有關(guān)于宇宙的知識_宇宙的知識
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浩瀚的宇宙是哪里來的?宇宙是萬物的總稱，是時間和空間的統(tǒng)一。下面是學習啦小編為大家整理的有關(guān)于宇宙的知識_宇宙的知識，希望大家喜歡!
歷史資料
《文子·自然》：“已知的宇宙往古來今謂之宙，四方上下謂之宇。” 《尸子》：“上下四方曰宇，往古來今曰宙?！?在這種觀念之下，“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”兩字連用，最早出自《莊子》這本書，同時，《莊子》一書還給出了一種更抽象的宇宙定義。他說：“出無本，入無竅。有實而無乎處，有長而無乎本剽。有所出而無竅者有實。有實而無乎處者，宇也;有長而無本剽者，宙也?！爆F(xiàn)代學者張京華將其譯為：“有實體存在但并不固定靜止在某一位置不變叫做宇;有外在屬性但并沒有固定的度量可以衡量叫做宙?！贝朔N宇宙定義與時空無關(guān)，與現(xiàn)代宇宙觀有相似之處。但長期未被人們接受。
關(guān)于宇宙的概念
結(jié)構(gòu)觀念
眾多的觀點
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)造做出推測。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。 也有一些人認為，地球只是一只龜上的一片甲板，而龜則是站在一個托著一個又一個的龜塔...
地球原來是球形
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被證實。
地心說、日心說和萬有引力定律
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)地普通行星。到16世紀哥白尼建立日心說后才普遍認識到：地球是繞太陽公轉(zhuǎn)的行星之一，而包括地球在內(nèi)的八大行星則構(gòu)成了一個圍繞太陽旋轉(zhuǎn)的行星系── 太陽系的主要成員。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(zhuǎn)，發(fā)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(chǔ)。在這以后，人們逐漸建立起了科學的太陽系概念。[2]
宇宙里不光只有銀河系
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，喬爾丹諾·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)。弗里德里?！ねず招獱柺讋?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。
太陽
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。
河外星系離我們越來越遠
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大約140億光年的宇宙深處。
演化觀念
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?！痘茨献印ぬ煳挠枴分羞€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?，F(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。
宇宙的不斷膨脹
一般認為，宇宙產(chǎn)生于140億年前一次大爆炸中。大爆炸后30億年，最初的物質(zhì)漣漪出現(xiàn)。大爆炸后20億～30億年，類星體逐漸形成。大爆炸后90億年，太陽誕生。38億年前地球上的生命開始逐漸演化。[3]
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，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，因為宇宙中還有更多的暗能量。[4]
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(shè)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，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，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)局只考慮到引力作用。實際上可能有更多其他的復雜因素。
2002年，據(jù)中國網(wǎng)[4]報導，美國普林斯頓大學的保羅·斯坦哈特教授與英國劍橋大學的尼爾·圖羅克教授,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，報導中認為，過幾年國際天文學界可望對此做出驗證。但直到2013年，循環(huán)宇宙的觀點仍存在爭議。
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”。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。
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(chǔ)上的一門現(xiàn)代科學。
“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(shè)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。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(shè)計的一種衡量標準。
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。
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)。
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