自然之谜-宇宙大爆炸

第三讲

自然之谜

宇宙大爆炸？什么是科学？如果我们要问这样三个问题：第一，什么是科学？第二，科学开始于何处？第三，作为一个优秀的科学家，他最重要的品质首先是什么？你该如何回答呢？2我们可以这样回答：第一，科学是对于未知的一种远征；第二，科学开始于好奇，科学开始于猜谜，猜谜就是假说！第三，作为一个优秀的科学家，他最重要的品质首先是要有神圣的好奇心。科学家最高的奖赏，不在于奖金和赞扬，而在于他的好奇心得到了满足。自然辩证法绪论张胜光制作3科学发现的一般思路

假说—选题、观察试验求证—观察实验逻辑思维新的假说或理论—创新思维验证—观察实验自然辩证法绪论张胜光制作4假说方法

科学假说是根据已知的科学事实和科学原理，对未知自然现象及其规律性，作出假定性的说明和推测。是自然科学理论的一种重要思维形式。恩格斯说：“只要自然科学在思维着，它的发展形式就是假说。”

自然辩证法绪论张胜光制作5假说不等于胡说，假说不等于科学理论。它是自然科学理论思维的一种重要形式。科学假说是以已知事实和科学原理对自然现象和规律的精测性说明，通常是由三大要素构成：命题、理论陈述和推理出预言和预见。自然辩证法绪论张胜光制作6科学假说的作用

(1)科学假说是通向科学理论的桥梁。

(2)假说是发展理性思维的“实在因素”

(3)各种假说并存，有利于学术繁荣恩格斯说：“只要自然科学在思维着，它的发展形式就是假说。”

自然辩证法绪论张胜光制作7什么是宇宙大爆炸假说？2006年12月3日，瑞典皇家科学院宣布，将本年度诺贝尔物理学奖，授予美国科学家约翰·马瑟和乔治·斯穆特，以表彰他们发现了宇宙微波背景辐射的黑体谱形，及其温度在空间不同方向的微小变化。他们用COBE卫星进行的精确观测，为宇宙起源的大爆炸理论提供了有力支持。大爆炸理论的确立，终于使人们对宇宙的起源，有了接近一致的认识。什么是大爆炸？关于宇宙的起源，人类在认知上，又经历了怎样的历程呢？自然辩证法绪论张胜光制作8自然辩证法绪论张胜光制作9宇宙大爆炸假说概述（3’）自然辩证法绪论张胜光制作10自然辩证法绪论张胜光制作11大爆炸宇宙学中的哲学问题

宇宙是有限的吗？时间和空间是有开端的吗？如果有，那么在它之前宇宙是什么样的呢？宇宙的结局是什么样的呢？

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但无论如何，这是科学家和哲学家都十分感兴趣的一个话题，因为这个问题过去只能是个神学问题！自然辩证法绪论张胜光制作12人类对宇宙的认识过程古人对宇宙的认识和探索（4’)托勒密的地心说宇宙体系（2’）哥白尼的日心说宇宙体系（3’）牛顿对哥白尼学说的发展（2’）自然辩证法绪论张胜光制作13现代宇宙学的发端牛顿的静态无限宇宙模型（1’)爱因斯坦的广义相对论（6’）爱因斯坦的静态有限无边宇宙模型（3’）

17世纪牛顿开创用力学方法研究宇宙学的途径，建立经典宇宙学。

1917年爱因斯坦根据广义相对论建立了一个"静止、有限、无界"的宇宙模型，引进宇宙学原理、弯曲时空等概念，从而开创了现代宇宙学研究的时代。自然辩证法绪论张胜光制作14弗里德曼和勒梅特的动态宇宙模型（2’）1922年前苏联人弗里德曼在相对论的启发下，对膨胀的宇宙的概念进行了数学分析，提出宇宙起源于“大爆炸”的假说。

1927年比利时人勒梅特提出现代大爆炸假说：原始的宇宙是挤在一个“宇宙蛋”之中，它容纳了宇宙所有物质；一场“超原子”的突变性爆炸把它炸开，经过几十亿年的时间，形成了现在还在退行的星系。自然辩证法绪论张胜光制作15哈勃发现宇宙膨胀（2’)1929年美国人哈勃发现：遥远的星系都在退行，即都远离我们而去，而退行的速度同距离成正比；遥远星系的退行就意味着宇宙的膨胀。这一发现同爱因斯坦的广义相对论相结合，便导致现代宇宙演化学说的出现，指出宇宙大爆炸学说绝非神话。自然辩证法绪论张胜光制作16两种不同的宇宙演化理论勒梅特与爱因斯坦的学术讨论（3’）霍伊尔的“稳恒态宇宙”理论（4’）

并不是每个人都同意大爆炸是膨胀宇宙的开始。1948年，两位奥地利天文学家邦迪和戈尔德提出一种理论，承认膨胀宇宙但否定大爆炸。后来英国天文学家霍伊尔发展并普及了这个理论，在星系散开的过程中，星系之间又形成新的星系；形成新星系的物质是无中生有的，而且运动的速度非常缓慢，用现在的技术无法测出。结论是，宇宙自始至今基本上保持着同一状态，因此既没有开始也没有结束。这种理论被称为连续创生论，由此形成一个稳恒态宇宙。自然辩证法绪论张胜光制作17现代宇宙学的发展“稳恒态宇宙”理论催生恒星演化学（4’）伽莫夫提出“热大爆炸”假说（4’)伽莫夫的微波背景辐射预言（3’）伽莫夫的预言居然被无意中发现1965年（3’）自然辩证法绪论张胜光制作18在十多年的时间里，大爆炸和连续创生论的争论非常激烈，但没有实际的证据来决定哪一个对。

1949年，伽莫夫发展勒梅特思想，奠定大爆炸宇宙论的基础，并预言，假若大爆炸曾经发生，伴随而生的辐射在宇宙膨胀过程中应该损失能量，而现在应该以射电辐射的形式存在，作为一个均质背景从天空的四面八方射来。这种辐射在绝对温度5K（-268℃）时应该是天体的特征。1964年5月，美国物理学家彭齐亚斯和威尔孙果然探测到伽莫夫预见的射电波背景，它显示出宇宙的平均温度为绝对温度3度。自然辩证法绪论张胜光制作19现代宇宙学的发展微波背景辐射发现获得诺贝尔奖（2’）霍金和彭洛斯证明时空中存在“奇点”

（5’)COBE卫星进一步研究黑体辐射谱（4’）宇宙微波背景辐射研究再获诺贝尔奖（4’）自然辩证法绪论张胜光制作20现代宇宙学的发展宇宙暴胀理论的提出（2’）今天的大爆炸宇宙学理论（2’)自然辩证法绪论张胜光制作21目前被人们所接受的大爆炸宇宙学结论

宇宙是在大约140亿年前，由一次大爆炸所产生。从牛顿的时候起，我们知道宇宙是无限和永恒的。在空间上没有范围，在时间上也没有开始和结束。但是大爆炸的理论却告诉我们，宇宙不是永恒不变的。它有一个开始，而且处在不断膨胀之中。此外我们还知道，宇宙的空间是平直的，宇宙的成分30%是物质，而且大部分是看不见的暗物质，其余70%是暗能量。由于暗能量的存在，宇宙正在急速膨胀，很可能会永远膨胀下去。但这些暗物质和暗能量究竟是什么呢？我们现在还不能回答。自然辩证