神秘的宇宙-论文.docVIP

神 秘 的 宇 宙 摘要：在宇宙大爆炸发生前，没有时间，没有空间，也没有物质和能量。大约150亿年前，一个体积无限小的点爆炸了，时空从这一刻开始，人类在这一刻孕育，千百年来，人们对宇宙的探索从未止步，牛顿、爱因斯坦等一系列伟人为我们揭开了宇宙神秘的面纱，而哈勃发现了宇宙正在膨胀，可是最后宇宙是否能逃脱收缩的命运呢？本文——这么一个神秘的宇宙。 关键词：宇宙大爆炸、膨胀、收缩 千百年来，在中华民族流传着盘古开天地的神话。 我国东汉时代的科学家张衡发明的浑天仪反应了当时人们的天地观：大地如鸡蛋黄，天空如蛋壳，日月星辰在天穹上运动。这种浑天说实际上是一种“地心说”。在欧洲中古世纪，由天文学家托勒密在《天文学大成》中总结并发展了前人的学说，他建立了宇宙地心体系，这种体系认为地球静止地居于宇宙中心，又称“地心说”。① 直到15世纪，随着天文观测的发展进步，波兰天文学家哥白尼提出了“日心说”：不是太阳绕着地球旋转，而是地球绕着太阳旋转。1609年底，意大利物理学家伽利略，用一台放大率三十二倍的望远镜开始观测天体，他发现在木星周围有四个暗弱的星体在围绕着它运转，这彻底宣告了托勒密地心体系的终结，因为人类第一次发现了有天体围绕不是地球的行星在运行。 既然日心说已被证实，但有一个问题还没解决：究竟是什么原因维持着这些天体 的运动？开普勒曾经猜想也许是磁力，这个时候，牛顿出场了，这就是我们高中物理都学过的“万有引力”；一个大质量的物体，才可以把一个较小的物体吸引到自身上来，所以苹果会从树上落下来。“万有引力”让宇宙中所有的行星保持运动，宇宙也因此而永恒不变。② 那宇宙究竟是什么？“往古来今谓之宙，四方上下谓之宇” ③,用现代科学术语来说，宇宙，即时、空也。 宇宙既然是时空，看不到也摸不着，那怎么研究呢？但自爱因斯坦广义相对论问世后，宇宙学成了既有数理基础，又有观测事实的科学。 在牛顿那里，万有引力被认为是在两个物体相隔的任何距离上瞬间起作用的一种力。而爱因斯坦则提出，引力是在局部起作用的场的度规结构对处于场中的物体发生的作用。爱因斯坦这一全新思想方式的核心有两个观念：第一，他把引力现象解释为是由一种场的特性引起的。为了描述这个场，爱因斯坦使用了“时-空”这一基本性的理论概念。时间和空间在称为“时-空”的数学上的思维统一体中被结合起来，而不是互相分离和各自独立的（就像牛顿物理学中所认为的那样）；第二，引力场的具体性质是以度规时-空结构来表示的。引力现象被理解为时-空固有曲率——一种几何特征——一起作用的结果。正是把引力仅仅视作一种几何学问题的这一惊人主张，使爱因斯坦的理论在当时成了革命性的论点。 无论就宇宙范围而言还是立足于较有限的区域，时-空的几何学性质都是由物质与能量的疏密程度和分布情况所决定的，当我们运用这一原理来解决宇宙作为一个整体的时-空几何学和物理学结构问题时，就诞生了相对论宇宙论这门学科。经典的爱因斯坦广义相对论本质上是一种关于引力场的理论。④ 爱因斯坦于1917首先提出一个稳态的宇宙模型。所谓稳态，就是承认宇宙在运动；但却无变化，直到哈勃发现宇宙在膨胀时，爱因斯坦对自己的宇宙模型追悔莫及。 尽管稳态宇宙模型有错误，但其中不乏可取之处，天文界给予他的评价是:通向现代宇宙学的里程碑。 一、宇宙大爆炸 宇宙是一直存在于这个星球的吗？显然不是，它的凭空出世又为这个神秘的宇宙增添了另一份奇迹。 20世纪40年代末，前苏联专家加莫夫在膨胀宇宙模型的基础上，提出了宇宙起源于超热、超密的一个奇点，认为150亿年前，突然发生了大爆炸，物质和能力就此源源汹涌，并不断膨胀，形成宇宙，故名曰“大爆炸宇宙论”，后来，哈勃发现的红移有力地支持了大爆炸论。 关于大爆炸之前，宇宙起源，有一个可以简称为““有产生于无””的理论。大意如下：大爆炸发生之前，没有物质，空间为零，没有时间，根据量子力学中的不确定量原理，在10的﹣43秒时，出现了10的16次方尔格的能量……于是大爆炸发生了。 从那时起，宇宙经历或完成了各种进化于演化过程，从原子核开始，历经原子、分子、星系、恒星、行星以及生物各个阶段，直到出现人类文明。 而至于宇宙的年龄有多大，我们现在对于宇宙年龄了解得相当精确，天文学家估算今天的宇宙是137亿岁，误差不超过2%，科学的飞速进步，让神秘的宇宙不再神秘，也激起了我们对这拥有137亿岁高龄的宇宙产生了浓厚的兴趣。⑤ 蕴藏着无穷奥秘的宇宙无论在时间上还是在空间上都远远地大于我们人类所能亲历的范围。也是这份奥秘指引着人类进行不懈的探索。 二、我们的宇宙在膨胀 20世纪天文学最重大的成就之一就是发现了宇宙正在膨胀。更准确地说，是发现了许多星系都在远离我们而去。 天边有多远？ 对我们常人来说浩瀚无垠的宇宙几乎是不可度量的，而对天文学家来说，精确地测绘宇