宇宙是怎样来的
十万个冷知识
宇宙是怎么形成的呢
一切存在中,宇宙最大。科学家认为它起源为137亿年前之间的一次难以置信的大爆炸。这是一次不可想像的能量大爆炸,宇宙边缘的光到达地球要花120亿年到150亿年的时间。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在膨胀,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。 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5×10-30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,如果把目前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。这一过程会使气体越耗越少,以致最后再没有新的恒星可以形成。1014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。 1017~1018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。当宇宙到1024岁时,质子开始衰变为光子和各种轻子。1032岁时,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。 10100年后,通过蒸发作用,有能量的粒子会从巨大的黑洞中逸出,并最终完全消失,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。 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,当宇宙半径扩大到目前的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目前的状态,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,收缩也越来越快。 在坍缩过程中,星系会彼此并合,恒星间碰撞频繁。一旦宇宙温度上升到4000开,电子就从原子中游离出来;温度达到几百万度时,所有中子和质子从原子核中挣脱出来。很快,宇宙进入“大暴缩”阶段,一切物质和辐射极其迅速地被吞进一个密度无限高、空间无限小的区域,回复到大爆炸发生时的状态</CN>
如果星系目前正在彼此远离,那它们过去必定靠得更近,也就是说,较早时代的宇宙,物质密度会更高。继续这一推理就意味着过去必定存在一个有限的时刻,那时宇宙中的物质被压缩为极其高密的状态。按照哈勃定律将星系的距离除以各自的速度,就可估计出那一时刻距今约100亿~200亿年。这段时间对所有星系来说是共同的,那一时刻通常被称为“大爆炸”,也就是我们宇宙的开端。 如果这一推论不错,那么宇宙中一切天体的年龄都不应超出这个“宇宙龄”所界定的上限。借助卢瑟福所开创的利用物质中放射性同位素含量测定其形成年代的方法,人们测量了地球上最古老的岩石、“阿波罗号”宇航员从月球上带回的岩石以及从行星际空间掉到地球上的陨石样本,发现它们的年龄均不超过47亿年。恒星的年龄可以从它们的发射功率和拥有的燃料储备来估计。根据热核反应提供恒星能源的理论,人们估计出银河系中最老恒星的年龄为100亿~150亿年。用这两种完全不同的方法得到的天体年龄竟与“宇宙龄”协调一致,这对大爆炸宇宙模型当然是十分有力的支持。 “大爆炸理论”是伽莫夫于1946年创建的。它是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。 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。 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? 宇宙有始而无终,这是英国著名理论物理学家斯蒂芬·霍金对宇宙的起源和归宿问题提出的最新解释。 据英国《星期日泰晤士报》 报道,霍金与其合作者、英国剑桥大学数学物理教授图罗克最新提出的“开放暴胀”理论认为,宇宙最初的模样像一个豌豆大小的物体,悬浮于一片没有时间的真空,“豌豆”状的宇宙存在的时间与"大爆炸"相隔一个极短瞬间。 该理论认为,“豌豆”状的宇宙在“大爆炸”前的瞬间内经历了被称为“暴胀”的极其快速的膨胀过程。另外,霍金和图罗克还根据“开放暴胀”理论推断,宇宙最终将无限地膨胀下去,而不是像一些天文学家所认为的,膨胀到一定程度后会在引力作用下收缩。 霍金和图罗克的新理论在科学界引起了不同的反应,而英国的一些著名天文学家则出言谨慎。他们指出,霍金的新理论完全是按照物理学定律纯理论推算的结果,它是否揭示了宇宙的本质还有待干实际观测的考验。据悉,美国将于两年后发射一颗卫星来测量宇宙大爆炸遗留的微波辐射,这很可能为霍金的理论提供检验。(尚科)来源: 中国公众科技网
2006年10月4日 宙大爆炸理论是有关于宇宙起源中最广泛被认同的理论。其大概意思是, 在150亿到200亿年前,宇宙由一个时间和空间呈现混沌状态的大火球(大小可能有几光年)爆炸而来。仅在爆炸后的一秒内,引力就形成了。宇宙迅速膨胀,里面充满亚原子微粒,它们互相作用,形成了质子和中子。三分钟后,温度达到了2800亿度时,质子和中子形成了氢、氦、锂(三种最简单的元素)的核子。五亿年后原子得以形成,又过了3亿年,恒星和星系开始形成了。 爆炸后空间急剧增大,并且,爆炸后产生的扩张力依然使得现在的宇宙在膨胀中。
十万个冷知识
宇宙是怎样形成的?
答:通过度量张量描述的宇宙不是膨胀就是收缩,爱因斯坦认为他自己解错了,并加入了一个宇宙学常数来进行改正。第一个不使用宇宙学常数,而真正认真将广义相对论运用到宇宙学中的是亚历山大·弗里德曼,他的方程所描述的宇宙称为Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker宇宙,时间是1922年1927年,比利时天主教牧师勒梅特推导出Friedm...
宇宙是怎样诞生的
答:一,大爆炸理论。大爆炸理论认为,宇宙起源于一个单独的无维度的点,即一个在空间和时间上都无尺度但却包含了宇宙全部物质的奇点。至少是在120~150亿年以前,宇宙及空间本身由这个点爆炸形成。二,稳态理论(已经被否定了,不过你要的话就也发一下。)稳态理论认为,宇宙在任何时候,平均来说始终保持...
宇宙是怎么形成的
答:前苏联科学家林德提出“自我增殖的宇宙”概念——“最有可能的是,我们正在研究的宇宙是由早期的若干宇宙所形成的。”1987年霍金进一步提出了“婴儿宇宙”模型,两个大宇宙通过一个细“管子”连接起来,这个细管子称为“虫洞”,大宇宙为母宇宙,可能存在着从母宇宙分岔出去的另一端是自由的虫洞,这样的管子成为子宇宙、...
宇宙是如何产生的?
答:宇宙的大小是时间来定的。如果宇宙是根据大爆炸形成的。那么时间走一秒。宇宙就大一秒。自宇宙爆炸了多久。宇宙就大了多久。如果说爆炸了100亿光年。那么宇宙有100亿光年那么远了。如果时间可以停止。宇宙也就不在扩大。如果时间可以有边缘。那么宇宙也可以有边缘。空间创造时间。时间创造空间。有空间就有...
宇宙是怎样产生的?
答:我要回答的是星系是怎样形成的这个问题。 的的确确现在有两种理论,那么哪两种理论呢?我们来看一下,这个图就是一个典型的宇宙从一开始大爆炸以后,逐步演化的一个示意图。那么一开始呢,那一点就是大爆炸,大爆炸以后呢,宇宙不断的膨胀,同时温度也在不断地降低。那么中间的那一部分,就是我们现在看到的宇宙的背景...
宇宙怎么形成和演变的?
答:在宇宙早期,辐射和物质的密度都很高,光子被物质吸收或散射,然后物质发射出光子,辐射和物质频繁地相互作用,当宇宙温度下降时,质子与电子结合成氢原子对辐射的吸收减少,物质跟辐射不再相互作用,光子便可以在空间自由穿行。微波背景辐射的发现,有力地支持了热爆炸宇宙模型,因此,热大爆炸宇宙学得到了...
宇宙的起源是什么?
答:关于宇宙大爆炸理论,有一个无法验证但也是最重要的新观点是突如其来的猛烈扩张,这是艾伦·古斯在1981年提出来的。他认为,在宇宙大爆炸后的最初“一秒钟”内,宇宙突然膨胀,膨胀的速度远远大于现在宇宙的膨胀速度,就像一个针尖大小的东西在一段极短暂时间内突然膨胀成一个橘子或一个垒球大小。这在数学上是难以置信...
宇宙是怎样形成的?
答:在西方,宇宙这个词在英语中叫cosmos,在俄语中叫кocMoc ,在德语中叫kosmos ,在法语中叫cosmos。它们都源自希腊语的κoσμoζ,古希腊人认为宇宙的创生乃是从浑沌中产生出秩序来,κoσμoζ其原意就是秩序。但在英语中更经常用来表示“宇宙”的词是universe。此词与universitas有关。在中世纪,人们把沿着同一...
宇宙是怎么形成的?
答: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。大爆炸使物质四散出去,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...
宇宙是怎么来的
答:3、量子力学 量子力学是描述微观世界的一种物理学理论,它对宇宙起源的研究也有着重要的作用。量子力学认为,宇宙在它的早期阶段可能存在着量子涨落,这是一种微小的、短暂的、随机的波动。这些涨落可能会导致宇宙的起源,形成了宇宙大爆炸。4、超弦理论 超弦理论是一种描述宇宙的理论,它认为宇宙是由一...