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神壹般的問題,100分~!(不定期追加)

所謂大爆炸理論,簡單地說就是宇宙開始的時候是由壹個火球爆炸而形成的。近代科學研究發現宇宙不是永恒的,而是在不斷的膨脹中。宇宙的不平衡現象最早是由壹位德國的醫生發現的。他在夜空觀查星星時發現,每個星球間的距離並沒有因為萬有引力的關系而彼此靠近。那麽,在星球之間必定存在另壹種力量抵消了它們彼此之間的萬有引力。他就把這現象假設為宇宙在不斷地膨脹。

後來科學家們又發現了紅移現象,就是遠距離星球射向地球的光以紅光為多,近距離的則以紫光為主。這說明了星球在遠離地球。接著愛因斯坦提出了廣義相對論,他提出加速度不等於零的理論,其中即包含了宇宙膨脹的學說。1931年,美國天文學家以先進的天文望遠鏡發現,在銀河系外仍有很多銀河系,並且在不斷地膨脹,這才使得宇宙膨脹的理論得到證實。

到了40年代,科學家們預測宇宙是由大爆炸產生的,那麽它爆炸之後必定會有殘餘物質留在太空之中。這遺留的物質就是電子波〔輻射波〕,其所代表的溫度約為零下273度。這假設在當時並沒被證實。在60年代時,貝爾實驗室的科學家為電訊研究架起天線時發現壹直聽到噪音,而這噪音所代表的溫度為零下260度左右。在此同時普林斯頓大學的物理學家們也在憑理論找尋大爆炸後的餘波,後來這兩組工作研究聯合表示,這天線所收到的噪音即為大爆炸後的餘波,其溫度約為零下270度,這壹發表證實了大爆炸的理論。

以大爆作為宇宙開始的說法仍需進壹步的求證,因為宇宙在大爆炸後如何能維持這麽的有次序是沒有人能解釋的。我們目前只能證實說,宇宙是由創造而來的,不是由進化而來的。宇宙是在不斷的膨脹中,其它的學說則仍有待證實。

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和能量從無中產生的觀點,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,特別是重子數守恒和能量守恒。但隨著大統壹理論的發展,重子數有可能是不守恒的,而宇宙中的引力能可粗略地說是負的,並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域的很小的壹部分,在觀測宇宙之外並不是絕對的“無”。現在觀測宇宙的物質是從假真空狀態釋放出來的能量轉化而來的,這種真空能恰恰是壹種特殊的物質和能量形式,並不是創生於絕對的“無”。如果進壹步說這種真空能起源於“無”,因而整個觀測宇宙歸根到底起源於“無”,那麽這個“無”也只能是壹種未知的物質和能量形式。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。這個宇宙不論多麽巨大,作為壹個有限的物質體系 ,也有其產生、發展和滅亡的歷史。暴漲模型把傳統的大爆炸宇宙學與大統壹理論結合起來,認為觀測宇宙中的物質與能量形式不是永恒的,應研究它們的起源。它把“無”作為壹種未知的物質和能量形式,把“無”和“有”作為壹對邏輯範疇,探討我們的宇宙如何從“無”——未知的物質和能量形式,轉化為“有”——已知的物質和能量形式,這在認識論和方法論上有壹定意義。

2. 宇宙是如何起源的?空間和時間的本質是什麽?這是從2000多年前的古代哲學家到現代天文學家壹直都在苦苦思索的問題。經過了哥白尼、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上的壹門現代科學。

目前學術界影響較大的“大爆炸宇宙論”是1927年由比利時數學家勒梅特提出的,他認為最初宇宙的物質集中在壹個超原子的“宇宙蛋”裏,在壹次無與倫比的大爆炸中分裂成無數碎片,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壹個致密熾熱的奇點於150億年前壹次大爆炸後,經壹系列元素演化到最後形成星球、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。“大爆炸宇宙論”關於宇宙當初僅僅是壹個點,而它周圍卻是壹片空白,即將人類至今還不能確定範圍也無法計算質量的宇宙壓縮在壹個極小空間內的假設只是壹種臆測。況且從能量與質量的正比關系考慮,壹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壹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,在宇宙範圍,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範圍就沒有任何意義。既然年的概念對宇宙而言並不存在,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,並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系。但他沒能發現很重要的另壹點--星系紅移量與星系質量也呈正比關系。

宇宙中星系間距離非常非常遙遠,光線傳播因空間物質的吸收、阻擋會逐漸減弱,那些運動速度越快的星系就是質量越大的星系。質量大,能量輻射就強,因此我們觀察到的紅移量極大的星系,當然是質量極大的星系。這就是被稱作“類星體”的遙遠星系因質量巨大而紅移量巨大的原因。另外那些質量小、能量輻射弱的星系(除極少數距銀河系很近的星系,如大、小麥哲倫星系外)則很難觀察到,於是我們現在看到的星系大多呈紅移。而銀河系內的恒星由於距地球近,大小恒星都能看到,所以恒星的紅移紫移數量大致相等。

導致星系紅移多紫移少的另壹原因是:宇宙中的物質結構都是在壹定範圍內圍繞壹個中心按圓形軌跡運動的,不是像大爆炸宇宙論描述的從壹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範圍很窄,數量極少,只能是與銀河系同壹方向運動的,前方比銀河系小的星系;後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。

宇宙中的物質分布出現不平衡時,局部物質結構會不斷發生膨脹和收縮變化,但宇宙整體結構相對平衡的狀態不會改變。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象並不說明海水總量是在增加或減少壹樣。

1994年,美國卡內基研究所的弗裏德曼等人,用估計宇宙膨脹速率的辦法計算宇宙年齡時,得出壹個80~120億年的年齡計算值。然而根據對恒星光譜的分析,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相互之間能量傳遞產生的效果。宇宙中的物質輻射是時刻存在的,3K或5K的溫度值也只是人類根據自己判斷設計的壹種衡量標準。這種能量輻射現象只能說明宇宙中的物質由於引力作用,在大尺度空間整體分布的相對均勻性和星際空間裏確實存在大量我們目前還觀測不到的“暗物質”。

至於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於氫元素的數量極豐富的原子結構,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於物質結構分布規律中很平常的物理現象。在宇宙大尺度範圍中,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、環境而不斷互相變換的,並不是始終保持壹副面孔,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,最後的結局如何呢?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,適用於宇宙間的壹切能量形式和壹切事件,在任何給定物體中有壹個基於其總能量與溫度之比的物理量,他把這個物理量取名為“熵”,孤立系統中的“熵”永遠趨於增大。但在宇宙中總會有高“熵”和低“熵”的區域,不可能出現絕對均勻的狀態。所以,那種認為由於“熵”水平的不斷升高而達到最大值時,宇宙就會進入壹片死寂的永恒狀態,最終“熱寂”而亡的結局,是把我們現在可觀測到的壹部分宇宙範圍當作整個宇宙的誤識。

根據天文觀測資料和物理理論描述宇宙的具體形態,星系的形態特征對研究宇宙結構至關重要,從星系的運動規律可以推斷整個宇宙的結構形態。而星系***有的圓形旋渦結構就是整個宇宙的縮影,那些橢圓、棒旋等不同的星系形態只是因為星系年齡和觀測角度不同而產生的視覺效果。

奇妙的螺旋形是自然界中最普遍、最基本的物質運動形式。這種螺旋現象對於認識宇宙形態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生。大自然並不認可筆直的形式,自然界所有物質的基本結構都是曲線運動方式的圓環形狀。從原子、分子到星球、星系直到星系團、超星系團無壹例外,毋庸置疑,浩瀚的宇宙就是壹個大旋渦。因此,確立壹個“螺旋運動形態宇宙模型”,比那種作為所有物質總和的“宇宙”卻脫離曲線運動模式而獨辟蹊徑,以直線運動方式從壹個中心向四面八方無限伸展的“大爆炸宇宙模型”,更能體現真實的宇宙結構形態。

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