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                                論文之神秘宇宙的起源

                                時間:2017-11-25 21:46:14 點擊:

                                  核心提示: 論文之神秘宇宙的起源 來源: 作者:論文聯盟 分享到: [字體:大中小] 論文之神秘宇宙的起源摘要:在宇宙大爆炸發生前,沒有時間,沒有空間,也沒有物質和能量。大約150億年前,一個體積無限小的點爆炸了...

                                論文之神秘宇宙的起源

                                來源:  作者:論文聯盟
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                                論文之神秘宇宙的起源
                                摘要:在宇宙大爆炸發生前,沒有時間,沒有空間,也沒有物質和能量。大約150億年前,一個體積無限小的點爆炸了,時空從這一刻開始,人類在這一刻孕育,千百年來,人們對宇宙的探索從未止步,牛頓、愛因斯坦等一系列偉人為我們揭開了宇宙神秘的面紗,而哈勃發現了宇宙正在膨脹,可是最后宇宙是否能逃脫收縮的命運呢?本文——這么一個神秘的宇宙。
                                關鍵詞:宇宙大爆炸、膨脹、收縮

                                千百年來,在中華民族流傳著盤古開天地的神話。
                                我國東漢時代的科學家張衡發明的渾天儀反應了當時人們的天地觀:大地如雞蛋黃,天空如蛋殼,日月星辰在天穹上運動。這種渾天說實際上是一種“地心說”。在歐洲中古世紀,由天文學家托勒密在《天文學大成》中總結發展了前人的學說,他建立了宇宙地心體系,這種體系認為地球靜止地居于宇宙中心,又稱“地心說”。①
                                直到15世紀,隨著天文觀測的發展進步,波蘭天文學家哥白尼提出了“日心說”:不是太陽繞著地球旋轉,而是地球繞著太陽旋轉。1609年底,意大利物理學家伽利略,用一臺放大率三十二倍的望遠鏡開始觀測天體,他發現在木星周圍有四個暗弱的星體在圍繞著它運轉,這徹底宣告了托勒密地心體系的終結,因為人類第一次發現了有天體圍繞不是地球的行星在運行。
                                既然日心說已被證實,但有一個問題還沒解決:究竟是什么原因維持著這些天體 的運動?開普勒曾經猜想也許是磁力,這個時候,牛頓出場了,這就是我們高中物理都學過的“萬有引力”;一個大質量的物體,才可以把一個較小的物體吸引到自身上來,所以蘋果會從樹上落下來!叭f有引力”讓宇宙中所有的行星保持運動,宇宙也因此而永恒不變。②
                                那宇宙究竟是什么?“往古來今謂之宙,四方上下謂之宇” ③,用現代科學術語來說,宇宙,即時、空也。
                                宇宙既然是時空,看不到也摸不著,那怎么研究呢?但自愛因斯坦廣義相對論問世后,宇宙學成了既有數理基礎,又有觀測事實的科學。
                                在牛頓那里,萬有引力被認為是在兩個物體相隔的任何距離上瞬間起作用的一種力。而愛因斯坦則提出,引力是在局部起作用的場的度規結構對處于場中的物體發生的作用。愛因斯坦這一全新思想方式的核心有兩個觀念:第一,他把引力現象解釋為是由一種場的特性引起的。為了描述這個場,愛因斯坦使用了“時-空”這一基本性的理論概念。時間和空間在稱為“時-空”的數學上的思維統一體中被結合起來,而不是互相分離和各自獨立的(就像牛頓物理學中所認為的那樣);第二,引力場的具體性質是以度規時-空結構來表示的。引力現象被理解為時-空固有曲率——一種幾何特征——一起作用的結果。正是把引力僅僅視作一種幾何學問題的這一驚人主張,使愛因斯坦的理論在當時成了革命性的論點。
                                無論就宇宙范圍而言還是立足于較有限的區域,時-空的幾何學性質都是由物質與能量的疏密程度和分布情況所決定的,當我們運用這一原理來解決宇宙作為一個整體的時-空幾何學和物理學結構問題時,就誕生了相對論宇宙論這門學科。經典的愛因斯坦廣義相對論本質上是一種關于引力場的理論。④
                                愛因斯坦于1917首先提出一個穩態的宇宙模型。所謂穩態,就是承認宇宙在運動;但卻無變化,直到哈勃發現宇宙在膨脹時,愛因斯坦對自己的宇宙模型追悔莫及。
                                盡管穩態宇宙模型有錯誤,但其中不乏可取之處,天文界給予他的評價是:通向現代宇宙學的里程碑。

                                一、宇宙大爆炸
                                宇宙是一直存在于這個星球的嗎?顯然不是,它的憑空出世又為這個神秘的宇宙增添了另一份奇跡。
                                20世紀40年代末,前蘇聯專家加莫夫在膨脹宇宙模型的基礎上,提出了宇宙起源于超熱、超密的一個奇點,認為150億年前,突然發生了大爆炸,物質和能力就此源源洶涌,并不斷膨脹,形成宇宙,故名曰“大爆炸宇宙論”,后來,哈勃發現的紅移有力地支持了大爆炸論。
                                關于大爆炸之前,宇宙起源,有一個可以簡稱為““有產生于無””的理論。大意如下:大爆炸發生之前,沒有物質,空間為零,沒有時間,根據量子力學中的不確定量原理,在10的﹣43秒時,出現了10的16次方爾格的能量……于是大爆炸發生了。
                                從那時起,宇宙經歷或完成了各種進化于演化過程,從原子核開始,歷經原子、分子、星系、恒星、行星以及生物各個階段,直到出現人類文明。
                                而至于宇宙的年齡有多大,我們現在對于宇宙年齡了解得相當精確,天文學家估算今天的宇宙是137億歲,誤差不超過2%,科學的飛速進步,讓神秘的宇宙不再神秘,也激起了我們對這擁有137億歲高齡的宇宙產生了濃厚的興趣。⑤
                                蘊藏著無窮奧秘的宇宙無論在時間上還是在空間上都遠遠地大于我們人類所能親歷的范圍。也是這份奧秘指引著人類進行不懈的探索。
                                 
                                二、我們的宇宙在膨脹
                                20世紀天文學最重大的成就之一就是發現了宇宙正在膨脹。更準確地說,是發現了許多星系都在遠離我們而去。
                                天邊有多遠?
                                對我們常人來說浩瀚無垠的宇宙幾乎是不可度量的,而對天文學家來說,精確地測繪宇宙天體不僅是必要的,也是可能的(這個問題所談論的是可見的宇宙)
                                天文學家采用的計量單位是“光年”即光在一年里所走的距離
                                光的前進速度約為每秒18.63萬英里。一光年大約是6萬億英里。銀河系的直徑約為10萬光年。而在銀河系之外還有別的星系,距離我們有數十億光年,最新發現的類星體位于我們目前所能觀測到的宇宙邊緣,與地球相隔約100億到200億光年,是至今所知最遙遠的天體。
                                如此遙遠的距離簡直難以想象。而天文學家的任務就是準確地計算、測量出宇宙的大小和范圍,天文學家采用了古希臘人發明的視差計算法和另一種亮度測定法。
                                80多年前,大多數天文學家都認為銀河系就是整個宇宙,可是當精度更高的天文望遠鏡誕生以后,這種看法被證明是錯誤的。過去觀測所見的那些暗淡模糊的斑點,其實是其他的星系,有的與銀河系不相上下,有的則更龐大。我們不禁發問茫茫宇宙有無邊際?
                                 20世紀20年代,美國天文學家埃德溫-哈勃在加利福尼亞州的威爾遜山用當時世界上最大的反射式望遠鏡研究銀河系外星系,他分析了這些星系的光譜,發現各種譜線的波長都移向長波(紅色)一端,這種現象叫做紅移。說明那些星系正在向遠處飛離。波長的改變是多普勒效應的作用,與疾駛而去的汽車喇叭聲調的變化具同樣道理。由于宇宙在不斷膨脹,星系距我們越遠,紅移越大。哈勃據此提出了“哈勃定律”如果根據多普勒效應和紅移計算出相應星系的速度,則在其速度V遠小于光速C的前提條件下,
                                V/C<1
                                星系速度V與它到地球的距離R之間有正比關系
                                V=HR
                                其中,比例常量H就叫做哈勃常量,是諸多天文學家多年工作的許多觀測事實的一個總結,這個觀測事實揭示了宇宙的一個重要性質:它正在膨脹著!
                                這是一個極為重要的天文觀測事實,或者說得確切一些,關系式即哈勃定律。
                                關于宇宙膨脹的速率,天文學家們的看法并不一致,最保守的估計是,距離增加百萬光年,每秒鐘增加10英里。有些天文學家估計的速率比這個數字還要大一倍。
                                                      
                                三、我們的宇宙會收縮
                                難道宇宙會一直膨脹下去嗎?這個問題留在了天文學家的心里。
                                天文學家定量地根據背景輻射的溫度、宇宙物質密度和宇宙半徑三個天文觀測數據,計算了宇宙的總能量,結果發現,宇宙的動能小于它的引力勢能的絕對值。因此,當宇宙膨脹到它的動能減少為零時,它的勢能仍不會等于零。之后,它就會收縮!
                                現在,宇宙開始收縮,最初速度很慢難以察覺,然后逐漸加快,按這個速度,在足足1200億年后,宇宙可能就會收縮成為一個點?科學界對此保持緘默:隨著宇宙臨近最后時刻——就像在最初時刻一樣。更加要命的是這些問題:后面的世界是什么——虛無嗎?下一個宇宙?人類呢?毀滅嗎?
                                不過專家證明了宇宙是不會收縮成一個點的,收縮成一個點的說法違反兩點常識:一是空間無限;二是能量無限大,
                                那是什么因素阻止了宇宙的收縮呢?
                                這里的關鍵因素是——光子平衡態必然膨脹。
                                所以,當宇宙一直收縮到光子平衡態生成,一旦光子平衡態生成,它就要膨脹。這是他的基本性質,于是,收縮終止,新的一輪膨脹開始了!

                                宇宙從無到有,如此浩瀚的宇宙竟然還在膨脹!如此龐然大物竟然還會收縮!它總是有一層神秘的光環吸引我們在認識它和探索它的道路上追尋。通過學習《新世紀宇宙學》讓我們無比訝異于宇宙的神秘!也讓我們初識了宇宙,讓我們不得不贊嘆天文學家的探索能力,讓我們不得不為自己站在巨人的肩膀上認識宇宙感到榮幸。而宇宙的神秘之處遠遠不止這些,對于宇宙的探秘也永遠沒有止境,宇宙由爆炸到膨脹最后收縮,然后又是新一輪的膨脹,在這個無盡的時間里,只能由天文學家去慢慢探索宇宙無窮盡的神秘,而未來期待更多天文學家帶我們一起破解神秘的宇宙.

                                作者:黑洞起源 錄入:黑洞起源 來源:原創
                                 

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