在地球形成之前,宇宙中有许多小行星绕著太阳转,这些行星互相撞击, 形成了原始的地球,当时的地球还是一颗灸热的大火球,随著碰撞渐渐减少,地球开始由外往内慢慢冷却,产生了一层薄薄的硬壳--地壳,这时候地球内部还是呈现炽热的状态。地球内部喷出大量气体,
其中带著大量的水蒸气,这些水蒸气就形成了一圈包围在地球外围的大气层,地球距离太阳的位置不会太近而致使水蒸气被太阳蒸干,地球本身的大小又有足够的引力将大气层拉住,所以地球才会有得天独厚的大气环境,
大气层形成之后就开始降雨,而形成了原始的海洋。
大约在47亿年前,宇宙中尘埃聚集,形成了地球及其所在的太阳系的其他星球。当时的空气中不含有氧气,而含有很多二氧化碳(碳酸气体)、氮气。
最初的地球很小,但不断有宇宙中的尘埃及小的星体撞击,体积不断增大。而且撞击时能量聚集,温度不断上升,最终融化为液体。
不久,星体撞击的次数减少,地球表面的温度降低,形成地壳。这就是今天的地表。但是,地球内部的岩浆不断喷涌,形成大量的火山。火山灰中的水蒸气冷却凝结为水,从而形成海洋。
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2。宇宙又是怎么来的
宇宙大爆炸(Big Bang)仅仅是一种学说,是根据天文观测研究后得到的一种设想。 大约在150亿年前,宇宙所有的物质都高度密集在一点,有着极高的温度,因而发生了巨大的爆炸。大爆炸以后,物质开始向外大膨胀,就形成了今天我们看到的宇宙。大爆炸的整个过程是复杂的,现在只能从理论研究的基础上,描绘过去远古的宇宙发展史。在这150亿年中先后诞生了星系团、星系、我们的银河系、恒星、太阳系、行星、卫星等。现在我们看见的和看不见的一切天体和宇宙物质,形成了当今的宇宙形态,人类就是在这一宇宙演变中诞生的
[演观点提出过程]
人们是怎样能推测出曾经可能有过宇宙大爆炸呢?这就要依赖天文学的观测和研究。我们的太阳只是银河系中的一两千亿个恒星中的一个。像我们银河系同类的恒星系 —— 河外星系还有千千万万。从观测中发现了那些遥远的星系都在远离我们而去,离我们越远的星系,飞奔的速度越快,因而形成了膨胀的宇宙。
对此,人们开始反思,如果把这些向四面八方远离中的星系运动倒过来看,它们可能当初是从同一源头发射出去的,是不是在宇宙之初发生过一次难以想象的宇宙大爆炸呢?后来又观测到了充满宇宙的微波背景辐射,就是说大约在137亿年前宇宙大爆炸所产生的余波虽然是微弱的但确实存在。这一发现对宇宙大爆炸是个有力的支持。
宇宙大爆炸理论是现代宇宙学的一个主要流派,它能较满意地解释宇宙中的一些根本问题。宇宙大爆炸理论虽然在20世纪40年代才提出,但20年代以来就有了萌芽。20年代时,若干天文学者均观测到,许多河外星系的光谱线与地球上同种元素的谱线相比,都有波长变化,即红移现象。
到了1929年,美国天文学家哈勃总结出星系谱线红移星与星系同地球之间的距离成正比的规律。他在理论中指出:如果认为谱线红移是多普勒效应的结果,则意味着河外星系都在离开我们向远方退行,而且距离越远的星系远离我们的速度越快。这正是一幅宇宙膨胀的图像。
1932年勒梅特首次提出了现代宇宙大爆炸理论:整个宇宙最初聚集在一个“原始原子”中,后来发生了大爆炸,碎片向四面八方散开,形成了我们的宇宙。美籍俄国天体物理学家伽莫夫第一次将广义相对论融入到宇宙理论中,提出了热大爆炸宇宙学模型:宇宙开始于高温、高密度的原始物质,最初的温度超过几十亿度,随着温度的继续下降,宇宙开始膨胀。
大爆炸理论是关于宇宙形成的最有影响的一种学说,大爆炸理论诞生于20世纪20年代,在40年代得到补充和发展,但一直寂寂无闻。 40年代美国天体物理学家伽莫夫等人正式提出了宇宙大爆炸理论。该理论认为,宇宙在遥远的过去曾处于一种极度高温和极大密度的状态,这种状态被形象地称为“原始火球”。所谓原始火球也就是一个无限小的点,现在的宇宙仍会继续膨胀,也就是无限大,有可能宇宙爆炸的能量散发到极限的时候,宇宙又会变成一个原始火焰即无限小的点以后,火球爆炸,宇宙就开始膨胀,物质密度逐渐变稀,温度也逐渐降低,直到今天的状态。这个理论能自然地说明河外天体的谱线红移现象,也能圆满地解释许多天体物理学问题。直到50年代,人们才开始广泛注意这个理论。
60年代,彭齐亚斯和威尔逊发现了宇宙大爆炸理论的新的有力证据,他们发现了宇宙背景辐射,后来他们证实宇宙背景辐射是宇宙大爆炸时留下的遗迹,从而为宇宙大爆炸理论提供了重要的依据。他们在测定银晕气体射电强度时,在7.35cm波长上,意外探测到一种微波噪声,无论天线转向何方,无论白天黑夜,春夏秋冬,这种神秘的噪声都持续和稳定。相当于三K摄氏度的黑体发出的辐射。这一发现使天文学家们异常兴奋,他们早就估计到当年大爆炸后,今天总会留下点什么,每一个阶段的平衡状态,都应该有一个对应的等效温度,作为时间前进的嘀嗒声。彭齐亚斯和威尔逊也因此获1978年诺贝尔物理学奖。
20世纪科学的智慧和毅力在霍金的身上得到了集中的体现。他对于宇宙起源后10 ~ 43秒以来的宇宙演化图景作了清晰的阐释. 宇宙的起源:最初是比原子还要小的奇点,然后是大爆炸,通过大爆炸的能量形成了一些基本粒子,这些粒子在能量的作用下,逐渐形成了宇宙中的各种物质。至此,大爆炸宇宙模型成为最有说服力的宇宙图景理论。然而,至今宇宙大爆炸理论仍然缺乏大量实验的支持,而且我们尚不知晓宇宙开始爆炸和爆炸前的图景。变中诞生的。
【理论观点】
大爆炸理论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(见元素合成理论)。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。
从1948年伽莫夫建立热大爆炸的观念以来,通过几十年的努力,宇宙学家们为我们勾画出这样一部宇宙历史:
大爆炸开始时 约137亿年前,极小体积,极高密度,极高温度。
大爆炸前10~43秒 宇宙从量子背景出现。
大爆炸前10~35秒 同一场分解为强力、电弱力和引力。
大爆炸前10~5秒 10万亿度,质子和中子形成。
大爆炸后0.01秒 1000亿度,光子、电子、中微子为主,质子中子仅占10亿分之一,热平衡态,体系急剧膨胀,温度和密度不断下降。
大爆炸后0.1秒后 300亿度,中子质子比从1.0下降到0.61。
大爆炸后1秒后 100亿度,中微子向外逃逸,正负电子湮没反应出现,核力尚不足束缚中子和质子。
大爆炸后13.8秒后 30亿度,氘、氦类稳定原子核(化学元素)形成。
大爆炸后35分钟后 3亿度,核过程停止,尚不能形成中性原子。
大爆炸后30万年后 3000度,化学结合作用使中性原子形成,宇宙主要成分为气态物质,并逐步在自引力作用下凝聚成密度较高的气体云块,直至恒星和恒星系统。
根据哈勃常数也可以推算大约150亿年前,宇宙起始于一个奇点。
温格.波缪说:“爆炸1/100秒时,温度为1000亿摄氏度,宇宙处于最简单的热平衡状态。从纯能量中产生出来的光子和正负电子搅和在一起,连幻影般的中微子也泡在这盆热汤(就是我们所说的基本粒子浓汤)里。光子和质子的比例为10比1。爆炸1秒后,温度降到100亿摄氏度,中微子开始抽身逃离热平衡。三分钟是个划时代的时间,温度降到10亿摄氏度,正负电子湮灭完成。宇宙主要由光、正反中微子组成,核粒子只占很少份额,其中氢和氦的比例为73∶27。另外就是湮灭中多出来的与核粒子同样稀少的电子。此后70万年没有大事发生,直至温度降到3000摄氏度,自由电子渐渐各有其主,与核结成了氢和氦,物质于是脱离了辐射的热平衡,宇宙开始透明。
大爆炸宇宙模型(big-bang model)
一种广为认可的宇宙演化理论。其要点是,宇宙是从温度和密度都极高的状态中由一次“大爆炸”产生的。时间至少发生在100亿年前。这种模型基于两个假设:第一是爱因斯坦提出的,能正确描述宇宙物质的引力作用的广义相对论;第二是所谓宇宙学原理,即宇宙中的观测者所看到的事物既同观测的方向无关也同所处的位置无关。这个原理只适用于宇宙的大尺度上,而它也意味着宇宙是无边的。因此,宇宙的大爆炸源不是发生在空间的某一点,而是发生在同一时间的整个空间内。有这两个假设,就能计算出宇宙从某一确定时间(称为普朗克时间)起始的历史,而在此之前,何种物理规律在起作用至今还不清楚。宇宙从那时起迅速膨胀,使密度和温度从原来极高的状态降下来,紧接着,预示质子衰变的一些过程也使物质的数量远超过反物质,如同我们今天所看到的一样。许多基本粒子在这一阶段也可能出现。过了几秒钟,宇宙温度就降低到能形成某些原子核。这一理论还预言能形成一定数量的氢、氦和锂的核素,丰度同今天所看到的一致。大约再过100万年后,宇宙进一步冷却,开始形成原子,而充满宇宙中的辐射则在宇宙空间自由传播。这种辐射称为宇宙微波背景辐射,它已经被观测所证实。除了原始物质和辐射外大爆炸理论还预言,现在宇宙中应充满中微子,它们是无质量或无电荷的基本粒子。现在科学家们正在努力找寻这种物质。
大爆炸模型能统一地说明以下几个观测事实:
(a)理论主张所有恒星都是在温度下降后产生的,因而任何天体的年龄都应比自温度下降至今天这一段时间为短,即应小于200亿年。各种天体年龄的测量证明了这一点。
(b)观测到河外天体有系统性的谱线红移,而且红移与距离大体成正比。如果用多普勒效应来解释,那么红移就是宇宙膨胀的反映。
(c)在各种不同天体上,氦丰度相当大,而且大都是30%。用恒星核反应机制不足以说明为什么有如此多的氦。而根据大爆炸理论,早期温度很高,产生氦的效率也很高,则可以说明这一事实。
(d)根据宇宙膨胀速度以及氦丰度等,可以具体计算宇宙每一历史时期的温度。
按照大爆炸理论,宇宙是137亿年前从一个极小的点诞生的,从那里诞生了时间和空间、质量和能量,从而由物质小微粒聚集成大团的物质,最终形成星系、恒星和行星等。在大爆炸发生前,宇宙中没有物质,没有能量,甚至没有生命。
但是,大爆炸理论无法回答现在的宇宙在大爆炸发生之前到底是什么样,或者说发生这次大爆炸的原因是什么?按照大爆炸理论,宇宙没有开端。它只是一个循环不断的过程,从大爆炸到黑洞的周而复始,便是宇宙创生与毁灭并再创生的过程。
这只是一个设想,并不是一个完美的理论。
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我就从高到低说吧,首先我们处于宇宙之中,宇宙由数以千亿的星系和其他的一些暗物质,星系际尘埃等物质构成。目前人类可观测到的宇宙部分称为总星系。我们人类就处在这数以千亿的星系之一的银河系中,银河系内有星云,恒星系统(比如我们的太阳系),星际间物质等等。星云是恒星诞生的摇篮,比如猎户座星云(处于银河系的猎户座旋臂上)正在不断孕育着新的恒星,但不是所有的星云都在银河系,别的星系和银河系一样有星云,比如大小麦哲伦星云,它们不在银河系内。太阳系处在银河系猎户座旋臂上,太阳系太阳系中共有八颗行星:水星 金星 地球 火星 木星 土星 天王星 海王星。 (冥王星目前已被从行星里开除,降为矮行星)。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26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99.86%,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(以冥王星作边界)。有证据表明,太阳系外也存在其他行星系统。再这样来表示从大到小:宇宙——星系(比如银河系,仙女座星系...)——恒星系(比如太阳系),星云,黑洞(有些黑洞在星系际间运动)——行星系(比如地月系)
、宇宙是处在变加速膨胀中,而且它的加速度趋于增长,造成这种运动的原因是因为宇宙的总能量由于空间的扩大在不断的扩大。这样就说明即使真空中也有能量。
可是过去的理论都说质量才能承载能量,为什么真空会有能量呢?其实在真空中会发生物质与反物质的瞬间产生和泯灭,从而有了质量,就有了能量的承载。有关科学家已经用实验证明了这个理论是正确的。
我们的这个宇宙是物质以一定的比例大于了反物质。
2、宇宙不只一个,还有千千万万个宇宙,它们就像气球一样不停膨胀,而每个气球又都会产生更多的气球,并通过虫洞连接,也就是说宇宙是在不停的在新生和生长的。
这些宇宙都是三维空间,它们共同处在一个无限的十一维空间中。
以上两个理论都与宇宙大爆炸理论吻合,只是在某些细节上有差异。很可能把他们结合起来就是我们这个宇宙的真实模样。
中国古代即有“天地四方曰宇,往古来今曰宙”的说话。我们的宇宙就是时间和空间的结合体。天地无极,时间无始无终,这是我们通常对宇宙的认识。宇宙实在是太神秘,太莫测的,以至人类在它面前只不过是沙滩上的一个小孩子罢了。人类的智慧太有限了。那么宇宙到底是无限的还是有限的,它有没有边界呢。千万年来,人类从来没有停止过对这个问题的追问。
再者,有限和无限又是怎么区分的呢。何为有限?何为无限?在我看来,没有绝对的无限,在人类小小的智慧面前,只有绝对的有限。有限和无限不是那么容易分得清楚的。西谚有云“一花一世界,一沙一天堂”,有限和无限在一个瞬间便可以得到转化和超脱。我们举一个数学上的例子:
我们知道实数轴是无限可分的,处处稠密。所谓“一尺之棰,日取其半,万世不竭”。从这个意义是说,整个实数轴是由无穷个点组成的。而一个小小的区间(1,2)也是由无穷个不可再分的点组成的。在这个意义上来说,一个在距离上可以衡量的小小的区间便和整个无穷的实数轴有共通之处。再者,一个两厘米的线段是由无穷个点组成的,而一个三厘米的线段也是由无穷个点组成的。这样一来,我们势必陷入了一种困惑:有限即是无限,无限即是有限,有限与无限是如此容易的可以转化。
数学上有无穷小量和无穷大量的问题。所谓小量是指一个无限接近0的小的不能再小的数(但是我们不能把一个可以写出来、可以说出来、甚至可以想象到的数称为无穷小量)。而无穷大量则是一个大的不可能再大的数,一般可以用∞表示。我们能够想象到无穷个无穷小量的和是什么吗?是不是无穷大量呢?经过举例,可以得知无穷多个无穷小量的和可以是一个具体的数字,比如说1、2、0、和100等,也可以是无穷大∞。
再举一个例子:0.9的循环,也就是说小数点之后有无数个9,在小学的时候老师教给我们的是后边有无穷个9,但是它却永远会比1小。老师解释的原因就是:它永远也不可能达到1。但是运用数学的级数理论和极限理论都可以证明,0.9的循环和1是完全相等的。看似不成立的东西,运用极其严格的数学证明之后,却是实在的真理,我们不得不面对这个问题,也面对人类的困惑。通过这两个例子,抽象的东西,可以和具象的东西联系和转化。比如说无穷小量的和可能是一个具体的数目。二者之间不存在鸿沟,可以相互转化和沟通的。
既然抽象的无穷大和无限可以和具象的有限相互沟通。可以大胆的下这样的一个结论(虽然我问过很多老师,在传统观念上是不可以这样提的,但是我固执的认为这是正确的):y=1/x的图像在x趋向于无穷大的时候是和x轴相交的,交点就是(∞,0)。虽然无穷大是一个想象中的大的无法描述的数。但是我们可以化抽象为具象,曲线有∞这样一个点的时候是相于数轴的。那么有人可能要问了,既然可以相交,那么相交之后的图像是什么东西呢?问这个问题的人首先把我们讨论的前提给放弃了。因为我们谈的是无穷大∞,什么是无穷大呢?它是一个大的不能再大的概念,也就是说,在它之后,我们便不能再想到更大的数了。我们和智慧和思想遇到了不能再想象到的东西,便给它起了一个名字叫无穷大∞。在它之后的数字是超出我们的想象的,那么相交之后的图像和点却是我们的智慧能够想到的,便不是无穷大。承认交点是无穷大的情况下,就承认了后面的点和数是无法想象的。我们想象到的不是无穷大。
于是,绕了一个大圈子。我们回到宇宙的边界这个问题上。
有了前面的铺垫,我们便可以得出这个一个结论:宇宙在时间和空间上都是无限的,却是有边界的。我们不妨把宇宙的边界起一个名字叫:∞。也就是说,宇宙的边界是我们人类智慧的一个边界,是我们能想象到一个极限,超过这个极限的东西,是我们不能想象的。所谓宇宙是人类创造出来的一个词汇,就像时间一样。有人问:“上帝在创造时间之前在干什么啊?”这是一个有意思的问题。上帝在创造时间之前,肯定还没有时间,因为时间是在上帝创造了之后才出现了。那么我们用一个后来才出现的词汇来描述这个词汇出现之前的东西,肯定是不合理的。我们在想上帝创造时间之前在干什么这个问题的时候,是用的人类的语言和思维体系来思考不属于人类语言体系和思维体系的东西当然是不可能得出结论的。就像一个在二维世界里人是无法想象三维空间的。
同样,宇宙之外是什么呢?我们可以如前一样,把宇宙之外的这一个人类无法定义和思维和东西暂时的称为“非宇宙”。这是一个搞笑的概念。怎么说呢,我又是用一个人类的语言体系和思维体系中的字汇来定义非属于人类语言体系和思维体系的东西。甚至这个东西都不能够被称为东西。就像当初人类第一次给鸡蛋命名的时候,如果把它叫做“狗”,我们今天也便理所当然的鸡蛋称为狗了。
宇宙的边界其实是一个人类智慧思维和极限,到了那里人类的语言方式和思维方式再也无法前行了,便是宇宙的边界了。边界之外的东西,不仅是无法表述的,也是无法想象的,甚至人类根本不知道它的存在,不知道它是不是存在的。
宇宙是无限的,却是有边界的。
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