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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,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,如果把直到21世纪初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21世纪初的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21世纪初的状态,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。
宇宙起源
宇宙是由大约137亿年前发生的一次大爆炸形成的。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,瞬间产生巨大压力,之后发生了大爆炸,这次大爆炸的反应原理被物理学家们称为量子物理。
在爆炸过程中,奇点内喷射出大量的能量和物质,“暴胀”后的宇宙迅速冷却下来之后,空间中的粒子就开始合成,首先是夸克凝聚成了质子和中子,接着质子和中子聚在一起,形成原子核。宇宙中最早产生的是氢原子核和氦原子核。
研究宇宙的意义:
可以认识我们所在的这个世界,并且作为验证物理理论的一个大的实验室,它可以淘汰很多理论,并且筛选出合适的理论。正如广义相对论在宇宙学中预言了黑洞,大爆炸和引力波,所以,观测证实了广义相对论的真实,那么我们就可以认为这个理论最合适用来描述宇宙。
除了在理论印证上的应用,也会革新人们的世界观。当哥白尼发现地球不是宇宙的中心的时候,这给当时人们的世界观是一个极大的冲击,让人们发现自己的渺小。当我们发现宇宙不是永恒而是有限有起点的时候,我们就很容易想到创造和第一推动,于是我们不再崇拜宇宙的永恒,而是知道宇宙也是有始有终的。
有时候宇宙学会对哲学和宗教产生很大的影响,它帮助我们理解圣经里面的创世纪,并且对人们的时空观产生影响。时空不再是绝对的,而且是有起点的。就像哲学一样,你很难说哲学有什么实际用处,但许多的思想最终确导致了革命,而这些思想和科学的革命是分不开的。
哥白尼所引发的科学革命带来了教廷对亚里斯多德体系的唾弃,牛顿带来的力学革命,让蒸汽时代和近代历史得以开始,无产阶级革命得以开始;量子力学和相对论的革命,让核危机得以产生,对全球的政治格局产生了极大的影响。
所以,宇宙学或者理论物理学的影响是广泛而深远的,不仅仅限于给我们生产什么产品等眼前的利益。
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