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浩瀚宇宙

迄今2016年)我們所認知的宇宙 

宇宙的定義 

宇宙是由空間、時間、物質和能量,所構成的統一體。是一切空間和時間的總合 

一般理解的宇宙,是指人類所存在的一個時空連續系統,包括其間的所有物質能量和事件。對於這一體系的整體解釋構成了宇宙論 

近數世紀以來,科學家根據現代物理學和天文學,建立了關於宇宙的現代科學理論,稱為物理宇宙學 

根據相對論訊息的傳播速度有限,因此可以被我們觀測到的時空部分稱為「可觀測宇宙」、「可見宇宙」或「我們的宇宙」。應該強調的是,這是由於時空本身的結構造成的,與我們所用的觀測設備沒有關係。 

宇宙大約是由4.9%的普通物質(也就是我們所能觀察到的所有宇宙萬物),26.8%暗物質68.3%暗能量構成(依據2013年底的普郎克新數據)。 

宇宙的歷史(依據「大爆炸」理論) 

現代物理宇宙學一般認為宇宙起源於大爆炸」(也有稱「大霹靂」),即約138億年前由一個密度極大,溫度極高的狀態膨脹而來。對於大爆炸以前的宇宙,目前只有一些猜測性的理論。而最新的研究則認為宇宙的年齡156億年,但是這個說法還未得到公認。對於大爆炸以後的宇宙,則可以用較成熟的理論加以描述。一種典型的理論是 

● 10-43秒後:宇宙從量子背景出現。 

● 10-35秒後:宇宙由夸克-膠子電漿體構成,強相互作用引力電磁相互作用弱相互作用分開。 

● 10-5秒後:電子形成,宇宙主要包括光子、電子和中微子,溫度約1000億度。 

● 10 秒後:質子和中子結合成 氫、氦 等原子核,溫度 30 億度。

● 35分鐘後:形成原子核的過程(核融合)停止,溫度3億度。 

● 30萬年後:電子和原子核結合成為原子。物質和輻射脫耦,大爆炸輻射的殘餘成為今天的「宇宙微波背景輻射 

● 4億年後(也就是約134億年前):第一批恆星形成。 

● 20億年後(也就是約118億年前):形成了類星體 

● 46億年後(也就是約92億年前):太陽系形成。 

目前宇宙還在繼續膨脹之中,這是依據哈伯定律為基礎的理論 

宇宙的大小 

目前關於宇宙是否無限的問題還有爭議。但是,即使宇宙整體是無限的,宇宙的可觀測部分是有限的,這是由於相對論光速為宇宙中訊息傳播的最高速度,所以我們無法觀測到光速尚未到達的領域 

如果一個光子從大爆炸開始傳播,到今天已傳播約138億年的距離來看,宇宙是個半徑約為460億光年的球狀體 

對於宇宙大小的理解,請參考以下影片:
1. 人類已觀測到的宇宙全貌(片長約630秒)
2.
宇宙的尺度(片長約9分鐘)
3.
旅行到宇宙的邊緣(片長約1小時30分) 

宇宙的年齡與成分 

當前估計的宇宙的年齡137.98±0.37億年2013年底的普郎克數據)。 

宇宙目前的密度非常小,大約每立方公厘僅有 9.9×10 30 克。其中有 68.3% 為暗能量, 26.8% 為冷暗物質,剩下的 4.9% 才是普通物質。宇宙中的原子密度的量級約為每 4 立方公尺一個氫原子。人們對暗能量和冷暗物質的屬性還所知甚少。冷暗物質 吸引 普通物質,因此減慢(空間的度規膨脹)宇宙的膨脹;相反的,暗能量加速宇宙的膨脹。  

一個典型的 星系 直徑是 3 萬光年,兩個鄰近典型星系之間的距離是 300 光年 。例如: 銀河系 的直徑大約是跨越了 10 萬光年,而銀河系和最近的 仙女座星系 相距大約有 250 萬光年。在可觀測的宇宙中,可能有超過 1,000 億( 1011 星系 。典型的星系範圍,從可能少於 1000 萬( 107 個星球的 矮星系 到多達一 1012 個星球的巨星系。 2010 年天文學家們的研究估計,宇宙中約包含 3×1023 (也就是 300,000,000,000,000,000,000,000 個星球。

宇宙的形狀

 

威爾金森探測器 測量的 宇宙微波背景輻射 分布。

宇宙的形狀是宇宙學中一個未解決的問題。首先,宇宙到底是不是「平坦空間」,即大範圍內遵守歐氏幾何的空間還未清楚。目前,大部分宇宙學家認為已知宇宙除了大質量天體造成的局部時空褶皺,是基本平坦的,就像湖面是基本平坦但局部有水波一樣。最近威爾金森微波各向異性探測器觀測宇宙微波背景輻射的結果也肯定了這一認識。 

其次,尚未清楚宇宙是否是多重連接。根據大爆炸理論,宇宙是沒有空間邊界的,然而其空間大小可能是有限的。我們可以通過二維的概念類推:一個球面沒有邊界,但是它的面積是有限的(4πR2)。它是一個在三維空間有固定曲率的二維表面。數學家黎曼發現四維空間中一個與此類似的三維球形「表面」,其總體積為有限(2R3)但三個方向都朝第四個維度彎曲。他還發現「橢圓空間」和「圓柱形空間」,後者的圓柱形兩頭互相連接但沒有彎曲圓柱本身,這一現象在普通的三維空間是不可想像的,而類似的數學例子還有很多。 

如果宇宙真是有限但無邊界的話,人沿著宇宙中一條任意方向的「直線」走下去,最終會回到出發點,其路線長度可認為是宇宙的「周長」。(這個周長是現在人類對宇宙的認識所無法想像的,因為它一定要比我們所見的宇宙部分大得多。) 

宇宙有可能具有多重連接的拓撲學結構。如果這些結構足夠小的話,人類,就如同在掛了多面鏡子的房間里,可能在不同方向看到同一天體的多個影像。而實際的天體數量就會比觀測所見少。從這個角度講,星體和星系應該稱作「所觀的影像」才合適。這個可能,至今沒有被徹底否定,但最近的宇宙微波背景輻射研究結果認為是不可能的。 

宇宙的未來 

根據天文觀測和宇宙學理論,可以對可觀測宇宙未來的演化作出預言。均勻各向同性的宇宙的膨脹滿足弗里德曼方程 

多年來,人們認為,根據這一方程,物質的引力會導致宇宙的膨脹減速。宇宙的最終命運決定於物質的多少:如果物質密度超過臨界密度,宇宙的膨脹最後會停止,並逆轉為收縮,最終形成與大爆炸相對的一個「大坍縮」(big crunch);如果物質密度等於或低於臨界密度,則宇宙會一直膨脹下去。另外,宇宙的幾何形狀也與密度有關:如果密度大於臨界密度,宇宙的幾何應該是封閉的;如果密度等於臨界密度,宇宙的幾何是平直的;如果宇宙的密度小於臨界密度,宇宙的幾何是開放的。並且,宇宙的膨脹總是減速的。 

然而,根據近年來對超新星宇宙微波背景輻射等天文觀測,雖然物質的密度小於臨界密度,宇宙的幾何卻是平直的,也即宇宙總密度應該等於臨界密度。並且,膨脹正在加速。這些現象說明宇宙中存在著暗能量。不同於普通所說的「物質」,暗能量產生的重力不是引力而是斥力。在存在暗能量的情況下,宇宙的命運取決於暗能量的密度和性質,宇宙的最終命運可能是無限膨脹,漸緩膨脹趨於穩定,或者是與大爆炸相對的一個「大坍縮」,或者也可能膨脹不斷加速,成為「大寒冷」。目前,由於對暗能量的性質缺乏了解,還難以對宇宙的命運做出肯定的預言。 

神話和宗教的宇宙觀 

佛教的宇宙觀 

佛教中的世界一詞,相當於英語的COSMO,既可指世界也可以指宇宙,但都是一種有限和被分割的觀念,而且大小是任意的,即可以從個人可以到達或看見和想像的層次區分成。而其雖然包括了星空和天象,但常被說成是有邊界的蒼穹而不是無邊的虛無的宇宙。 

「世」為時間(註:三十年為一世)意,「界」為空間意,涵蓋了時間空間不可分隔的道理,這也正符合了愛因斯坦相對論。中國古代形容大千世界多用「天下」一詞,而並無「世界」。蓋因世界乃佛教名詞,如今被廣為用之,但應當了解這個名詞的來源。據《楞嚴經卷四載:世,即遷流之義;界,指方位。即於時間上有過去、現在、未來三世之遷流,空間上有東南西北、上下十方等定位場所之意。 

上下四方謂之宇,古往今來謂之宙,結合上一段,可以理解宇宙觀、世界觀即為「時空觀」 

佛經中,大的空間叫佛剎、虛空,小的叫微塵,統稱為「三千大千世界」。「佛教宇宙觀」主張宇宙係有無數個世界。集一千個小世界稱為「小千世界」,集一千個小千世界稱為「中千世界」,集一千個中千世界稱為「大千世界」;合小千、中千、大千總稱為三千大千世界。《華嚴經》稱:「知一世界即是無量無邊世界,知無量無邊世界即是一世界,知無量無邊世界入一世界,知一世界入無量無邊世界。」 

色界諸天分為四禪,即初禪、二禪、三禪、四禪,總計十八天。初禪天三天,梵眾天梵輔天大梵天;第二禪天三天,有少光天、無量光天、極光淨天;第三禪天三天,有少淨天、無量淨天、遍淨天;第四禪天為九天,有無雲天、福生天、廣果天、無想天﹑無煩天、無熱天、善現天、善見天、色究竟天。在無色界,還有空無邊處天、識無邊處天、無所有處天、非想非非想處天等四無色天。 

中國人關於宇宙的上古神話 

藝文類聚》記載「天地渾沌如雞子,盤古生其中。萬八千歲,天地開闢,陽清為天,陰濁為地」。 

這是盤古開天地的神話,也是關於宇宙起源的最初描述:宇宙最初是混沌的,外形像雞蛋,盤古生於其中。據某個國外研究小組的計算機模擬實驗結果顯示,宇宙大爆炸之初就是「橢圓形」的。而「盤古」可以理解為一種能量,像某些地區的古人會把火山爆發看作是某個神一樣。很多很多年後(「萬八千歲」,有時被生硬理解為18000年,但中國文化的「萬千」多指「非常大、非常長、非常多」,無法計算),盤古開天闢地,陽清為天,陰濁為地。「陰濁」可以理解為形成星球的物質,「陽清」則是那些游離於星球之外的物質。按照貼近大爆炸理論理解中華古代宇宙開創理論:不知道原因,盤古(即奇點產生的爆炸能量)誕生,盤古撐開了宇宙,開天闢地,陽清為天(宇宙空間、真空、暗物質等),陰濁為地(星體等)。盤古化為日月山川河流,即大爆炸由純能量,部分轉化為質量。 

郭店楚簡》記載:「大一生水。水反輔大一,是以成天。天反輔大一,是以成地。天地[復相輔]也,是以成神明。神明復[]輔也,是以成陰陽。陰陽復相輔也,是以成四時。」 

其他神話 

印度神話描述宇宙之始,有一梵卵化為一人,即普魯沙,普魯沙有著數千個頭、眼睛和腳,後來普魯沙一分為三,就是三大神,大梵天(Brahma),大自在天(Shiva),以及妙毗天(Vishnu)。其中大梵天為宇宙之主,妙毗天是宇宙與生命的守護者。 

古埃及神話中認為初始宇宙是來自阿多姆神(Atum),阿多姆一分為二,變成風神休(Shu)和雨神泰芙努特(Tefnut),接著ShuTefnut又生一女一子,也就是天空女神努特(Nut)和大地之神蓋布(Geb)。 

人類對宇宙的觀察演變 

早期的觀點 

遠古時代,人們對宇宙結構的認識處於十分幼稚的狀態,他們通常按照自己的生活環境對宇宙的構造做出推測。在中國西周時期,生活在華夏大地上的人們提出的早期蓋天說認為,天穹像一口鍋,倒扣在平坦的大地上;後來又發展為後期蓋天說,認為大地的形狀也是拱形的。 

西元前7世紀,巴比倫人認為,天和地都是拱形的,大地被海洋所環繞,而其中央則是高山。古埃及人把宇宙想像成以天為盒蓋、大地為盒底的大盒子,大地的中央則是尼羅河古印度人想像圓盤形的大地負在幾隻大象上,而象則站在巨大的龜背上,西元前7世紀末,古希臘泰勒斯認為,大地是浮在水面上的巨大圓盤,上面籠罩著拱形的天穹。也有一些人認為,地球只是一隻上的一片甲板,而龜則是站在一個托著一個又一個的龜塔…… 

發現地球原來是球形 

最早認識到大地是球形的西方人是古希臘人。西元前6世紀畢達哥拉斯美學觀念出發,認為一切立體圖形中最美的是球形,主張天體和我們所居住的大地都是球形的。這一觀念為後來許多古希臘學者所繼承,但直到15191522葡萄牙F.麥哲倫率領探險隊完成了第一次環球航行後,地球是球形的觀念才最終被證實 

提出地心說、日心說和萬有引力定律 

西元2世紀,C.托勒密提出了一個完整的地心說這一學說認為地球在宇宙的中央安然不動,月亮、太陽和諸行星以及最外層的恒星天都在以不同速度繞著地球旋轉。為了說明行星運動的不均勻性,他還認為行星在本輪上繞其中心轉動,而本輪中心則沿均輪繞地球轉動。地心說曾在歐洲流傳了1000多年1543年,N.哥白尼提出科學的日心說,認為太陽位於宇宙中心,而地球則是一顆沿圓軌道繞太陽公轉地普通行星。16世紀哥白尼建立日心說後才普遍認識到:地球是繞太陽公轉的行星之一,而包括地球在內的八大行星則構成了一個圍繞太陽旋轉的行星系太陽系的主要成員。1609年,J.開普勒揭示了地球和諸行星都在橢圓軌道上繞太陽公轉,發展了哥白尼的日心說,同年,伽利略·伽利雷則率先用望遠鏡觀測天空,用大量觀測事實證實了日心說的正確性。1687年,I.牛頓提出了萬有引力定律,深刻揭示了行星繞太陽運動的力學原因,使日心說有了牢固的力學基礎。在這以後,人們逐漸建立起了科學的太陽系概念。 

發現宇宙裡不光只有銀河系 

哥白尼的宇宙圖像中,恒星只是位於最外層恒星天上的光點1584年,喬爾丹諾·布魯諾大膽取消了這層恒星天,認為恒星都是遙遠的太陽。18世紀上半葉,由於E.哈雷對恒星自行的發展和J.布拉得雷對恒星遙遠距離的科學估計,布魯諾的推測得到了越來越多人的贊同。18世紀中葉,T.賴特I.康得J.H.朗伯推測說,佈滿全天的恒星和銀河構成了一個巨大的天體系統。弗裡德里希·威廉·赫歇爾首創用取樣統計的方法,用望遠鏡數出了天空中大量選定區域的星數以及亮星與暗星的比例,1785年首先獲得了一幅扁而平、輪廓參差、太陽居中的銀河系結構圖,從而奠定了銀河系概念的基礎在此後一個半世紀中H.沙普利發現了太陽不在銀河系中心、J.H.奧爾特發現了銀河系自轉旋臂,以及許多人對銀河系直徑、厚度的測定,科學的銀河系概念才最終確立 

18 世紀中葉, 康得 等人還提出,在整個宇宙中,存在著無數像我們的天體系統 ( 銀河系 ) 那樣的 天體 系統。而當時看去呈雲霧狀的 星雲 很可能正是這樣的天體系統。此後經歷了長達 170 年的曲折的探索歷程,直到 1924 年,才由 E.P. 哈伯 造父視差法 仙女座大星雲 等的距離確認了 銀河外星系 的存在

 

哈伯望遠鏡 拍攝的高清晰度 深場照片 ,顯示姿態年齡各異的 河外星系
其中每一圓盤都是一個又一個的「星系」。

照片上左下角 紅色正方形的區域 ,就是本張照片與月球在星空比例的大小比較。

觀察到銀河外星系離我們越來越遠

近半個世紀,人們通過對 銀河外星系 的研究,不僅已發現了 星系團 超星系團 等更高層次的 天體系統 ,而且已使我們的 視野 擴展到遠達大約 200 光年的宇宙深處。現在人們普遍認為,由太陽系、銀河系、以及銀河外星系共同組成了宇宙。但是宇宙在不斷膨脹,至於還有沒有別的星系,甚至宇宙外還有別的東西,科學家仍在探索中。

近代人類對宇宙的理論與模型

基礎理論

太陽系 概念確立以後,人們開始從科學的角度來探討太陽系的起源。 1644 年, R. 笛卡爾提出了太陽系起源的旋渦說; 1745 年, G.L.L. 布豐提出了一個因大彗星與太陽掠碰導致形成行星系統的太陽系起源說; 1755 年和 1796 年,康得和拉普拉斯則各自提出了太陽系起源的星雲說。現代探討太陽系起源的新星雲說正是在康得 拉普拉斯星雲說 的基礎上發展起來。

1911 年, E. 赫茨普龍 建立了第一幅銀河星團的顏色星等圖; 1913 年, 伯特蘭 · 亞瑟 · 威廉 · 羅素 則繪出了 恒星 光譜 - 光度圖,即 赫羅圖 。羅素在獲得此圖後便提出了一個恒星從 紅巨星 開始,先收縮進入主序,後沿主序下滑,最終成為 紅矮星 恒星演化 學說。 1924 年, 亞瑟 · 斯坦利 · 愛丁頓 提出了恒星的質光關係; 1937 1939 年, C.F. 魏茨澤克 貝特 揭示了恒星的能源來自於氫聚變為 的原子核反應。這兩個發現導致了羅素理論被否定,並導致了科學的恒星演化理論的誕生。對於星系起源的研究,起步較遲,它是我們的宇宙開始形成的後期由原 星系演化 而來的。

1917 年, A. 阿爾伯特 · 愛因斯坦 運用他剛創立的 廣義相對論 建立了一個“靜態、有限、無界”的宇宙模型,奠定了 現代宇宙學 的基礎。 1922 年, G.D. 弗裡德曼 發現,根據 阿爾伯特 · 愛因斯坦 場方程 ,宇宙不一定是靜態的,它可以是膨脹的,也可以是振盪的。前者對應於開放的宇宙,後者對應於閉合的宇宙。 1927 年, G. 勒梅特 也提出了一個 膨脹宇宙模型 1929 哈伯 發現了星系 紅移 與它的距離成正比,建立了著名的 哈伯定律 。這一發現是對膨脹宇宙模型的有力支援。 20 世紀中葉, G. 伽莫夫 等人提出了 熱大爆炸 宇宙模型。 1965 微波背景輻射 的發現證實了伽莫夫等人的預言。從此,許多人把大爆炸宇宙模型看成標準宇宙模型。 1980 年,美國的古斯在熱大爆炸宇宙模型的基礎上又進一步提出了大爆炸前期暴漲宇宙模型。

當代天文學的研究成果表明,宇宙是有層次結構的、像布一樣的、不斷膨脹、物質形態多樣的、不斷運動發展的天體系統。

層次結構

行星是最基本的天體系統。 太陽系 中共有八顆行星: 水星 金星 地球 火星 木星 土星 天王星 海王星 (冥王星是一顆矮行星) 。除水星和金星外,其他行星都有 衛星 繞其運轉,地球有一個衛星 月球 ,就如今的資料來看,是木星的衛星數量最多。截止到 2007 5 月,已經發現的木星衛星為 63 顆,而土星為 59 顆,木衛三是太陽系中最大的衛星,其直徑大於水星,品質約為水星的一半。

 

太陽系的行星

行星 小行星 彗星 流星 體都圍繞中心天體太陽運轉,構成太陽系。太陽占太陽系總品質的 99.86% ,其直徑約 140 萬公里,最大的行星木星的直徑約 14 萬公里。太陽系的大小約 120 億公里(以冥王星作邊界)。有證據表明,太陽系外也存在其他行星系統。 2500 億顆類似太陽的恒星和 星際物質 構成更巨大的天體系統 銀河系。

 

銀河系與其中太陽系所在的位置

銀河系 中大部分恒星和星際 物質 集中在一個扁球狀的空間內,從側面看很像一個“鐵餅”,正面看去則呈旋渦狀。銀河系的直徑約 10 萬光年,太陽位於銀河系的一個旋臂中,距銀心約 3 萬光年。

銀河系外還有許多類似的天體系統,稱為 銀河外星系 ,常簡稱星系。現已觀測到大約有 10 億個。星系也聚集成大大小小的集團,叫 星系團 。平均而言,每個星系團約有百餘個星系, 直徑 達上千萬 光年 。現已發現上萬個星系團。包括銀河系在內約 40 星系 構成的一個小星系團叫本星系群。若干星系團集聚在一起構成更大、更高一層次的天體系統叫 超星系團 。超星系團往往具有扁長的外形,其長徑可達數億 光年 。通常超星系團內只含有幾個星系團,只有少數超星系團擁有幾十個星系團。本星系群和其附近的約 50 個星系團構成的超星系團叫做 本超星系團

據媒體報導, 美國 有線新聞網( CNN )科學空間頻道在 2012 年度評選出最壯觀的 行星 衛星 星系 以及 星雲 照片,這些都是令人驚歎的 宇宙 空間照片,其中包括 獵戶座星雲 土星 的神秘而漂亮的環結構,還有 地球 北極地區美麗的 極光 或者 火星 上的 沙塵暴 天氣等。圖中顯示的 獵戶座 星雲圖像,由阿塔卡瑪探索者實驗望遠鏡在亞毫米波長上所拍攝,顯示了這片 恒星 形成區中正在形成新的 恒星

 

獵戶座大星雲 M 42 NGC 1976 )是一個位於 獵戶座 的瀰漫星雲,
距地球 1,344 ± 20 光年,為最接近我們的一個恆星形成區。

物質的多樣性

太陽系 天體中,水星、金星表面溫度約達 700K (註: [°C] = [K] − 273.15 ),金星表面籠罩著濃密的 二氧化碳 大氣和 硫酸 雲霧,氣壓約 50 大氣壓 水星 火星 表面大氣卻極其稀薄,水星的大氣壓甚至小於 2×10-9 毫巴(和月球沒什麼兩樣); 類地行星 (水星、金星、火星)都有一個固體表面,類木行星卻是一個流體行星;土星的平均密度為 0.70 / 立方公厘,比水的密度還小,木星、天王星、海王星的平均密度略大於水的密度,而水星、金星、地球等的密度則達到水的密度的 5 倍以上;多數行星都是順向自轉,而金星是逆向自轉;地球表面生機盎然,其他行星則是空寂荒涼的世界。

太陽在恒星世界中是顆普遍而又典型的恒星。已經發現,有些 紅巨星 的直徑為太陽直徑的幾千倍。 中子星 直徑只有太陽的幾百萬分之一;超巨星的光度高達太陽光度的數百萬倍, 白矮星 光度卻不到太陽的幾十萬分之一。 紅超巨星 的物質密度小到只有水的密度的百萬分之一,而 白矮星 中子星 的密度分別可高達水的密度的十萬倍和百萬億倍。太陽的表面溫度約為 6000K O 型星 表面溫度達 30000K ,而紅外星的表面溫度只有約 600K 。太陽的普遍 磁場強度 平均為 3500 高斯,有些磁白矮星的 磁場 通常為幾千、幾萬 高斯 ,而 脈衝星 的磁場強度可高達十幾萬億高斯。有些恒星光度基本不變,有些恒星光度在不斷變化,稱 變星 。有的變星光度變化是有週期的,週期從 1 小時到幾百天不等。有些變星的光度變化是突發性的,其中變化最劇烈的是新星和超新星,在幾天內,其光度可增加幾萬倍甚至上億倍。

 

蜘蛛星雲 Tarantula Nebula )( NGC 2070
是位於 劍魚座 大麥哲倫星系 (距離地球在 15.5 16.5 萬光年的範圍內)中的一個 瀰漫星雲

恒星在空間常常聚集成 雙星 或三五成群的 聚星 ,它們可能占恒星總數的 1/3 。也有由幾十、幾百乃至幾十萬個恒星聚在一起的星團。宇宙物質除了以密集形式形成恒星、行星等之外,還以彌漫的形式形成星際物質。星際物質包括 星際氣體 和塵埃,平均每立方公厘只有一個原子,其中高度密集的地方形成形狀各異的各種 星雲 。宇宙中除發出可見光的恒星、星雲等天體外,還存在紫外天體、紅外天體、 X 射線源 γ 射線源 以及 射電源

星系按形態可分為 橢圓星系 旋渦星系 棒旋星系 透鏡星系 不規則星系 等類型。 60 年代又發現許多正在經歷著爆炸過程或正在拋射巨量物質的河外天體,統稱為 活動星系 ,其中包括各種 射電星系 塞佛特星系 N 型星系 馬卡良星系 蠍虎座 BL 型天體 ,以及類星體等等。許多 星系核 有規模巨大的活動:速度達幾千公里 / 秒的氣流,總能量達 1055 焦耳的能量輸出,規模巨大的物質和粒子拋射,強烈的光變等等。在宇宙中有種種極端物理狀態: 超高溫 超高壓 、超高密度、超真空、 超強磁場 、超高速運動、超高速自轉、超大尺度時間和空間、 超流 超導 等,為我們認識客觀物質世界提供了理想的實驗環境。

天體的運動與發展形式

宇宙天體處於永恆的運動和發展之中,天體的運動形式多種多樣,例如自轉、各自的空間運動( 本動 )、繞系統中心的公轉以及參與整個天體系統的運動等。月球一方面自轉一方面圍繞地球運轉,同時又跟隨地球一起圍繞太陽運轉。太陽一方面自轉,一方面又向著武仙座方向以 20 公里 / 秒的速度運動,同時又帶著整個太陽系以 250 公里 / 秒的速度繞銀河系中心運轉,運轉一周約需 2.2 億年。銀河系也在自轉,同時也有相對於鄰近的星系的運動。本超星系團也可能在膨脹和自轉。總星系也在膨脹。

 

矮星系 NGC 4449 內的恒星焰火。 NGC 4449 ,也稱為科德韋爾 21
是位於 獵犬座 的一個不規則星系,距離大球大約 1,200 萬光年

現代天文學已經揭示了天體的起源和演化的歷程。當代關於太陽系起源學說認為,太陽系很可能是 50 億年前銀河系中的一團塵埃氣體雲(原始 太陽星雲 )由於引力收縮而逐漸形成的(見 太陽系起源 )。恒星是由星雲產生的,它的一生經歷了引力收縮階段、主序階段、紅巨星階段、晚期階段和臨終階段。星系的起源和 宇宙起源 密切相關,流行的看法是:在宇宙發生熱大爆炸後 40 萬年,溫度降到 4000K ,宇宙從 輻射 為主時期轉化為物質為主時期,這時或由於密度漲落形成的 引力不穩定性 ,或由於宇宙湍流的作用而逐步形成原星系,然後再演化為星系團和星系。熱大爆炸宇宙模型描繪了我們的宇宙的起源和演化史:我們的宇宙起源於 200 億年前的一次大爆炸,當時溫度極高、 密度 極大。隨著宇宙的膨脹,它經歷了從熱到冷、從密到稀、從輻射為主時期到物質為主時期的演變過程,直至 10 20 億年前,才進入大規模形成星系的階段,此後逐漸形成了我們當今看到的宇宙。 1980 年提出的暴漲宇宙模型則是熱大爆炸宇宙模型的補充。它認為在宇宙極早期,在我們的宇宙誕生後約 10 -36 秒的時候,它曾經歷了一個暴漲階段。

大爆炸理論

1946 年, 美國 科學家 伽莫夫 提出 大爆炸 理論。此後, 大爆炸 理論逐漸形成體系,成為人們普遍接受的觀點。 大爆炸 理論認為,大約在 200 億年以前,構成我們今天所看到的天體的物質都集中在一起,密度極高,溫度高達 100 多億度,被稱為 原始火球 。這個時期的天空中,沒有 恒星 星系 ,只是充滿了 輻射 。後來不知什麼原因, 原始火球 發生了大爆炸,組成火球的物質飛散到四面八方,高溫的物質冷卻起來,密度也開始降低。在爆炸兩秒鐘之後,在 100 億度高溫下產生了質子和中子,在隨後的自由中子衰變的 11 分種之內,形成了重元素的原子核。大約又過了 1 萬年,產生了氫原子和氦原子。在這 1 萬年的時間裡,散落在空間的物質便開始了局部的聯合, 星雲 、星系的恒星,就是由這些物質凝聚而成的。在星雲的發展中,大部分氣體變成了 星體 ,其中一部分物質因受到星體引力的作用,變成了星際介質。宇宙就這樣形成了。

亞穩態宇宙論

1999 9 月,印度著名天文學家納爾利卡爾等人提出一種新的宇宙起源理論 —“ 亞穩狀態宇宙論 ,對大爆炸理論提出挑戰。他們相信,宇宙是由若干次小規模的爆炸而不是一次大爆炸形成的。新理論認為,宇宙在最初的時候是一個被稱為 創物場 的巨大的能量庫,而不是大爆炸理論所描述的沒有時間、沒有空間的起點。在這個能量場中,不斷發生爆炸,逐漸形成了宇宙的雛形。此後,又接連不斷地發生小規模的爆炸,導致局部空間的膨脹。而時快時慢的局部膨脹綜合在一起便形成了整個宇宙的範圍。

多重宇宙論

對於多重宇宙有不同的理解。一種理解是,位於可觀測宇宙之外的時空,構成其它的宇宙。例如,在 宇宙暴脹 中形成的其它大量時空,或者我們宇宙中 黑洞 奇點 內我們所無法理解的時空。這些不同的時空部分總體構成了多重宇宙。另一種理解則強調這些不同的宇宙不僅僅是時空區的獨立,而且其中的表現的物理規律也可能有所不同,例如其中的粒子也許具有不同的電荷或質量,其物理常數也各不相同。

有時人們也把 平行 與多重宇宙當作同義詞。不過,平行宇宙還有一種理解,即 量子力學 中的多世界解釋。這種解釋認為,在量子力學中,存在多個平行的世界,在每個世界中,每次 量子力學測量 的結果各自不同,因此不同的歷史發生在不同的平行世界中。

理論物理學家 認為存在著不同狀態生命的 多元宇宙 ,美國北卡羅萊納州維克森林醫學院的羅伯特 - 蘭劄 (Robert Lanza) 教授指出,任何事物可能存在於多元宇宙中某一點,意味著死亡不會存在於任何真實感官意識,人類生命死亡過程猶如多元宇宙中花卉綻放和凋謝的四季迴圈。蘭劄的完全觀點理論記錄在他撰寫的新書《生命和意識是理解真實宇宙屬性的關鍵》。

宇宙的哲學觀

有些宇宙學家認為,我們的宇宙是唯一的宇宙;大爆炸不是在宇宙空間的哪一點爆炸,而是整個宇宙自身的爆炸。但是,新提出的暴漲模型表明,我們的宇宙僅是整個暴漲區域的非常小的一部分,暴漲後的區域尺度要大於 1026 公厘,而那時我們的宇宙只有 10 公厘。還有可能這個暴漲區域是一個更大的始於無規則混沌狀態的物質體系的一部分。這種情況恰如科學史上人類的認識從太陽系宇宙擴展到星系宇宙,再擴展到大尺度宇宙那樣,今天的科學又正在努力把人類的認識進一步向某種探索中的 暴漲宇宙 無規則的混沌宇宙 推移。我們的宇宙不是唯一的宇宙,而是某種更大的物質體系的一部分,大爆炸不是整個宇宙自身的爆炸,而是那個更大物質體系的一部分的爆炸。因此,有必要區分哲學和自然科學兩個不同層次的宇宙概念。哲學宇宙概念所反映的是無限多樣、永恆發展的物質世界;自然 科學 宇宙概念所涉及的則是人類在一定時代觀測所及的最大天體系統。兩種宇宙概念之間的關係是一般和個別的關係。隨著自然科學宇宙概念的發展,人們將逐步深化和接近對無限宇宙的認識。弄清兩種宇宙概念的區別和聯繫,對於堅持馬克思主義的 宇宙無限論 ,反對宇宙有限論、神創論、機械論、不可知論、 哲學 代替論和取消論,都有積極意義。

宇宙紀錄片

紀錄片《 宇宙 》囊括了宇宙的一切,從黑洞到我們的太陽,從未探索的 太空 到可能存在生命的 星球 。《宇宙》這個專題已經被 N 多機構做過 N 多遍了,但歷史 頻道 做的非常出色,在講述人類探索宇宙的歷史故事的時候,嚴謹詳實地敘說了人類對宇宙的不懈探索,同時將已經瞭解和尚未瞭解的宇宙奧秘一一展現出來,真的秉承了歷史頻道的傳統。特別是《火星》不知道被做過多少次了,但歷史頻道做來,給人感覺耳目一新,裡面介紹了 2007 年最新的資訊。

 

參考資料:
http://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%AE%87%E5%AE%99

http://baike.baidu.com/subview/2496/7952296.htm

http://www.baike.com/wiki/%E5%AE%87%E5%AE%99

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