宇宙的诞生
我们现在观察到的宇宙,其边界大约有100多亿光年。它由众多的星系所组成。地球是太阳系的一颗有生命的普通行星,而太阳是银河系中一颗普通恒星。我们所观察到的恒星、行星、慧星、星系等是怎么产生的呢?
宇宙学说认为,我们所观察到的宇宙,在其孕育的初期,集中于一个体积极小、温度极高、密度极大的奇点。在141亿年前左右,奇点产生后发生大爆炸,从此开始了我们所在的宇宙的诞生史。
宇宙大爆炸后001秒,宇宙的温度大约为1000亿度。物质存在的主要形式是电子、光子、中微子。以后,物质迅速扩散,温度迅速降低。大爆炸后1秒钟,下降到100亿度。大爆炸后14秒,温度约30亿度。35秒后,为3亿度,化学元素开始形成。温度不断下降,原子不断形成。宇宙间弥漫着气体云。他们在引力的作用下,形成恒星系统,恒星系统又经过漫长的演化,成为今天的宇宙。
物质现象的总和。广义上指无限多样、永恒发展的物质世界,狭义上指一定时代观测所及的最大天体系统。后者往往称作可观测宇宙、我们的宇宙,现在相当于天文学中的“总星系”。
2003年2月份,美国国家航空航天局曾向全世界公布他们有关宇宙年龄的研究成果。根据其公布的资料显示,宇宙年龄应该为137亿岁。2003年11月份,国际天体物理学研究小组宣称,宇宙的确切年龄应该是145亿岁。地球的形成大约是距今45亿年。
词源考察 在中国古籍中最早使用宇宙这个词的是《庄子·齐物论》。“宇”的含义包括各个方向,如东西南北的一切地点。“宙”包括过去、现在、白天、黑夜,即一切不同的具体时间。战国末期的尸佼说:“四方上下曰宇,往古来今曰宙。”“宇”指空间,“宙”指时间,“宇宙”就是时间和空间的统一。后来“宇宙”一词便被用来指整个客观实在世界。与宇宙相当的概念有“天地”、“乾坤”、“六合”等,但这些概念仅指宇宙的空间方面。《管子》的“宙合”一词,“宙”指时间,“合”(即“六合”)指空间,与“宇宙”概念最接近。
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,人们把沿着同一方向朝同一目标共同行动的一群人称为universitas。在最广泛的意义上,universitas 又指一切现成的东西所构成的统一整体,那就是universe,即宇宙。universe和cosmos常常表示相同的意义,所不同的是,前者强调的是物质现象的总和,而后者则强调整体宇宙的结构或构造。
宇宙观念的发展 宇宙结构观念的发展 远古时代,人们对宇宙结构的认识处于十分幼稚的状态,他们通常按照自己的生活环境对宇宙的构造作了幼稚的推测。在中国西周时期,生活在华夏大地上的人们提出的早期盖天说认为,天穹像一口锅,倒扣在平坦的大地上;后来又发展为后期盖天说,认为大地的形状也是拱形的。公元前7世纪 ,巴比伦人认为,天和地都是拱形的,大地被海洋所环绕,而其中央则是高山。古埃及人把宇宙想象成以天为盒盖、大地为盒底的大盒子,大地的中央则是尼罗河。古印度人想象圆盘形的大地负在几只大象上,而象则站在巨大的龟背上,公元前7世纪末,古希腊的泰勒斯认为,大地是浮在水面上的巨大圆盘,上面笼罩着拱形的天穹。
最早认识到大地是球形的是古希腊人。公元前6世纪,毕达哥拉斯从美学观念出发,认为一切立体图形中最美的是球形,主张天体和我们所居住的大地都是球形的。这一观念为后来许多古希腊学者所继承,但直到1519~1522年,葡萄牙的F麦哲伦率领探险队完成了第一次环球航行后 ,地球是球形的观念才最终证实。
公元2世纪,C托勒密提出了一个完整的地心说。这一学说认为地球在宇宙的中央安然不动,月亮、太阳和诸行星以及最外层的恒星天都在以不同速度绕着地球旋转。为了说明行星视运动的不均匀性,他还认为行星在本轮上绕其中心转动,而本轮中心则沿均轮绕地球转动。地心说曾在欧洲流传了1000多年。1543年,N哥白尼提出科学的日心说,认为太阳位于宇宙中心,而地球则是一颗沿圆轨道绕太阳公转的普通行星。1609年,J开普勒揭示了地球和诸行星都在椭圆轨道上绕太阳公转,发展了哥白尼的日心说,同年,伽利略·伽利雷则率先用望远镜观测天空,用大量观测事实证实了日心说的正确性。1687年,I牛顿提出了万有引力定律,深刻揭示了行星绕太阳运动的力学原因,使日心说有了牢固的力学基础。在这以后,人们逐渐建立起了科学的太阳系概念。
在哥白尼的宇宙图像中,恒星只是位于最外层恒星天上的光点。1584年,乔尔丹诺·布鲁诺大胆取消了这层恒星天,认为恒星都是遥远的太阳。18世纪上半叶,由于E哈雷对恒星自行的发展和J布拉得雷对恒星遥远距离的科学估计,布鲁诺的推测得到了越来越多人的赞同。18世纪中叶,T赖特、I康德和JH朗伯推测说,布满全天的恒星和银河构成了一个巨大的天体系统。弗里德里希·威廉·赫歇尔首创用取样统计的方法,用望远镜数出了天空中大量选定区域的星数以及亮星与暗星的比例,1785年首先获得了一幅扁而平、轮廓参差、太阳居中的银河系结构图,从而奠定了银河系概念的基础。在此后一个半世纪中,H沙普利发现了太阳不在银河系中心、JH奥尔特发现了银河系的自转和旋臂,以及许多人对银河系直径、厚度的测定,科学的银河系概念才最终确立。
18世纪中叶,康德等人还提出,在整个宇宙中,存在着无数像我们的天体系统(指银河系)那样的天体系统。而当时看去呈云雾状的“星云”很可能正是这样的天体系统。此后经历了长达170年的曲折的探索历程,直到1924年,才由EP哈勃用造父视差法测仙女座大星云等的距离确认了河外星系的存在。
近半个世纪,人们通过对河外星系的研究,不仅已发现了星系团、超星系团等更高层次的天体系统,而且已使我们的视野扩展到远达200亿光年的宇宙深处。
宇宙演化观念的发展 在中国,早在西汉时期,《淮南子·俶真训》指出:“有始者,有未始有有始者,有未始有夫未始有有始者”,认为世界有它的开辟之时,有它的开辟以前的时期,也有它的开辟以前的以前的时期。《淮南子·天文训》中还具体勾画了世界从无形的物质状态到浑沌状态再到天地万物生成演变的过程。在古希腊,也存在着类似的见解。例如留基伯就提出,由于原子在空虚的空间中作旋涡运动,结果轻的物质逃逸到外部的虚空,而其余的物质则构成了球形的天体,从而形成了我们的世界。
太阳系概念确立以后,人们开始从科学的角度来探讨太阳系的起源。1644年,R笛卡尔提出了太阳系起源的旋涡说;1745年,GLL布丰提出了一个因大彗星与太阳掠碰导致形成行星系统的太阳系起源说;1755年和1796年,康德和拉普拉斯则各自提出了太阳系起源的星云说。现代探讨太阳系起源z的新星云说正是在康德-拉普拉斯星云说的基础上发展起来。
1911年,E赫茨普龙建立了第一幅银河星团的颜色星等图;1913年,伯特兰•阿瑟•威廉•罗素则绘出了恒星的光谱-光度图,即赫罗图。罗素在获得此图后便提出了一个恒星从红巨星开始,先收缩进入主序,后沿主序下滑,最终成为红矮星的恒星演化学说。1924年 ,亚瑟·斯坦利·爱丁顿提出了恒星的质光关系;1937~1939年,CF魏茨泽克和贝特揭示了恒星的能源来自于氢聚变为氦的原子核反应。这两个发现导致了罗素理论被否定,并导致了科学的恒星演化理论的诞生。对于星系起源的研究,起步较迟,目前普遍认为,它是我们的宇宙开始形成的后期由原星系演化而来的。
1917年,A阿尔伯特·爱因斯坦运用他刚创立的广义相对论建立了一个“静态、有限、无界”的宇宙模型,奠定了现代宇宙学的基础。1922年,GD弗里德曼发现,根据阿尔伯特·爱因斯坦的场方程,宇宙不一定是静态的,它可以是膨胀的,也可以是振荡的。前者对应于开放的宇宙,后者对应于闭合的宇宙。1927年,G勒梅特也提出了一个膨胀宇宙模型1929年 哈勃发现了星系红移与它的距离成正比,建立了著名的哈勃定律。这一发现是对膨胀宇宙模型的有力支持。20世纪中叶,G伽莫夫等人提出了热大爆炸宇宙模型,他们还预言,根据这一模型,应能观测到宇宙空间目前残存着温度很低的背景辐射。1965年微波背景辐射的发现证实了伽莫夫等人的预言。从此,许多人把大爆炸宇宙模型看成标准宇宙模型。1980年,美国的古斯在热大爆炸宇宙模型的 基础上又进一步提出了暴涨宇宙模型。这一模型可以解释目前已知的大多数重要观测事实。
宇宙图景 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。
层次结构 行星是最基本的天体系统。太阳系中共有八大行星:水星 金星 地球 火星 木星 土星 天王星 海王星。除水星和金星外,其他行星都有卫星绕其运转,地球有一个卫星 月球,土星的卫星最多,已确认的有17颗。行星 小行星 彗星和流星体都围绕中心天体太阳运转,构成太阳系。太阳占太阳系总质量的9986%,其直径约140万千米,最大的行星木星的直径约14万千米。太阳系的大小约120亿千米。有证据表明,太阳系外也存在其他行星系统。2500亿颗类似太阳的恒星和星际物质构成更巨大的天体系统——银河系。银河系中大部分恒星和星际物质集中在一个扁球状的空间内,从侧面看很像一个“铁饼”,正面看去�则呈旋涡状。银河系的直径约10万光年,太阳位于银河系的一个旋臂中,距银心约3万光年。银河系外还有许多类似的天体系统,称为河外星系,常简称星系。现已观测到大约有10亿个。星系也聚集成大大小小的集团,叫星系团。平均而言,每个星系团约有百余个星系,直径达上千万光年。现已发现上万个星系团。包括银河系在内约40个星系构成的一个小星系团叫本星系群。若干星系团集聚在一起构成更大、更高一层次的天体系统叫超星系团。超星系团往往具有扁长的外形,其长径可达数亿光年。通常超星系团内只含有几个星系团,只有少数超星系团拥有几十个星系团。本星系群和其附近的约50个星系团构成的超星系团叫做本超星系团。目前天文观测范围已经扩展到200亿光年的广阔空间,它称为总星系。
多样性 天体千差万别,宇宙物质千姿百态。太阳系天体中,水星、金星表面温度约达700K,遥远的冥王星向日面的温度最高时也只有50K;金星表面笼罩着浓密的二氧化碳大气和硫酸云雾,气压约50个大气压,水星、火星表面大气却极其稀薄,水星的大气压甚至小于2×10-9毫巴;类地行星(水星、金星、火星)都有一个固体表面,类木行星却是一个流体行星;土星的平均密度为070克/厘米3,比水的密度还小,木星、天王星、海王星的平均密 度略大于水的密度,而水星、金星、地球等的密度则达到水的密度的5倍以上;多数行星都是顺向自转,而金星是逆向自转;地球表面生机盎然,其他行星则是空寂荒凉的世界。
太阳在恒星世界中是颗普遍而又典型的恒星。已经发现,有些红巨星的直径为太阳直径的几千倍。中子星直径只有太阳的几万分之一;超巨星的光度高达太阳光度的数百万倍,白矮星光度却不到太阳的几十万分之一。红超巨星的物质密度小到只有水的密度的百万分之一,而白矮星、中子星的密度分别可高达水的密度的十万倍和百万亿倍。太阳的表面温度约为6000K,O型星表面温度达30000K,而红外星的表面温度只有约600K。太阳的普遍磁场强度平均为1×10-4特斯拉,有些磁白矮星的磁场通常为几千、几万高斯(1高斯=10-4特斯拉),而脉冲星的磁场强度可高达十万亿高斯。有些恒星光度基本不变,有些恒星光度在不断变化,称变星。有的变星光度变化是有周期的,周期从1小时到几百天不等。有些变星的光度变化是突发性的,其中变化最剧烈的是新星和超新星,在几天内,其光度可增加几万倍甚至上亿倍。
恒星在空间常常聚集成双星或三五成群的聚星,它们可能占恒星总数的1/3。也有由几十、几百乃至几十万个恒星聚在一起的星团。宇宙物质除了以密集形式形成恒星、行星等之外,还以弥漫的形式形成星际物质。星际物质包括星际气体和尘埃,平均每立方厘米只有一个原子,其中高度密集的地方形成形状各异的各种星云。宇宙中除发出可见光的恒星、星云等天体外,还存在紫外天体、红外天体、X射线源、γ射线源以及射电源。
星系按形态可分为椭圆星系、旋涡星系、棒旋星系、透镜星系和不规则星系等类型。60年代又发现许多正在经历着爆炸过程或正在抛射巨量物质的河外天体,统称为活动星系,其中包括各种射电星系、塞佛特星系、N型星系、马卡良星系、蝎虎座BL型天体,以及类星体等等。许多星系核有规模巨大的活动:速度达几千千米/秒的气流,总能量达1055焦耳的能量输出,规模巨大的物质和粒子抛射,强烈的光变等等。在宇宙中有种种极端物理状态:超高温、超高压、超高密、超真空、超强磁场、超高速运动、超高速自转、超大尺度时间和空间、超流、超导等。为我们认识客观物质世界提供了理想的实验环境。
运动和发展 宇宙天体处于永恒的运动和发展之中,天体的运动形式多种多样,例如自转、各自的空间运动(本动)、绕系统中心的公转以及参与整个天体系统的运动等。月球一方面自转一方面围绕地球运转,同时又跟随地球一起围绕太阳运转。太阳一方面自转,一方面又向着武仙座方向以20千米/秒的速度运动,同时又带着整个太阳系以250千米/秒的速度绕银河系中心运转,运转一周约需22亿年。银河系也在自转,同时也有相对于邻近的星系的运动。本超星系团也可能在膨胀和自转。总星系也在膨胀。
现代天文学已经揭示了天体的起源和演化的历程。当代关于太阳系起源学说认为,太阳系很可能是50亿年前银河系中的一团尘埃气体云(原始太阳星云)由于引力收缩而逐渐形成的(见太阳系起源)。恒星是由星云产生的,它的一生经历了引力收缩阶段、主序阶段、红巨星阶段、晚期阶段和临终阶段。星系的起源和宇宙起源密切相关,流行的看法是:在宇宙发生热大爆炸后40万年,温度降到4000K,宇宙从辐射为主时期转化为物质为主时期,这时或由于密度涨落形成的引力不稳定性,或由于宇宙湍流的作用而逐步形成原星系,然后再演化为星系团和星系。热大爆炸宇宙模型描绘了我们的宇宙的起源和演化史:我们的宇宙起源于200亿年前的一次大爆炸,当时温度极高、密度极大。随着宇宙的膨胀,它经历了从热到冷、从密到稀、从辐射为主时期到物质为主时期的演变过程,直至10~20亿年前,才进入大规模形成星系的阶段,此后逐渐形成了我们当今看到的宇宙。1980年提出的暴涨宇宙模型则是热大爆炸宇宙模型的补充。它认为在宇宙极早期,在我们的宇宙诞生后约10-36秒的时候,它曾经历了一个暴涨阶段。
哲学分析 宇宙概念 有些宇宙学家认为,我们的宇宙是唯一的宇宙;大爆炸不是在宇宙空间的哪一点爆炸,而是整个宇宙自身的爆炸。但是,新提出的暴涨模型表明,我们的宇宙仅是整个暴涨区域的非常小的一部分,暴涨后的区域尺度要大于1026厘米,而那时我们的宇宙只有10厘米。还有可能这个暴涨区域是一个更大的始于无规则混沌状态的物质体系的一部分。这种情况恰如科学史上人类的认识从太阳系宇宙扩展到星系宇宙,再扩展到大尺度宇宙那样,今天的科学又正在努力把人类的认识进一步向某种探索中的“暴涨宇宙”、“无规则的混沌宇宙”推移。我们的宇宙不是唯一的宇宙,而是某种更大的物质体系的一部分,大爆炸不是整个宇宙自身的爆炸,而是那个更大物质体系的一部分的爆炸。因此,有必要区分哲学和自然科学两个不同层次的宇宙概念。哲学宇宙概念所反映的是无限多样、永恒发展的物质世界;自然科学宇宙概念所涉及的则是人类在一定时代观测所及的最大天体系统。两种宇宙概念之间的关系是一般和个别的关系。随着自然科学宇宙概念的发展,人们将逐步深化和接近对无限宇宙的认识。弄清两种宇宙概念的区别和联系,对于坚持马克思主义的宇宙无限论,反对宇宙有限论、神创论、机械论、不可知论、哲学代替论和取消论,都有积极意义。
宇宙的创生 有些宇宙学家认为,暴涨模型最彻底的改革也许是观测宇宙中所有的物质和能量从无中产生的观点,这种观点之所以在以前不能为人们接受,是因为存在着许多守恒定律,特别是重子数守恒和能量守恒。但随着大统一理论的发展,重子数有可能是不守恒的,而宇宙中的引力能可粗略地说是负的,并精确地抵消非引力能,总能量为零。因此就不存在已知的守恒律阻止观测宇宙从无中演化出来的问题。这种“无中生有”的观点在哲学上包括两个方面:①本体论方面。如果认为“无”是绝对的虚无,则是错误的。这不仅违反了人类已知的科学实践,而且也违反了暴涨模型本身。按照该模型,我们所研究的观测宇宙仅仅是整个暴涨区域的很小的一部分,在观测宇宙之外并不是绝对的“无”。现在观测宇宙的物质是从假真空状态释放出来的能量转化而来的,这种真空能恰恰是一种特殊的物质和能量形式,并不是创生于绝对的“无”。如果进一步说这种真空能起源于“无”,因而整个观测宇宙归根到底起源于“无”,那么这个“无”也只能是一种未知的物质和能量形式。②认识论和方法论方面。暴涨模型所涉及的宇宙概念是自然科学的宇宙概念。这个宇宙不论多么巨大,作为一个有限的物质体系 ,也有其产生、发展和灭亡的历史。暴涨模型把传统的大爆炸宇宙学与大统一理论结合起来,认为观测宇宙中的物质与能量形式不是永恒的,应研究它们的起源。它把“无”作为一种未知的物质和能量形式,把“无”和“有”作为一对逻辑范畴,探讨我们的宇宙如何从“无”——未知的物质和能量形式,转化为“有”——已知的物质和能量形式,这在认识论和方法论上有一定意义。
时空起源 有些人认为,时间和空间不是永恒的,而是从没有时间和没有空间的状态产生的。根据现有的物理理论,在小于10-43秒和10-33厘米的范围内,就没有一个“钟”和一把“尺子”能加以测量,因此时间和空间概念失效了,是一个没有时间和空间的物理世界。这种观点提出已知的时空形式有其适用的界限是完全正确的。正像历史上的牛顿时空观发展到相对论时空观那样,今天随着科学实践的发展也必然要求建立新的时空观。由于在大爆炸后10-43秒以内,广义相对论失效,必须考虑引力的量子效应,因此有些人试图通过时空的量子化的途径来探讨已知的时空形式的起源。这些工作都是有益的,但我们决不能因为人类时空观念的发展或者在现有的科学技术水平上无法度量新的时空形式,而否定作为物质存在形式的时间、空间的客观存在。
人和宇宙 从本世纪60年代开始,由于人择原理的提出和讨论,出现了人类存在和宇宙产生的关系问题。人择原理认为 ,可能存在许多具有不同物理参数和初始条件的宇宙,但只有物理参数和初始条件取特定值的宇宙才能演化出人类,因此我们只能看到一种允许人类存在的宇宙。人择原理用人类的存在去约束过去可能有的初始条件和物理定律,减少它们的任意性,使一些宇宙学现象得到解释,这在科学方法论上有一定的意义。但有人提出,宇宙的产生依赖于作为观测者的人类的存在。这种观点值得商榷。现在根据暴涨模型,那些被传统大爆炸模型作为初始条件的状态,有可能从极早期宇宙的演化中产生出来,而且宇宙的演化几乎变得与初始条件的一些细节无关。这样就使上述那种利用初始条件的困难来否定宇宙客观实在性的观点失去了基础。但有些人认为,由于暴涨引起的巨大距离尺度,使得从整体上去观测宇宙的结构成为不可能。这种担心有其理由,但如果暴涨模型正确的话,随着科学实践的发展,一定有可能突破人类认识上的困难。
宇宙
宇宙,是我们所在的空间,“宇”字的本义就是指“上下四方”。
地球是我们的家园;
而地球仅是太阳系的第三颗行星;
而太阳系又仅仅定居于银河系巨大旋臂的一侧;
而银河系,在宇宙所有星系中,也许很不起眼……
这一切,组成了我们的宇宙:
宇宙,是所有天体共同的家园。
宇宙,又是我们所在的时间,“宙”的本意就是指“古往今来”。
因为,我们的宇宙不是从来就有的,它也有着诞生和成长的过程。现代科学发现,我们的宇宙大概形成于二百亿年以前。在一次无比壮观的大爆炸中,我们的宇宙诞生了!(这就是著名的“大爆炸”理论。)
宇宙一经形成,就在不停地运动着。科学家发现,宇宙正在膨胀着,星体之间的距离越来越大。
宇宙没有开始,没有结束,没有边界,更没有诞生与毁灭,只有一个个阶段的结束与开始,我们现阶段的宇宙大概形成于二百亿年以前。在一次无比壮观的大爆炸中,这阶段的宇宙开始了!最新研究表明,大爆炸孕育于黑洞中,黑洞将所有物质,包括光子在内压到一个点,这时连电子,中子,质子等都已不存在(究竟是什么物质比电子还小呢当代科技无法解释,暂称为夸克),这时发生了比核聚变更高等级的爆炸,这种爆炸的范围至少波及数十亿光年,又一个新的宇宙纪元就诞生了题名]:宇宙
参考资料:
我们现在观察到的宇宙,其边界大约有100多亿光年。它由众多的星系所组成。地球是太阳系的一颗有生命的普通行星,而太阳是银河系中一颗普通恒星。我们所观察到的恒星、行星、慧星、星系等是怎么产生的呢?
宇宙学说认为,我们所观察到的宇宙,在其孕育的初期,集中于一个体积极小、温度极高、密度极大的奇点。在141亿年前左右,奇点产生后发生大爆炸,从此开始了我们所在的宇宙的诞生史。
宇宙大爆炸后001秒,宇宙的温度大约为1000亿度。物质存在的主要形式是电子、光子、中微子。以后,物质迅速扩散,温度迅速降低。大爆炸后1秒钟,下降到100亿度。大爆炸后14秒,温度约30亿度。35秒后,为3亿度,化学元素开始形成。温度不断下降,原子不断形成。宇宙间弥漫着气体云。他们在引力的作用下,形成恒星系统,恒星系统又经过漫长的演化,成为今天的宇宙。
物质现象的总和。广义上指无限多样、永恒发展的物质世界,狭义上指一定时代观测所及的最大天体系统。后者往往称作可观测宇宙、我们的宇宙,现在相当于天文学中的“总星系”。
2003年2月份,美国国家航空航天局曾向全世界公布他们有关宇宙年龄的研究成果。根据其公布的资料显示,宇宙年龄应该为137亿岁。2003年11月份,国际天体物理学研究小组宣称,宇宙的确切年龄应该是145亿岁。地球的形成大约是距今45亿年。
词源考察 在中国古籍中最早使用宇宙这个词的是《庄子·齐物论》。“宇”的含义包括各个方向,如东西南北的一切地点。“宙”包括过去、现在、白天、黑夜,即一切不同的具体时间。战国末期的尸佼说:“四方上下曰宇,往古来今曰宙。”“宇”指空间,“宙”指时间,“宇宙”就是时间和空间的统一。后来“宇宙”一词便被用来指整个客观实在世界。与宇宙相当的概念有“天地”、“乾坤”、“六合”等,但这些概念仅指宇宙的空间方面。《管子》的“宙合”一词,“宙”指时间,“合”(即“六合”)指空间,与“宇宙”概念最接近。
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,人们把沿着同一方向朝同一目标共同行动的一群人称为universitas。在最广泛的意义上,universitas 又指一切现成的东西所构成的统一整体,那就是universe,即宇宙。universe和cosmos常常表示相同的意义,所不同的是,前者强调的是物质现象的总和,而后者则强调整体宇宙的结构或构造。
宇宙观念的发展 宇宙结构观念的发展 远古时代,人们对宇宙结构的认识处于十分幼稚的状态,他们通常按照自己的生活环境对宇宙的构造作了幼稚的推测。在中国西周时期,生活在华夏大地上的人们提出的早期盖天说认为,天穹像一口锅,倒扣在平坦的大地上;后来又发展为后期盖天说,认为大地的形状也是拱形的。公元前7世纪 ,巴比伦人认为,天和地都是拱形的,大地被海洋所环绕,而其中央则是高山。古埃及人把宇宙想象成以天为盒盖、大地为盒底的大盒子,大地的中央则是尼罗河。古印度人想象圆盘形的大地负在几只大象上,而象则站在巨大的龟背上,公元前7世纪末,古希腊的泰勒斯认为,大地是浮在水面上的巨大圆盘,上面笼罩着拱形的天穹。
最早认识到大地是球形的是古希腊人。公元前6世纪,毕达哥拉斯从美学观念出发,认为一切立体图形中最美的是球形,主张天体和我们所居住的大地都是球形的。这一观念为后来许多古希腊学者所继承,但直到1519~1522年,葡萄牙的F麦哲伦率领探险队完成了第一次环球航行后 ,地球是球形的观念才最终证实。
公元2世纪,C托勒密提出了一个完整的地心说。这一学说认为地球在宇宙的中央安然不动,月亮、太阳和诸行星以及最外层的恒星天都在以不同速度绕着地球旋转。为了说明行星视运动的不均匀性,他还认为行星在本轮上绕其中心转动,而本轮中心则沿均轮绕地球转动。地心说曾在欧洲流传了1000多年。1543年,N哥白尼提出科学的日心说,认为太阳位于宇宙中心,而地球则是一颗沿圆轨道绕太阳公转的普通行星。1609年,J开普勒揭示了地球和诸行星都在椭圆轨道上绕太阳公转,发展了哥白尼的日心说,同年,伽利略·伽利雷则率先用望远镜观测天空,用大量观测事实证实了日心说的正确性。1687年,I牛顿提出了万有引力定律,深刻揭示了行星绕太阳运动的力学原因,使日心说有了牢固的力学基础。在这以后,人们逐渐建立起了科学的太阳系概念。
在哥白尼的宇宙图像中,恒星只是位于最外层恒星天上的光点。1584年,乔尔丹诺·布鲁诺大胆取消了这层恒星天,认为恒星都是遥远的太阳。18世纪上半叶,由于E哈雷对恒星自行的发展和J布拉得雷对恒星遥远距离的科学估计,布鲁诺的推测得到了越来越多人的赞同。18世纪中叶,T赖特、I康德和JH朗伯推测说,布满全天的恒星和银河构成了一个巨大的天体系统。弗里德里希·威廉·赫歇尔首创用取样统计的方法,用望远镜数出了天空中大量选定区域的星数以及亮星与暗星的比例,1785年首先获得了一幅扁而平、轮廓参差、太阳居中的银河系结构图,从而奠定了银河系概念的基础。在此后一个半世纪中,H沙普利发现了太阳不在银河系中心、JH奥尔特发现了银河系的自转和旋臂,以及许多人对银河系直径、厚度的测定,科学的银河系概念才最终确立。
18世纪中叶,康德等人还提出,在整个宇宙中,存在着无数像我们的天体系统(指银河系)那样的天体系统。而当时看去呈云雾状的“星云”很可能正是这样的天体系统。此后经历了长达170年的曲折的探索历程,直到1924年,才由EP哈勃用造父视差法测仙女座大星云等的距离确认了河外星系的存在。
近半个世纪,人们通过对河外星系的研究,不仅已发现了星系团、超星系团等更高层次的天体系统,而且已使我们的视野扩展到远达200亿光年的宇宙深处。
宇宙演化观念的发展 在中国,早在西汉时期,《淮南子·俶真训》指出:“有始者,有未始有有始者,有未始有夫未始有有始者”,认为世界有它的开辟之时,有它的开辟以前的时期,也有它的开辟以前的以前的时期。《淮南子·天文训》中还具体勾画了世界从无形的物质状态到浑沌状态再到天地万物生成演变的过程。在古希腊,也存在着类似的见解。例如留基伯就提出,由于原子在空虚的空间中作旋涡运动,结果轻的物质逃逸到外部的虚空,而其余的物质则构成了球形的天体,从而形成了我们的世界。
太阳系概念确立以后,人们开始从科学的角度来探讨太阳系的起源。1644年,R笛卡尔提出了太阳系起源的旋涡说;1745年,GLL布丰提出了一个因大彗星与太阳掠碰导致形成行星系统的太阳系起源说;1755年和1796年,康德和拉普拉斯则各自提出了太阳系起源的星云说。现代探讨太阳系起源z的新星云说正是在康德-拉普拉斯星云说的基础上发展起来。
1911年,E赫茨普龙建立了第一幅银河星团的颜色星等图;1913年,伯特兰•阿瑟•威廉•罗素则绘出了恒星的光谱-光度图,即赫罗图。罗素在获得此图后便提出了一个恒星从红巨星开始,先收缩进入主序,后沿主序下滑,最终成为红矮星的恒星演化学说。1924年 ,亚瑟·斯坦利·爱丁顿提出了恒星的质光关系;1937~1939年,CF魏茨泽克和贝特揭示了恒星的能源来自于氢聚变为氦的原子核反应。这两个发现导致了罗素理论被否定,并导致了科学的恒星演化理论的诞生。对于星系起源的研究,起步较迟,目前普遍认为,它是我们的宇宙开始形成的后期由原星系演化而来的。
1917年,A阿尔伯特·爱因斯坦运用他刚创立的广义相对论建立了一个“静态、有限、无界”的宇宙模型,奠定了现代宇宙学的基础。1922年,GD弗里德曼发现,根据阿尔伯特·爱因斯坦的场方程,宇宙不一定是静态的,它可以是膨胀的,也可以是振荡的。前者对应于开放的宇宙,后者对应于闭合的宇宙。1927年,G勒梅特也提出了一个膨胀宇宙模型1929年 哈勃发现了星系红移与它的距离成正比,建立了著名的哈勃定律。这一发现是对膨胀宇宙模型的有力支持。20世纪中叶,G伽莫夫等人提出了热大爆炸宇宙模型,他们还预言,根据这一模型,应能观测到宇宙空间目前残存着温度很低的背景辐射。1965年微波背景辐射的发现证实了伽莫夫等人的预言。从此,许多人把大爆炸宇宙模型看成标准宇宙模型。1980年,美国的古斯在热大爆炸宇宙模型的 基础上又进一步提出了暴涨宇宙模型。这一模型可以解释目前已知的大多数重要观测事实。
宇宙图景 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。
层次结构 行星是最基本的天体系统。太阳系中共有八大行星:水星 金星 地球 火星 木星 土星 天王星 海王星。除水星和金星外,其他行星都有卫星绕其运转,地球有一个卫星 月球,土星的卫星最多,已确认的有17颗。行星 小行星 彗星和流星体都围绕中心天体太阳运转,构成太阳系。太阳占太阳系总质量的9986%,其直径约140万千米,最大的行星木星的直径约14万千米。太阳系的大小约120亿千米。有证据表明,太阳系外也存在其他行星系统。2500亿颗类似太阳的恒星和星际物质构成更巨大的天体系统——银河系。银河系中大部分恒星和星际物质集中在一个扁球状的空间内,从侧面看很像一个“铁饼”,正面看去�则呈旋涡状。银河系的直径约10万光年,太阳位于银河系的一个旋臂中,距银心约3万光年。银河系外还有许多类似的天体系统,称为河外星系,常简称星系。现已观测到大约有10亿个。星系也聚集成大大小小的集团,叫星系团。平均而言,每个星系团约有百余个星系,直径达上千万光年。现已发现上万个星系团。包括银河系在内约40个星系构成的一个小星系团叫本星系群。若干星系团集聚在一起构成更大、更高一层次的天体系统叫超星系团。超星系团往往具有扁长的外形,其长径可达数亿光年。通常超星系团内只含有几个星系团,只有少数超星系团拥有几十个星系团。本星系群和其附近的约50个星系团构成的超星系团叫做本超星系团。目前天文观测范围已经扩展到200亿光年的广阔空间,它称为总星系。
多样性 天体千差万别,宇宙物质千姿百态。太阳系天体中,水星、金星表面温度约达700K,遥远的冥王星向日面的温度最高时也只有50K;金星表面笼罩着浓密的二氧化碳大气和硫酸云雾,气压约50个大气压,水星、火星表面大气却极其稀薄,水星的大气压甚至小于2×10-9毫巴;类地行星(水星、金星、火星)都有一个固体表面,类木行星却是一个流体行星;土星的平均密度为070克/厘米3,比水的密度还小,木星、天王星、海王星的平均密 度略大于水的密度,而水星、金星、地球等的密度则达到水的密度的5倍以上;多数行星都是顺向自转,而金星是逆向自转;地球表面生机盎然,其他行星则是空寂荒凉的世界。
太阳在恒星世界中是颗普遍而又典型的恒星。已经发现,有些红巨星的直径为太阳直径的几千倍。中子星直径只有太阳的几万分之一;超巨星的光度高达太阳光度的数百万倍,白矮星光度却不到太阳的几十万分之一。红超巨星的物质密度小到只有水的密度的百万分之一,而白矮星、中子星的密度分别可高达水的密度的十万倍和百万亿倍。太阳的表面温度约为6000K,O型星表面温度达30000K,而红外星的表面温度只有约600K。太阳的普遍磁场强度平均为1×10-4特斯拉,有些磁白矮星的磁场通常为几千、几万高斯(1高斯=10-4特斯拉),而脉冲星的磁场强度可高达十万亿高斯。有些恒星光度基本不变,有些恒星光度在不断变化,称变星。有的变星光度变化是有周期的,周期从1小时到几百天不等。有些变星的光度变化是突发性的,其中变化最剧烈的是新星和超新星,在几天内,其光度可增加几万倍甚至上亿倍。
恒星在空间常常聚集成双星或三五成群的聚星,它们可能占恒星总数的1/3。也有由几十、几百乃至几十万个恒星聚在一起的星团。宇宙物质除了以密集形式形成恒星、行星等之外,还以弥漫的形式形成星际物质。星际物质包括星际气体和尘埃,平均每立方厘米只有一个原子,其中高度密集的地方形成形状各异的各种星云。宇宙中除发出可见光的恒星、星云等天体外,还存在紫外天体、红外天体、X射线源、γ射线源以及射电源。
星系按形态可分为椭圆星系、旋涡星系、棒旋星系、透镜星系和不规则星系等类型。60年代又发现许多正在经历着爆炸过程或正在抛射巨量物质的河外天体,统称为活动星系,其中包括各种射电星系、塞佛特星系、N型星系、马卡良星系、蝎虎座BL型天体,以及类星体等等。许多星系核有规模巨大的活动:速度达几千千米/秒的气流,总能量达1055焦耳的能量输出,规模巨大的物质和粒子抛射,强烈的光变等等。在宇宙中有种种极端物理状态:超高温、超高压、超高密、超真空、超强磁场、超高速运动、超高速自转、超大尺度时间和空间、超流、超导等。为我们认识客观物质世界提供了理想的实验环境。
运动和发展 宇宙天体处于永恒的运动和发展之中,天体的运动形式多种多样,例如自转、各自的空间运动(本动)、绕系统中心的公转以及参与整个天体系统的运动等。月球一方面自转一方面围绕地球运转,同时又跟随地球一起围绕太阳运转。太阳一方面自转,一方面又向着武仙座方向以20千米/秒的速度运动,同时又带着整个太阳系以250千米/秒的速度绕银河系中心运转,运转一周约需22亿年。银河系也在自转,同时也有相对于邻近的星系的运动。本超星系团也可能在膨胀和自转。总星系也在膨胀。
现代天文学已经揭示了天体的起源和演化的历程。当代关于太阳系起源学说认为,太阳系很可能是50亿年前银河系中的一团尘埃气体云(原始太阳星云)由于引力收缩而逐渐形成的(见太阳系起源)。恒星是由星云产生的,它的一生经历了引力收缩阶段、主序阶段、红巨星阶段、晚期阶段和临终阶段。星系的起源和宇宙起源密切相关,流行的看法是:在宇宙发生热大爆炸后40万年,温度降到4000K,宇宙从辐射为主时期转化为物质为主时期,这时或由于密度涨落形成的引力不稳定性,或由于宇宙湍流的作用而逐步形成原星系,然后再演化为星系团和星系。热大爆炸宇宙模型描绘了我们的宇宙的起源和演化史:我们的宇宙起源于200亿年前的一次大爆炸,当时温度极高、密度极大。随着宇宙的膨胀,它经历了从热到冷、从密到稀、从辐射为主时期到物质为主时期的演变过程,直至10~20亿年前,才进入大规模形成星系的阶段,此后逐渐形成了我们当今看到的宇宙。1980年提出的暴涨宇宙模型则是热大爆炸宇宙模型的补充。它认为在宇宙极早期,在我们的宇宙诞生后约10-36秒的时候,它曾经历了一个暴涨阶段。
哲学分析 宇宙概念 有些宇宙学家认为,我们的宇宙是唯一的宇宙;大爆炸不是在宇宙空间的哪一点爆炸,而是整个宇宙自身的爆炸。但是,新提出的暴涨模型表明,我们的宇宙仅是整个暴涨区域的非常小的一部分,暴涨后的区域尺度要大于1026厘米,而那时我们的宇宙只有10厘米。还有可能这个暴涨区域是一个更大的始于无规则混沌状态的物质体系的一部分。这种情况恰如科学史上人类的认识从太阳系宇宙扩展到星系宇宙,再扩展到大尺度宇宙那样,今天的科学又正在努力把人类的认识进一步向某种探索中的“暴涨宇宙”、“无规则的混沌宇宙”推移。我们的宇宙不是唯一的宇宙,而是某种更大的物质体系的一部分,大爆炸不是整个宇宙自身的爆炸,而是那个更大物质体系的一部分的爆炸。因此,有必要区分哲学和自然科学两个不同层次的宇宙概念。哲学宇宙概念所反映的是无限多样、永恒发展的物质世界;自然科学宇宙概念所涉及的则是人类在一定时代观测所及的最大天体系统。两种宇宙概念之间的关系是一般和个别的关系。随着自然科学宇宙概念的发展,人们将逐步深化和接近对无限宇宙的认识。弄清两种宇宙概念的区别和联系,对于坚持马克思主义的宇宙无限论,反对宇宙有限论、神创论、机械论、不可知论、哲学代替论和取消论,都有积极意义。
宇宙的创生 有些宇宙学家认为,暴涨模型最彻底的改革也许是观测宇宙中所有的物质和能量从无中产生的观点,这种观点之所以在以前不能为人们接受,是因为存在着许多守恒定律,特别是重子数守恒和能量守恒。但随着大统一理论的发展,重子数有可能是不守恒的,而宇宙中的引力能可粗略地说是负的,并精确地抵消非引力能,总能量为零。因此就不存在已知的守恒律阻止观测宇宙从无中演化出来的问题。这种“无中生有”的观点在哲学上包括两个方面:①本体论方面。如果认为“无”是绝对的虚无,则是错误的。这不仅违反了人类已知的科学实践,而且也违反了暴涨模型本身。按照该模型,我们所研究的观测宇宙仅仅是整个暴涨区域的很小的一部分,在观测宇宙之外并不是绝对的“无”。现在观测宇宙的物质是从假真空状态释放出来的能量转化而来的,这种真空能恰恰是一种特殊的物质和能量形式,并不是创生于绝对的“无”。如果进一步说这种真空能起源于“无”,因而整个观测宇宙归根到底起源于“无”,那么这个“无”也只能是一种未知的物质和能量形式。②认识论和方法论方面。暴涨模型所涉及的宇宙概念是自然科学的宇宙概念。这个宇宙不论多么巨大,作为一个有限的物质体系 ,也有其产生、发展和灭亡的历史。暴涨模型把传统的大爆炸宇宙学与大统一理论结合起来,认为观测宇宙中的物质与能量形式不是永恒的,应研究它们的起源。它把“无”作为一种未知的物质和能量形式,把“无”和“有”作为一对逻辑范畴,探讨我们的宇宙如何从“无”——未知的物质和能量形式,转化为“有”——已知的物质和能量形式,这在认识论和方法论上有一定意义。
时空起源 有些人认为,时间和空间不是永恒的,而是从没有时间和没有空间的状态产生的。根据现有的物理理论,在小于10-43秒和10-33厘米的范围内,就没有一个“钟”和一把“尺子”能加以测量,因此时间和空间概念失效了,是一个没有时间和空间的物理世界。这种观点提出已知的时空形式有其适用的界限是完全正确的。正像历史上的牛顿时空观发展到相对论时空观那样,今天随着科学实践的发展也必然要求建立新的时空观。由于在大爆炸后10-43秒以内,广义相对论失效,必须考虑引力的量子效应,因此有些人试图通过时空的量子化的途径来探讨已知的时空形式的起源。这些工作都是有益的,但我们决不能因为人类时空观念的发展或者在现有的科学技术水平上无法度量新的时空形式,而否定作为物质存在形式的时间、空间的客观存在。
人和宇宙 从本世纪60年代开始,由于人择原理的提出和讨论,出现了人类存在和宇宙产生的关系问题。人择原理认为 ,可能存在许多具有不同物理参数和初始条件的宇宙,但只有物理参数和初始条件取特定值的宇宙才能演化出人类,因此我们只能看到一种允许人类存在的宇宙。人择原理用人类的存在去约束过去可能有的初始条件和物理定律,减少它们的任意性,使一些宇宙学现象得到解释,这在科学方法论上有一定的意义。但有人提出,宇宙的产生依赖于作为观测者的人类的存在。这种观点值得商榷。现在根据暴涨模型,那些被传统大爆炸模型作为初始条件的状态,有可能从极早期宇宙的演化中产生出来,而且宇宙的演化几乎变得与初始条件的一些细节无关。这样就使上述那种利用初始条件的困难来否定宇宙客观实在性的观点失去了基础。但有些人认为,由于暴涨引起的巨大距离尺度,使得从整体上去观测宇宙的结构成为不可能。这种担心有其理由,但如果暴涨模型正确的话,随着科学实践的发展,一定有可能突破人类认识上的困难。
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{Trujillo_r}特鲁希略地区
{Tula}托兰
{Tula_r}托兰地区
{Tututepec}托托特佩克
{Tututepec_r}托托特佩克地区
{Tuxpan}托奇潘
{Tuxpan_r}托奇潘地区
{Tuxtla}托奇特兰
{Tuxtla_r}托奇特兰地区
{Uxmal}乌斯马尔
{Uxmal_r}乌斯马尔地区
{VeraCruz_r}韦拉克鲁斯地区
{Vera_Cruz}韦拉克鲁斯
{Xicalango}希拉兰科
{Xicalango_r}希拉兰科地区
{Yamacraws}亚马科洛
{Yamacraws_Region}亚马科洛地区
{Yaxchilan}雅克奇兰
{Yaxchilan_r}雅克奇兰地区
{Zacapu}萨卡普
{Zacapu_r}萨卡普地区
{Zacatecas}萨卡特卡斯
{Zacatecas_r}萨卡特卡斯地区
英伦地区与城市
{Aberdeen}阿伯丁
{Aberdeen_Region}阿伯丁郡
{Argyle_and_Bute}阿盖尔-比特
{Arran}阿伦
{Arundel}阿伦德尔
{Athenry}阿森莱
{Caernarvon}卡纳封
{Caithness_and_Sutherland_Regions}凯斯内斯-萨瑟兰郡
{Canterbury}坎特伯雷
{Cardiff}加的夫
{Carlisle}卡莱尔
{Castle_Town}卡斯尔顿
{Cheshire_Region}柴郡
{Chester}切斯特
{Connaught_Region}康诺特郡
{Cork}科克
{Cornwall_Region}康沃尔郡
{Cumberland_Region}坎伯兰郡
{Deheubarth_Principality}德赫巴思公国
{Derry}德里
{Dorsetshire_Region}多塞特郡
{Down_Region}唐郡
{Downpatrick}唐帕特里克
{Dublin}都柏林
{Dumfries}邓弗里斯
{Dumfries_Region}邓弗里斯郡
{Dunstaffnage}邓斯代夫纳奇
{East_Anglia}东盎格鲁
{Edinburgh}爱丁堡
{Glasgow}格拉斯哥
{Gloucester}格洛斯特
{Gwynedd_Principality}格温内斯公国
{Hampshire_Region}汉普郡
{Highlands_Region}高地地区
{Inverlochly}因弗洛克莱
{Inverness}因弗内斯
{Isle_of_Arran}阿伦岛
{Isle_of_Islay}艾莱岛
{Isle_of_Islay_Region}艾莱岛地区
{Isle_of_Man}曼岛
{Isle_of_Mull}马尔岛
{Isle_of_Skye_Region}斯凯岛地区
{Kent_Region}肯特郡
{Kirkwall}柯克沃尔
{Lanark_Region}拉纳克郡
{Lancashire}兰开夏郡
{Lancaster}兰开斯特
{Launceston}朗塞斯顿
{Leinster_Region}伦斯特郡
{Lewis}斯托诺韦
{Lifford}利福德
{Lincoln}林肯
{Lincolnshire}林肯郡
{London}伦敦
{London_Region}伦敦地区
{Lothian_Region}洛锡安地区
{Meath_Region}米斯郡
{Montgomery}蒙哥马利
{Morgannwg_Principality}摩根维格公国
{Mull}马尔
{Munster_Region}芒斯特地区
{Newcastle_Upon_Tyne}泰恩-纽卡斯尔
{Northumberland}诺森伯兰
{Norwich}诺里奇
{Nottingham}诺丁汉
{Nottinghamshire}诺丁汉郡
{Orkney_Region}奥克尼郡
{Outer_Hebrides}外赫布里底群岛
{Oxford}牛津
{Oxford_Region}牛津地区
{Pembroke}彭布罗克
{Perth}珀斯
{Perth_Region}珀斯郡
{Powys_Principality}波厄斯公国
{Shaftsbury}沙夫茨伯里
{Shrewsbury}什鲁斯伯里
{Shropshire_Region}什罗普郡
{Skye}斯凯
{Stirling}斯特林
{Stirling_Region}斯特林郡
{Surry_and_Sussex_Regions}萨里-萨塞克斯郡
{Thomond_Region}托蒙德郡
{Tipperary}蒂珀雷里
{Trim}特里姆
{Tyrconnel_Region}泰孔内尔地区
{Ulster_Province}阿尔斯特郡
{West_Country}韦斯特郡
{West_Highlands}西高地地区
{Wick}威克
{Winchester}温切斯特
{York}约克
{Yorkshire}约克郡
十字军地区与城市
{Abydos}阿拜多斯
{Abydos_Region}阿拜多斯地区
{Acre}阿克里
{Acre_Province}阿克里地区
{Adana}阿达纳
{Adana_Province}阿达纳地区
{Al_Basrah}巴士拉
{Al_Suways}苏伊士
{Alanya}阿兰亚
{Alanya_Region}阿兰亚地区
{Aleppo}阿勒颇
{Aleppo_Province}阿勒颇地区
{Alexandria}亚历山大利亚
{Alexandria_Province}亚历山大利亚地区
{Alia}阿利耶
{Alia_Region}阿利耶地区
{Amorium}阿摩利阿姆
{Amorium_Region}阿摩利阿姆地区
{Ankara}安卡拉
{Ankara_Region}安卡拉地区
{Antioch}安条克
{Antioch_Province}安条克地区
{Arab_Camp_2}贝尼海尔拉营地
{Arab_Camp_3}贝尼哈立德营地
{Arab_Camp_6}贝尼苏雷姆营地
{Arsuf}阿苏夫
{Arsuf_Region}阿苏夫地区
{Ascalon}阿什凯隆
{Ascalon_Region}阿什凯隆地区
{Attaleia}阿塔雷亚
{Attaleia_Region}阿塔雷亚地区
{Baalbek_Region}巴勒贝克
{Ballbek}巴勒贝克
{Baghdad}巴格达
{Baghdad_Province}巴格达地区
{Banyas}班亚斯
{Banyas_Region}班亚斯地区
{Basra_Region}巴士拉地区
{Caesarea}凯撒里亚
{Caesarea_Province}凯撒里亚地区
{Cairo}开罗
{Cairo_Province}开罗地区
{Constantinople}君士坦丁堡
{Constantinople_Province}君士坦丁堡地区
{Corum}乔鲁姆
{Corum_Region}乔鲁姆地区
{Damascus}大马士革
{Damascus_Province}大马士革地区
{Diyabakir}迪亚巴克
{Diyabakir_Region}迪亚巴克地区
{Doryleum}多利留姆
{Doryleum_Region}多利留姆地区
{Dumyat}杜姆亚特
{Dumyat_Region}杜姆亚特地区
{Edessa}埃德萨
{Edessa_Province}埃德萨地区
{Heraclea}赫拉克利亚
{Heraclea_Region}赫拉克利亚地区
{Homs}霍姆斯
{Homs_Region}霍姆斯地区
{Iconium}伊康
{Iconium_Province}伊康地区
{Iraklion}伊拉克吕翁
{Isle_of_Crete}克里特岛
{Isle_of_Rhodes}罗德岛
{Jedda}苏莱曼东北营地
{Jedda_Province}贝尼苏莱曼部落
{Jerusalem}耶路撒冷
{Jerusalem_Province}耶路撒冷地区
{Kerak}卡拉克
{Kerak_Region}卡拉克地区
{Kermanshah}克尔曼沙阿
{Kermanshah_Region}克尔曼沙阿地区
{Kirkuk}基尔库克
{Kirkuk_Region}基尔库克地区
{Kirsehir}克尔谢希尔
{Kirsehir_Region}克尔谢希尔地区
{Krak_de_Chavliers_Region}骑士堡地区
{Krak_de_Chevaliers}骑士堡
{Kufa}库法
{Kufa_Region}库法地区
{Laodicea_Region}莱迪西亚地区
{Laodiciea}莱迪西亚
{Limassol}利马索尔
{Malatya}马拉蒂亚
{Malatya_Region}马拉蒂亚地区
{Mosul}摩苏尔
{Mosul_Province}摩苏尔地区
{Nicaea}尼西亚
{Nicaea_Province}尼西亚地区
{Nicosia}尼科西亚
{Northern_Cyprus}尼科西亚地区
{Palaeokastron}帕拉伊奥卡斯通
{Palaeokastron_Region}帕拉伊奥卡斯通地区
{Qarisiya}克瑞西亚
{Qarisiya_Region}克瑞西亚地区
{Raqqa}拉卡
{Raqqa_Region}拉卡地区
{Rhodes}罗德
{Sebastea}塞巴斯蒂亚
{Sebastea_Region}塞巴斯蒂亚地区
{Sinope}锡诺普
{Sinope_Region}锡诺普地区
{Siwa}锡瓦
{Siwa_Region}锡瓦地区
{Smyrna}士麦那
{Smyrna_Province}士麦那
{Southern_Cyprus}利马索尔
{Suways_Region}苏伊士地区
{Tabriz}大不里士
{Tabriz_Region}大不里士地区
{Takrit}塔克利特
{Takrit_Region}塔克利特地区
{Tanta}坦塔
{Tanta_Region}坦塔地区
{Tbilisi}第比利斯
{Tbilisi_Province}第比利斯地区
{Theodoiopolis_Region}塞奥多西奥波利斯地区
{Theodosiopolis}塞奥多西奥波利斯
{Trebizond}特拉布宗
{Trebizond_Province}特拉布宗地区
{Tribelands2}贝尼海尔拉部落
{Tribelands3}贝尼哈立德部落
{Tribelands6}贝尼苏雷姆部落
{Tripoli}的黎波里
{Tripoli_Province}的黎波里地区
{Tyre}提尔
{Tyre_Region}提尔地区
{Van}凡城
{Van_Region}凡城地区
{Yerevan}埃里温
{Yerevan_Province}埃里温地区
条顿地区与城市
{Aarhus}奥尔胡斯
{Abo}阿博
{Agder}阿格德
{Agder_Region}阿格德地区
{Akershus}阿克什胡斯
{Arensburg}阿伦斯伯格
{Arensburg_Region}阿伦斯伯格地区
{Baranavichy}巴拉诺维奇
{Baranavichy_Region}巴拉诺维奇地区
{Bialystok}比亚韦斯托克
{Bialystok_Region}比亚韦斯托克地区
{Bohemia}波希米亚
{Central_Sweden}瑞典中部
{Chernigov}切尔尼戈夫
{Chernigov_Region}切尔尼戈夫地区
{Chornobyl}切尔诺贝利
{Chornobyl_Region}切尔诺贝利地区
{Corland}克兰德
{Cracow}克拉科夫
{Czestochowa}琴斯托霍瓦
{Czestochowa_Region}琴斯托霍瓦地区
{Danzig}但泽
{Denmark_Region}丹麦地区
{Dokshitsy}多克西泽
{Dokshitsy_Region}多克西泽地区
{Dunaburg}多瑙堡
{Finland_Region}芬兰地区
{Gorlitz}格尔利茨
{Gorlitz_Region}格尔利茨地区
{Goteborg}哥德堡
{Gotland}哥特兰
{Halmstad}哈尔姆斯塔德
{Halmstad_Region}哈尔姆斯塔德地区
{Hamburg}汉堡
{Hannover}汉诺威
{Hannover_Region}汉诺威地区
{Hassleholm}海斯勒霍尔姆
{Hassleholm_Region}海斯勒霍尔姆地区
{Hof}霍夫
{Hof_Region}霍夫地区
{Homyel}戈梅利
{Homyel_Region}戈梅利地区
{Hrodna}格罗德诺
{Hrodna_Region}格罗德诺地区
{Jazdow}贾兹都
{Kalmar}卡尔马
{Kalmar_Region}卡尔马地区
{Kaunus}考纳斯
{Kaunus_Region}考纳斯地区
{Kholm}霍尔姆
{Kholm_Region}霍尔姆地区
{Kiev}基辅
{Kiev_Region}基辅地区
{Klodzko}克沃兹科
{Klodzko_Region}克沃兹科地区
{Konigsberg_Region}柯尼希堡地区
{Konisberg}柯尼希堡
{Koszalin}科沙林
{Koszalin_Region}科沙林地区
{L_vov}利沃夫
{L_vov_Region}利沃夫地区
{Lida}利达
{Lida_Region}利达地区
{Lithuania}立陶宛
{Liuboml}琉博莫
{Liuboml_Region}琉博莫地区
{Livonia}立窝尼亚
{Magdeburg}马格德堡
{Magdeburg_Region}马格德堡地区
{Marienburg}马林堡
{Marienburg_Region}马林堡地区
{Masovia}马素比亚
{Mglin}姆格林
{Mglin_Region}姆格林地区
{Minsk}明斯克
{Minsk_Region}明斯克地区
{Mstislavl}姆斯季斯拉夫尔
{Mstislavl_Region}姆斯季斯拉夫尔地区
{Narva}纳尔瓦
{Narva_Region}纳尔瓦地区
{Neustettin}新斯德丁
{Neustettin_Region}新斯德丁地区
{North_Pskov_Region}普斯科夫北部
{Northern_Germany}德意志北部
{Norway_Region}挪威地区
{Novgorod}诺夫哥罗德
{Novgorod_Region}诺夫哥罗德地区
{Olysta}奥里斯塔
{Olysta_Region}奥里斯塔地区
{Palanga}帕兰加
{Palanga_Region}帕兰加地区
{Panevezys}帕涅韦日斯
{Panevezys_Region}帕涅韦日斯地区
{Parnu_Region}派尔努地区
{Pernau}波尔瑙
{Pinsk}平斯克
{Pinsk_Region}平斯克地区
{Plock}普沃茨克
{Plock_Region}普沃茨克地区
{Pomerania}波美拉尼亚
{Potsdam}波茨坦
{Potsdam_Region}波茨坦地区
{Poznan}波兹南
{Prague}布拉格
{Przeworsk}普热沃斯克
{Przeworsk_Region}普热沃斯克地区
{Pskov}普斯科夫
{Reval}雷瓦尔
{Reval_Region}雷瓦尔地区
{Riga}里加
{Roskilde}罗斯基勒
{Siauliai}希奥利艾
{Siauliai_Region}希奥利艾地区
{Skara}斯卡拉
{Skara_Region}斯卡拉地区
{Smolensk}斯摩棱斯克
{Smolensk_Region}斯摩棱斯克地区
{Southern_Poland}波兰南部
{Southern_Sweden}瑞典南部
{Stettin}斯德丁
{Stralsund}施特拉尔松德
{Stralsund_Region}施特拉尔松德地区
{Thorn}索恩
{Thorn_Region}索恩地区
{Tingvalla}廷韦拉
{Tingvalla_Region}廷韦拉地区
{Tosno}托斯诺
{Tosno_Region}托斯诺地区
{Turov}图罗夫
{Turov_Region}图罗夫地区
{Uelzen}于尔岑
{Uelzen_Region}于尔岑地区
{Uppsala}乌普萨拉
{Velikiye_Luki}大卢基
{Velikiye_Luki_Region}大卢基地区
{Vilnius}维尔纽斯
{Visby}维斯比
{Vitebsk}维捷布斯克
{Vitebsk_Region}维捷布斯克地区
{West_Poland}波兰西部
{West_Pomerania}波美拉尼亚西部
{Windau}温道
{Windau_Region}温道地区
{Zealand}西兰
{Zhytomyr}日托米尔
{Zhytomyr_Region}日托米尔地区
{Zubstov}泽布斯托夫
{Zubstov_Region}泽布斯托夫地区
美洲地区与城市
{Aguapalam}阿瓜帕拉姆
{Aguapalam_r}阿瓜帕拉姆地区
{Ahuacatlan}阿瓦卡特兰
{Ahuacatlan_r}阿瓦卡特兰地区
{Alibamu}阿里巴姆
{Alibamu_Region}阿里巴姆地区
{Althun_Ha}阿顿哈
{Althun_Ha_r}阿顿哈地区
{Apache_Camp}阿帕奇
{Apache_r}阿帕奇地区
{Apatzignan}阿帕钦甘
{Apatzignan_r}阿帕钦甘地区
{Caddo}卡多
{Caddo_r}卡多地区
{Calusa}卡卢萨
{Calusa_r}卡卢萨地区
{Canpech}坎佩克
{Canpech_r}坎佩克地区
{Chetumal}切图马尔
{Chetumal_r}切图马尔地区
{Chichen_Itza}奇琴伊察
{Chichen_Itza_r}奇琴伊察地区
{Chickasaw}奇克索
{Chickasaw_Region}奇克索地区
{Chihuahua}奇瓦瓦
{Chihuahua_r}奇瓦瓦地区
{Choctaw}乔克托
{Choctaw_r}乔克托地区
{Cholula}乔鲁拉
{Cholula_r}乔鲁拉地区
{Coahulia}科阿韦拉
{Coahulia_r}科阿韦拉地区
{Coatzalcoalcos}夸赛夸尔科斯
{Coatzalcoalcos_r}夸赛夸尔科斯地区
{Cochimi}科奇米
{Cochimi_r}科奇米地区
{Colotan}科洛坦
{Colotan_r}科洛坦地区
{Comanche}科曼奇
{Comanche_r}科曼奇地区
{Cuahtemoc}夸特莫克
{Cuahtemoc_r}夸特莫克地区
{Cuba}古巴
{Culiacan}库利亚坎
{Culiacan_r}库利亚坎地区
{Danipaguache}塔尼切卡奇
{Danipaguache_r}塔尼切卡奇地区
{Havana}哈瓦纳
{Huaxtepec}瓦斯特佩克
{Huaxtepec_r}瓦斯特佩克地区
{Miccosoukee}密克苏基
{Miccosoukee_r}密克苏基地区
{Mitla}米克特兰
{Mitla_r}米克特兰地区
{Navojoa}纳瓦霍
{Navojoa_Region}纳瓦霍地区
{Ocotlan}奥科特兰
{Ocotlan_r}奥科特兰地区
{Pitic}皮蒂科
{Pitic_r}皮蒂科地区
{Potochan}波顿昌
{Potochan_r}波顿昌地区
{Quezaltenango}希拉杰
{Quezaltenango_r}希拉杰地区
{Quirigua}基里瓜
{Quirigua_r}基里瓜地区
{Tecoman}特科曼
{Tecoman_r}特科曼地区
{Tegucigalpa}特拉科奇卡潘
{Tegucigalpa_r}特拉科奇卡潘地区
{Tehuacan}特瓦坎
{Tehuacan_r}特瓦坎地区
{Tehuantepec}特宽特佩克
{Tehuantepec_r}特宽特佩克地区
{Tenochtitlan}特诺奇蒂特兰
{Tenochtitlan_r}特诺奇蒂特兰地区
{Tequesta}特奇斯塔
{Tequesta_Region}特奇斯塔地区
{Tikal}蒂卡尔
{Tikal_r}蒂卡尔地区
{Tixta_r}蒂科斯特拉地区
{Tixtla}蒂科斯特拉
{Tlaxcala}特拉斯卡拉
{Tlaxcala_r}特拉斯卡拉地区
{Toluca}托洛坎
{Toluca_r}托洛坎地区
{Tongva}通瓦
{Tongva_Region}通瓦地区
{Trujillo}特鲁希略
{Trujillo_r}特鲁希略地区
{Tula}托兰
{Tula_r}托兰地区
{Tututepec}托托特佩克
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{Tuxpan}托奇潘
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{VeraCruz_r}韦拉克鲁斯地区
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{Xicalango}希拉兰科
{Xicalango_r}希拉兰科地区
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{Yaxchilan_r}雅克奇兰地区
{Zacapu}萨卡普
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英伦地区与城市
{Aberdeen}阿伯丁
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{Athenry}阿森莱
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{Caithness_and_Sutherland_Regions}凯斯内斯-萨瑟兰郡
{Canterbury}坎特伯雷
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{Dorsetshire_Region}多塞特郡
{Down_Region}唐郡
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{Lincoln}林肯
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{Lothian_Region}洛锡安地区
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{Montgomery}蒙哥马利
{Morgannwg_Principality}摩根维格公国
{Mull}马尔
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{Newcastle_Upon_Tyne}泰恩-纽卡斯尔
{Northumberland}诺森伯兰
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{Nottinghamshire}诺丁汉郡
{Orkney_Region}奥克尼郡
{Outer_Hebrides}外赫布里底群岛
{Oxford}牛津
{Oxford_Region}牛津地区
{Pembroke}彭布罗克
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{Perth_Region}珀斯郡
{Powys_Principality}波厄斯公国
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{Shrewsbury}什鲁斯伯里
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{Tyrconnel_Region}泰孔内尔地区
{Ulster_Province}阿尔斯特郡
{West_Country}韦斯特郡
{West_Highlands}西高地地区
{Wick}威克
{Winchester}温切斯特
{York}约克
{Yorkshire}约克郡
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所有星系、恒星、行星乃至生命。
虽然整个宇宙的大小尚不清楚,但可以测量可观测宇宙的大小,估计其直径为930亿光年。在各种多重宇宙论中,一个宇宙是一个尺度更大的多重宇宙的组成部分之一,各个宇宙本身都包括其所有的空间和时间及其物质。
扩展资料:
宇宙的组成
宇宙几乎完全由暗能量、暗物质和普通物质组成。其他包括电磁辐射(估计占宇宙总能量的0005%或接近001%)和反物质。在宇宙的历史中,所有类型的物质和能量的比例都发生了变化。在过去20亿年中,宇宙中产生的电磁辐射总量减少了1/2。
当前包括原子、行星、恒星、星系和生命在内的普通物质仅占宇宙质能总量的49%。当前这类物质的总体密度非常低,大约为45×10-31g/cm³,相当于每4立方米体积中只有一个质子的密度。暗能量和暗物质的性质是未知的。暗物质是一种尚未被确认的神秘物质形式,占宇宙总量的268%。暗能量是来自虚无空间的能量,它导致宇宙的膨胀加速,占宇宙总量的683%。
-宇宙
“宇宙”一词,最早大概出自我国古代著名哲学家墨子(约公元前468-376)。他用“宇”来指东、西、南、北,四面八方的空间,用“宙”来指古往今来的时间,合在一起便是指天地万物,不管它是大是小,是远是近;是过去的,现在的,还是将来的;是认识到的,还是未认识到的……总之是一切的一切。
从哲学的观点看。人们认为宇宙是无始无终,无边无际的。不过,对这个深奥的概念我们不打算做深入的探讨,还是留给哲学家们去研究。我们不妨把眼光缩小一些,讲一讲利用我们现有的科学技术所能了解和观测的宇宙,人们把它称为“我们的宇宙”或“总星系”。
在西方,宇宙这个词在英语中叫cosmos,universe,space;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,人们把沿着同一方向朝同一目标共同行动的一群人称为universitas。在最广泛的意义上,universitas 又指一切现成的东西所构成的统一整体,那就是universe,即宇宙。universe和cosmos常常表示相同的意义,所不同的是,前者强调的是物质现象的总和,而后者则强调整体宇宙的结构或构造。
在汉语中,“宇”代表上下四方,即所有的空间,“宙”代表古往今来,即所有的时间,宇:无限空间,宙:无限时间。所以“宇宙”这个词有“所有的时间和空间”的意思。 把“宇宙”的概念与时间和空间联系在一起,体现了我国古代人民的智慧。
从最新的观测资料看,人们已观测到的离我们最远的星系是130亿光年。也就是说,如果有一束光以每秒30万千米的速度从该星系发出,那么要经过130亿年才能到达地球。这130亿光年的距离便是我们今天(2008年)所知道的宇宙的范围。再说得明确一些,我们今天所知道的宇宙范围,或者说大小,是一个以地球为中心,以130亿光年的距离为半径的球形空间。当然,地球并不真的是什么宇宙的中心,宇宙也未必是一个球体,只是限于我们目前的观测能力,我们只能了解到这一程度。
在这个以130亿光年为半径的球形空间里,目前已被人们发现和观测到的星系大约有1250亿个,而每个星系又拥有像太阳这样的恒星几百到几万亿颗。因此只要做一道简单的数学题,你就不难了解到,在我们已经观测到的宇宙中拥在多少星星。地球在如此浩瀚的宇宙中,真如沧海一粟,渺小得微不足道。
一直以来, 天文学家和我们一样,想知道宇宙究竟有多大。最近,美国的太空网报道,经过艰苦的计算工作,天文学家发现宇宙超乎寻常的大,其长度至少为1560亿光年。“这样一个有关宇宙大小的发现,显然是以‘宇宙是球形的,是有限无边的’为前提条件的。”中国国家天文台的研究员陈大明在接受记者专访时说,“长期以来,宇宙学研究领域一直有这样一个争论,宇宙究竟是球形的、马鞍形的、还是平坦的。”北京师范大学副教授张同杰说:“国际主流宇宙学普遍认为宇宙是平坦的,是无限的。”那么,围绕宇宙的争论从何而来?理据何在?一种最为普遍的观点:在大爆炸之后,宇宙诞生了。“根据现代宇宙学中最有影响的大爆炸学说,我们的宇宙是大约137亿年前由一个非常小的点爆炸产生的,目前宇宙仍在膨胀。”陈大明研究员说,“这一学说得到大量天文观测的证实。”这一学说认为,宇宙诞生初期,温度非常高,随着宇宙的膨胀,温度开始降低,中子、质子、电子产生了。此后,这些基本粒子就形成了各种元素,这些物质微粒相互吸引、融合,形成越来越大的团块,这些团块又逐渐演化成星系,恒星、行星,在个别的天体上还出现了生命现象,能够认识宇宙的人类最终诞生了。宇宙是球形的、有限无边的?“认为宇宙是球形的观点在很长时间内存在着,尽管不是国际宇宙学界的主流。”陈大明介绍说,“它的每一次提出,都会引起人们的关注,就是因为这一观点很奇特。”一个最为明显的例子就是不久前,由美国数学家杰弗里·威克斯构建的宇宙模型:一个大小有限、形状如同足球的镜子迷宫。“形如足球”的模型令科学界震惊,因为这一学说宣称,宇宙之所以令人产生无边无界的“错觉”,是因为这个有限空间通过“返转”效应无限重复映现自身。威克斯认为,人们之所以感觉宇宙是无限的,是因为宇宙就像一个镜子迷宫,光线传过来又传过去,让人们发生错觉,误以为宇宙在无限伸展。这一惊人推断后来被《新科学家》杂志收录,同时作为一种“奇谈”在民间广为流传着。
直径大概是13万光年,太阳距离银河系的中心是两万七千光年。
那么现代生活里头,我们生活在城市里的人已经很少能够欣赏到银河的美景了,因为城市里头,实际上看到的是灯河而不是星河。现在看星河必须到郊区去、或者到一些山区去,那么就看得非常好了。那么我现在给大家看一张图,这张图就是牛郎织女隔河相望的图,那么这条“河”是什么“河”呢?这条“河”就是银河。只要有牛郎织女这个故事的存在,那么就是有银河的认识。我们可以看到在夏季的星空里头,在天空有一道很亮的光带。那么对于这样一条银河,它究竟本质上是什么东西呢?什么时候才揭开这个谜呢?这是要等到1610年的时候,就是伽利略发明了望远镜,他用他的望远镜第一次指向天空的时候,他就把它指向了银河。我们在看到这条银河的时候,你有没有想过说是我能把它想像成什么?确实不是很容易,你得好好想一想。说怎么就会形成这么一条银河呢?那么英国有一个天文学家叫莱特,他想像这个宇宙是一个球,在球上这个星风是不均匀的。就是在球上的一条带上,恒星比较聚集,而球的中间,就是我们地球。那么这样大家可以想像,从地球看上去,你看到球上面就有一条星带,所以在不同季节你都可以看到这条银河,这样的话他构造出这么一个宇宙来,这是在1750年他发表了这么一篇论文。
但是5年以后有一个哲学家叫康德,康德他不同意莱特这个观点。他认为银河系应该是像一个铁饼的形状。那么赫歇耳就要来分析这样说是不是正确的。赫歇耳做的工作是用望远镜来数星星,大家知道在望远镜里头看到的星星太多太多,那么赫歇耳数了多少呢?17万多颗星,真是一个非常辛苦的工作。他做了很多年,怎么做呢?他把天空划分为三百多个区,他在这三百多个区里头,每一个区他来数这个区有多少星。这个区是被四周围围着,就是四个方向都有,各个方向都有。那么这样计算出来以后他就可以构建一个银河系的模型,这个时候经过这么辛勤的工作,那么赫歇耳构造出银河系的模型。也就是到了1785年这样一个时候,真正是从银河,就是从河流这个概念变成了一个系,就是恒星所组成的一个系统。那么这个系统呢,就是我们今天所要给大家讲的,就是银河系其实认识的过程是挺不容易的,我们从想像一个美丽的传说到真正变成一个恒星的系统,中间几乎经过两千多年,我们才走到这一步。
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那么现代生活里头,我们生活在城市里的人已经很少能够欣赏到银河的美景了,因为城市里头,实际上看到的是灯河而不是星河。现在看星河必须到郊区去、或者到一些山区去,那么就看得非常好了。那么我现在给大家看一张图,这张图就是牛郎织女隔河相望的图,那么这条“河”是什么“河”呢?这条“河”就是银河。只要有牛郎织女这个故事的存在,那么就是有银河的认识。所以这样的话,我们就要提一个问题,说究竟牛郎织女这个故事在中国它发生在什么时代呢?什么时候我们中国人就已经知道天上有这么一条河,或者明确地表达出来说这是一条银河呢?
我想至少可以追溯到西周时代,也就是三千多年以前吧。为什么这么说呢?因为在《诗经》里头有一首诗叫《大东》,它是这么讲的:“跂彼织女,终日七襄。虽则七襄,不成报章。皖彼牵牛,不以服箱。”我用现代汉语把这首诗表达出来是什么意思呢?就是说,在天上的织女每天需要差不多14个小时在天空中运行。就是说我们如果是从织女星开始出来,一直到它落下地平线大概需要14个小时。那么过去我们叫七个时辰。在这么长的时间内,织女在天上运行,但是她没有织成一匹布。这首诗产生的时代是在西周时代,而且说河对岸的那个牛郎给她拿着箱子,但是箱子里头是空的。为什么呢?因为织女没有织出布来。在不同民族的国家里头,对银河都有一些不同的想像,比方说在西方,银河叫milk way,什么意思?就是奶路,就是由奶铺成的路。我们看到银河是一条发白颜色的这么一个光带,那么这个光带呢,被想像成奶流出来的一条路。但是milk way叫银河,这是希腊神话里头,就是它的主神宙斯的妻子赫拉,她的孩子把她的乳房抓破了,所以这个奶就流到天上去了。不同民族有不同的想像,但是中国人的想像最浪漫,最有诗情画意。我们牛郎织女隔着一条河,而且每年在七月初七的时候,牛郎织女要通过鹊桥来相会。
但实际上从天文学上来讲的话,他们俩相聚要16光年,实际上讲相聚还是很困难的。那么关于牛郎织女这个星空呢,我们可以看到在夏季的星空里头,在天空有一道很亮的光带。在这个光带里头,这儿有一个织女星,在河的对岸有一个牛郎星。这就是他们隔着河,但是这条河在夏季看得非常明显。那么对于这样一条银河,它究竟本质上是什么东西呢?什么时候才揭开这个谜呢?这是要等到1610年的时候,就是伽利略发明了望远镜,他用他的望远镜第一次指向天空的时候,他就把它指向了银河。这条银河大家已经想像很多年了,那么现在伽利略把望远镜指向它的时候,发现这条“奶路”原来是星河,就是非常密集的恒星所组成的这么一条河。所以第一次揭开银河之谜的呢?应该讲是用望远镜揭开的,是伽利略所做的工作。这个工作距离我们刚才说牛郎织女这个传说已经过了两千年了。但是伽利略发现了这个星河以后,就此停步了。伽利略以后真正关心这个银河系的人应该是赫歇耳,赫歇耳本来是一个音乐家,他是一个合唱团的指挥,同时也还作曲,但是他的业余爱好是天文学。实际上后来的发展变成什么?他主要的工作是天文学,音乐成了他的业余爱好。赫歇耳在1785年左右,他要关注一下,伽利略所看到的这个银河到底是怎么回事情?那么他把它作为一个研究的目标。那么在赫歇耳之前,也还有一些别的人想过,这个银河到底是怎么回事情?我们现在这些人,我们在看到这条银河的时候,你有没有想过说是我能把它想像成什么?确实不是很容易,你得好好想一想。说怎么就会形成这么一条银河呢?那么在此之前英国有一个天文学家叫赖特,他想了一下,他想像这个宇宙是一个球,在球上这个星风是不均匀的。就是在球上的一条带上,恒星比较聚集,而球的中间,就是我们地球。那么这样大家可以想像,从地球看上去,你看到球上面就有一条星带,所以在不同季节你都可以看到这条银河,这样的话他构造出这么一个宇宙来,这是在1750年他发表了这么一篇论文。
但是5年以后有一个哲学家叫康德,康德他不同意赖特这个观点。他另外有一个想法,他说如果这个行星组成这么一个系统,就好像咱们现在扔的铁饼形状,大家可以想像,如果我们处在铁饼中心的话,你向着铁饼盘面的方向看,那么这个上面的恒星就应该很密集。如果你向着铁饼饼面的上方和下方看的话,那么星就应该少,这个是可以想出来的。所以康德他不同意银河系是一个圆球状分布的一个带,而是像铁饼形状这么一个带。但是他毕竟是一个哲学家的思考,哲学家思考他是要靠推理的,这个推理非常有道理。那么赫歇耳他就要来分析他们谁说得对,那么赫歇耳的工作,他跟哲学家做的工作不一样。哲学家靠推理,天文学家要靠观测,而且这个观测做得非常笨。什么意思呢?他得在天上数星星,我们知道城市里头灯光这么多,我们看不见几颗星,大家如果数星星的话,我能数得见。如果说你到了一个很黑暗的地方,那个星星你就数不清了。为什么?太多了!那么赫歇耳的工作是用望远镜来数星星,大家知道在望远镜里头看到的星星太多太多,那么赫歇耳数了多少呢?17万多颗星,真是一个非常辛苦的工作。他做了很多年,怎么做呢?他把天空划分为三百多个区,他在这三百多个区里头,每一个区他来数这个区有多少星。这个区是被四周围围着,就是四个方向都有,各个方向都有。那么这样计算出来以后他就可以构建一个银河系的模型,这个时候经过这么辛勤的工作,那么赫歇耳构造出银河系的模型,这个银河系的模型,就是高度跟宽度的比,应该是四比一这么一个比例。也就是说长的方向是四的话,厚度的方向就是一,四比一这么一个银河系。在这个银河系的太阳,是在银河系中心的附近。到了1785年这样一个时候,真正是从银河,就是从河流这个概念变成了一个系,就是恒星所组成的一个系统。那么这个系统就是我们今天所要给大家讲的,就是银河系其实认识的过程是挺不容易的,我们从想像一个美丽的传说到真正变成一个恒星的系统,中间几乎经过两千多年,我们才走到这一步。
我们认识银河系其实是比较困难的,为什么呢?我用了一句话借用苏轼的诗,我们“难识银河真面目,只缘身在此河中。”因为我们自己在银河系里头,我们来认识这个银河系是很困难的。我打一个比方,比方说我们自己是一个智能的红细胞,我们在身体里头可以随着血液去循环,我们这个智能的红细胞,我们可以认识自己的器官。但是你要问它,说这个人到底是什么样?它说不出来,因为它在人的身体里头。我们现在认识银河系的困难也在这儿,我们自己在里头,我们不知道它什么形状?那么现在这张图就是我们看到的河外星系,其他的星系。它是一个漩涡状的,那么我们就可以来反推自己的银河系是一个漩涡状的星系。这个旋涡状星系它有多大呢?直径大概是13万光年,太阳距离银河系的中心是两万七千光年。那么银河系呢,它的主要结构就是说有一个核心,叫做银心。那么这个核球以外有一个银盘,也就是刚才我们说的这个盘面的结构,这个银盘有13万光年直径。然后,外围是叫银晕。
那么银河系它是有旋臂的,什么叫旋臂?银河系的核心,这个盘的结构不是像铁饼那么一个板块,而是什么呢?就是里头是漩涡的,这种漩涡结构,大家可以想到如果我们自己在银河系里头你要想看到旋臂的话,那是非常困难的,大家现在晚上看到银河,你要想把看到的这个银河想像成一个恒星的系统这已经是比较困难了。如果你还想在这个里头找到旋臂的话,那就更困难了。为什么呢?因为我们的银河系里头还有暗的物质,看不见。它挡住你的光,所以你看不见。你看不见的话,这时候你要想认识后面的星,就很困难。但是难不住天文学家,还是有很多很聪明的天文学家,他们怎么办呢?他们在别的星系里头,就是离开我们银河系,我们看到了别的星系。在别的星系里头也有这样的漩涡星系,那么这个漩涡星系它这个旋臂上是一些什么星呢?是一些蓝颜色的很热的星,而这些星只能在旋臂上出现。这些天文学家就受到启发,我观测这个银河系里头这些温度特别高的星,就是发蓝颜色、发白颜色的星。观测的结果呢,找到了旋臂。这是一个美国天文学家叫摩根,找到这个旋臂已经要到1951年以后了。所以我们认识银河系其实是在20世纪才有比较大的进展,就是我们认识到这个旋臂的存在。
在20世纪50年代还有一个进展,我们要值得提一下,就是我们的射电天文学。射电天文学就是用无线电望远镜,来接收来自天体的无线电波。那么接受无线电波,我们就可以来分析这个天体的情况了。而在这个银河系的旋臂上,它发射一种特别的无线电波,这个波长是21厘米。如果说你能够有一个射电望远镜,你能观测21厘米的这么一个波段的观测的话,那么你就能解开银河系旋臂之谜。那么经过了天文学家的观测,证实光学的观测是对的。于是我们认识到了银河系其实跟别的漩涡星系一样有旋臂。在20世纪20年代,还观测了很多漩涡星系。那么这个时候就提出两个问题来,一个问题是什么呢?说这些漩涡星系是在银河系里头,还是在银河系之外?这是一个问题。第二个问题,说我们观测到的这些漩涡星系,它基本上都不在银河附近,是离开银河比较远的地方。那么这是为什么?天文学家沙普利的解释,说这些星云其实都在银河系里头。但是,美国天文学家柯蒂斯他不是这么认为,他认为这些漩涡星系一定是离开银河系比较远的。于是呢,就重点观测了一个星系叫仙女座星云,那么仙女座星云当时柯蒂斯估计它有五十万光年这么远。五十万光年这么远的话,银河系大小是十万光年左右,那么五十万光年肯定在银河系之外了。但是沙普利不同意,所以这一场辩论,在天文学上叫做伟大的辩论。为什么叫伟大的辩论呢?我们来想,我们刚才讲了,太阳现在已经不在银河系的中心了,现在进一步发现是什么意思呢?其实银河系在众多的星系里头,也是一个很普通的漩涡星系。就是我们在银河系之外,还有很多很多的漩涡星系。所以这样一个结果意味着什么呢?就是说不但太阳不在银河系的中心,而且银河系也绝不是宇宙的中心,宇宙中间存在着很多很多类似于我们银河系的这样一个星系。所以这样讲的话,大家就明白了,就是说我们生存在一个很大的恒星系统里头,这个恒星系统叫做银河系。但是这个银河系其实在宇宙中间还是一个很普通的星系。
那么这个漩涡星系它为什么会有旋臂,那么就是有一种理论认为在银河系里头它有一个密度波。而这个旋臂就生存在密度波密集的时候,就是这个密集的这个波在传到旋臂这个地方的时候,就形成了恒星密集的旋臂。实际上我们现在,太阳,有时候就在旋臂里头,有时候就出去了。那么有没有观测证据呢?我们有观测证据,什么样的观测证据呢?我们知道太阳系中间,有九大行星,那么九大行星中间的空隙里头是什么呢?我们过去讲,说是行星际物质,就是行星际有一些物质。当太阳在银河系的旋臂里头穿梭的时候,我们知道银河系旋臂里头那些物质它就会进入到太阳系。因此我们在太阳系里头,实际上就发现了很多不是太阳系的物质,而是行星际的物质在太阳系里头。而现在就是说,太阳在旋臂里头有时候就是穿进去,有时候穿出来,这个就叫做密度波理论。
有了这个密度波,它可以给我们很好地回答一下为什么会形成这个旋臂?但是这个旋臂,还有非常有意思的事情。是什么呢?就是旋臂是银河系里头新的恒星诞生的摇篮,就是说我们每年银河系都会有新的恒星生成。好像它也是不断地在有新的生成、有老的死去。那么死去的这些老化的星呢,每一百年至少会有一颗星老化,但是新生的星每年大约会有十颗左右在新生。那么这样一些新生的星出现在什么地方呢?就出现在银河的旋臂上,因为什么呢?因为旋臂刚才我们讲了在密度波走到这样的时候,它压缩这些星系的物质,使得恒星的形成成为可能。我们现在呢就是讲到了银河的旋臂,那么银河还有一个要讲的是什么呢?这个银河刚才讲的,说太阳在银河系里头有运动。那么银河系本身自己有没有运动呢?我们天文学家说话需要靠观测,我们需要靠观测事实来说话。
当我们观测恒星的时候,我们会有一些新的发现。就是说观测了很多星,我们测量这个星,它的运动。它在天空横的方向上这种运动我们叫做自行。还有一种运动,是在我们视线方向上的运动。大家可以想,如果一辆汽车跟你的视线方向是一致的,它在运行的时候其实你很难估计它离你多远,或者说它走得多快,你看不出来。就是汽车迎面而来,或者说背向你去的时候,你看不出它走得多快。但是这个纵的方向,就是向着我们视线方向的运行,我们也有办法来观测。什么办法呢?我们常常在外头旅行的人们你有没有这样一个经验,当你坐火车的时候,那么在火车运行的过程中,如果说前方有一列火车跟你迎面而来的时候。大家听到这个声音就是越来越尖锐,就是这个火车的声音越来越尖锐。当这个车互相离开的时候,你听到声音是越来越钝,也就说在运动的两列车互相听起声音来它的频率会变化。
同样的道理,我们在观测一颗恒星的光的时候,我们把这个光分解成光谱。我们在观测它的光谱的时候发现,这个谱线会有一种运动。它的运动就会表示出来这个光的频率的变化,当这颗星接近我们的时候,它应该是比较尖锐。那么也就是说,它会发蓝颜色,就是更向蓝走一点。如果说它背向我们去的时候,它会钝一点,向红的方向走一点。所以这种速度我们叫做视向速度,就是眼睛看出去的视向速度,当我们分析天体运行的各种速度的时候,经过了多少年分析以后,我们发现其实银河系是在转动的。我们太阳附近的这个银河系转动的速度有多快呢?每秒钟220公里,这是一个很高的速度。大家想一想,我们发一个人造卫星,只要每秒8公里,它就可以围着地球转了,也就是说只要有一个8公里的速度它就可以出去了。但是我们太阳在银河系这一部分的旋转速度,是每秒钟220公里,是一个很高的速度。那么这样高速度的一个运行呢,就使得我们知道银河系本身也是在转动。关于转动呢,常识告诉我们,我们认识这种现象,比方说我们地球围着太阳转,金星、火星、木星、土星都在围着太阳转。那么这时候在描述这些行星围绕太阳运动的时候,我们有一个规律,我们叫做开普勒定理。也就是说围着它有一定的规律来运行,那么服从这个开普勒定理的一种运行是随着距离的不同速度不一样。但是在银河系里头呢,它既不是一个刚体的运行,就是说不像铁饼这么旋转,不是说大家连在一块的,不是这种旋转方式,又不是像太阳系里头行星围绕太阳这么旋转。它是在不同的地方运动的速度不一样,为什么呢?大家可以想到,我们太阳系的天体在运行的时候,你围绕的中心是一个太阳,就这么一个天体。而银河系里面不但围绕银河系的核心,而且银河系,比方说太阳距离银河系的核心还有两万七千光年,在这两万七千光年的距离内还有很多的星,这些星它的质量都会汇聚到银河系中心来计算。也就是说,如果说离开太阳更远的星,那么它中心的质量就会更大。因为什么呢?我们太阳以内的这些星质量也就都算进去了,所以这个质量在不断地变化,核心部分的质量在不断地变化。它们互相有一个不一样的速度,所以比较复杂。但是我们现在认识到了什么呢?银河系是由恒星构成的一个庞大的集团,那么它至少有一千多亿颗星。那么这样一些星,组成这么一个集团。它还在不断地旋转,而这种旋转随着距离银河系核心的部分,远近的不一样,它旋转的速度也不一样。我们知道测量太阳附近这样的速度,大概是在每秒钟220公里这么一个速度。知道银河系在旋转,又知道银河系本身是一个漩涡星系,它有很多旋臂。这个旋臂非常有意思,是我们银河系里头恒星诞生的一个场所,这是我们讲到了银河系的外围部分。
那么我们要讲到银河系的核心部分,这个核球也还是比较大的。因为银河系的核球非常密集,我们需要看人马座,就是沿着人马座方向看,需要在夏天看。夏天在银河系的南边,看南方天空就可以找到人马座。我们可以看到那个地方非常地亮,这个亮表示那个地方是银河系的中心。那么银河系中心它应该是有一个比较大的黑洞,为什么呢?黑洞大家知道,黑洞它本身的质量非常大,这个质量大到什么程度呢?这个光只进不出,它可以把外头的物质吸进去。但是呢,连光都从它本身,黑洞里头跑不出来,因为它的引力太大了。那么银河系中心,应该有这么一个庞大的黑洞来维持着银河系庞大的引力。那么我们有什么证据来证明银河系核心呢?有可能有黑洞,而且是一个比较大的黑洞。主要的就是说在银河系的核心部分,我们可以观测到强烈的X射线辐射,而且红外辐射也特别强。它是什么意思呢?就是说当物质高速旋转接近黑洞的时候,被黑洞吞掉的时候,这个时候它由于运动的速度非常高,它会辐射X射线。而且它周围星的运动速度都是非常快的,就是在银河系核心部分,运动速度非常快。所以我们想,银河系的核心那么它应该是有一个黑洞。
现在,我们已经知道银河系在整个宇宙里头是一个很普通的星系。是宇宙中间的一个“星岛”,很普通。那么现在我们讲,说这个银河系它是孤零零的吗?它是不是更复杂呢?实际上我们在观测银河系的时候,我们发现银河系的周围还有一些别的星系。那么这样的话,我们银河系到底势力范围有多大呢?或者说我们银河系这样一个引力的范围能大到多么大呢?至少是在89万光年,接近100万光年。我们刚才讲的,说银河系大小是13万光年,现在差不多一百万光年这么范围之内,都是银河系的势力范围。也就是说,银河系这个漩涡星系,它还有很多伴侣,它们共同构成了这么一个庞大的恒星集团。那么银河系将来还是会发生一些变化,也就是这些个伴侣,它会在银河系强大的引力下,逐渐地向银河系靠拢。
比方说像麦哲伦云,就以每年一千公里的速度,在向着银河系靠近。那么也许在几十亿年以后,麦哲伦云也会和银河系相撞的。那么这是我们银河系本身,它还有一个空间的范围,还有一些伴侣。在银河系里头呢,如果说我们能够观测到银河系,能够分析出银河系是个什么结构来。我们刚才讲了,是因为在银河系里头有那么一个太阳,而在太阳周围有一颗行星叫做地球,这个地球上它有高级智慧生命,就是我们人类自己。我们能够观测星空,不但解开银河系之谜,而且我们可以解开银河系以外还有哪些星系跟我们银河系是有关系的。那么这么说,就提出这么一个问题来,在银河系里头还有没有跟我们地球一样的有高级智慧的这种生命存在呢?如果再往大了说的话,那么在银河系以外,其他的漩涡星系有没有智慧生命存在呢?那么它们之间有没有可能进行交流呢?这是大家非常关心的一个问题。那么我们首先说,在太阳系里头地球这么一个特殊的环境里头,能够形成人类这种高级智慧生命,其实不是很容易的。如果说你按照康德的那种哲学的一种推理方式来推理的话,你可以这么想,我们太阳在银河系里头是很普通的一颗星。它就是一个中等大小的一个**的星,这样的星在银河系里头很多。那么既然在太阳周围有智慧生命,我们就可以想到,就是温度不高也不低的那些恒星周围也有可能有智慧生命,这是顺理成章的一件事情。但是当你真正去分析我们地球上的生命跟其他行星对比的时候,大家就会想到,其实也不那么简单,并不是说任何一个类似太阳的恒星周围就一定会有智慧生命。
所以这样的话,就是说实际上分析起来,我们对比太阳系,智慧生命并不是那么容易产生。所以银河系尽管有很多跟太阳相同的星,并不是说,这些星周围就一定会有智慧生命。至于说银河系它是怎么生成的?应该说是在宇宙那次大爆炸过程中产生的,和其他星系一样的一个产生过程。当然这个产生过程,现在仍然是科学研究里头一个非常热门的话题,因为现在并没有解决,就说是到底这个星系怎么就形成了?至少我们可以这么说,就是在大爆炸以后,在宇宙中间已经形成了原子,出现了核,由于它质量的一些不稳定性,就是在宇宙中存在着一些不稳定性,那么它有些聚集。庞大的物质聚集在一起,逐渐地形成了这么一个星系。那么我们现在的观测,可以这么讲,我们已经观测到了在宇宙中间不均匀性的一些信息。比方说发射了卫星,它在观测微波背景的时候,已经观测到它有些不均匀的东西。那么这种不均匀的东西,会导致早期的宇宙里头它有些不稳定性,会导致星系的产生。应该说我们银河系也是那个时候的一个产物,所以这个银河系呢,我们自己在银河系里头来研究银河系的时候,就帮助我们来认识其他的星系。通过这样一些星系我们来解开宇宙之谜,就是说宇宙到底是怎么形成的?它会向哪个方向去?你要想解决这么一个最大的问题,你首先得踏踏实实把我们的银河系认识清楚。
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