宇宙的构成

宇宙的构成摘要何为宇宙四方上下曰宇古往今来曰宙每个人都或多或少对宇宙有着些许疑问那是一种自然的神秘感从你小时候对夜空的仰望从人类对月球的探索从大爆炸理论的提出人的一生相比于宇宙可以忽略不计既然这样那么一个人活着究竟有什么意义呢可是物理学家们并不会这样想他们的使命是解释宇宙解释一切因此哥白尼牛顿麦克斯韦爱因斯坦诞生了同时他们也带来了人类对宇宙学一次又一次的进攻地心说日心说宇宙大爆炸暗物质与暗能量关键词宇宙大爆炸星系暗物质暗能量一宇宙的定义宇宙的物质性是由各种形态的物质构成的宇宙的运动性是在不断运动和发展变化的网络给出的定义是这样的当代天文学的研究成果表明宇宙是有层次结构的物质形态多样的不断运动发展的天体系统一直以来人们对宇宙的认知往往是一知半解什么是宇宙宇宙的来源是什么宇宙是怎样发展的这些问题一直困扰着人们事实上宇宙是多层次的是有大小之分的一个原子是一个宇宙一个星体也是一个宇宙一个星系是一个宇宙一个星团更是一个宇宙原子组成物质物质组成星体星体组成星系星系组成星团星团组成巨宏观宇宙如此说来就有了宏观宇宙与微观宇宙之别二宇宙的结构一可见宇宙宇宙中的天体绚丽多彩表现出了极高的层次性1天体恒星行星卫星小行星流星彗星星际物质等都是天体以下以恒星为例恒星恒星是象太阳一样本身能发光发热的星球距离通常采用光年作为单位1光年约等于946万亿公里天文单位日地距离1496108千米秒差距1秒差距327光年亮度常用星等来表示恒星越亮星等越小在地球上测出的星等叫视星等归算到离地球10秒差距处的星等叫绝对星等大小恒星的大小相差也很大巨星是恒星世界中个头最大的它们的直径要比太阳大几十到几百倍超巨星就更大了比太阳小的恒星也有很多其中最突出的要数白矮星几千千米和中子星20千米左右了质量已测出的恒星质量大约介于太阳质量的百分之几到120倍之间但大多数恒星的质量在0110个太阳质量之间2天体系统地月系太阳系银河系河外星系总星系河外星系简称为星系是位于银河系之外由几十亿至几千亿颗恒星星云和星际物质组成的天体系统星系主要分成三类椭圆星系漩涡星系和不规则星系目前已发现大约10亿个河外星系银河系也只是一个普通的星系如仙女座河外星系大麦哲伦星系小麦哲伦星系二不可见宇宙由暗物质和暗能量组成占茫茫宇宙总质量的96其中暗物质为23暗能量为73暗物质能见的宇宙中普通物质仅占宇宙质量的4根本不足以保证宇宙的稳定而暗物质是一种不明性质物质粒子质量是可见普通物质质量5倍以上宇宙总质量的23都是暗物质靠它的引力才能把星系团结合在一起而不至于飞散它才是宇宙真正的主宰暗能量暗能量在宇宙中起斥力作用它能产生一种负压力但又不能严格说其是一种斥力只能称其为能量也就是说它是一种不可见的能推动宇宙膨胀运动的能量宇宙中所有的恒星和行星的膨胀运动皆是由暗能量来推动的之所以暗能量具有如此大的力量是因为它在宇宙的结构中约占73占绝对统治地位暗能量在宇宙中更像是一种背景让人根本感觉不到它的存在但它确实存在且起着非同一般的作用三宇宙的起源宇宙起源假说1大爆炸理论我们通常接受到的大爆炸理论是宇宙是从密度极大温度极高的太初状态经过爆炸而产生经过了不断膨胀到达今天的状态宇宙大爆炸发生之前没有物质也没有能量和生命爆炸之后产生了物质微粒和能量从那时起宇宙中开始产生了时间和空间质量和能量0秒宇宙的体积极小密度极高温度也极高001秒宇宙的温度1000亿度宇宙中的物质以光子电子中微子为主这些物质都处在热平衡态01秒宇宙温度300亿度中子和质子之比下降至0611秒宇宙温度100亿度中微子开始向外逃逸正负电子相互中和核力还能束缚中子和质子1015秒质子和中子形成1535秒出现强力电弱力和引力3543秒宇宙从量子背景出现138分钟宇宙温度30亿度氘氦类稳定原子核形成35分钟宇宙温度3亿度形成核的过程结束尚不能形成中性原子30万年宇宙温度3000度化学元素的结合让中性原子形成宇宙中的主要成分为气态物质逐渐在自引力的作用下凝聚成高密度的气体云块直到恒星及恒星系统的形成宇宙起源假说2稳恒态理论1929年哈勃发表的宇宙膨胀学说改变了有关宇宙起源的讨论如果按照大爆炸理论的说法宇宙之初仅仅是一个奇点那时宇宙的密度和时空的曲率是无穷大的在这样的条件下所有已知的科学定律都失效了这对当时的科学来说无疑是一桩灾难为了避免大爆炸奇点以及由此引起的时间成为开端问题他们又提出了稳恒态理论这个理论指出随着星系相互分离渐渐远去爆炸后产生的物质在星系之间的空间中形成新的星系这样宇宙不但基本上是现在宇宙的状态而且还会继续存在无限长的时间这一理论还预言星系及与之类似的物体的平均密度不管在时间还是空间上都一定要是常数宇宙起源假说3虫洞喷发说虫洞喷发说认为我们现在所生存的宇宙起源于一次时空之门的开启在许许多多平行宇宙中有一个极其普通的平行宇宙在这个宇宙中质量最大的一个黑洞的不断地吞噬宇宙中的其他天体它的质量不断增大大到其万有引力可以摧毁一切物质形态首先将其核心变为能量体能量逐渐积蓄最终冲破其外壳向外释放能量形成虫洞时空之门打开当高能粒子等能量物质释放完全后虫洞停止喷发时空之门关闭而喷出来的高能粒子经过漫长的演变后形成了我们现在所生存的宇宙那个喷发的虫洞则变为先前那个平行宇宙中的一个普通的天体这也是我们不能找到宇宙的中心的原因四宇宙的演化一大爆炸前夜大爆炸模型对其的解释无疑是目前最受推崇的即使几十年几百年后它可能会被证明是错误的就如同500年前的地心说一样1多元宇宙论这是兴起时间最长也是最流行的宇宙大爆炸前理论这个理论指出我们当前所处的和认识的宇宙只是很多宇宙中的一员宇宙很可能是一个无穷数量级其他宇宙之间的差异可能是非常小的各个宇宙在不断地形成新的子孙后代每个宇宙如肥皂泡沫一般分裂之后能形成许多个泡沫2大反弹理论有时也被称为大反跳理论它指出我们生活的宇宙在诞生之前就有一个孪生宇宙当孪生宇宙膨胀到一定极限的时候就开始收缩崩溃3平行世界理论它假设存在着数百万个不同的处于平行状态的宇宙它们与我们生活的宇宙是相似的但因为它们处在我们的宇宙之外所以看起来是无形的4循环理论这个理论指出宇宙没有诞生也没有终结是在一次次的大爆炸中循环往复无穷无尽二宇宙演化阶段通过大爆炸理论的描述下面按照演化的几个阶段分别说明宇宙的演化第一阶段宇宙的初始状态第二阶段无中生有的阶段第三阶段宇宙尘埃及星云的形成第四阶段行星云团及行星的形成行星时期第五阶段第一代恒星形成宇宙时间为12点行星爆炸标志着行星成熟第六阶段恒星系统及行星的继续产生第七阶段恒星系统的形成及恒星个体的衰变第八阶段恒星的最后命运黑洞的形成一般的文章总是将前人已得出的结果再次搬到这里譬如宇宙是从各种电子中微子中子再到氢氦碳氧直到铁原子的出现最后又是通过恒星的再次内部作用与爆炸结合成更重的元素这才形成了我们形成了整个世界但是我们必须指出上面所提到的这些均是可见的物质性东西然而我们的宇宙的96的质量均来自与暗物质23与暗能量73相比于人们对于4的物质所研究到的各种科学理论如天文物理材料化学量子物理数学科学生命科技人们对暗物质与暗能量的了解基本可以忽略为仅仅只有两个名词而已所以我们对于宇宙的演化认识十分十分的有限并且还仅仅局限于我们所处的宇宙而已三宇宙未来爱因斯坦在提出相对论的时候每当求解出自己的方程时总会发现宇宙在膨胀但是他及当时人们仍相信宇宙是静态的因此他在他的一些方程中引入了一个所谓的宇宙学常数借此可以得到一个静态宇宙的结论1929年哈勃应用威尔逊山望眼镜发现不仅在远离我们的银河系中存在着上百万个星系而且他们正在以难以置信的速度远离地球科学家们的继续研究发现我们目前的宇宙不仅在膨胀而且是加速膨胀按照这个理论宇宙将会继续扩张下去永不停止直到变成无垠的寒冷荒凉之地在过去数年中从各方面独立观测得到的结果证实了宇宙加速膨胀的正确性这包括宇宙微波背景辐射宇宙的大尺度结构宇宙的年龄对于超新星更精确的观测量星系团的X射线性质现在天文学者已研究出很多解释宇宙加速膨胀的模型这包括某种形式的暗能量宇宙常数第五元素暗流体幻能量暗能量具有负压强相当均匀地分布于空间这是暗能量所具有最重要的性质之一暗物质之一的黑洞是爱因斯坦的广义相对论最著名的预测之一它是指有很强引力场的天体强引力场能让时空弯曲即使是光也不能逃逸出来最新的研究表明黑洞可能是通往其他宇宙的虫洞至今黑洞已基本成为科学现实白洞仍只是相对论预言的一种天体我们应该坚信有各个国家的科学家们的倾力研究和探测即使宇宙的格局内涵和命运之间的关系再错综复杂也会在将来的某一天让我们看到一个明晰的宇宙命运五理性的智慧你会相信爱因斯坦的广义相对论跟普朗克的量子力学有统一的一天吗你是只愿意相信你现在所实实在在看到的这一个宇宙还是会像托比阿斯和马克斯一样坚信有多重宇宙你认为我们的其他邻居是处在平行宇宙中还是球形宇宙中呢无论你持怎样的态度我觉得都不为过就像朱利安在一次评论大统一理论时说道统一是科学最终的目的这的确没错但现在就要统一这实在是狂妄的一个好样板我们还远远达不到那样高的能量当科学家不知道答案时他是无知的当他心中大概有了猜测时他是不确定的即使他满有把握时他也会永远留下质疑的余地科学家况且这样何况我们呢亚里士多德说过求知是人类的天性在对大自然的冥思中人的心灵会得到一种宁静纯洁的欢乐这便是大自然给予她的探索者的最大馈赠这种乐趣可能是一般人无法理解的但在有信仰的人的心里却一定存在如果你没有信仰的话世界上的一切东西对你来说都已经毫无意义了参考文献1袁岳宇宙进化史北京中国广播电视出版社20112吴百诗主编大学物理下册西安西安交通大学出版社20123托比阿斯胡阿特马克斯劳讷多重宇宙一个世界太少了车云译北京生活读书新知三联书店20114伊曼努尔康德宇宙发展史概论全增嘏译王福山校上海上海译文出版社20115哥白尼爱因斯坦霍金等宇宙简史吕陈君编北京中国言实出版社20086米切奥卡库詹妮弗汤普逊超越爱因斯坦关于世界理论的宇宙探秘陈一新陆志成译吉林吉林人民出版社20117斯蒂芬霍金宇宙的起源与归宿听霍金讲万物之理赵君亮译南京凤凰出版传媒集团译林出版社2009姓名张溢洋班级11081201学号2012302895