宇宙的起源.doc

序号：2180宇宙的起源石娜信息科学技术学院光电2010-1班 2220103662摘要：本文介绍了有关宇宙起源的一些假说与理论，包括新生成的疑难问题等;主要详细介绍了宇宙大爆炸理论及其缺陷与新理论。尽管目前该理论已得到社会广泛认同，但仍有反对声音以及产生新的理论，究竟怎样，科学家们仍在不断探索当中。关键词: 宇宙起源 大爆炸 新理论一、 大爆炸理论的提出宇宙大爆炸仅仅是一种学说，是根据天文观测研究后得到的一种假设。如今，大爆炸学说已建立起牢固的根基，迄今还没有哪一种假说能取代他的神圣地位。那么，宇宙大爆炸假说的提出经历了那些过程呢？（一）大爆炸理论提出过程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。（二）宇宙大爆炸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。（三）大爆炸宇宙模型大爆炸宇宙模型基于两个假设：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。二、大爆炸假说论据大爆炸理论虽然并不成熟，但是仍然是主流的宇宙形成理论的关键就在于目前有一些证据支持大爆炸理论，比较传统的证据如下所示：（a）红位移从地球的任何方向看去，遥远的星系都在离开我们而去，故可以推出宇宙在膨胀，且离我们越远的星系，远离的速度越快。（b）哈勃定律哈勃定律就是一个关于星系之间相互远离速度和距离的确定的关系式。仍然是说明宇宙的运动和膨胀。VHD其中，V（Km/sec）是远离速度；H（Km/sec/Mpc）是哈勃常数，为50；D（Mpc）是星系距离。1Mpc3.26百万光年。（c）氢与氦的丰存度由模型预测出氢占25，氦占75，已经由试验证实。（d）微量元素的丰存度对这些微量元素，在模型中所推测的丰存度与实测的相同。（e）3K的宇宙背景辐射根据大爆炸学说，宇宙因膨胀而冷却，现今的宇宙中仍然应该存在当时产生的辐射余烬，1965年，3K的背景辐射被测得。（f）背景辐射的微量不均匀证明宇宙最初的状态并不均匀，所以才有现在的宇宙和现在星系和星团的产生。（g）宇宙大爆炸理论的新证据在2000年12月份的英国自然杂志上，科学家们称他们又发现了新的证据，可以用来证实宇宙大爆炸理论。长期以来，一直有一种理论认为宇宙最初是一个质量极大，体积极小，温度极高的点，然后这个点发生了爆炸，随着体积的膨胀，温度不断降低。至今，宇宙中还有大爆炸初期残留的称为“宇宙背景辐射”的宇宙射线。三、 反对者的声音（一）大爆炸理论缺陷任何科学的假说都不可能是完善的，“地心说”在西方统治了1000多年，最终被后起的观测否定；“日心说”虽然不是错误的，但也不完善，因为它是有限的宇宙论，被后来的观测事实又否定。目前，大爆炸学说又在唱主角，那么现在就有人提出疑问：大爆炸之前的宇宙是什么样子？是什么力量将全宇宙的物质凝缩成了一个高密度的“原始火球”或“奇点”？大爆炸又是怎么引起爆炸的？是谁点燃了那引起爆炸的导火索？宇宙的膨胀将导致什么样的格局？大爆炸理论不能解决它自身提出的这些根本性问题。还有，在“大爆炸”条件下，大量星系的形成也是不可理解的。目前发现的星系中漩涡结构的星系居多，椭圆星系也不少，他们的运动是旋转的，并非向一个方向膨胀开去，那么这种旋转的星系又是怎样形成的呢？膨胀的巨大推力为什么影响不到漩涡星系的准确的运动秩序呢？尤其令人费解的是，“大爆炸”说难以圆说人类的起源，如果只考虑宇宙起源的问题，不连带考虑人类起源的相关问题，这就是大爆炸学说显得孤立无援，没有更普遍的价值理论。有学者曾这样说：“在对宇宙的最早的神话学解释中，我们总可以发现一个原始的人类学与一个原始的宇宙学比肩而立：世界的起源问题与人类的起源问题难解难分的交织在一起。”因此，宇宙和人类的起源是有内在联系的，而大爆炸学说就有各自独立起源的嫌疑。（二）宇宙起源新理论海克尔曾经说过：“当代，唯一能揭开宇宙之谜的途径有两条:经验和思想，或经验和推理。这是两种既相互平等又相互补充的不同认知方法，并日益得到了公认。”根据海克尔的说法，目前的地球人认识宇宙起源的方式有两种：一个是思想的方式，一个是科学或技术的方式。目前流行的大爆炸说虽然得到社会的广泛认同，但也只是一种假说，他不是定论，也不是真理，客观的讲，他只是目前的地球人类认识宇宙的一种方式，一个侧面，一种思想而已。人人都有必要提出自己新的宇宙观来，这是人类共同的需求，不单纯是个人的功利问题。有些人认为，如果把中国古代的宇宙学说和西方现代的宇宙观测与研究成果结合起来，应该能够产生一个更为科学的宇宙观。东方思维，西方人既不适应也不理解，但不可否认，中国远古就已建立起来的“河图”“洛书”等原始的宇宙假说，他的潜质很好，可塑性很强，它缺乏的就是西方科学观测中的一些事实和成果，只要将西方现代科学中的一些科学成果融入到中国古代原始的宇宙模型中去，将会产生一个全新的的宇宙起源模型。霍金教授曾坦言：“连20世纪最著名的哲学家维特根斯坦都说：哲学余下的任务仅是语言分析。这是从亚里士多德到康德以来哲学的伟大传统的何等堕落！”因此，我们要哲学与科学结合，相信在不断探索中，有可能会产生一种新的宇宙模式，也就是人的大脑与宇宙的一场无规则游戏，只要有正常思维的人都可能完成这样的游戏。我们只需去努力探索，思考。 探究宇宙的脚步“宇宙大爆炸”/news/2008/11/04/174416-8984-1.html2008-11-4 D.桑吉仁谦：宇宙智慧文明 大起源，中央民族大学出版社，2009年 【美】卡西尔：人论，上海出版译文社，2004年 【德】恩斯特海克尔：宇宙之谜，陕西人民出版社，2005年 【英】史蒂芬霍金：时间简史，湖北科学技术出版社，2005年The origin of the universeAbstract: this paper introduces about the origin of the universe some hypothesis and theory, including the new generation of complicated problem and so on; Mainly introduces the big bang theory and its defects and the