宇宙是怎样形成的?
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宇宙链伍稿
universe;cosmos
宇宙的诞生
我们现在观察到的宇宙,其边界大约有100多亿光年。它由众多的星系所组成。地球是太阳系的一颗普通行星,而太阳系是银河系中一颗普通恒星。我们所观察到恒星、行星、慧星、星系等是怎么产生的呢?
宇宙学说认为,我们所观察到的宇宙,在其孕育的初期,集中于一个很小、温度极高、密度极大的原始火球。在150亿年到200亿年前,原始火球发生大爆炸,从此开始了我们所在的宇宙的诞生史。
宇宙原始大爆炸后0.01秒,宇宙的温度大约为1000亿度。物质存在的主要形式是电子、光子、中微子。以后,物质迅速扩散,温度迅速降低。大爆炸后1秒钟,下降到100亿棚孝度。大爆炸后14秒,温度约30亿度。35秒后,为3亿度,化学元素开始形成。温度不断下降,原子不断形成。宇宙间弥漫着气体云。他们在引力的作用下,形成恒星系统,恒星系统又经过漫长的演化,成为今天的宇宙。
物质现象的总和。广义上指无限多样、永恒发展的物质世界,狭义上指一定时代观测所及的最大天体系统。后者往往称作可观测宇宙、我们的宇宙,现在相当于天文学中的“总星系”。
2003年2月份,美国国家航空航天局曾向全世界公布他们有关宇宙年龄的研究成果。根据其公布的资料显示,宇宙年龄应该为137亿岁。2003年11月份,国际天体物理学研究小组宣称,宇宙的确切年龄应该是141亿岁。地球的形成大约是距今45亿年。
词源考察 在中国古籍中最早使用宇宙这个词的是《庄子·齐物论》。“宇”的含义包括各个方向,如东西南北的一切地点。“宙”包括过去、现在、白天、黑夜,即一切不同的具体时间。战国末期的尸佼说:“四方上下曰宇,往古来今曰宙。”“宇”指空间,“宙”指时间,“宇宙”就是时间和空间的统一。后来“宇宙”一词便被用来指整个客观实在世界。与宇宙相当的概念有“天地”、“乾坤”、“六合”等,但这些概念仅指宇宙的空间方面。《管子》的“宙合”一词,“宙”指时间,“合”(即“六合”)指空间,与“宇宙”概念最接近。
在西方,宇宙这个词在英语中叫cosmos,在俄语中叫кocMoc ,在德语中叫kosmos ,在法语中叫cosmos。它们都源自希腊语的κoσμoζ,古希腊人认为宇宙的创生乃是从浑沌中产生出秩序来,κoσμoζ其原意就是秩序。但在英语中更经常用来表示“橘友宇宙”的词是universe。此词与universitas有关。在中世纪,人们把沿着同一方向朝同一目标共同行动的一群人称为universitas。在最广泛的意义上,universitas 又指一切现成的东西所构成的统一整体,那就是universe,即宇宙。universe和cosmos常常表示相同的意义,所不同的是,前者强调的是物质现象的总和,而后者则强调整体宇宙的结构或构造。
宇宙观念的发展 宇宙结构观念的发展 远古时代,人们对宇宙结构的认识处于十分幼稚的状态,他们通常按照自己的生活环境对宇宙的构造作了幼稚的推测。在中国西周时期,生活在华夏大地上的人们提出的早期盖天说认为,天穹像一口锅,倒扣在平坦的大地上;后来又发展为后期盖天说,认为大地的形状也是拱形的。公元前7世纪 ,巴比伦人认为,天和地都是拱形的,大地被海洋所环绕,而其中央则是高山。古埃及人把宇宙想象成以天为盒盖、大地为盒底的大盒子,大地的中央则是尼罗河。古印度人想象圆盘形的大地负在几只大象上,而象则站在巨大的龟背上,公元前7世纪末,古希腊的泰勒斯认为,大地是浮在水面上的巨大圆盘,上面笼罩着拱形的天穹。
最早认识到大地是球形的是古希腊人。公元前6世纪,毕达哥拉斯从美学观念出发,认为一切立体图形中最美的是球形,主张天体和我们所居住的大地都是球形的。这一观念为后来许多古希腊学者所继承,但直到1519~1522年,葡萄牙的F.麦哲伦率领探险队完成了第一次环球航行后 ,地球是球形的观念才最终证实。
公元2世纪,C.托勒密提出了一个完整的地心说。这一学说认为地球在宇宙的中央安然不动,月亮、太阳和诸行星以及最外层的恒星天都在以不同速度绕着地球旋转。为了说明行星视运动的不均匀性,他还认为行星在本轮上绕其中心转动,而本轮中心则沿均轮绕地球转动。地心说曾在欧洲流传了1000多年。1543年,N.哥白尼提出科学的日心说,认为太阳位于宇宙中心,而地球则是一颗沿圆轨道绕太阳公转的普通行星。1609年,J.开普勒揭示了地球和诸行星都在椭圆轨道上绕太阳公转,发展了哥白尼的日心说,同年,G.伽利略则率先用望远镜观测天空,用大量观测事实证实了日心说的正确性。1687年,I.牛顿提出了万有引力定律,深刻揭示了行星绕太阳运动的力学原因,使日心说有了牢固的力学基础。在这以后,人们逐渐建立起了科学的太阳系概念。
在哥白尼的宇宙图像中,恒星只是位于最外层恒星天上的光点。1584年,G.布鲁诺大胆取消了这层恒星天,认为恒星都是遥远的太阳。18世纪上半叶,由于E.哈雷对恒星自行的发展和J.布拉得雷对恒星遥远距离的科学估计,布鲁诺的推测得到了越来越多人的赞同。18世纪中叶,T.赖特、I.康德和J.H.朗伯推测说,布满全天的恒星和银河构成了一个巨大的天体系统。F.W.赫歇尔首创用取样统计的方法,用望远镜数出了天空中大量选定区域的星数以及亮星与暗星的比例,1785年首先获得了一幅扁而平、轮廓参差、太阳居中的银河系结构图,从而奠定了银河系概念的基础。在此后一个半世纪中,H.沙普利发现了太阳不在银河系中心、J.H.奥尔特发现了银河系的自转和旋臂,以及许多人对银河系直径、厚度的测定,科学的银河系概念才最终确立。
18世纪中叶,康德等人还提出,在整个宇宙中,存在着无数像我们的天体系统(指银河系)那样的天体系统。而当时看去呈云雾状的“星云”很可能正是这样的天体系统。此后经历了长达170年的曲折的探索历程,直到1924年,才由E.P.哈勃用造父视差法测仙女座大星云等的距离确认了河外星系的存在。
近半个世纪,人们通过对河外星系的研究,不仅已发现了星系团、超星系团等更高层次的天体系统,而且已使我们的视野扩展到远达200亿光年的宇宙深处。
宇宙演化观念的发展 在中国,早在西汉时期,《淮南子·俶真训》指出:“有始者,有未始有有始者,有未始有夫未始有有始者”,认为世界有它的开辟之时,有它的开辟以前的时期,也有它的开辟以前的以前的时期。《淮南子·天文训》中还具体勾画了世界从无形的物质状态到浑沌状态再到天地万物生成演变的过程。在古希腊,也存在着类似的见解。例如留基伯就提出,由于原子在空虚的空间中作旋涡运动,结果轻的物质逃逸到外部的虚空,而其余的物质则构成了球形的天体,从而形成了我们的世界。
太阳系概念确立以后,人们开始从科学的角度来探讨太阳系的起源。1644年,R.笛卡尔提出了太阳系起源的旋涡说;1745年,G.L.L.布丰提出了一个因大彗星与太阳掠碰导致形成行星系统的太阳系起源说;1755年和1796年,康德和拉普拉斯则各自提出了太阳系起源的星云说。现代探讨太阳系起源z的新星云说正是在康德-拉普拉斯星云说的基础上发展起来。
1911年,E.赫茨普龙建立了第一幅银河星团的颜色星等图;1913年,H.N.罗素则绘出了恒星的光谱-光度图,即赫罗图。罗素在获得此图后便提出了一个恒星从红巨星开始,先收缩进入主序,后沿主序下滑,最终成为红矮星的恒星演化学说。1924年 ,A.S.爱丁顿提出了恒星的质光关系;1937~1939年,C.F.魏茨泽克和贝特揭示了恒星的能源来自于氢聚变为氦的原子核反应。这两个发现导致了罗素理论被否定,并导致了科学的恒星演化理论的诞生。对于星系起源的研究,起步较迟,目前普遍认为,它是我们的宇宙开始形成的后期由原星系演化而来的。
1917年,A.阿尔伯特·爱因斯坦运用他刚创立的广义相对论建立了一个“静态、有限、无界”的宇宙模型,奠定了现代宇宙学的基础。1922年,G.D.弗里德曼发现,根据阿尔伯特·爱因斯坦的场方程,宇宙不一定是静态的,它可以是膨胀的,也可以是振荡的。前者对应于开放的宇宙,后者对应于闭合的宇宙。1927年,G.勒梅特也提出了一个膨胀宇宙模型.1929年 哈勃发现了星系红移与它的距离成正比,建立了著名的哈勃定律。这一发现是对膨胀宇宙模型的有力支持。20世纪中叶,G.伽莫夫等人提出了热大爆炸宇宙模型,他们还预言,根据这一模型,应能观测到宇宙空间目前残存着温度很低的背景辐射。1965年微波背景辐射的发现证实了伽莫夫等人的预言。从此,许多人把大爆炸宇宙模型看成标准宇宙模型。1980年,美国的古斯在热大爆炸宇宙模型的 基础上又进一步提出了暴涨宇宙模型。这一模型可以解释目前已知的大多数重要观测事实。
宇宙图景 当代天文学的研究成果表明,宇宙是有层次结构的、物质形态多样的、不断运动发展的天体系统。
层次结构 行星是最基本的天体系统。太阳系中共有九大行星: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,其他行星都有卫星绕其运转,地球有一个卫星 月球,土星的卫星最多,已确认的有17颗。行星 小行星 彗星和流星体都围绕中心天体太阳运转,构成太阳系。太阳占太阳系总质量的99.86%,其直径约140万千米,最大的行星木星的直径约14万千米。太阳系的大小约120亿千米。有证据表明,太阳系外也存在其他行星系统。2500亿颗类似太阳的恒星和星际物质构成更巨大的天体系统——银河系。银河系中大部分恒星和星际物质集中在一个扁球状的空间内,从侧面看很像一个“铁饼”,正面看去?则呈旋涡状。银河系的直径约10万光年,太阳位于银河系的一个旋臂中,距银心约3万光年。银河系外还有许多类似的天体系统,称为河外星系,常简称星系。现已观测到大约有10亿个。星系也聚集成大大小小的集团,叫星系团。平均而言,每个星系团约有百余个星系,直径达上千万光年。现已发现上万个星系团。包括银河系在内约40个星系构成的一个小星系团叫本星系群。若干星系团集聚在一起构成更大、更高一层次的天体系统叫超星系团。超星系团往往具有扁长的外形,其长径可达数亿光年。通常超星系团内只含有几个星系团,只有少数超星系团拥有几十个星系团。本星系群和其附近的约50个星系团构成的超星系团叫做本超星系团。目前天文观测范围已经扩展到200亿光年的广阔空间,它称为总星系。
多样性 天体千差万别,宇宙物质千姿百态。太阳系天体中,水星、金星表面温度约达700K,遥远的冥王星向日面的温度最高时也只有50K;金星表面笼罩着浓密的二氧化碳大气和硫酸云雾,气压约50个大气压,水星、火星表面大气却极其稀薄,水星的大气压甚至小于2×10-9毫巴;类地行星(水星、金星、火星)都有一个固体表面,类木行星却是一个流体行星;土星的平均密度为0.70克/厘米3,比水的密度还小,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、地球等的密度则达到水的密度的5倍以上;多数行星都是顺向自转,而金星是逆向自转;地球表面生机盎然,其他行星则是空寂荒凉的世界。
太阳在恒星世界中是颗普遍而又典型的恒星。已经发现,有些红巨星的直径为太阳直径的几千倍。中子星直径只有太阳的几万分之一;超巨星的光度高达太阳光度的数百万倍,白矮星光度却不到太阳的几十万分之一。红超巨星的物质密度小到只有水的密度的百万分之一,而白矮星、中子星的密度分别可高达水的密度的十万倍和百万亿倍。太阳的表面温度约为6000K,O型星表面温度达30000K,而红外星的表面温度只有约600K。太阳的普遍磁场强度平均为1×10-4特斯拉,有些磁白矮星的磁场通常为几千、几万高斯(1高斯=10-4特斯拉),而脉冲星的磁场强度可高达十万亿高斯。有些恒星光度基本不变,有些恒星光度在不断变化,称变星。有的变星光度变化是有周期的,周期从1小时到几百天不等。有些变星的光度变化是突发性的,其中变化最剧烈的是新星和超新星,在几天内,其光度可增加几万倍甚至上亿倍。
恒星在空间常常聚集成双星或三五成群的聚星,它们可能占恒星总数的1/3。也有由几十、几百乃至几十万个恒星聚在一起的星团。宇宙物质除了以密集形式形成恒星、行星等之外,还以弥漫的形式形成星际物质。星际物质包括星际气体和尘埃,平均每立方厘米只有一个原子,其中高度密集的地方形成形状各异的各种星云。宇宙中除发出可见光的恒星、星云等天体外,还存在紫外天体、红外天体、X射线源、γ射线源以及射电源。
星系按形态可分为椭圆星系、旋涡星系、棒旋星系、透镜星系和不规则星系等类型。60年代又发现许多正在经历着爆炸过程或正在抛射巨量物质的河外天体,统称为活动星系,其中包括各种射电星系、塞佛特星系、N型星系、马卡良星系、蝎虎座BL型天体,以及类星体等等。许多星系核有规模巨大的活动:速度达几千千米/秒的气流,总能量达1055焦耳的能量输出,规模巨大的物质和粒子抛射,强烈的光变等等。在宇宙中有种种极端物理状态:超高温、超高压、超高密、超真空、超强磁场、超高速运动、超高速自转、超大尺度时间和空间、超流、超导等。为我们认识客观物质世界提供了理想的实验环境。
运动和发展 宇宙天体处于永恒的运动和发展之中,天体的运动形式多种多样,例如自转、各自的空间运动(本动)、绕系统中心的公转以及参与整个天体系统的运动等。月球一方面自转一方面围绕地球运转,同时又跟随地球一起围绕太阳运转。太阳一方面自转,一方面又向着武仙座方向以20千米/秒的速度运动,同时又带着整个太阳系以250千米/秒的速度绕银河系中心运转,运转一周约需2.2亿年。银河系也在自转,同时也有相对于邻近的星系的运动。本超星系团也可能在膨胀和自转。总星系也在膨胀。
现代天文学已经揭示了天体的起源和演化的历程。当代关于太阳系起源学说认为,太阳系很可能是50亿年前银河系中的一团尘埃气体云(原始太阳星云)由于引力收缩而逐渐形成的(见太阳系起源)。恒星是由星云产生的,它的一生经历了引力收缩阶段、主序阶段、红巨星阶段、晚期阶段和临终阶段。星系的起源和宇宙起源密切相关,流行的看法是:在宇宙发生热大爆炸后40万年,温度降到4000K,宇宙从辐射为主时期转化为物质为主时期,这时或由于密度涨落形成的引力不稳定性,或由于宇宙湍流的作用而逐步形成原星系,然后再演化为星系团和星系。热大爆炸宇宙模型描绘了我们的宇宙的起源和演化史:我们的宇宙起源于200亿年前的一次大爆炸,当时温度极高、密度极大。随着宇宙的膨胀,它经历了从热到冷、从密到稀、从辐射为主时期到物质为主时期的演变过程,直至10~20亿年前,才进入大规模形成星系的阶段,此后逐渐形成了我们当今看到的宇宙。1980年提出的暴涨宇宙模型则是热大爆炸宇宙模型的补充。它认为在宇宙极早期,在我们的宇宙诞生后约10-36秒的时候,它曾经历了一个暴涨阶段。
哲学分析 宇宙概念 有些宇宙学家认为,我们的宇宙是唯一的宇宙;大爆炸不是在宇宙空间的哪一点爆炸,而是整个宇宙自身的爆炸。但是,新提出的暴涨模型表明,我们的宇宙仅是整个暴涨区域的非常小的一部分,暴涨后的区域尺度要大于1026厘米,而那时我们的宇宙只有10厘米。还有可能这个暴涨区域是一个更大的始于无规则混沌状态的物质体系的一部分。这种情况恰如科学史上人类的认识从太阳系宇宙扩展到星系宇宙,再扩展到大尺度宇宙那样,今天的科学又正在努力把人类的认识进一步向某种探索中的“暴涨宇宙”、“无规则的混沌宇宙”推移。我们的宇宙不是唯一的宇宙,而是某种更大的物质体系的一部分,大爆炸不是整个宇宙自身的爆炸,而是那个更大物质体系的一部分的爆炸。因此,有必要区分哲学和自然科学两个不同层次的宇宙概念。哲学宇宙概念所反映的是无限多样、永恒发展的物质世界;自然科学宇宙概念所涉及的则是人类在一定时代观测所及的最大天体系统。两种宇宙概念之间的关系是一般和个别的关系。随着自然科学宇宙概念的发展,人们将逐步深化和接近对无限宇宙的认识。弄清两种宇宙概念的区别和联系,对于坚持马克思主义的宇宙无限论,反对宇宙有限论、神创论、机械论、不可知论、哲学代替论和取消论,都有积极意义。
宇宙的创生 有些宇宙学家认为,暴涨模型最彻底的改革也许是观测宇宙中所有的物质和能量从无中产生的观点,这种观点之所以在以前不能为人们接受,是因为存在着许多守恒定律,特别是重子数守恒和能量守恒。但随着大统一理论的发展,重子数有可能是不守恒的,而宇宙中的引力能可粗略地说是负的,并精确地抵消非引力能,总能量为零。因此就不存在已知的守恒律阻止观测宇宙从无中演化出来的问题。这种“无中生有”的观点在哲学上包括两个方面:①本体论方面。如果认为“无”是绝对的虚无,则是错误的。这不仅违反了人类已知的科学实践,而且也违反了暴涨模型本身。按照该模型,我们所研究的观测宇宙仅仅是整个暴涨区域的很小的一部分,在观测宇宙之外并不是绝对的“无”。现在观测宇宙的物质是从假真空状态释放出来的能量转化而来的,这种真空能恰恰是一种特殊的物质和能量形式,并不是创生于绝对的“无”。如果进一步说这种真空能起源于“无”,因而整个观测宇宙归根到底起源于“无”,那么这个“无”也只能是一种未知的物质和能量形式。②认识论和方法论方面。暴涨模型所涉及的宇宙概念是自然科学的宇宙概念。这个宇宙不论多么巨大,作为一个有限的物质体系 ,也有其产生、发展和灭亡的历史。暴涨模型把传统的大爆炸宇宙学与大统一理论结合起来,认为观测宇宙中的物质与能量形式不是永恒的,应研究它们的起源。它把“无”作为一种未知的物质和能量形式,把“无”和“有”作为一对逻辑范畴,探讨我们的宇宙如何从“无”——未知的物质和能量形式,转化为“有”——已知的物质和能量形式,这在认识论和方法论上有一定意义。
时空起源 有些人认为,时间和空间不是永恒的,而是从没有时间和没有空间的状态产生的。根据现有的物理理论,在小于10-43秒和10-33厘米的范围内,就没有一个“钟”和一把“尺子”能加以测量,因此时间和空间概念失效了,是一个没有时间和空间的物理世界。这种观点提出已知的时空形式有其适用的界限是完全正确的。正像历史上的牛顿时空观发展到相对论时空观那样,今天随着科学实践的发展也必然要求建立新的时空观。由于在大爆炸后10-43秒以内,广义相对论失效,必须考虑引力的量子效应,因此有些人试图通过时空的量子化的途径来探讨已知的时空形式的起源。这些工作都是有益的,但我们决不能因为人类时空观念的发展或者在现有的科学技术水平上无法度量新的时空形式,而否定作为物质存在形式的时间、空间的客观存在。
人和宇宙 从本世纪60年代开始,由于人择原理的提出和讨论,出现了人类存在和宇宙产生的关系问题。人择原理认为 ,可能存在许多具有不同物理参数和初始条件的宇宙,但只有物理参数和初始条件取特定值的宇宙才能演化出人类,因此我们只能看到一种允许人类存在的宇宙。人择原理用人类的存在去约束过去可能有的初始条件和物理定律,减少它们的任意性,使一些宇宙学现象得到解释,这在科学方法论上有一定的意义。但有人提出,宇宙的产生依赖于作为观测者的人类的存在。这种观点值得商榷。现在根据暴涨模型,那些被传统大爆炸模型作为初始条件的状态,有可能从极早期宇宙的演化中产生出来,而且宇宙的演化几乎变得与初始条件的一些细节无关。这样就使上述那种利用初始条件的困难来否定宇宙客观实在性的观点失去了基础。但有些人认为,由于暴涨引起的巨大距离尺度,使得从整体上去观测宇宙的结构成为不可能。这种担心有其理由,但如果暴涨模型正确的话,随着科学实践的发展,一定有可能突破人类认识上的困难。
宇宙
宇宙,是我们所在的空间,“宇”字的本义就是指“上下四方”。
地球是我们的家园;
而地球仅是太阳系的第三颗行星;
而太阳系又仅仅定居于银河系巨大旋臂的一侧;
而银河系,在宇宙所有星系中,也许很不起眼……
这一切,组成了我们的宇宙:
宇宙,是所有天体共同的家园。
宇宙,又是我们所在的时间,“宙”的本意就是指“古往今来”。
因为,我们的宇宙不是从来就有的,它也有着诞生和成长的过程。现代科学发现,我们的宇宙大概形成于二百亿年以前。在一次无比壮观的大爆炸中,我们的宇宙诞生了!(这就是著名的“大爆炸”理论。)
宇宙一经形成,就在不停地运动着。科学家发现,宇宙正在膨胀着,星体之间的距离越来越大。
宇宙没有开始,没有结束,没有边界,更没有诞生与毁灭,只有一个个阶段的结束与开始,我们现阶段的宇宙大概形成于二百亿年以前。在一次无比壮观的大爆炸中,这阶段的宇宙开始了!最新研究表明,大爆炸孕育于黑洞中,黑洞将所有物质,包括光子在内压到一个点,这时连电子,中子,质子等都已不存在(究竟是什么物质比电子还小呢?当代科技无法解释,暂称为夸克),这时发生了比核聚变更高等级的爆炸,这种爆炸的范围至少波及数十亿光年,又一个新的宇宙纪元就诞生了.
universe;cosmos
宇宙的诞生
我们现在观察到的宇宙,其边界大约有100多亿光年。它由众多的星系所组成。地球是太阳系的一颗普通行星,而太阳系是银河系中一颗普通恒星。我们所观察到恒星、行星、慧星、星系等是怎么产生的呢?
宇宙学说认为,我们所观察到的宇宙,在其孕育的初期,集中于一个很小、温度极高、密度极大的原始火球。在150亿年到200亿年前,原始火球发生大爆炸,从此开始了我们所在的宇宙的诞生史。
宇宙原始大爆炸后0.01秒,宇宙的温度大约为1000亿度。物质存在的主要形式是电子、光子、中微子。以后,物质迅速扩散,温度迅速降低。大爆炸后1秒钟,下降到100亿棚孝度。大爆炸后14秒,温度约30亿度。35秒后,为3亿度,化学元素开始形成。温度不断下降,原子不断形成。宇宙间弥漫着气体云。他们在引力的作用下,形成恒星系统,恒星系统又经过漫长的演化,成为今天的宇宙。
物质现象的总和。广义上指无限多样、永恒发展的物质世界,狭义上指一定时代观测所及的最大天体系统。后者往往称作可观测宇宙、我们的宇宙,现在相当于天文学中的“总星系”。
2003年2月份,美国国家航空航天局曾向全世界公布他们有关宇宙年龄的研究成果。根据其公布的资料显示,宇宙年龄应该为137亿岁。2003年11月份,国际天体物理学研究小组宣称,宇宙的确切年龄应该是141亿岁。地球的形成大约是距今45亿年。
词源考察 在中国古籍中最早使用宇宙这个词的是《庄子·齐物论》。“宇”的含义包括各个方向,如东西南北的一切地点。“宙”包括过去、现在、白天、黑夜,即一切不同的具体时间。战国末期的尸佼说:“四方上下曰宇,往古来今曰宙。”“宇”指空间,“宙”指时间,“宇宙”就是时间和空间的统一。后来“宇宙”一词便被用来指整个客观实在世界。与宇宙相当的概念有“天地”、“乾坤”、“六合”等,但这些概念仅指宇宙的空间方面。《管子》的“宙合”一词,“宙”指时间,“合”(即“六合”)指空间,与“宇宙”概念最接近。
在西方,宇宙这个词在英语中叫cosmos,在俄语中叫кocMoc ,在德语中叫kosmos ,在法语中叫cosmos。它们都源自希腊语的κoσμoζ,古希腊人认为宇宙的创生乃是从浑沌中产生出秩序来,κoσμoζ其原意就是秩序。但在英语中更经常用来表示“橘友宇宙”的词是universe。此词与universitas有关。在中世纪,人们把沿着同一方向朝同一目标共同行动的一群人称为universitas。在最广泛的意义上,universitas 又指一切现成的东西所构成的统一整体,那就是universe,即宇宙。universe和cosmos常常表示相同的意义,所不同的是,前者强调的是物质现象的总和,而后者则强调整体宇宙的结构或构造。
宇宙观念的发展 宇宙结构观念的发展 远古时代,人们对宇宙结构的认识处于十分幼稚的状态,他们通常按照自己的生活环境对宇宙的构造作了幼稚的推测。在中国西周时期,生活在华夏大地上的人们提出的早期盖天说认为,天穹像一口锅,倒扣在平坦的大地上;后来又发展为后期盖天说,认为大地的形状也是拱形的。公元前7世纪 ,巴比伦人认为,天和地都是拱形的,大地被海洋所环绕,而其中央则是高山。古埃及人把宇宙想象成以天为盒盖、大地为盒底的大盒子,大地的中央则是尼罗河。古印度人想象圆盘形的大地负在几只大象上,而象则站在巨大的龟背上,公元前7世纪末,古希腊的泰勒斯认为,大地是浮在水面上的巨大圆盘,上面笼罩着拱形的天穹。
最早认识到大地是球形的是古希腊人。公元前6世纪,毕达哥拉斯从美学观念出发,认为一切立体图形中最美的是球形,主张天体和我们所居住的大地都是球形的。这一观念为后来许多古希腊学者所继承,但直到1519~1522年,葡萄牙的F.麦哲伦率领探险队完成了第一次环球航行后 ,地球是球形的观念才最终证实。
公元2世纪,C.托勒密提出了一个完整的地心说。这一学说认为地球在宇宙的中央安然不动,月亮、太阳和诸行星以及最外层的恒星天都在以不同速度绕着地球旋转。为了说明行星视运动的不均匀性,他还认为行星在本轮上绕其中心转动,而本轮中心则沿均轮绕地球转动。地心说曾在欧洲流传了1000多年。1543年,N.哥白尼提出科学的日心说,认为太阳位于宇宙中心,而地球则是一颗沿圆轨道绕太阳公转的普通行星。1609年,J.开普勒揭示了地球和诸行星都在椭圆轨道上绕太阳公转,发展了哥白尼的日心说,同年,G.伽利略则率先用望远镜观测天空,用大量观测事实证实了日心说的正确性。1687年,I.牛顿提出了万有引力定律,深刻揭示了行星绕太阳运动的力学原因,使日心说有了牢固的力学基础。在这以后,人们逐渐建立起了科学的太阳系概念。
在哥白尼的宇宙图像中,恒星只是位于最外层恒星天上的光点。1584年,G.布鲁诺大胆取消了这层恒星天,认为恒星都是遥远的太阳。18世纪上半叶,由于E.哈雷对恒星自行的发展和J.布拉得雷对恒星遥远距离的科学估计,布鲁诺的推测得到了越来越多人的赞同。18世纪中叶,T.赖特、I.康德和J.H.朗伯推测说,布满全天的恒星和银河构成了一个巨大的天体系统。F.W.赫歇尔首创用取样统计的方法,用望远镜数出了天空中大量选定区域的星数以及亮星与暗星的比例,1785年首先获得了一幅扁而平、轮廓参差、太阳居中的银河系结构图,从而奠定了银河系概念的基础。在此后一个半世纪中,H.沙普利发现了太阳不在银河系中心、J.H.奥尔特发现了银河系的自转和旋臂,以及许多人对银河系直径、厚度的测定,科学的银河系概念才最终确立。
18世纪中叶,康德等人还提出,在整个宇宙中,存在着无数像我们的天体系统(指银河系)那样的天体系统。而当时看去呈云雾状的“星云”很可能正是这样的天体系统。此后经历了长达170年的曲折的探索历程,直到1924年,才由E.P.哈勃用造父视差法测仙女座大星云等的距离确认了河外星系的存在。
近半个世纪,人们通过对河外星系的研究,不仅已发现了星系团、超星系团等更高层次的天体系统,而且已使我们的视野扩展到远达200亿光年的宇宙深处。
宇宙演化观念的发展 在中国,早在西汉时期,《淮南子·俶真训》指出:“有始者,有未始有有始者,有未始有夫未始有有始者”,认为世界有它的开辟之时,有它的开辟以前的时期,也有它的开辟以前的以前的时期。《淮南子·天文训》中还具体勾画了世界从无形的物质状态到浑沌状态再到天地万物生成演变的过程。在古希腊,也存在着类似的见解。例如留基伯就提出,由于原子在空虚的空间中作旋涡运动,结果轻的物质逃逸到外部的虚空,而其余的物质则构成了球形的天体,从而形成了我们的世界。
太阳系概念确立以后,人们开始从科学的角度来探讨太阳系的起源。1644年,R.笛卡尔提出了太阳系起源的旋涡说;1745年,G.L.L.布丰提出了一个因大彗星与太阳掠碰导致形成行星系统的太阳系起源说;1755年和1796年,康德和拉普拉斯则各自提出了太阳系起源的星云说。现代探讨太阳系起源z的新星云说正是在康德-拉普拉斯星云说的基础上发展起来。
1911年,E.赫茨普龙建立了第一幅银河星团的颜色星等图;1913年,H.N.罗素则绘出了恒星的光谱-光度图,即赫罗图。罗素在获得此图后便提出了一个恒星从红巨星开始,先收缩进入主序,后沿主序下滑,最终成为红矮星的恒星演化学说。1924年 ,A.S.爱丁顿提出了恒星的质光关系;1937~1939年,C.F.魏茨泽克和贝特揭示了恒星的能源来自于氢聚变为氦的原子核反应。这两个发现导致了罗素理论被否定,并导致了科学的恒星演化理论的诞生。对于星系起源的研究,起步较迟,目前普遍认为,它是我们的宇宙开始形成的后期由原星系演化而来的。
1917年,A.阿尔伯特·爱因斯坦运用他刚创立的广义相对论建立了一个“静态、有限、无界”的宇宙模型,奠定了现代宇宙学的基础。1922年,G.D.弗里德曼发现,根据阿尔伯特·爱因斯坦的场方程,宇宙不一定是静态的,它可以是膨胀的,也可以是振荡的。前者对应于开放的宇宙,后者对应于闭合的宇宙。1927年,G.勒梅特也提出了一个膨胀宇宙模型.1929年 哈勃发现了星系红移与它的距离成正比,建立了著名的哈勃定律。这一发现是对膨胀宇宙模型的有力支持。20世纪中叶,G.伽莫夫等人提出了热大爆炸宇宙模型,他们还预言,根据这一模型,应能观测到宇宙空间目前残存着温度很低的背景辐射。1965年微波背景辐射的发现证实了伽莫夫等人的预言。从此,许多人把大爆炸宇宙模型看成标准宇宙模型。1980年,美国的古斯在热大爆炸宇宙模型的 基础上又进一步提出了暴涨宇宙模型。这一模型可以解释目前已知的大多数重要观测事实。
宇宙图景 当代天文学的研究成果表明,宇宙是有层次结构的、物质形态多样的、不断运动发展的天体系统。
层次结构 行星是最基本的天体系统。太阳系中共有九大行星: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,其他行星都有卫星绕其运转,地球有一个卫星 月球,土星的卫星最多,已确认的有17颗。行星 小行星 彗星和流星体都围绕中心天体太阳运转,构成太阳系。太阳占太阳系总质量的99.86%,其直径约140万千米,最大的行星木星的直径约14万千米。太阳系的大小约120亿千米。有证据表明,太阳系外也存在其他行星系统。2500亿颗类似太阳的恒星和星际物质构成更巨大的天体系统——银河系。银河系中大部分恒星和星际物质集中在一个扁球状的空间内,从侧面看很像一个“铁饼”,正面看去?则呈旋涡状。银河系的直径约10万光年,太阳位于银河系的一个旋臂中,距银心约3万光年。银河系外还有许多类似的天体系统,称为河外星系,常简称星系。现已观测到大约有10亿个。星系也聚集成大大小小的集团,叫星系团。平均而言,每个星系团约有百余个星系,直径达上千万光年。现已发现上万个星系团。包括银河系在内约40个星系构成的一个小星系团叫本星系群。若干星系团集聚在一起构成更大、更高一层次的天体系统叫超星系团。超星系团往往具有扁长的外形,其长径可达数亿光年。通常超星系团内只含有几个星系团,只有少数超星系团拥有几十个星系团。本星系群和其附近的约50个星系团构成的超星系团叫做本超星系团。目前天文观测范围已经扩展到200亿光年的广阔空间,它称为总星系。
多样性 天体千差万别,宇宙物质千姿百态。太阳系天体中,水星、金星表面温度约达700K,遥远的冥王星向日面的温度最高时也只有50K;金星表面笼罩着浓密的二氧化碳大气和硫酸云雾,气压约50个大气压,水星、火星表面大气却极其稀薄,水星的大气压甚至小于2×10-9毫巴;类地行星(水星、金星、火星)都有一个固体表面,类木行星却是一个流体行星;土星的平均密度为0.70克/厘米3,比水的密度还小,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、地球等的密度则达到水的密度的5倍以上;多数行星都是顺向自转,而金星是逆向自转;地球表面生机盎然,其他行星则是空寂荒凉的世界。
太阳在恒星世界中是颗普遍而又典型的恒星。已经发现,有些红巨星的直径为太阳直径的几千倍。中子星直径只有太阳的几万分之一;超巨星的光度高达太阳光度的数百万倍,白矮星光度却不到太阳的几十万分之一。红超巨星的物质密度小到只有水的密度的百万分之一,而白矮星、中子星的密度分别可高达水的密度的十万倍和百万亿倍。太阳的表面温度约为6000K,O型星表面温度达30000K,而红外星的表面温度只有约600K。太阳的普遍磁场强度平均为1×10-4特斯拉,有些磁白矮星的磁场通常为几千、几万高斯(1高斯=10-4特斯拉),而脉冲星的磁场强度可高达十万亿高斯。有些恒星光度基本不变,有些恒星光度在不断变化,称变星。有的变星光度变化是有周期的,周期从1小时到几百天不等。有些变星的光度变化是突发性的,其中变化最剧烈的是新星和超新星,在几天内,其光度可增加几万倍甚至上亿倍。
恒星在空间常常聚集成双星或三五成群的聚星,它们可能占恒星总数的1/3。也有由几十、几百乃至几十万个恒星聚在一起的星团。宇宙物质除了以密集形式形成恒星、行星等之外,还以弥漫的形式形成星际物质。星际物质包括星际气体和尘埃,平均每立方厘米只有一个原子,其中高度密集的地方形成形状各异的各种星云。宇宙中除发出可见光的恒星、星云等天体外,还存在紫外天体、红外天体、X射线源、γ射线源以及射电源。
星系按形态可分为椭圆星系、旋涡星系、棒旋星系、透镜星系和不规则星系等类型。60年代又发现许多正在经历着爆炸过程或正在抛射巨量物质的河外天体,统称为活动星系,其中包括各种射电星系、塞佛特星系、N型星系、马卡良星系、蝎虎座BL型天体,以及类星体等等。许多星系核有规模巨大的活动:速度达几千千米/秒的气流,总能量达1055焦耳的能量输出,规模巨大的物质和粒子抛射,强烈的光变等等。在宇宙中有种种极端物理状态:超高温、超高压、超高密、超真空、超强磁场、超高速运动、超高速自转、超大尺度时间和空间、超流、超导等。为我们认识客观物质世界提供了理想的实验环境。
运动和发展 宇宙天体处于永恒的运动和发展之中,天体的运动形式多种多样,例如自转、各自的空间运动(本动)、绕系统中心的公转以及参与整个天体系统的运动等。月球一方面自转一方面围绕地球运转,同时又跟随地球一起围绕太阳运转。太阳一方面自转,一方面又向着武仙座方向以20千米/秒的速度运动,同时又带着整个太阳系以250千米/秒的速度绕银河系中心运转,运转一周约需2.2亿年。银河系也在自转,同时也有相对于邻近的星系的运动。本超星系团也可能在膨胀和自转。总星系也在膨胀。
现代天文学已经揭示了天体的起源和演化的历程。当代关于太阳系起源学说认为,太阳系很可能是50亿年前银河系中的一团尘埃气体云(原始太阳星云)由于引力收缩而逐渐形成的(见太阳系起源)。恒星是由星云产生的,它的一生经历了引力收缩阶段、主序阶段、红巨星阶段、晚期阶段和临终阶段。星系的起源和宇宙起源密切相关,流行的看法是:在宇宙发生热大爆炸后40万年,温度降到4000K,宇宙从辐射为主时期转化为物质为主时期,这时或由于密度涨落形成的引力不稳定性,或由于宇宙湍流的作用而逐步形成原星系,然后再演化为星系团和星系。热大爆炸宇宙模型描绘了我们的宇宙的起源和演化史:我们的宇宙起源于200亿年前的一次大爆炸,当时温度极高、密度极大。随着宇宙的膨胀,它经历了从热到冷、从密到稀、从辐射为主时期到物质为主时期的演变过程,直至10~20亿年前,才进入大规模形成星系的阶段,此后逐渐形成了我们当今看到的宇宙。1980年提出的暴涨宇宙模型则是热大爆炸宇宙模型的补充。它认为在宇宙极早期,在我们的宇宙诞生后约10-36秒的时候,它曾经历了一个暴涨阶段。
哲学分析 宇宙概念 有些宇宙学家认为,我们的宇宙是唯一的宇宙;大爆炸不是在宇宙空间的哪一点爆炸,而是整个宇宙自身的爆炸。但是,新提出的暴涨模型表明,我们的宇宙仅是整个暴涨区域的非常小的一部分,暴涨后的区域尺度要大于1026厘米,而那时我们的宇宙只有10厘米。还有可能这个暴涨区域是一个更大的始于无规则混沌状态的物质体系的一部分。这种情况恰如科学史上人类的认识从太阳系宇宙扩展到星系宇宙,再扩展到大尺度宇宙那样,今天的科学又正在努力把人类的认识进一步向某种探索中的“暴涨宇宙”、“无规则的混沌宇宙”推移。我们的宇宙不是唯一的宇宙,而是某种更大的物质体系的一部分,大爆炸不是整个宇宙自身的爆炸,而是那个更大物质体系的一部分的爆炸。因此,有必要区分哲学和自然科学两个不同层次的宇宙概念。哲学宇宙概念所反映的是无限多样、永恒发展的物质世界;自然科学宇宙概念所涉及的则是人类在一定时代观测所及的最大天体系统。两种宇宙概念之间的关系是一般和个别的关系。随着自然科学宇宙概念的发展,人们将逐步深化和接近对无限宇宙的认识。弄清两种宇宙概念的区别和联系,对于坚持马克思主义的宇宙无限论,反对宇宙有限论、神创论、机械论、不可知论、哲学代替论和取消论,都有积极意义。
宇宙的创生 有些宇宙学家认为,暴涨模型最彻底的改革也许是观测宇宙中所有的物质和能量从无中产生的观点,这种观点之所以在以前不能为人们接受,是因为存在着许多守恒定律,特别是重子数守恒和能量守恒。但随着大统一理论的发展,重子数有可能是不守恒的,而宇宙中的引力能可粗略地说是负的,并精确地抵消非引力能,总能量为零。因此就不存在已知的守恒律阻止观测宇宙从无中演化出来的问题。这种“无中生有”的观点在哲学上包括两个方面:①本体论方面。如果认为“无”是绝对的虚无,则是错误的。这不仅违反了人类已知的科学实践,而且也违反了暴涨模型本身。按照该模型,我们所研究的观测宇宙仅仅是整个暴涨区域的很小的一部分,在观测宇宙之外并不是绝对的“无”。现在观测宇宙的物质是从假真空状态释放出来的能量转化而来的,这种真空能恰恰是一种特殊的物质和能量形式,并不是创生于绝对的“无”。如果进一步说这种真空能起源于“无”,因而整个观测宇宙归根到底起源于“无”,那么这个“无”也只能是一种未知的物质和能量形式。②认识论和方法论方面。暴涨模型所涉及的宇宙概念是自然科学的宇宙概念。这个宇宙不论多么巨大,作为一个有限的物质体系 ,也有其产生、发展和灭亡的历史。暴涨模型把传统的大爆炸宇宙学与大统一理论结合起来,认为观测宇宙中的物质与能量形式不是永恒的,应研究它们的起源。它把“无”作为一种未知的物质和能量形式,把“无”和“有”作为一对逻辑范畴,探讨我们的宇宙如何从“无”——未知的物质和能量形式,转化为“有”——已知的物质和能量形式,这在认识论和方法论上有一定意义。
时空起源 有些人认为,时间和空间不是永恒的,而是从没有时间和没有空间的状态产生的。根据现有的物理理论,在小于10-43秒和10-33厘米的范围内,就没有一个“钟”和一把“尺子”能加以测量,因此时间和空间概念失效了,是一个没有时间和空间的物理世界。这种观点提出已知的时空形式有其适用的界限是完全正确的。正像历史上的牛顿时空观发展到相对论时空观那样,今天随着科学实践的发展也必然要求建立新的时空观。由于在大爆炸后10-43秒以内,广义相对论失效,必须考虑引力的量子效应,因此有些人试图通过时空的量子化的途径来探讨已知的时空形式的起源。这些工作都是有益的,但我们决不能因为人类时空观念的发展或者在现有的科学技术水平上无法度量新的时空形式,而否定作为物质存在形式的时间、空间的客观存在。
人和宇宙 从本世纪60年代开始,由于人择原理的提出和讨论,出现了人类存在和宇宙产生的关系问题。人择原理认为 ,可能存在许多具有不同物理参数和初始条件的宇宙,但只有物理参数和初始条件取特定值的宇宙才能演化出人类,因此我们只能看到一种允许人类存在的宇宙。人择原理用人类的存在去约束过去可能有的初始条件和物理定律,减少它们的任意性,使一些宇宙学现象得到解释,这在科学方法论上有一定的意义。但有人提出,宇宙的产生依赖于作为观测者的人类的存在。这种观点值得商榷。现在根据暴涨模型,那些被传统大爆炸模型作为初始条件的状态,有可能从极早期宇宙的演化中产生出来,而且宇宙的演化几乎变得与初始条件的一些细节无关。这样就使上述那种利用初始条件的困难来否定宇宙客观实在性的观点失去了基础。但有些人认为,由于暴涨引起的巨大距离尺度,使得从整体上去观测宇宙的结构成为不可能。这种担心有其理由,但如果暴涨模型正确的话,随着科学实践的发展,一定有可能突破人类认识上的困难。
宇宙
宇宙,是我们所在的空间,“宇”字的本义就是指“上下四方”。
地球是我们的家园;
而地球仅是太阳系的第三颗行星;
而太阳系又仅仅定居于银河系巨大旋臂的一侧;
而银河系,在宇宙所有星系中,也许很不起眼……
这一切,组成了我们的宇宙:
宇宙,是所有天体共同的家园。
宇宙,又是我们所在的时间,“宙”的本意就是指“古往今来”。
因为,我们的宇宙不是从来就有的,它也有着诞生和成长的过程。现代科学发现,我们的宇宙大概形成于二百亿年以前。在一次无比壮观的大爆炸中,我们的宇宙诞生了!(这就是著名的“大爆炸”理论。)
宇宙一经形成,就在不停地运动着。科学家发现,宇宙正在膨胀着,星体之间的距离越来越大。
宇宙没有开始,没有结束,没有边界,更没有诞生与毁灭,只有一个个阶段的结束与开始,我们现阶段的宇宙大概形成于二百亿年以前。在一次无比壮观的大爆炸中,这阶段的宇宙开始了!最新研究表明,大爆炸孕育于黑洞中,黑洞将所有物质,包括光子在内压到一个点,这时连电子,中子,质子等都已不存在(究竟是什么物质比电子还小呢?当代科技无法解释,暂称为夸克),这时发生了比核聚变更高等级的爆炸,这种爆炸的范围至少波及数十亿光年,又一个新的宇宙纪元就诞生了.
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以前的理论是大爆炸拉,宇宙大爆炸(Big
Bang)仅仅是一种学说,是根据天文观测研究后得到的一种设想。
大约在150亿年前,宇宙所有的物质都高度密集在一点,有着极高的温度,因而发生了巨大的爆炸。大爆炸以后,物质开始向外大膨胀,就形成了今天我们看到的宇宙。大爆炸的整个过程是复杂的,现在只能从理论研究的基础上,描绘过去远古的宇宙发展史。在这150亿年中先后诞生了星系团、星系、我们的银河系、恒星、太阳系、行星、卫星等。现在我们看见的和看不见的虚银一切天体和宇宙物质,形成了当今的宇宙形态,人类就是在这一宇宙演变中诞生的.
但是最近有个新的观点很值得深思:一直以来建立在大量实验观测和理论推导的大爆炸理论基本内容是宇宙由一个体积为零、密度和能量无限大的奇点膨胀而成的,时间和空间从那一刻开始产生。但是大爆炸理论本身一直无法解释在奇点之间发生了什么,奇点来自何方,在诞生之前宇宙又在何处?更为诡异的是,这一经典理论的终极解释居然是神创论,甚至有研究说当今的宇宙论与《圣经》中的论述不谋而合;而近年来结合量子物理公式与广义相对论合提出的"大反弹"理论构架则解释了我们生存的宇宙在形成以前的状态。
大反弹"理论是是由德国物理学家伯卓瓦发现的。该理论认为,宇宙形其实是不停重复大爆炸和大挤压的过程,也就是说,宇宙是一直不停的收缩和膨胀。因此我们所说的宇宙的起源(也就是大爆炸)可能只是上一次宇者誉睁宙大挤压造成后果。
宾夕法尼亚大学物理教授
Martin
Bojowald
建立的数学模型(1)所演绎的物质在量子状态下系列特征进一步证实了大反弹理论。Martin
教授称大反弹理论可能推翻大爆炸理论,重新解释宇宙的真正起源。
Martin
与同事们通过一种被称为量子引力环(2)的数学建模工具完成了时空的飞跃,对宇宙大爆炸以前的物质存在状态作出了详细的描述。根据"大反弹"理论,物质波动在空间和时间的尺度上呈反弹式运动,其波长覆盖的范围也会在垂直尺度上产生较大的变化,量子物理学为宇宙形成过程的数学建模增加了几个参数,使演绎结果更加出人意料,科学家认为,在我们现在居住的宇宙形成以前,可能存在一个结构相近的"反首岁宇宙",而不是原先设想的绝对虚无状态。"反宇宙"的坍缩最终引发了"大反弹",进而创造了我们现在这个仍然在不断扩张的宇宙。
根据这个模型,在大爆炸开始的一瞬,我们的宇宙体积非常小但并没有小到零,能量极大却不是无穷大,并不是"奇点"。模型还显示,大爆炸很可能是前一个宇宙的灭亡所触发的。与我们正在加速膨胀的宇宙不同,大爆炸开始之前,宇宙的"
前世"处于收缩状态。计算表明它并不能收缩成一个没有体积的"奇点",因为当温度和压力变得极大时,引力会变成斥力,阻止宇宙进一步收缩。根据计算,由于积蓄的引力能量非常大,宇宙收缩到一定程度后会发生"大反弹",就像皮球重重地砸在地上之后会反弹起来。Martin
教授认为,"大反弹"触发了当前宇宙的膨胀,在我们这个宇宙中还有可能找到其"前世"遗留下来的痕迹。
按照大反弹之说,大爆炸并非时间和空间的开始,宇宙有无限的过去和未来。如此一来永恒还是存在的,这一点对崇尚永恒不灭的中国哲学而言非常重要。
Bang)仅仅是一种学说,是根据天文观测研究后得到的一种设想。
大约在150亿年前,宇宙所有的物质都高度密集在一点,有着极高的温度,因而发生了巨大的爆炸。大爆炸以后,物质开始向外大膨胀,就形成了今天我们看到的宇宙。大爆炸的整个过程是复杂的,现在只能从理论研究的基础上,描绘过去远古的宇宙发展史。在这150亿年中先后诞生了星系团、星系、我们的银河系、恒星、太阳系、行星、卫星等。现在我们看见的和看不见的虚银一切天体和宇宙物质,形成了当今的宇宙形态,人类就是在这一宇宙演变中诞生的.
但是最近有个新的观点很值得深思:一直以来建立在大量实验观测和理论推导的大爆炸理论基本内容是宇宙由一个体积为零、密度和能量无限大的奇点膨胀而成的,时间和空间从那一刻开始产生。但是大爆炸理论本身一直无法解释在奇点之间发生了什么,奇点来自何方,在诞生之前宇宙又在何处?更为诡异的是,这一经典理论的终极解释居然是神创论,甚至有研究说当今的宇宙论与《圣经》中的论述不谋而合;而近年来结合量子物理公式与广义相对论合提出的"大反弹"理论构架则解释了我们生存的宇宙在形成以前的状态。
大反弹"理论是是由德国物理学家伯卓瓦发现的。该理论认为,宇宙形其实是不停重复大爆炸和大挤压的过程,也就是说,宇宙是一直不停的收缩和膨胀。因此我们所说的宇宙的起源(也就是大爆炸)可能只是上一次宇者誉睁宙大挤压造成后果。
宾夕法尼亚大学物理教授
Martin
Bojowald
建立的数学模型(1)所演绎的物质在量子状态下系列特征进一步证实了大反弹理论。Martin
教授称大反弹理论可能推翻大爆炸理论,重新解释宇宙的真正起源。
Martin
与同事们通过一种被称为量子引力环(2)的数学建模工具完成了时空的飞跃,对宇宙大爆炸以前的物质存在状态作出了详细的描述。根据"大反弹"理论,物质波动在空间和时间的尺度上呈反弹式运动,其波长覆盖的范围也会在垂直尺度上产生较大的变化,量子物理学为宇宙形成过程的数学建模增加了几个参数,使演绎结果更加出人意料,科学家认为,在我们现在居住的宇宙形成以前,可能存在一个结构相近的"反首岁宇宙",而不是原先设想的绝对虚无状态。"反宇宙"的坍缩最终引发了"大反弹",进而创造了我们现在这个仍然在不断扩张的宇宙。
根据这个模型,在大爆炸开始的一瞬,我们的宇宙体积非常小但并没有小到零,能量极大却不是无穷大,并不是"奇点"。模型还显示,大爆炸很可能是前一个宇宙的灭亡所触发的。与我们正在加速膨胀的宇宙不同,大爆炸开始之前,宇宙的"
前世"处于收缩状态。计算表明它并不能收缩成一个没有体积的"奇点",因为当温度和压力变得极大时,引力会变成斥力,阻止宇宙进一步收缩。根据计算,由于积蓄的引力能量非常大,宇宙收缩到一定程度后会发生"大反弹",就像皮球重重地砸在地上之后会反弹起来。Martin
教授认为,"大反弹"触发了当前宇宙的膨胀,在我们这个宇宙中还有可能找到其"前世"遗留下来的痕迹。
按照大反弹之说,大爆炸并非时间和空间的开始,宇宙有无限的过去和未来。如此一来永恒还是存在的,这一点对崇尚永恒不灭的中国哲学而言非常重要。
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宇宙万物到底是怎么来的?这是几千年来所有哲学家、科学家思考的最多的一个问题!科学、哲学、宗教众说纷纭,但到目前为止,好像还没找到一个标准答案!人类只有彻底搞懂宇宙是怎么来的!才能彻底搞懂其他一切问题!
宇宙万物到底是怎么来的?是天生就有的?还是从无到有的?有什么东西是天生就有的吗?好像没有。但如果是从无到有的,最初什么都没有,后来又怎么会有?
我认为,宇宙最初什么都没有,只有看不见摸不着的东西,是它创造出了物质。什么东西看不见摸不着?只有精神和意识看不见摸不着。也许宇宙万物就是由看不见摸不着的精神和意识创造或演变出来的。这是唯心主义哲学的核心理论,但它是目前最能说服我的宇宙理论。
我认为,宇宙先有意识后有物质,是意识创造出了物质,而不是物质创造出了意识。宇宙万物是从“无”到“有”的,而不是天生就有的。如果宇宙真的是从一个“奇点”爆炸而来的,那么这个奇点一定是“意识”创造出来的,或者说奇点就是意识。而且我觉得,不仅“人”有意识,动物、植物、细胞、细菌、精子、卵子、原子、电子。。所有物质都有意识!并且都是在“意识”的控制下运行的,所以宇宙万物才这么有秩序有规律。
中国人从小学的是马克思的唯物主义,雹孝所以大部分人比较信仰唯物主义。但西方出名的哲学家和科学家基本都是唯心主义者,比如苏格拉底、柏拉图 、笛卡尔、马勒伯朗士、海林克斯 莱布尼茨、黑格尔、叔本华、斯宾塞、尼采、爱迪生、达尔文、薛定谔、居里夫人、牛顿、爱因斯坦等等。他们认为科学只不过是在研究“意识”创造出的万物之间的规律而已。现代量子力学发现构成物质的最小单位“夸克”,其实跟“意识”很像,它是一种看不见摸不着,但却真实存在的东西,是它却构成了看得见摸得着的宇宙万物。
我之所以不太认同唯物论,是因为它的很多观点经不起推敲。比如,唯物论说,宇宙先有物质后有意识。那请问物质是从哪里来的?比如,唯物论说,是物质创造出了意识。请问凯橡一堆杂乱的“物质”,如何创造出智聪明无比的“意识”?比如,唯物论说只有人才有意识,其他一切动物、植物、微生物、无机物都没有意识,你信吗?比如,唯物论说,宇宙是有边的。那请问宇宙的外边是什么?比如,唯物论说,构成物质的最小粒子“夸克”是物质。那请问夸克又是由什么构成的?很多问题唯物主义都回答不了,而唯心主义却能轻松回答。比如,唯心主义说,意识是宇宙的起源,物质是意识创造演变出来的,宇宙的外边是意识,物质内部最小的粒子也是意识,意识无所不包,无处不在!
你肯定会问,那意识是什么?我认为,“意识”是一种看不见摸不着,但真实存在的东西,它跟我们大脑里的意识一样。可以存在于万物之中,也可以存在于万物之外,无始无终,无处不在。宇宙万物,是它创造演变出来的,也是在它的控制下运行的,它是超光速的,可以瞬间到达任何地方。你也可以把它叫做“神”、“道”、“弦”、“上帝”、“暗能量”等名称。
宗教、哲学、科学其实并不矛盾,他们的核心都是研究宇宙万物的起源,以及宇宙万物之间的联系和规律。宗教说宇宙万物是“神”创造出来的;哲学说宇宙万物是“意识”创造出来的;科学说宇宙万物是由“能量”转变而来的。他们说的其实是同一个东西,一个看不见摸不着,但真实存在的东西,只是各自的叫法说法不同而已。但我觉得这个创造宇宙万物的东西还是叫“意识”比较准确。人类哪天彻底搞懂了意识,也许就彻底搞懂了宇宙!
你肯定又会问,“意识”如何创造出“物质”?我理解是,意识首先组成“夸克”,夸克再组成中子、质子,中子、质子再组成原子,原子再组成宇宙万物。也就是说,组成宇宙万物的最盯肆旁小粒子是意识,而不是物质!所以“夸克”用任何仪器都观测不到,而且无法再细分下去,但它又真实存在。宇宙万物就是由的“意识”组成的!物质的本质就是意识!物质就是意识创造出来的!
上述内容,纯属个人观点,不喜勿喷。宇宙万物到底是怎么来的这个问题,我从学生时代到参加工作二十年,从未停止过思考,因为我不想活了一辈子,都不知道宇宙是什么。至少我要找到一个可以说服我自己的答案。我看了哲学、科学、宗教关于宇宙形成的各种理论,加上自己多年的思索和推理,慢慢形成了我对宇宙的看法和理解。也许你不一定认同我的观点,因为每个人都有自己的想法。但我对自己的观点深信不疑,算是我的人生信仰吧。
我只是想分享一下我的观点,如果你认同我的观点,请点个赞。如果你不认同我的观点,可以说说你的想法。
宇宙万物到底是怎么来的?是天生就有的?还是从无到有的?有什么东西是天生就有的吗?好像没有。但如果是从无到有的,最初什么都没有,后来又怎么会有?
我认为,宇宙最初什么都没有,只有看不见摸不着的东西,是它创造出了物质。什么东西看不见摸不着?只有精神和意识看不见摸不着。也许宇宙万物就是由看不见摸不着的精神和意识创造或演变出来的。这是唯心主义哲学的核心理论,但它是目前最能说服我的宇宙理论。
我认为,宇宙先有意识后有物质,是意识创造出了物质,而不是物质创造出了意识。宇宙万物是从“无”到“有”的,而不是天生就有的。如果宇宙真的是从一个“奇点”爆炸而来的,那么这个奇点一定是“意识”创造出来的,或者说奇点就是意识。而且我觉得,不仅“人”有意识,动物、植物、细胞、细菌、精子、卵子、原子、电子。。所有物质都有意识!并且都是在“意识”的控制下运行的,所以宇宙万物才这么有秩序有规律。
中国人从小学的是马克思的唯物主义,雹孝所以大部分人比较信仰唯物主义。但西方出名的哲学家和科学家基本都是唯心主义者,比如苏格拉底、柏拉图 、笛卡尔、马勒伯朗士、海林克斯 莱布尼茨、黑格尔、叔本华、斯宾塞、尼采、爱迪生、达尔文、薛定谔、居里夫人、牛顿、爱因斯坦等等。他们认为科学只不过是在研究“意识”创造出的万物之间的规律而已。现代量子力学发现构成物质的最小单位“夸克”,其实跟“意识”很像,它是一种看不见摸不着,但却真实存在的东西,是它却构成了看得见摸得着的宇宙万物。
我之所以不太认同唯物论,是因为它的很多观点经不起推敲。比如,唯物论说,宇宙先有物质后有意识。那请问物质是从哪里来的?比如,唯物论说,是物质创造出了意识。请问凯橡一堆杂乱的“物质”,如何创造出智聪明无比的“意识”?比如,唯物论说只有人才有意识,其他一切动物、植物、微生物、无机物都没有意识,你信吗?比如,唯物论说,宇宙是有边的。那请问宇宙的外边是什么?比如,唯物论说,构成物质的最小粒子“夸克”是物质。那请问夸克又是由什么构成的?很多问题唯物主义都回答不了,而唯心主义却能轻松回答。比如,唯心主义说,意识是宇宙的起源,物质是意识创造演变出来的,宇宙的外边是意识,物质内部最小的粒子也是意识,意识无所不包,无处不在!
你肯定会问,那意识是什么?我认为,“意识”是一种看不见摸不着,但真实存在的东西,它跟我们大脑里的意识一样。可以存在于万物之中,也可以存在于万物之外,无始无终,无处不在。宇宙万物,是它创造演变出来的,也是在它的控制下运行的,它是超光速的,可以瞬间到达任何地方。你也可以把它叫做“神”、“道”、“弦”、“上帝”、“暗能量”等名称。
宗教、哲学、科学其实并不矛盾,他们的核心都是研究宇宙万物的起源,以及宇宙万物之间的联系和规律。宗教说宇宙万物是“神”创造出来的;哲学说宇宙万物是“意识”创造出来的;科学说宇宙万物是由“能量”转变而来的。他们说的其实是同一个东西,一个看不见摸不着,但真实存在的东西,只是各自的叫法说法不同而已。但我觉得这个创造宇宙万物的东西还是叫“意识”比较准确。人类哪天彻底搞懂了意识,也许就彻底搞懂了宇宙!
你肯定又会问,“意识”如何创造出“物质”?我理解是,意识首先组成“夸克”,夸克再组成中子、质子,中子、质子再组成原子,原子再组成宇宙万物。也就是说,组成宇宙万物的最盯肆旁小粒子是意识,而不是物质!所以“夸克”用任何仪器都观测不到,而且无法再细分下去,但它又真实存在。宇宙万物就是由的“意识”组成的!物质的本质就是意识!物质就是意识创造出来的!
上述内容,纯属个人观点,不喜勿喷。宇宙万物到底是怎么来的这个问题,我从学生时代到参加工作二十年,从未停止过思考,因为我不想活了一辈子,都不知道宇宙是什么。至少我要找到一个可以说服我自己的答案。我看了哲学、科学、宗教关于宇宙形成的各种理论,加上自己多年的思索和推理,慢慢形成了我对宇宙的看法和理解。也许你不一定认同我的观点,因为每个人都有自己的想法。但我对自己的观点深信不疑,算是我的人生信仰吧。
我只是想分享一下我的观点,如果你认同我的观点,请点个赞。如果你不认同我的观点,可以说说你的想法。
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对于宇宙的起源目前科学家比较认同宇宙大爆炸理论.
宇宙所有的物质,空间樱兆,时间都是大爆炸后形成的,随着爱因斯坦的著名质能方程式E=mc2最终得以确证,也就是说能量在一定的条件下也可以转化成物质。根据质量方程推断:用适当的方用法使物体释放能量,就会减小它的静质量。甚至可以用适当的方法将物体内部所含有的能量全部释放出来。这意味着与这个物体的能量对脊首租应的静质量全部芹手消失了,对应的物体也就不复存在了。
消失了的静质量变成场的能量.场具有能量,于是,场具有质量。相反,如果空间中原来没有物体,输入能量也可以产生一个物体!质能等当关系意味着任何形式的能量都具有相应的质量。任何实物在适当条件下可以将全部静质量转变为场的能量。任何形式的能量在适当条件下也可以转变为具有静质量的实物。所以,可以"无中生有".因此大爆炸奇点一种无形的、无限小的、很奇妙的存在。它还不是宇宙,却是我们宇宙的初始和出处。虽然现有理论无法描述在奇点处有些什么.但我想奇点处有无限的能量.
不知道为什么这个大爆炸前的奇点会爆炸,也许是上帝给了奇点大爆炸的先决条件.这种爆炸是整体有序的,涉及宇宙的全部物质元素及时间、空间。爆炸导致宇宙空间处处膨胀,温度则相应下降。温度降到一定程度时,聚变裂变会产生新的元素,物质元素聚合逐步形成超星系团、星系团、星系乃至恒星和行星等....时间,空间,也随着出现了.
我们知道任何物质东西都有个开始和结束的过程。所以大爆炸后宇宙的最终归宿不是不断膨胀,而是最终会停止膨胀并反过来收缩小。
而是由于引力作用最终会停止膨胀并反过来收缩小产生黑洞,然后黑洞火并,整个宇宙就会成为一个大黑洞。黑洞会逐渐蒸发为电子和光子等基本粒子还有反电子等等反基本粒子.它们相遇烟灭为能量和光子(一对正、反粒子相遇时,会同时消失而完全转化为能量,这种现象叫做湮灭),这样,宇宙的物质全部崩溃湮灭成能量,又回复到具有无限能量的大爆炸前的奇点...时间也就结束了.(没有了“事件”,也就没有了时间.)
周而复始...
宇宙所有的物质,空间樱兆,时间都是大爆炸后形成的,随着爱因斯坦的著名质能方程式E=mc2最终得以确证,也就是说能量在一定的条件下也可以转化成物质。根据质量方程推断:用适当的方用法使物体释放能量,就会减小它的静质量。甚至可以用适当的方法将物体内部所含有的能量全部释放出来。这意味着与这个物体的能量对脊首租应的静质量全部芹手消失了,对应的物体也就不复存在了。
消失了的静质量变成场的能量.场具有能量,于是,场具有质量。相反,如果空间中原来没有物体,输入能量也可以产生一个物体!质能等当关系意味着任何形式的能量都具有相应的质量。任何实物在适当条件下可以将全部静质量转变为场的能量。任何形式的能量在适当条件下也可以转变为具有静质量的实物。所以,可以"无中生有".因此大爆炸奇点一种无形的、无限小的、很奇妙的存在。它还不是宇宙,却是我们宇宙的初始和出处。虽然现有理论无法描述在奇点处有些什么.但我想奇点处有无限的能量.
不知道为什么这个大爆炸前的奇点会爆炸,也许是上帝给了奇点大爆炸的先决条件.这种爆炸是整体有序的,涉及宇宙的全部物质元素及时间、空间。爆炸导致宇宙空间处处膨胀,温度则相应下降。温度降到一定程度时,聚变裂变会产生新的元素,物质元素聚合逐步形成超星系团、星系团、星系乃至恒星和行星等....时间,空间,也随着出现了.
我们知道任何物质东西都有个开始和结束的过程。所以大爆炸后宇宙的最终归宿不是不断膨胀,而是最终会停止膨胀并反过来收缩小。
而是由于引力作用最终会停止膨胀并反过来收缩小产生黑洞,然后黑洞火并,整个宇宙就会成为一个大黑洞。黑洞会逐渐蒸发为电子和光子等基本粒子还有反电子等等反基本粒子.它们相遇烟灭为能量和光子(一对正、反粒子相遇时,会同时消失而完全转化为能量,这种现象叫做湮灭),这样,宇宙的物质全部崩溃湮灭成能量,又回复到具有无限能量的大爆炸前的奇点...时间也就结束了.(没有了“事件”,也就没有了时间.)
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宇宙怎样形成的现理论在没定论,但大多偏向大爆炸这一理论
在150亿年前,整个宇宙一渗厅冲片黑暗。突然有一天,宇宙发生了惊天动地的大爆炸。宇宙怎么会爆炸呢?科学家把宇宙比喻为一只球,构成这只球的物质是一种密度非常非常大的物质,它的温度极高。如果把现在生成的地球比喻为一只乒乓球,那么宇宙的圆球直径就好比足球场。此时宇宙中只有中子、质子、电子、光子和中微子等一些基本粒子形态的物质,由于高温和这些物质极不稳定,宇宙这只“球”在不断膨胀着,就像吹的大气球会“呼呼呼”地胀大起来。当宇宙年龄为10-44秒时,温度高达1032℃,在这以后一刹那间,即经过10-34秒后,宇宙突然“暴胀”,就像大气球突然被人猛烈一吹那样,宇宙发生了巨大的爆炸,爆炸使宇宙在刹那间扩大了1029倍。
它爆炸的威力和速度是惊人的,温度也随着宇宙球体爆炸膨胀而迅速下降;大爆炸以后0.01秒,
下降为1011℃;0.1秒后,温度降到300亿度;在13.8秒后温度进一步降到30亿度;35分钟时,温度已下降到3亿度。等大爆炸后30万年,温度已下降到3000℃,宇宙开始变得透明了,在这期间也开始形成了化学元素。
150亿年来,宇宙在不断膨胀,温度在逐渐降低,与此同时,产生和繁衍了生丛歼物。这就好像按比例尺画地图那样,将这150亿年的宇宙进行历程浓缩在一年里,使我们得到了一个极为直观有趣的“宇宙日历”:
1月10日,大爆炸,宇宙脱颖而出;5月1日,浩瀚的银河系诞生;9月9日,太阳系问世;9月14日,地球形成。9月24日,地球上出现了
;11月12日,绿色植物破土而出;12月26日,更高级的哺乳动物出现。12月31日0时伏纯22分30秒,
站在地球上;23分46秒,
创造了火;23分59秒,中国历史衍续到春秋……宋代;24分,全球进入了迄今在继续的现代化社会。可见
只是宇宙岁月中极其短暂的一瞬
在150亿年前,整个宇宙一渗厅冲片黑暗。突然有一天,宇宙发生了惊天动地的大爆炸。宇宙怎么会爆炸呢?科学家把宇宙比喻为一只球,构成这只球的物质是一种密度非常非常大的物质,它的温度极高。如果把现在生成的地球比喻为一只乒乓球,那么宇宙的圆球直径就好比足球场。此时宇宙中只有中子、质子、电子、光子和中微子等一些基本粒子形态的物质,由于高温和这些物质极不稳定,宇宙这只“球”在不断膨胀着,就像吹的大气球会“呼呼呼”地胀大起来。当宇宙年龄为10-44秒时,温度高达1032℃,在这以后一刹那间,即经过10-34秒后,宇宙突然“暴胀”,就像大气球突然被人猛烈一吹那样,宇宙发生了巨大的爆炸,爆炸使宇宙在刹那间扩大了1029倍。
它爆炸的威力和速度是惊人的,温度也随着宇宙球体爆炸膨胀而迅速下降;大爆炸以后0.01秒,
下降为1011℃;0.1秒后,温度降到300亿度;在13.8秒后温度进一步降到30亿度;35分钟时,温度已下降到3亿度。等大爆炸后30万年,温度已下降到3000℃,宇宙开始变得透明了,在这期间也开始形成了化学元素。
150亿年来,宇宙在不断膨胀,温度在逐渐降低,与此同时,产生和繁衍了生丛歼物。这就好像按比例尺画地图那样,将这150亿年的宇宙进行历程浓缩在一年里,使我们得到了一个极为直观有趣的“宇宙日历”:
1月10日,大爆炸,宇宙脱颖而出;5月1日,浩瀚的银河系诞生;9月9日,太阳系问世;9月14日,地球形成。9月24日,地球上出现了
;11月12日,绿色植物破土而出;12月26日,更高级的哺乳动物出现。12月31日0时伏纯22分30秒,
站在地球上;23分46秒,
创造了火;23分59秒,中国历史衍续到春秋……宋代;24分,全球进入了迄今在继续的现代化社会。可见
只是宇宙岁月中极其短暂的一瞬
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