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宇宙是什麽樣的?

“宇宙”這個詞

於,周zhòu,四方稱於,古往今來稱周。-新華字典

漢語中“宇”代表上下四個方向,即所有的空間,“周”代表所有的時間,即所有的時間,宇:無限的空間,周:無限的時間。所以“宇宙”這個詞就有了“所有時間和空間”的意思。將“宇宙”的概念與時空聯系起來,體現了中國古人的智慧。

“宇宙”壹詞源於《莊子》壹書。“宇”是指壹切空間,包括東、南、西、北的壹切地方,無邊無際;“周”是指所有的時間,包括過去、現在、白天和黑夜,沒有開始也沒有結束。

在西方,宇宙這個詞叫做宇宙、宇宙、空間;用英語;俄語叫кocMoc,德語叫kosmos,法語叫cosmos。都源於希臘語κoσμoζ。古希臘人認為宇宙的創造是為了從混沌中產生秩序,κoσμoζ的本意是秩序。但在英語中,更常用來表示“宇宙”的單詞是universe。這個詞和universitas有關。在中世紀,人們把大學稱為壹群朝著同壹個方向和目標行動的人。從最廣泛的意義上來說,universitas也是指由壹切現成事物構成的統壹整體,即宇宙。宇宙和宇宙往往表達相同的意思,但區別在於前者強調物質現象的總和,後者強調整個宇宙的結構或構造。

“於”是指空間,“周”是指時間。宇宙是壹個空間無垠,時間無始無終,按客觀規律運動的物質世界。

宇宙[1]摘要

宇宙是由空間、時間、物質和能量組成的統壹體。它是所有空間和時間的綜合。壹般來說,宇宙是指我們存在於其中的壹個時空連續系統,包括其中所有的物質、能量和事件。

宇宙是萬物的總稱,是時間和空間的統壹。宇宙是壹個物質世界,不以人的意誌為轉移而客觀存在,處於不斷的運動和發展之中。宇宙是多樣而統壹的。它包括壹切,是所有時間和空間的統壹。沒有時間和空間,什麽都沒有。所以它包含了壹切。

對宇宙的分層理解

從哲學的角度來看。人們認為宇宙無始無終,沒有盡頭。但是,我們不打算深入討論這個深奧的概念,還是留給哲學家去研究吧。我們不妨瞇著眼睛,用我們現有的科學技術來談論我們能夠理解和觀察到的宇宙。人們稱之為“我們的宇宙”或“總星系”。

根據最新的觀測數據,人們觀測到的最遠星系是654.38+03億光年。也就是說,如果壹束光以每秒30萬公裏的速度從星系中射出,需要6543.8+03億年才能到達地球,當然也就是6543.8+03億年前。這個654.38+03億光年的距離,就是我們今天(2009年)所知道的宇宙範圍。更具體的說,我們今天所知道的宇宙,或者說它的大小,是壹個以地球為中心,以654.38+03億光年的距離為半徑的球形空間。當然,地球並不是真的宇宙中心,宇宙也不壹定是球體。只是限於我們目前的觀察能力,只能了解到這個程度。

在這個半徑為13億光年的球形空間中,已經被發現和觀測到的星系大約有125億個,每個星系都有數百到數萬億顆類似太陽的恒星。所以只要做壹道簡單的數學題,妳就不難知道我們觀測到的宇宙中有多少顆恒星。在如此浩瀚的宇宙中,地球真的是滄海壹粟,微不足道。

天文學家壹直想知道宇宙有多大,就像我們壹樣。近日,美國太空網報道,經過艱苦計算,天文學家發現宇宙異常龐大,長度至少有654.38+056億光年。“這樣壹個關於宇宙大小的發現,顯然是建立在宇宙是球形且有限的前提下的。這個假設是愛因斯坦首先提出的。”中國國家天文臺研究員大明陳在接受記者專訪時表示,“長期以來,宇宙學領域壹直存在這樣壹個爭論,宇宙是球形的、鞍形的還是扁平的。”北京師範大學副教授張說:“國際主流宇宙學普遍認為宇宙是平的,是無限的。”那麽,圍繞宇宙的爭論從何而來?有什麽道理?最常見的壹種觀點是,大爆炸之後,宇宙誕生了。“根據現代宇宙學中最有影響力的大爆炸理論,我們的宇宙是由大約654.38+03.7億年前的壹次非常小的點爆炸產生的,目前宇宙仍在膨脹。”研究員大明陳說,“這個理論已經被大量的天文觀測所證實。”這個理論認為,在宇宙誕生的早期,溫度非常高。隨著宇宙的膨脹,溫度開始降低,產生了中子、質子和電子。此後,這些基本粒子形成了各種元素,這些粒子相互吸引融合,形成越來越大的團塊,逐漸演化成星系、恒星和行星,個別天體上出現了生命現象,最終誕生了能夠理解宇宙的人類。宇宙是球形且有限的嗎?“宇宙是球形的這種想法存在很久了,雖然不是國際宇宙學界的主流。”大明陳說,“每次提出來都會引起人們的註意,因為這個觀點很奇怪。”壹個最明顯的例子就是美國數學家傑弗裏·威爾克斯不久前建立的宇宙模型:壹個有限大小的鏡子迷宮,形狀像壹個足球。“形狀像壹個足球”的模型震驚了科學界,因為這壹理論聲稱,宇宙之所以會產生壹種沒有邊界的“幻覺”,是因為這個有限的空間通過“轉圈”效應無休止地反映了自己。威爾克斯認為,人們之所以覺得宇宙是無限的,是因為宇宙就像壹個鏡子迷宮,光來回穿梭,讓人產生宇宙無限延伸的錯覺。這個驚人的推論後來被收入《新科學家》雜誌,並作為壹種“奇談怪論”在民間廣為流傳。

[編輯此段]宇宙時代

宇宙年齡的定義

某壹時刻與現在之間的時間間隔。對於壹些宇宙學模型,比如牛頓的宇宙學模型,層次模型,穩態模型,宇宙的年齡是沒有意義的。在通常的演化宇宙模型中,宇宙年齡是指從宇宙零標度因子到現在的時間間隔。壹般哈勃年齡是宇宙年齡的上限,可以作為宇宙年齡的衡量標準。根據大爆炸模型,宇宙的年齡約為200億年。

年齡計算

宇宙的年齡是125億年。

科學家使用望遠鏡觀察最古老行星上的鈾光譜,從而估計宇宙的年齡為125億年。科學家對宇宙的年齡有不同的估計。根據不同的宇宙學模型,科學家們估計宇宙的年齡在100億到160億年之間。2001年,科學家利用歐洲南方天文臺的望遠鏡觀測到壹顆名為CS31082-001的行星。通過測量行星上的放射性同位素鈾-238(鈾-238)的光譜,計算出該行星的年齡為125億年,這壹估計的誤差約為30億年,也就是說,宇宙的年齡至少為125億年。這是科學家第壹次測量太陽系外的鈾含量。

科學家解釋說,這種方法和考古學中用碳-14同位素測量物質年齡是壹樣的,鈾-238同位素的半衰期是44.5億年。半衰期是壹種放射性元素自動轉變成其他元素,直到剩下壹半的時間。

科學家指出,宇宙開始時,大爆炸會產生氫、氦、鋰等元素,而較重的元素則在恒星內部產生。當大質量恒星死亡後,含有重元素的物質會散落到周圍空間,然後與下壹代恒星結合;事實上,地球上的黃金也來自爆炸的星球。

所以越老的星球,重元素會越少。科學家認為,壹些較老的行星中的重元素含量只有太陽的百分之壹。科學家試圖通過釷-232同位素來估計宇宙的年齡。釷是放射性金屬元素,與中子接觸會引起核裂變,產生原子能。但是釷的半衰期是141.5億年,比鈾-238的半衰期長,所以估算誤差比較大。

[編輯此段] [BIGBANG]

大爆炸只是壹個理論,壹個基於天文觀測和研究的想法。大約6543.8+05億年前,宇宙中所有的物質都高度集中在壹點,具有極高的溫度,導致了巨大的爆炸。大爆炸後,物質開始向外膨脹,形成了我們今天看到的宇宙。大爆炸的整個過程是復雜的,現在我們只能在理論研究的基礎上描述古代宇宙發展的歷史。在這15億年裏,星系團、星系、我們的星系、恒星、太陽系、行星、衛星等等相繼誕生。現在我們看到的和看不到的所有天體和宇宙物質都形成了今天的宇宙形態,人類就是在這種宇宙進化中誕生的。

宇宙的不斷膨脹

科學家認為它源於6543.8+037億年前的壹次不可思議的爆炸。這是不可想象的能量爆炸。宇宙邊緣的光到達地球需要6543.8+02億年。大爆炸發出的物質在太空中漂移,由許多恒星組成的巨大星系就是由這些物質組成的。我們的太陽是無數恒星中的壹顆。原本人們想象宇宙不會因引力而膨脹,但科學家發現宇宙中存在壹種“暗能量”,會產生壹種排斥力,加速宇宙膨脹。

大爆炸後的膨脹過程是引力和斥力的鬥爭,爆炸產生的動力是壹種斥力,使宇宙中的天體遠離。天體之間有引力,會阻止天體遠離,甚至試圖讓它們彼此靠近。引力與天體質量有關,所以宇宙在大爆炸後最終是膨脹還是停止膨脹進而收縮,完全取決於宇宙中的物質密度。

理論上存在壹個臨界密度。如果宇宙中物質的平均密度小於臨界密度,宇宙就會不斷膨脹,這叫開宇宙;如果物質的平均密度大於臨界密度,膨脹過程遲早會停止,然後就會收縮,這就是所謂的封閉宇宙。

問題看似簡單,實則不然。理論計算的臨界密度為5× 10-30g/cm3。但是要確定宇宙中物質的平均密度並不那麽容易。星系之間有廣闊的星系間空間。如果將目前觀測到的所有發光物質的質量均勻分布在整個宇宙中,平均密度僅為2× 10-31g/cm3,遠低於上述臨界密度。

但種種證據表明,宇宙中仍存在未被觀測到的所謂暗物質,其數量可能遠遠超過可見物質,這給平均密度的確定帶來了很大的不確定性。因此,宇宙的平均密度是否真的小於臨界密度,仍然是壹個有爭議的問題。不過,目前來看,更有可能是打開宇宙。

恒星演化到後期,會把壹些物質(氣體)拋入星際空間,這些氣體可以用來形成下壹代恒星。這個過程會消耗越來越少的氣體,以至於最後無法形成新的恒星。10 14年後,所有的星星都會失去光彩,宇宙變得壹片黑暗。同時,恒星會因為相互作用而不斷逃離星系,星系也會因為能量的損失而收縮。這樣壹來,中央部分就會產生壹個黑洞,它會吞噬從它身邊經過的恒星而長大。

經過10 17 ~ 10 18年,壹個星系只剩下黑洞和壹些零散的死星。此時,構成恒星的質子不再穩定。當宇宙年齡達到10 24時,質子開始衰變為光子和各種輕子。10 32歲時,這個衰變過程完成,宇宙中只剩下光子、輕子和壹些巨大的黑洞。

10 100年後,通過蒸發,高能粒子將逃離巨大的黑洞,最終完全消失,宇宙將回歸黑暗。這可能是宇宙末日到來時的場景,但它仍在不斷地、緩慢地膨脹。

關閉宇宙的結局會怎樣?在封閉的宇宙中,膨脹過程的結束時間取決於宇宙的平均密度。如果假設平均密度是臨界密度的兩倍,那麽根據壹個簡單的理論模型,400-500億年後,當宇宙半徑膨脹到目前大小的兩倍左右時,引力將開始占上風,膨脹將停止,然後宇宙開始收縮。

在未來,情況幾乎就像壹部放映後倒放的宇宙電影,大爆炸後宇宙發生的所有重大變化都將被逆轉。在收縮了數百億年後,宇宙的平均密度大致回到了現在的狀態。但是,遠離地球的星系的退行會被更靠近地球的運動所取代。再過幾十億年,宇宙的背景輻射會上升到400 kHz,並繼續上升,所以宇宙會變得非常熱,密度很大,收縮得越來越快。

在坍縮過程中,星系會相互融合,恒星會頻繁碰撞。壹旦宇宙溫度上升到4000 kHz,電子就會從原子中解離出來;當溫度達到幾百萬度時,所有的中子和質子都從原子核中脫離出來。很快,宇宙進入“大坍縮”階段,所有的物質和輻射都非常迅速地被吞進壹個無限高密度、無限小的空間,回到大爆炸發生時的狀態

[編輯此段]宇宙起源的悖論

目前大家比較熟悉的“宇宙起源理論”,如大爆炸、弦理論等,都是建立在真空存在的基礎上的。

因為如果沒有真空,那麽就沒有“大爆炸奇點”和“弦”

悖論/矛盾在於:

真空也是宇宙的壹部分。

既然現在的理論是宇宙起源的理論,

但是它沒有談到真空的起源和組成。

所以這是壹個矛盾。

所以,描述目前宇宙起源理論的最佳詞匯是:恒星起源理論。

來自文明X檔案全集

[編輯此段]平行宇宙的悖論

平行宇宙又稱多元宇宙,說的是:這個世界上可能不止壹個宇宙,但是有很多不同的、平行的、互不幹擾的宇宙;有時候這些不同宇宙中的東西可以通過某些渠道(即“蟲洞”)來到另壹個宇宙。

悖論/矛盾在於:

宇宙壹詞包含:世間萬物。

如果這個世界上有另壹個宇宙,

那麽宇宙這個詞就不能包含:世間萬物。

所以這是壹個矛盾。

事實上,平行宇宙/多元宇宙描述的是“不同的時空”

或者:這個宇宙中可能存在不同的時空,但不存在不同的宇宙(因為它與宇宙的概念有著根本的矛盾)

所以最準確的描述應該是:這個宇宙可能有很多平行時空。

來自文明X檔案全集

[編輯本段]宇宙概念的發展

在古代,人們對宇宙結構的認識處於非常幼稚的狀態,通常會根據生活環境對宇宙結構做出幼稚的推測。中國西周時期,生活在中國大地上的人們提出了早期的遮天理論,認為天像壹個鍋,倒放在平地上;後來發展到後來的遮天論,認為地球的形狀也是拱形的。公元前7世紀,巴比倫人認為天空和地球是拱形的,地球周圍是海洋,山在中心。古埃及人把宇宙想象成壹個大盒子,天空是蓋子,地球是底部,尼羅河是地球的中心。古印度人想象圓盤狀的地球丟在幾頭大象身上,而大象站在巨大的烏龜背上。公元前7世紀末,古希臘的泰勒斯認為地球是壹個漂浮在水面上的巨大圓盤,上面覆蓋著拱形的天空。也有壹些人認為地球只是烏龜身上的壹個甲板,烏龜站在壹個又壹個的龜塔上。...

古人想象的宇宙

是古希臘人首先意識到地球是球形的。公元前6世紀,畢達哥拉斯從美學角度出發,認為最美的立體圖形是球形的,主張天體和我們居住的地球都是球形的。這個觀念後來被很多古希臘學者繼承,但直到1519 ~ 1522年葡萄牙的F·麥哲倫率領探險隊完成了第壹次環球航行,地球是球形的這個觀念才最終得到確認。

公元2世紀,托勒密提出了完整的地心說。這種理論認為,地球在宇宙中心是靜止不動的,月球、太陽、行星和最外層的恒星都在以不同的速度圍繞地球旋轉。為了解釋行星運動的不均勻性,他還認為行星在這壹輪繞其中心旋轉,而這壹輪的中心則沿著均勻的輪子繞地球旋轉。地心說在歐洲流傳了1000多年。1543年,n .哥白尼提出了科學的日心說,認為太陽位於宇宙的中心,地球是壹顆普通的行星,以圓形軌道圍繞太陽運行。直到16世紀哥白尼確立了日心說,才普遍承認地球是圍繞太陽旋轉的行星之壹,包括地球在內的八大行星構成了圍繞太陽旋轉的行星系統——太陽系的主要成員。1609年,開普勒(J. Kepler)揭示了地球和行星以橢圓軌道圍繞太陽旋轉,發展了哥白尼的日心說。同年,伽利略·伽利萊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,我牛頓提出萬有引力定律,深刻揭示了行星圍繞太陽運動的力學原因,給了日心說堅實的力學基礎。之後,人們逐漸建立了太陽系的科學概念。

在哥白尼的宇宙形象中,恒星只是最外層星空中的光點。1584年,喬爾達諾·布魯諾大膽地取消了這層恒星天空,認為恒星是遙遠的太陽。18世紀上半葉,由於E哈雷對恒星的自我發展和J布拉德利對恒星遙遠距離的科學估計,布魯諾的推測被越來越多的人認可。18世紀中期,T. Wright、I. Kant和J. H. Lambert推測全天覆蓋的恒星和星系構成了壹個巨大的天體系統。弗裏德裏希·威廉·赫歇爾首先用抽樣統計的方法,用望遠鏡統計了天空中大量選定區域的恒星數量以及亮星與暗星的比例。1785年,他首次獲得了壹張輪廓不均勻、以太陽為中心的銀河系平而平的結構圖,從而奠定了銀河系概念的基礎。在接下來的壹個半世紀裏,在H. shapley發現太陽不在銀河系中心,J. H. Oort發現銀河系的自轉和旋臂,很多人測量了銀河系的直徑和厚度之後,銀河系的科學概念才最終確立。

18世紀中期,康德等人還提出,在整個宇宙中,有無數個像我們這樣的天體系統(指銀河系)。當時看起來像雲的“星雲”很可能就是這樣壹個天體系統。此後經歷了170年的曲折探索過程。直到1924年,E.P .哈勃用造父視差法測量仙女座大星雲的距離,才證實了河外星系的存在。

半個世紀以來,通過對河外星系的研究,人們不僅發現了星系團、超星系團等更高級別的天體系統,還將我們的視野拓展到了遠至200億光年的宇宙深處。

宇宙演化的概念是在中國發展起來的。早在西漢時期,《淮南子·鎮訓》就指出:“有始有終,有始有終,有夫有始。”它認為世界有它的開放時間,有它的預開放時期,有它的預開放時期。《淮南子·田字荀》還具體地勾勒了世界從無形的物質狀態到混沌狀態再到天地萬物的生成和演變的過程。在古希臘,也有類似的觀點。例如,留基伯提出,由於原子在真空中的旋轉運動,輕物質逃逸到外層空間,而其余的物質構成了球形天體,從而形成了我們的世界。

太陽系的概念確立後,人們開始從科學的角度探索太陽系的起源。1644年,R·笛卡爾提出了太陽系起源的渦旋理論;1745年,G.L.L .布豐提出了壹個太陽系起源的理論,這個理論是由大彗星和太陽的碰撞引起的。1755和1796年,康德和拉普拉斯分別提出了太陽系起源的星雲學說。探索太陽系起源的現代新星雲理論是在康德-拉普拉斯星雲理論的基礎上發展起來的。

1911年,E. hertzsprung建立了該星系團的第壹張彩色星等圖;1913,伯特蘭?亞瑟。威廉?羅素畫出了恒星的光譜-光度圖,也就是赫羅圖。在獲得這張星圖後,羅素提出了恒星從紅巨星開始,先收縮到主序,再沿著主序下滑,最後變成紅矮星的恒星演化理論。1924年,亞瑟·斯坦利·愛丁頓提出了恒星的質量-光度關系;從1937到1939,C.F .魏茨澤克和貝特揭示了恒星的能量來源於氫聚變為氦的核反應。這兩個發現導致了對羅素理論的否定,誕生了恒星演化的科學理論。星系起源的研究起步較晚。目前普遍認為,它是在我們宇宙形成的後期,由原始星系演化而來。

1917年,a .阿爾伯特·愛因斯坦利用他新創立的廣義相對論,建立了宇宙的“靜態、有限、無界”模型,奠定了現代宇宙學的基礎。1922年,G.D .弗裏德曼發現,根據阿爾伯特·愛因斯坦的場方程,宇宙不壹定是靜止的,它可以是膨脹的,也可以是振蕩的。前者對應開放的宇宙,後者對應封閉的宇宙。1927年,克·勒邁特也提出了壹個膨脹的宇宙模型。1929年,哈勃發現星系的紅移與其距離成正比,建立了著名的哈勃定律。這壹發現是對宇宙膨脹模型的有力支持。20世紀中期,G·加莫夫等人提出了熱大爆炸的宇宙學模型,他們還預言,根據這個模型,我們應該能夠觀測到太空中的低溫背景輻射。1965年微波背景輻射的發現證實了伽莫夫等人的預言。此後,很多人把大爆炸宇宙模型作為標準宇宙模型。1980年,美國的Gus在大爆炸宇宙模型的基礎上進壹步提出了暴漲宇宙模型。這個模型可以解釋目前已知的大部分重要觀測事實。

當代天文學的研究成果表明,宇宙是壹個具有層次結構、布狀、膨脹、物質形態多樣、不斷運動發展的天體系統。

等級行星是最基本的天體系統。太陽系有八大行星:水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星。冥王星已被逐出行星,淪為矮行星。除了水星和金星,所有其他行星都有衛星圍繞它們運行。地球有壹顆衛星,月球,土星衛星最多,已確認26顆。行星、小行星、彗星和流星體都圍繞著中心天體太陽旋轉,形成了太陽系。太陽占太陽系總質量的99.86%,直徑約654.38+0.4萬公裏,最大行星木星直徑約654.38+0.4萬公裏。太陽系大小約654.38+02億公裏(以冥王星為界)。有證據表明在我們的太陽系之外還有其他行星系統。2500億顆類太陽恒星和星際物質構成了壹個更大的天體系統——銀河系。銀河系中的大部分恒星和星際物質都集中在壹個扁圓形的空間裏,從側面看像個鐵餅,但是從正面看呢?它呈旋渦狀。銀河系直徑約654.38+百萬光年,太陽位於銀河系的壹個旋臂中,距離銀河系中心約3萬光年。銀河系之外還有很多類似的天體系統,稱為河外星系,也就是我們常說的星系。據觀察,大約有10億。星系也聚集成大大小小的群體,稱為星系團。平均每個星團有100多個星系,直徑數千萬光年。已經發現了成千上萬個星系團。由包括銀河系在內的約40個星系組成的小星系團稱為本星系團。多個星系團聚集在壹起,形成壹個更大更高級別的天體系統,稱為超星系團。超星系團往往具有扁平的形狀,其長直徑可達數億光年。通常情況下,超星系團只包含幾個星系團,只有幾個超星系團有幾十個星系團。由本星系團和附近大約50個星系團組成的超星系團稱為局部超星系團。目前,天文觀測範圍已經擴展到200億光年的廣闊空間,稱為總星系。

[編輯此段]劉子悅《宇宙的起源》

所謂大爆炸理論,簡單來說就是宇宙是由壹個火球在壹開始爆炸形成的。現代科學研究發現,宇宙不是永恒的,而是不斷膨脹的。宇宙的不平衡最早是由壹位德國醫生發現的。當他觀察夜空中的星星時,他發現由於重力的原因,每個星球之間的距離並不接近。那麽,恒星之間壹定有另壹種力抵消了它們的引力。他假設這種現象是宇宙在不斷膨脹。

後來科學家發現了紅移現象,即遙遠行星射向地球的光多為紅光,而近距離的光則以紫光為主。這說明行星離地球很遠。然後愛因斯坦提出了廣義相對論,他提出了加速度不等於零的理論,這個理論包含了宇宙膨脹的理論。1931年,美國天文學家用先進的天文望遠鏡發現,銀河系之外還有很多星系,而且在不斷膨脹,這讓宇宙膨脹理論得到了證實。

在20世紀40年代,科學家預測宇宙是由大爆炸創造的,所以宇宙爆炸後壹定會有壹些殘余物質留在太空中。這個遺產就是電子波(輻射波),它代表了零下273度左右的溫度。這個假設當時沒有得到證實。20世紀60年代,貝爾實驗室的科學家們在架設用於電信研究的天線時,發現他們不斷聽到噪音,而這種噪音所代表的溫度約為零下260度。與此同時,普林斯頓大學的物理學家也在從理論上尋找大爆炸的余波。後來,工作和研究兩個小組共同聲明,這個天線接收到的噪音是宇宙大爆炸的余波,其溫度約為零下270度。這個出版物證實了宇宙大爆炸的理論。