老子与科学宇宙论概要.doc

第四章 老子与科学宇宙论 2 一、科学宇宙论简述 2 1，宇宙观测事实和推测 2 1.1 各向同性和均匀分布 2 1.2 哈勃定律、宇宙膨胀、空间膨胀 2 1.3 宇宙年龄和大小 3 1.4 微波背景辐射 3 1.5 元素丰度 4 1.6 宇宙射线 4 1.7 暗物质与暗能量 5 1.8 宇宙结构层次 5 附录一：恒星演变假说 7 附录二：太阳系起源假说 8 2，宇宙学原理 9 3，科学宇宙模型的理论基础 10 3.1 量子场论 10 3.2 相对论 10 3.2.1 狭义相对论 10 3.2.2 广义相对论 11 3.3 热力学定律 13 4，科学宇宙模型 15 4.1 标准大爆炸模型 15 4.1.1 奇点大爆炸 16 4.1.2 宇宙演化历程 16 4.1.3 宇宙的结局 18 4.2 暴胀宇宙模型 18 二 老子宇宙论与宇宙观测事实和科学宇宙模型 20 1，各向同性及“象”的分布 20 2，膨胀、空间与时间 21 2.1 膨胀 21 2.2 空间与时间 22 3，大爆炸 25 4，引力与电磁力 25 4.1 引力 25 4.2 电磁力 28 5，电磁波、双缝干涉、光子与光波 29 6，微波背景辐射、元素丰度、暗物质、暗能量 30 7，相对论、熵增原理 31 8，星际物质、星际分子、星云、星体形成 32 9，宇宙归宿和循环、宇宙边际 33 10，地外文明 34 附录：老子“挫其锐、解其纷、和其光、同其尘”再探讨 34 第四章 老子与科学宇宙论 一、科学宇宙论简述 科学宇宙论是以科学理论和观测事实建立的关于宇宙的假说。试图描述宇宙整体及其组成（大到天体小到基本粒子）的起源、演化，阐明他们的关系、结构，预测他们的未来、终结。现代科学宇宙模型（本书“科学宇宙论”与“科学宇宙模型”意指相同）的理论基础是相对论和量子场论。自爱因斯坦写出宇宙场方程之后，伴随着实验现象和观测事实，各种宇宙模型逐渐产生，互有不同、各有所论，令人眼花缭乱、无所适从，有些甚至步入玄学境地，令人不可思议。 1，宇宙观测事实和推测 科学中的宇宙是指可观测宇宙（也称总星系）。从上个世纪以来，随着测量仪器的改进、空间飞行器的上天，人类观测到了许多重要的宇宙现象；而物理学、化学等学科也在扩展深化，这都为宇宙模型的建构奠定了基础。 1.1 各向同性和均匀分布 目前的观测证实了宇宙学原理，即宇宙具有各向同性的特征。在大尺度空间物质的分布是均匀的，但在小尺度中则互有不同。宇宙在大尺度空间也具有平直性或平坦性。 在对星系团的观测中，发现了“宇宙空洞”（直径在亿光年级，不存在星体，密度极低）、“长城结构”（狭长的星系团环绕着空洞，类似长城）等事实，观测研究工作仍在进行之中。这就需要调整大尺度空间的范围。在更大的尺度上依然是各向同性和均匀分布的。 1.2 哈勃定律、宇宙膨胀、空间膨胀 哈勃定律是哈勃在多年天象观测基础上归纳出的速度与距离的关系式，即河外星系的视向退行速度与距离成正比距离越远，视向速度越大哈勃定律中的速度和距离可以直接观测的量。真正来自观测、没有掺进任何假设的量是红移－视星关系通过对银河系最古老球状星团的观测计算4 微波背景辐射宇宙背景辐射来自宇宙空间的各种高能粒子各种原子核电子、中微子、X射线和γ射线构成能量高于 1017电子伏的极高宇宙线有明显的方向性极高能宇宙线的来源和传播。暗物质是指那些自身不发射电磁辐射，也不与电磁波相互作用的一种物质暗物质的最早来源于对球状星系旋转速度的观测型星系团中的星系具有极高的运动速度，远远超出万有引力公式计算出的结果，这表明除了人类已知的星系团核心物质对该星系的引力外，还存在其他。一种不可见的、充溢空间的、具有负压强的能量观测数据表明，通常的物质只占区区，未知的暗物质约占23%；与通常能量所完全不同的暗能量约占百分之73%恒星星际气体尘埃等构成的天体系统几十亿至亿几千光年至几十万光年从大尺度来看，星系在各个方向都是一样的。星系的空间分布也是近于均匀的星系内部的恒星，有两种，一是围绕星系核心的旋转运动，一是弥散运动随机运动星系在运动角速度随到中心的距离而。星系对彼此围绕公共质心转动。在星系团中，星系间随机的相对运动联系的十几个规则星系团具有球对称的外形，有一个星系高度密集的中心区域结构松散，没有一定的外形，也没有明显的中央星系密集区10?27~10?31千克/立方米，与星际之间物质的密度相当。 星云：由星际气体和微粒状的尘埃组成的稀薄气态存在。星际物质在空间的分布并不均匀，某一区域的星际物质逐渐聚合，形成云雾状而被称为星云。星云的成分主要是氢、氦、氮等，也有一定比例的碳、氧、氟镁、钾、钠、钙、铁等金属元素近年来还发现有等有机分子。星云中各种元素的含量与宇宙丰度是一致