宇宙的起源 大爆炸理论

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宇宙是广漠空间和其中存在的各种天体以及弥漫物质的总称。
    宇宙是物质世界，它处于不断的运动和发展中。
    淮南子·原道训》注：“四方上下曰宇，古往今来曰宙，以喻天地。”即宇宙是天地万物的总称。
    千百年来，科学家们一直在探寻宇宙是什么时候、如何形成的。直到今天，科学家们才确信，宇宙是由大约150亿年前发生的一次大爆炸形成的。
    在爆炸发生之前，宇宙内的所存物质和能量都聚集到了一起，并浓缩成很小的体积，温度极高，密度极大，之后发生了大爆炸。
    大爆炸使物质四散出击，宇宙空间不断膨胀，温度也相应下降，后来相继出现在宇宙中的所有星系、恒星、行星乃至生命，都是在这种不断膨胀冷却的过程中逐渐形成的。然而，大爆炸而产生宇宙的理论尚不能确切地解释，“在所存物质和能量聚集在一点上”之前到底存在着什么东西？ “大爆炸理论”是伽莫夫于1946年创建的。





注释:大爆炸理论
（big-bang cosmology）现代宇宙系中最有影响的一种学说，又称大爆炸宇宙学。与其他宇宙模型相比，它能说明较多的观测事实。它的主要观点是认为我们的宇宙曾有一段从热到冷的演化史。在这个时期里，宇宙体系并不是静止的，而是在不断地膨胀，使物质密度从密到稀地演化。这一从热到冷、从密到稀的过程如同一次规模巨大的爆发。根据大爆炸宇宙学的观点，大爆炸的整个过程是：在宇宙的早期，温度极高，在100亿度以上。物质密度也相当大，整个宇宙体系达到平衡。宇宙间只有中子、质子、电子、光子和中微子等一些基本粒子形态的物质。但是因为整个体系在不断膨胀，结果温度很快下降。当温度降到10亿度左右时，中子开始失去自由存在的条件，它要么发生衰变，要么与质子结合成重氢、氦等元素；化学元素就是从这一时期开始形成的。温度进一步下降到100万度后，早期形成化学元素的过程结束（见元素合成理论）。宇宙间的物质主要是质子、电子、光子和一些比较轻的原子核。当温度降到几千度时，辐射减退，宇宙间主要是气态物质，气体逐渐凝聚成气云，再进一步形成各种各样的恒星体系，成为我们今天看到的宇宙。大爆炸模型能统一地说明以下几个观测事实：（1）大爆炸理论主张所有恒星都是在温度下降后产生的，因而任何天体的年龄都应比自温度下降至今天这一段时间为短，即应小于200亿年。各种天体年龄的测量证明了这一点。（2）观测到河外天体有系统性的谱线红移,而且红移与距离大体成正比。如果用多普勒效应来解释，那么红移就是宇宙膨胀的反映。（3）在各种不同天体上，氦丰度相当大，而且大都是30%。用恒星核反应机制不足以说明为什么有如此多的氦。而根据大爆炸理论，早期温度很高，产生氦的效率也很高，则可以说明这一事实。（4）根据宇宙膨胀速度以及氦丰度等，可以具体计算宇宙每一历史时期的温度。大爆炸理论的创始人之一伽莫夫曾预言，今天的宇宙已经很冷，只有绝对温度几度。1965年，果然在微波波段上探测到具有热辐射谱的微波背景辐射，温度约为3K。


转自 中国科普 ~

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一、人类对宇宙的认识
1．古代的宇宙说
    早在2300多年前，我国战国时代的思想家庄子（大约公元前369—前286年）就浪漫激情地幻想“旁（傍）日月，挟宇宙”。其实中文的“宇”、“宙”二字原指“屋檐”和“栋梁”，都是指人居住的地方，后来才延伸为“天地四方（空间）、古往今来（时间）的总称。它超越了东西南北的方位，无边无际；超越了一朝一夕的时间，无穷无尽。与“宇宙”混用的“世界”二字则出于佛教的说法，也是时间（世代）和空间（边界）的合称。

在西方，以英语为例也有两个词表达“宇宙”，即cosmos和university。cosmos原意指秩序，引申为“有秩序的宇宙体系”，古希腊的毕达哥拉斯（公元前580—500年）是第一个用代表和谐秩序的cosmos称呼宇宙的人；university则表示包罗万象、无所不容的宇宙全体。

古代的人们首先注意到的宇宙现象，如昼夜交替、月亮圆缺、日食月食、天体位置随季节的变化以及行星在星空背景上的移动等等，实际上只是太阳、地球、月亮、行星等太阳系天体运动的反映。因此，以这些现象为基础建立起来的宇宙理论，无论是中国古代“天圆如张盖，地方如棋局”的盖天说，“天体圆如弹丸，地如鸡子中黄”的浑天说，还是古希腊以地球为中心，依次排列月亮、水星、金星、太阳、火星、木星、土星、恒星等“九重天“的地心说，都没超出太阳系的范围。恒星在这些宇宙理论中的地位，只不过是个一成不变的布景或陪衬。

2. 局限于太阳系的宇宙说──地心说、日心说
       16世纪哥白尼提出的日心说虽然仍末超出太阳系的局限，但却把地球从居于宇宙中心的特殊地位降为一颗绕太阳旋转的普通行星，正确地反映了太阳系的实际情况。这不仅直接为以后开普勒总结出行星运动定律，伽利略、牛顿建立经典力学体系铺平了道路，而且从根本上动摇了人类中心论等宗教教义不可冒犯的神话。它作为自然科学第一次从神学桎梏下解放出来的“独立宣言”，在人类思想史以至社会发展史上作出了不可磨灭的贡献。
3. 从太阳系到广阔的恒星世界
       18，19世纪是太阳系天文学发展的鼎盛时期。发明望远镜后，人们不仅发现了天王星、大量的小行星、行星卫星等太阳系成员，还根据天王星实际观测的位置与理论计算的偏差，用天体力学准确地预言了海王星的存在和位置，并最终发现了海王星、冥王星，从而有力地证明了当时的宇宙理论同太阳系的客观实际是相符的。与此同时，人类的视野也逐渐由太阳系扩展到更为广阔的恒星世界。

       1718年，哈雷将自己的观测数据同1000多年前托勒玫时代的观测结果相比较，发现有几颗恒星的位置已有明显变化，首次指出所谓恒星不动的观念是错误的。

       1837年，斯特鲁维测定了织女星的周年视差（由于地球绕日公转而产生的天体方向变化）为0.125角秒，这意味着它与太阳的距离为日地距离（1.5亿千米）的165万倍，远远超出了太阳系的边界（日地距离的40倍）。

       1912年，勒维特发现造父变星（其亮度由于星体的膨胀收缩运动而发生周期性变化的一类变星）的光变周期同光度之间存在确定的关系，使测定包含这类变星的遥远恒星集团的距离成为可能。

       6年以后，沙普利分析当时已知的100多个球状星团的距离和视分布资料，得出银河系是一个直径达10万光年的透镜形庞大天体系统，太阳并不处于其中心的正确结论。

       1924年，哈勃发现仙女座大星云中的造父变星，根据周期──光度关系推算出它远在银河系之外，是尺度同银何系相当的巨大恒星系统。这一重大发现最终结束了多年来关于这类旋涡状的星云是近邻天体还是银河系外“宇宙岛”的争论，“将人类认识的宇宙范围从恒星组成的银河系扩展到由众多星系组成的更广阔的世界。这个包括银河系在内由众多星系组成的世界，就是我们今天所了解的宇宙。
4. 银河系的发现
        哥自尼的宇宙体系实际上是太阳系，而在牛顿看来，无数天体通过引力互相牵制，总体上处于均匀、稳定的状态。但到了１８世纪中期，瑞典人斯维登堡（1688-1772）、英国人赖特（1711一1786）相继对这种稳态的宇宙产生了怀疑，他们推测由大量恒星组成的“银河”是一个相对完整的体系，而太阳系就位于这个形状像“磨盘”的银河平面内，甚至还提出了太阳系可能并不在银河系中央的看法。

著名的天文学家弗里德里克·威廉·赫歇尔（1738—1822）和约翰·赫歇尔（1792—1871）父子通过不懈的系统的观测，用大量观测事实有力地提出银河系是一个星系的观点。赫歇尔父子及老赫歇尔兄妹用亲手制作的望远镜，先后探察了北半球1083个天区共计11万多颗星。老赫舍尔兄妹把毕生的精力投入到观测天空，以至妹妹终身未嫁。老赫舍尔去世后，小赫舍尔把观测基地迁到南非好望角，在地球的南半球共探测了2299个天区计70万颗星，第一次为人类确定了银河系的盘状旋臂结构，把人类的视野从太阳系伸展到10万光年之遥。至此，人们才惊奇地发现，一向认为大的不得了的太阳系，只不过是银河系边缘上的一个不起眼的小小成员而已。赫舍尔家族为观测和发现银河系做出了不可泯灭的贡献。他们论述的银河系结构在今天看来尽管不甚准确，但他们的工作却构成了继哥白尼以后开拓宇宙视野的第二个里程碑。

      1918年，沙普利得出了更为正确的结论：银河系是一个透镜形庞大天体系统，其直径达10万光年，太阳处于离中心3万光年的一条旋臂上。

转自大连科普网

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