整個宇宙中,存在著無數(shù)像我們的天體系統(tǒng)(指銀河系)那樣的天體系統(tǒng)。而當時看去呈云霧狀的“星云”很可能正是這樣的天體系統(tǒng)。此后經(jīng)歷了長達170年的曲折的探索歷程,直到1924年,才由E.P.哈勃用造父視差法測仙女座大星云等的距離確認了河外星系的存在。
近半個世紀,人們通過對河外星系的研究,不僅已發(fā)現(xiàn)了星系團、超星系團等更高層次的天體系統(tǒng),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(fā)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”,認為世界有它的開辟之時,有它的開辟以前的時期,也有它的開辟以前的以前的時期。《淮南子·天文訓》中還具體勾畫了世界從無形的物質(zhì)狀態(tài)到渾沌狀態(tài)再到天地萬物生成演變的過程。在古希臘,也存在著類似的見解。例如留基伯就提出,由于原子在空虛的空間中作旋渦運動,結(jié)果輕的物質(zhì)逃逸到外部的虛空,而其余的物質(zhì)則構(gòu)成了球形的天體,從而形成了我們的世界。
太陽系概念確立以后,人們開始從科學的角度來探討太陽系的起源。1644年,R.笛卡爾提出了太陽系起源的旋渦說;1745年,G.L.L.布豐提出了一個因大彗星與太陽掠碰導(dǎo)致形成行星系統(tǒng)的太陽系起源說;1755年和1796年,康德和拉普拉斯則各自提出了太陽系起源的星云說。現(xiàn)代探討太陽系起源z的新星云說正是在康德-拉普拉斯星云說的基礎(chǔ)上發(fā)展起來。
1911年,E.赫茨普龍建立了第一幅銀河星團的顏色星等圖;1913年,H.N.羅素則繪出了恒星的光譜-光度圖,即赫羅圖。羅素在獲得此圖后便提出了一個恒星從紅巨星開始,先收縮進入主序,后沿主序下滑,最終成為紅矮星的恒星演化學說。1924年 ,A.S.愛丁頓提出了恒星的質(zhì)光關(guān)系;1937~1939年,C.F.魏茨澤克和貝特揭示了恒星的能源來自于氫聚變?yōu)楹さ脑雍朔磻?yīng)。這兩個發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致了羅素理論被否定,并導(dǎo)致了科學的恒星演化理論的誕生。對于星系起源的研究,起步較遲,目前普遍認為,它是我們的宇宙開始形成的后期由原星系演化而來的。
1917年,A.愛因斯坦運用他剛創(chuàng)立的廣義相對論建立了一個“靜態(tài)、有限、無界”的宇宙模型,奠定了現(xiàn)代宇宙學的基礎(chǔ)。1922年,G.D.弗里德曼發(fā)現(xiàn),根據(jù)愛因斯坦的場方程,宇宙不一定是靜態(tài)的,它可以是膨脹的,也可以是振蕩的。前者對應(yīng)于開放的宇宙,后者對應(yīng)于閉合的宇宙。1927年,G.勒梅特也提出了一個膨脹宇宙模型。1929年,哈勃發(fā)現(xiàn)了星系紅移與它的距離成正比,建立了著名的哈勃定律。這一發(fā)現(xiàn)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(yù)言,根據(jù)這一模型,應(yīng)能觀測到宇宙空間目前殘存著溫度很低的背景輻射。1965年微波背景輻射的發(fā)現(xiàn)證實了伽莫夫等人的預(yù)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(chǔ)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(shù)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(jié)構(gòu)的、物質(zhì)形態(tài)多樣的、不斷運動發(fā)展的天體系統(tǒng)。
層次結(jié)構(gòu) 行星是最基本的天體系統(tǒng)。太陽系中共有九大行星:水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星和冥王星。除水星和金星外,其他行星都有衛(wèi)星繞其運轉(zhuǎn),地球有一個衛(wèi)星——月球,土星的衛(wèi)星最多,已確認的有17顆。行星、小行星、彗星和流星體都圍繞中心天體太陽運轉(zhuǎn),構(gòu)成太陽系。太陽占太陽系總質(zhì)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。太陽系的大小約120億千米。有證據(jù)表明,太陽系外也存在其他行星系統(tǒng)。2500億顆類似太陽的恒星和星際物質(zhì)構(gòu)成更巨大的天體系統(tǒng)——銀河系。銀河系中大部分恒星和星際物質(zhì)集中在一個扁球狀的空間內(nèi),從側(cè)面看很像一個“鐵餅”,正面看去�則呈旋渦狀。銀河系的直徑約10萬光年,太陽位于銀河系的一個旋臂中,距銀心約3萬光年。銀河系外還有許多類似的天體系統(tǒng),稱為河外星系,常簡稱星系。現(xiàn)已觀測到大約有10億個。星系也聚集成大大小小的集團,叫星系團。平均而言,每個星系團約有百余個星系,直徑達上千萬光年。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)上萬個星系團。包括銀河系在內(nèi)約40個星系構(gòu)成的一個小星系團叫本星系群。若干星系團集聚在一起構(gòu)成更大、更高一層次的天體系統(tǒng)叫超星系團。超星系團往往具有扁長的外形,其長徑可達數(shù)億光年。通常超星系團內(nèi)只含有幾個星系團,只有少數(shù)超星系團擁有幾十個星系團。本星系群和其附近的約50個星系團構(gòu)成的超星系團叫做本超星系團。目前天文觀測范圍已經(jīng)擴展到200億光年的廣闊空間,它稱為總星系。
多樣性 天體千差萬別,宇宙物質(zhì)千姿百態(tài)。太陽系天體中,水星、金星表面溫度約達700K,遙遠的冥王星向日面的溫度最高時也只有50K;金星表面籠罩著濃密的二氧化碳大氣和硫酸云霧,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于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克/厘米3,比水的密度還小,木星、天王星、海王星的平均密 度略大于水的密度,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(shù)行星都是順向自轉(zhuǎn),而金星是逆向自轉(zhuǎn);地球表面生機盎然,其他行星則是空寂荒涼的世界。
太陽在恒星世界中是顆普遍而又典型的恒星。已經(jīng)發(fā)現(xiàn),有些紅巨星的直徑為太陽直徑的幾千倍。中子星直徑只有太陽的幾萬分之一;超巨星的光度高達太陽光度的數(shù)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(zhì)密度小到只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只有約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),而脈沖星的磁場強度可高達十萬億高斯。有些恒星光度基本不變,有些恒星光度在不斷變化,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(fā)性的,其中變化最劇烈的是新星和超新星,在幾天內(nèi),其光度可增加幾萬倍甚至上億倍。
恒星在空間常常聚集成雙星或三五成群的聚星,它們可能占恒星總數(shù)的1/3。也有由幾十、幾百乃至幾十萬個恒星聚在一起的星團。宇宙物質(zhì)除了以密集形式形成恒星、行星等之外,還以彌漫的形式形成星際物質(zhì)。星際物質(zhì)包括星際氣體和塵埃,平均每立方厘米只有一個原子,其中高度密集的地方形成形狀各異的各種星云。宇宙中除發(fā)出可見光的恒星、星云等天體外,還存在紫外天體、紅外天體、X射線源、γ射線源以及射電源。
星系按形態(tài)可分為橢圓星系、旋渦星系、棒旋星系、透鏡星系和不規(guī)則星系等類型。60年代又發(fā)現(xiàn)許多正在經(jīng)歷著爆炸過程或正在拋射巨量物質(zhì)的河外天體,統(tǒng)稱為活動星系,其中包括各種射電星系、塞佛特星系、N型星系、馬卡良星系、蝎虎座BL型天體,以及類星體等等。許多星系核有規(guī)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(guī)模巨大的物質(zhì)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(tài):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(zhuǎn)、超大尺度時間和空間、超流、超導(dǎo)等。為我們認識客觀物質(zhì)世界提供了理想的實驗環(huán)境。
運動和發(fā)展 宇宙天體處于永恒的運動和發(fā)展之中,天體的運動形式多種多樣,例如自轉(zhuǎn)、各自的空間運動(本動)、繞系統(tǒng)中心的公轉(zhuǎn)以及參與整個天體系統(tǒng)的運動等。月球一方面自轉(zhuǎn)一方面圍繞地球運轉(zhuǎn),同時又跟隨地球一起圍繞太陽運轉(zhuǎn)。太陽一方面自轉(zhuǎn),一方面又向著武仙座方向以20千米/秒的速度運動,同時又帶著整個太陽系以250千米/秒的速度繞銀河系中心運轉(zhuǎn),運轉(zhuǎn)一周約需2.2億年。銀河系也在自轉(zhuǎn),同時也有相對于鄰近的星系的運動。本超星系團也可能在膨脹和自轉(zhuǎn)。總星系也在膨脹。
現(xiàn)代天文學已經(jīng)揭示了天體的起源和演化的歷程。當代關(guān)于太陽系起源學說認為,太陽系很可能是50億年前銀河系中的一團塵埃氣體云(原始太陽星云)由于引力收縮而逐漸形成的(見太陽系起源)。恒星是由星云產(chǎn)生的,它的一生經(jīng)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。星系的起源和宇宙起源密切相關(guān),流行的看法是:在宇宙發(fā)生熱大爆炸后40萬年,溫度降到4000K,宇宙從輻射為主時期轉(zhuǎn)化為物質(zhì)為主時期,這時或由于密度漲落形成的引力不穩(wěn)定性,或由于宇宙湍流的作用而逐步形成原星系,然后再演化為星系團和星系。熱大爆炸宇宙模型描繪了我們的宇宙的起源和演化史:我們的宇宙起源于200億年前的一次大爆炸,當時溫度極高、密度極大。隨著宇宙的膨脹,它經(jīng)歷了從熱到冷、從密到稀、從輻射為主時期到物質(zhì)為主時期的演變過程,直至10~20億年前,才進入大規(guī)模形成星系的階段,此后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,在我們的宇宙誕生后約10-36秒的時候,它曾經(jīng)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(qū)域的非常小的一部分,暴漲后的區(qū)域尺度要大于1026厘米,而那時我們的宇宙只有10厘米。還有可能這個暴漲區(qū)域是一個更大的始于無規(guī)則混沌狀態(tài)的物質(zhì)體系的一部分。這種情況恰如科學史上人類的認識從太陽系宇宙擴展到星系宇宙,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向某種探索中的“暴漲宇宙”、“無規(guī)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(zhì)體系的一部分,大爆炸不是整個宇宙自身的爆炸,而是那個更大物質(zhì)體系的一部分的爆炸。因此,有必要區(qū)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、永恒發(fā)展的物質(zhì)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系統(tǒng)。兩種宇宙概念之間的關(guān)系是一般和個別的關(guān)系。隨著自然科學宇宙概念的發(fā)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(qū)別和聯(lián)系,對于堅持馬克思主義的宇宙無限論,反對宇宙有限論、神創(chuàng)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(chuàng)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(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”。現(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(yīng)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。
時空起源 有些人認為,時間和空間不是永恒的,而是從沒有時間和沒有空間的狀態(tài)產(chǎn)生的。根據(jù)現(xiàn)有的物理理論,在小于10-43秒和10-33厘米的范圍內(nèi),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(fā)展到相對論時空觀那樣,今天隨著科學實踐的發(fā)展也必然要求建立新的時空觀。由于在大爆炸后10-43秒以內(nèi),廣義相對論失效,必須考慮引力的量子效應(yīng),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,但我們決不能因為人類時空觀念的發(fā)展或者在現(xiàn)有的科學技術(shù)水平上無法度量新的時空形式,而否定作為物質(zhì)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,由于人擇原理的提出和討論,出現(xiàn)了人類存在和宇宙產(chǎn)生的關(guān)系問題。人擇原理認為 ,可能存在許多具有不同物理參數(shù)和初始條件的宇宙,但只有物理參數(shù)和初始條件取特定值的宇宙才能演化出人類,因此我們只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(xiàn)象得到解釋,這在科學方法論上有一定的意義。但有人提出,宇宙的產(chǎn)生依賴于作為觀測者的人類的存在。這種觀點值得商榷。現(xiàn)在根據(jù)暴漲模型,那些被傳統(tǒng)大爆炸模型作為初始條件的狀態(tài),有可能從極早期宇宙的演化中產(chǎn)生出來,而且宇宙的演化幾乎變得與初始條件的一些細節(jié)無關(guān)。這樣就使上述那種利用初始條件的困難來否定宇宙客觀實在性的觀點失去了基礎(chǔ)。但有些人認為,由于暴漲引起的巨大距離尺度,使得從整體上去觀測宇宙的結(jié)構(gòu)成為不可能。這種擔心有其理由,但如果暴漲模型正確的話,隨著科學實踐的發(fā)展,一定有可能突破人類認識上的困難。
宇宙的最初源頭是一個奇點,即所謂的“宇宙蛋”,它凝聚了所有的時空質(zhì)能,孕育著未來物質(zhì)世界的一切,包括天體和生命。大約150億年以前,宇宙蛋在一場無與倫比的大爆炸中猝然爆發(fā)。大爆炸震撼出時空,物質(zhì)世界破殼面出,宇宙史的紀元從此開始。
剛剛誕生的宇宙,空間從無到有并急劇猛增,僅僅10-32秒后,就暴脹到大約1光年的直徑。在1
秒鐘時,由于大爆炸產(chǎn)生的極強高能輻身均勻地充滿整個空間,宇宙成為100億k高溫的熔爐,所有物質(zhì)被熬成一鍋基本粒子湯。
緊接著,一場肆虐的原始宇宙風暴開始了,基本粒了之間發(fā)生猛烈撞擊,中了熔入質(zhì)子形成了氦核。這個過程延續(xù)了大約三分鐘,直至所有的中子消耗殆盡為止。有約22%質(zhì)量的物質(zhì)聚合成氦核,余下的物質(zhì)幾乎為沒有聚合的質(zhì)子,即氫核,僅有十萬分之幾屬于同位素氦3和氘,百億分之幾歸之于鋰。原始星云形成。
宇宙的誕生
我們現(xiàn)在觀察到的宇宙,其邊界大約有100多億光年。它由眾多的星系所組成。地球是太陽系的一顆有生命的普通行星,而太陽是銀河系中一顆普通恒星。我們所觀察到的恒星、行星、慧星、星系等是怎么產(chǎn)生的呢?
宇宙學說認為,我們所觀察到的宇宙,在其孕育的初期,集中于一個體積極小、溫度極高、密度極大的奇點。在141億年前左右,奇點產(chǎn)生后發(fā)生大爆炸,從此開始了我們所在的宇宙的誕生史。
宇宙大爆炸后0.01秒,宇宙的溫度大約為1000億度。物質(zhì)存在的主要形式是電子、光子、中微子。以后,物質(zhì)迅速擴散,溫度迅速降低。大爆炸后1秒鐘,下降到100億度。大爆炸后14秒,溫度約30億度。35秒后,為3億度,化學元素開始形成。溫度不斷下降,原子不斷形成。宇宙間彌漫著氣體云。他們在引力的作用下,形成恒星系統(tǒng),恒星系統(tǒng)又經(jīng)過漫長的演化,成為今天的宇宙。
宇宙是如何形成的?關(guān)于這個課題迄今有多種說法,其中,宇宙大爆炸模型有較多的觀測成果來支持,又被稱為“標準宇宙模型”。這一模型是俄裔美籍科學家伽莫夫在1948年提出的,認為現(xiàn)在觀測到的宇宙開始于最初的一次大爆炸。大爆炸使物質(zhì)四散飛出,宇宙空間不斷膨脹,溫度隨之下降,化學元素開始形成。宇宙間的物質(zhì)包括質(zhì)子光子電子和較輕的原子核相繼出現(xiàn),宇宙中的星系、恒星、行星乃至生命都是在這種不斷膨脹和冷卻的過程中形成的。作為這次大爆炸的遺跡和證據(jù)之一的便是宇宙微波背景輻射。
美國宇航局的科學家說,這張照片中可以觀測到的輻射是一種電磁波,它充滿了整個宇宙。電磁波里包含的微觀模型信息,顯示了形成星系以及我們周圍一切結(jié)構(gòu)的萌芽的特征。這次公開的宇宙“嬰兒期照片”清晰地顯示了這個遺跡的存在,有力地支持了宇宙大爆炸理論。
美國宇航局科學家貝內(nèi)特:這張有關(guān)早期宇宙的照片是非常珍貴的,它告訴我們有關(guān)宇宙的各種信息。這張照片有兩種用途。它不僅告訴我們宇宙的過去,還可以據(jù)此預(yù)測宇宙的將來另外,圖片還顯示,宇宙中最早的恒星誕生于宇宙大爆炸發(fā)生的2億年后,比許多科學家認為的要早很多。
科學家還精確地測量出了宇宙的實際年齡是137億年,誤差不超過百分之一。另外,圖片中包含的信息還將幫助人們進一步了解占宇宙成分百分之七十三的神秘暗能量的性質(zhì)。科學家表示,對宇宙微波背景輻射的研究還將持續(xù)三年,相信在這個領(lǐng)域的探索會繼續(xù)對宇宙膨脹理論和暗能量的研究做出貢獻。
宇宙是如何形成的?望遠鏡將會告訴你
建造一個巨型望遠鏡,它比現(xiàn)有最大的望遠鏡還要大百倍——這就是由11個國家組成的一個協(xié)作體的目標。這項計劃稱為“平方公里列陣”(Square Kilometre Aeeay,SKA),它不是一個單獨的“大鍋”望遠鏡,而是占地1平方公里、由許多“小”望遠鏡組合成的陣列。建造的目的是在時間上向后追溯,看看宇宙中最初的星系、恒星和類星體是如何形成的。
這個巨型望遠鏡,每一個小望遠鏡是類似于一個大眼球的接收裝置,按計劃,每個“眼球”直徑5米,目前由俄羅斯提供其原理相當于人眼內(nèi)的晶體透鏡,把光束集中到視網(wǎng)膜上的一個點上。正是由于它像人眼,而與射電望遠鏡或者其他通信天線不同。這個透鏡可以同時“看見”更多的無線電波源。目前,該計劃尚處于初始階段,SKA的地點還沒有最終確定,數(shù)萬個望遠鏡是安裝在同一區(qū)域還是在相距數(shù)百公里的不同地方分別安裝,也沒確定。入選地點有一個前提,就是必須盡可能遠離人類產(chǎn)生的無線電信號,因為它們可能干擾來自宇宙的信號。
一切將在2005年之前定下來。建造計劃預(yù)計在2010年實施。未來幾個月內(nèi),悉尼附近的“第一個球”將投入運行,它與早已存在的Narrabi望遠鏡毗鄰。
宇宙學說認為,我們所觀察到的宇宙,在其孕育的初期,集中于一個很小、溫度極高、密度極大的原始火球。在150億年到200億年前,原始火球發(fā)生大爆炸,從此開始了我們所在的宇宙的誕生史。
宇宙原始大爆炸后0.01秒,宇宙的溫度大約為1000億度。物質(zhì)存在的主要形式是電子、光子、中微子。以后,物質(zhì)迅速擴散,溫度迅速降低。大爆炸后1秒鐘,下降到100億度。大爆炸后14秒,溫度約30億度。35秒后,為3億度,化學元素開始形成。溫度不斷下降,原子不斷形成。宇宙間彌漫著氣體云。他們在引力的作用下,形成恒星系統(tǒng),恒星系統(tǒng)又經(jīng)過漫長的演化,成為今天的宇宙。
過于與未來的無限,“宙”字的來歷
通常,我們說“宇宙”,其中“宙”字的原始含義與“宇”字相關(guān)聯(lián),但側(cè)重點不同。在甲骨文中的“宙”形象地表示了房屋的結(jié)構(gòu),特別強調(diào)了支撐房屋的“承重柱”,這就是“棟梁”的概念,也表示著“起始”的含義。如果說“屋檐”象征著空間的橫向擴展,那么“承重柱”則象征著時間的縱向延伸,這就形...
宙是什么結(jié)構(gòu)
“宙”字由兩部分組成,上面是“宀”,下面是“由”。這兩部分組合在一起,形成了上下結(jié)構(gòu)。3. 宙字的意義 “宙”字在漢語中是一個名詞,常用來表示時間上的延續(xù)和擴展,如“宇宙”就表示無限的空間和時間。其結(jié)構(gòu)特點與其所表達的意義沒有...
宇宙是怎么形成的
在氣體和塵埃云中,恒星仍在形成。在碳塵埃微粒表面進行著的化學反應(yīng)使氣體冷卻并促使氣云坍縮。但碳塵埃粒子是從那里來的呢?斯莫林指出碳元素是由核聚變反應(yīng)產(chǎn)生的這一情況只有在質(zhì)子的質(zhì)量稍大于中子的質(zhì)量時才會發(fā)生,如果兩者質(zhì)量之差比氦核的結(jié)合能大的多,則質(zhì)子和中子不可能粘在一起形成氦核,沒有氦,聚變反應(yīng)鏈...
宇宙是怎么形成的
1. 宇宙起源于大爆炸。在137.99±0.21億年前,宇宙經(jīng)歷了一次巨大的爆炸,時間和空間隨之出現(xiàn)。2. 宇宙初始的加速膨脹階段被稱為暴脹時期,隨后,四種基本力開始發(fā)揮作用。3. 宇宙逐漸冷卻,允許亞原子粒子和簡單原子的形成。在這個過程中,暗物質(zhì)開始聚集,形成了宇宙的大尺度結(jié)構(gòu)。4. 氫氦分子云在...
宇宙是怎么形成的
宇宙是爆炸后形成的。宇宙是空間和時間在137.99±0.21億年前的大爆炸后一同出現(xiàn),隨著宇宙膨脹,最初存在的能量和物質(zhì)變得不那么密集。最初的加速膨脹被稱為暴脹時期,之后已知的四個基本力分離。宇宙逐漸冷卻并繼續(xù)膨脹,允許第一個亞原子粒子和簡單的原子形成。暗物質(zhì)逐漸聚集,在引力作用下形成泡沫一...
宇宙是哪里來的?
這是一個既簡單又復(fù)雜的過程。關(guān)于宇宙是如何形成的,學術(shù)界一直有眾多的解釋。而目前證據(jù)比較充足比較有力的一種解釋是:宇宙起源于一次大爆炸。在大爆炸之前,沒有物質(zhì)的存在,也就是說連組成物質(zhì)的基本粒子都沒有,當時的宇宙只是一團純能量,確切的說是能量無限大的一個小點,沒有時間,沒有空間。
宇宙是怎么形成的
一、 地幔形成從最后形成的巨型生態(tài)天體中,白石(硅質(zhì))被橫向揳出,急掣向?qū)氉轮刈影酥貞B(tài)層下,一定密度氫氣(第四部第四份分四類中之一類光形成)中飛掠。高速摩擦產(chǎn)生的電磁性微粒等逐漸集聚,經(jīng)冥古宙、太古宙兩個時期(有另外時間概念,下同)積聚成地幔物質(zhì)的高溫軟流狀磁場球體,它周圍有大量前述運動后的...
宇宙是怎么形成的?
宇宙是由大約137億年前發(fā)生的一次大爆炸形成的。宇宙內(nèi)的所存物質(zhì)和能量都聚集到了一起,并濃縮成很小的體積,溫度極高,密度極大,瞬間產(chǎn)生巨大壓力,之后發(fā)生了大爆炸,這次大爆炸的反應(yīng)原理被物理學家們稱為量子物理。大爆炸使物質(zhì)四散出去,宇宙空間不斷膨脹,溫度也相應(yīng)下降,后來相繼出現(xiàn)在宇宙中...
宇宙怎么形成的?
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(見元素合成理論)。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,再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)一地說明以下...
宇宙是怎么形成的?
宙怎樣形成的現(xiàn)理論在沒定論,但大多偏向大爆炸這一理論 在150億年前,整個宇宙一片黑暗。突然有一天,宇宙發(fā)生了驚天動地的大爆炸。宇宙怎么會爆炸呢?科學家把宇宙比喻為一只球,構(gòu)成這只球的物質(zhì)是一種密度非常非常大的物質(zhì),它的溫度極高。如果把現(xiàn)在生成的地球比喻為一只乒乓球,那么宇宙的圓球...
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