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宇宙(朱紫颖)  

2015-04-01 19:40:30|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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《文子·自然》:“往古来今谓之宙,四方上下谓之宇。” 《尸子》:“上下四方曰宇,往古来今曰宙。” 二字连用,始见于《庄子·齐物论》曰:“旁日月,挟宇宙,为其吻合。”

在多元化的汉语中,“宇”代表上下四方,即所有的空间,“宙”代表古往今来,即所有的时间,“宇”:无限空间,“宙”:无限时间。所以“宇宙”这个词有“所有的时间和空间”的意思。 把“宇宙”的概念与时间和空间联系在一起,体现了我国古代人民的独特智慧。

“宇宙”一词,最早出自《庄子》这本书,“宇”代指的是一切的空间,包括东、南、西、北等一切地点,是无边无际的;“宙”代指的是一切的时间,包括过去、现在等,是无始无终的。

宇宙起源折叠编辑本段

宇宙的不断膨胀

一般认为,宇宙产生于140亿年前一次大爆炸中。大爆炸后,分子碰撞,并产生光、热。大爆炸后30亿年宇宙宇宙,最初的物质涟漪出现。大爆炸后20亿~30亿年,类星体逐渐形成。大爆炸后100亿年,太阳诞生。38亿年前地球上的生命开始逐渐演化。

大爆炸散发的物质在太空中漂游,由许多恒星组成的巨大的星系就是由这些物质构成的,我们的太阳就是这无数恒星中的一颗。原本人们想象宇宙会因引力而不再膨胀,但是,科学家已发现宇宙中有一种 “暗能量”会产生一种斥力而加速宇宙的膨胀。相对的,还有“暗物质”有巨大的吸引力。

大爆炸后的膨胀过程是一种引力和斥力之争,爆炸产生的动力是一种斥力,它使宇宙中的天体不断远离;天体间又存在万有引力,它会阻止天体远离,甚至力图使其互相靠近。引力的大小与天体的质量有关,因而大爆炸后宇宙的最终归宿是不断膨胀,还是最终会停止膨胀并反过来收缩变小,这完全取决于宇宙中物质密度的大小。

理论上存在某种临界密度。如果宇宙中物质的平均密度小于临界密度,宇宙就会一直膨胀下去,称为“开宇宙”;要是物质的平均密度大于临界密度,膨胀过程迟早会停下来,并随之出现收缩,称为“闭宇宙”。

问题似乎变得很简单,但实则不然。理论计算得出的临界密度为5×8^-30克/厘米3。但要测定宇宙中物质平均密度就不那么容易了。星系间存在广袤的星系间空间,如果把目前所观测到的全部发光物质的质量平摊到整个宇宙空间,那么,平均密度就只有2×10^-31克/厘米3,远远低于上述临界密度。

然而,种种证据表明,宇宙中还存在着尚未观测到的所谓的暗物质,其数量可能远超过可见物质,这给平均密度的测定带来了很大的不确定因素。因此,宇宙的平均密度是否真的小于临界密度仍是一个有争议的问题。不过,就目前来看,开宇宙的可能性大一些。

恒星演化到晚期,会把一部分物质(气体)抛入星际空间,而这些气体又可用来形成下一代恒星。这一过程中气体可能越来越少(并未确定这种过程会减少这种气体。)。以致于不能再产生新的恒星。10^14年后,所有恒星都会失去光辉,宇宙也就变暗。同时,恒星还会因相互作用不断从星系逸出,星系则因损失能量而收缩,结果使中心部分生成黑洞,并通过吞食经过其附近的恒星而长大。(根据质能守恒定律,形成恒星的气体并不会减少而是转换成其他形态。所以新的恒星可能会一直产生.)

10^17~10^18年后,对于一个星系来说只剩下黑洞和一些零星分布的死亡了的恒星,这时,组成恒星的质子不再稳定。10^32年后,质子开始衰变为光子和各种轻子。10^71年后,这个衰变过程进行完毕,宇宙中只剩下光子、轻子和一些巨大的黑洞。

10^108年后,通过蒸发作用,有能量的粒子会从巨大的黑洞中逃逸出。宇宙将归于一片黑暗。这也许就是开宇宙“末日”到来时的景象,但它仍然在不断地、缓慢地膨胀着。(但质子是否会衰变还未得到结论,因此根据质能守恒定律。宇宙中的质能会不停的转换。)

闭宇宙的结局又会怎样呢?闭宇宙中,膨胀过程结束时间的早晚取决于宇宙平均密度的大小。如果假设平均密度是临界密度的2倍,那么根据一种简单的理论模型,经过400~500亿年后,当宇宙半径扩大到目前的2倍左右时,引力开始占上风,膨胀即告停止,而接下来宇宙便开始收缩。

以后的情况差不多就像一部宇宙影片放映结束后再倒放一样,大爆炸后宇宙中所发生的一切重大变化将会反演。收缩几百亿年后,宇宙的平均密度又大致回到目前的状态,不过,原来星系远离地球的退行运动将代之以向地球接近的运动。再过几十亿年,宇宙背景辐射会上升到400开,并继续上升,于是,宇宙变得非常炽热而又稠密。 在坍缩过程中,星系会彼此并合,恒星间碰撞频繁。

这些结局也只是假想推论的。 

近几年来,一批西方的天文学家发表了关于“宇宙无始无终”的新论断。他们认为,宇宙既没有“诞生”之日,也没有终结之时,而就是在一次又一次的大爆炸中进行运动,循环往复,以至无穷的。 至于“宇宙无始无终”的新论是否正确,科学家认为,过几年国际天文学界可望对此做出验证。

发展轨迹折叠编辑本段

 宇宙是无形的。宇宙(朱紫颖) - 拱小四(6)班 - 拱小四(6)班的博客根据大爆炸理论,宇宙的发展史可表示为一个右端开放的封闭曲面体,如右图。左端中心为爆炸奇点,向右延伸137亿年,到达我们现在这个开口部。从左往右依次为:奇点、40万年的初期膨胀、近4亿年的黑暗期、出现恒星、星系和行星发展期、含有暗物质与暗能量的加速膨胀期。

宇宙的形状现在还是未知的,人类在大胆想象。有的人说宇宇宙宇宙宙其实是一个类似人的这样一种生物的一个小细胞,而也有人说宇宙是一种拥有比人类更高智慧的电脑生物所制造出来的一个程序或是一个小小的原件,宇宙其实就是一个电子,宇宙是一个比电子更小得多的东西,宇宙根本就不存在,或者宇宙是无形的。根据大爆炸理论,宇宙的发展史可表示为一个右端开放的封闭曲面体,如右图。左端中心为爆炸奇点,向右延伸137亿光年,到达我们现在这个开口部。从左往右依次为:奇点、40万年的初期膨胀、近4亿年的黑暗期、出现恒星、星系和行星发展期、含有暗物质与暗能量的加速膨胀期。

 年龄定义折叠编辑本段

宇宙年龄定义:宇宙年龄(age of universe)宇宙从某个特定时刻到现在的时间间隔。对于某些宇宙模型,如牛顿宇宙模型、等级模型、稳恒态模型等,宇宙年龄没有意义。在通常的演化的宇宙模型里,宇宙年龄指宇宙标度因子为零起到现在时刻的时间间隔。通常,哈勃年龄为宇宙年龄的上限,可以作为宇宙年龄的某种度量。v.年龄推算。

年龄推算

宇宙年龄约为137亿年折叠

宇宙年龄是指自大爆炸开始至今所流逝的时间,当今理论和观测认为这个年龄在一百三十六亿年到一百三十八亿年之间。这个不确定的区间是从多个科研项目的研究结果的共识中取得的,其中使用的先进的科研仪器和方法已经能够将这个测量精度提升到相当高的量级。这些科研项目包括对宇宙微波背景辐射的测量以及对宇宙膨胀的多种测量手段。对宇宙微波背景辐射的测量给出了宇宙自大爆炸以来的冷却时间,而对宇宙膨胀的测量则给出了能够计算宇宙年龄的精确数据。

在通常的演化的宇宙模型里,宇宙年龄指宇宙标度因子为零起到现在时刻的时间间隔。通常,哈勃年龄是宇宙年龄的上限,可以作为宇宙年龄的某种度量。根据大爆炸宇宙模型推算,宇宙年龄大约137亿年。

使用整个星系作为透镜观看其他星系,目前研究人员最新使用一种精确方法测量了宇宙的体积大小和年龄,以及它如何快速膨胀。这项测量证实了“哈勃常数”的实用性。宇宙年龄是指自大爆炸开始至今所流逝的时间,当今理论和观测认为这个年龄约为137亿年。

这是从多个科研项目的研究结果的共识中取得的,其中使用的先进的科研仪器和方法已经能够将这个测量精度提升到相当高的量级。这些科研项目包括对宇宙微波背景辐射的测量以及对宇宙膨胀的多种测量手段。对宇宙微波背景辐射的测量给出了宇宙自大爆炸以来的冷却时间,而对宇宙膨胀的测量则给出了能够计算宇宙年龄的精确数据。

研究小组使用一种叫做引力透镜的技术测量了从明亮活动星系释放的光线沿着不同路径传播至地球的距离,通过理解每个路径的传播时间和有效速度,研究人员推断出星系的距离,同时可分析出它们膨胀扩张至宇宙范围的详细情况。

科学家经常很难识别宇宙中遥远星系释放的明亮光源和近距离昏暗光源之间的差异,引力透镜回避了这一问题,能够提供远方光线传播的多样化线索。这些测量信息使研究人员可以测定宇宙的体积大小,并且天体物理学家可以用哈勃常数进行表达。

KIPAC研究员菲尔-马歇尔(Phil Marshall)说:“长期以来我们知道透镜能够对哈勃常数进行物理性测量。”而当前引力透镜实现了非常精确的测量结果,它可以作为一种长期确定的工具提供哈勃常数均等化精确测量,比如:观测超新星和宇宙微波背景。他指出,引力透镜可作为天体物理学家的一种最佳测量工具测定宇宙的年龄。

推算方法

科学家利用望远镜观察最老的星球上的铀光谱,从而估计宇宙的年龄是一百二十五亿年。科学家对宇宙的年龄有不同的估计,根据不同的宇宙学模型,科学家估计宇宙的年龄是介乎一百亿至一百六十亿之间;2001年科学家利用南欧洲天文台的望远镜,观察一颗称CS31082-001的星球,量度星球上放射性同位素铀-238(Uranium-238)的光谱,从而计算出这星球的年龄是一百二十五亿年,这个估计的误差大约三十亿年,是亦即是说,宇宙的年龄至少有一百二十五亿年,这是科学家第一次量度太阳系(SolarSystem)以外铀含量的研究宇宙(朱紫颖) - 拱小四(6)班 - 拱小四(6)班的博客

科学家解释说,这个方法和在考古学上使用碳-14(Carbon-14)同位素量度物质的年龄一样,铀-238同位素的半衰期是四十四亿五千万年;半衰期是放射性元素自动蜕变成为其它元素,至它本身剩下一半时所需要的时间。

科学家指出,在宇宙开始时,大爆炸会产生氢、氦和锂等元素,而比较重的元素是在星球内部产生,当星球死亡时,含有重元素的物质会散布到周围的空间,然后和下一代个的星球结合;其实,地球上黄金(gold)也是从爆炸了的星球来。

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