时间永远向前但没人知道为什么 从宇宙起源说起

时间永远向前但没人知道为什么从宇宙起源说起2015年06月16日08:06 新浪科技微博我有话说(798人参与)收藏本文

时间有向，你不能让已经破碎的鸡蛋重圆

新浪科技讯北京时间6月16日消息，据英国广播公司（BBC）网站报道，假设有这么一天，你在家里感到无聊，你把几个鸡蛋顶在头上表演起杂耍，但你的表演不太成功，鸡蛋打碎糊了你一脸。现在你将不得不去洗下脸再冲个澡，然后换上一身新衣服。

干嘛不把鸡蛋恢复回去，那样不是更快吗？打碎一个鸡蛋只需要几秒钟的时间，那为什么不把整个过程倒过来做一遍？你只要把蛋黄和蛋清都丢回去，然后把蛋壳重新合上不就好了？那样一来你就又重新拥有了一张干净的脸，干净的衣裳，你的头发里没有蛋黄，一切就像没有发生过一样。

听上去觉得很荒唐？但是你说得清哪里荒唐吗？为什么我们不能“破蛋重圆”？

实际上在自然界中并不存在基本的法则阻止我们让打碎的鸡蛋重新复原。事实上，物理学家们认为在我们的日常生活中发生的任何事件都可以在任何时间反向发生。那为何我们却不能让破蛋重圆，让点燃的火柴恢复未点燃状态，或者让我们擦伤的膝盖倒回到没有擦伤的状态？既然没有基本法则禁止，那为何事情却没有倒转发生呢？未来究竟为何会与过去不同？

这个问题听上去并不复杂，但要想回答它，我们必须回到宇宙诞生的时刻，进入原子的世界，前往物理学研究的最前沿去寻找答案。

伊萨克·牛顿的成就

经典物理学的先驱，英国物理学家伊萨克·牛顿

正如许多与物理学有关的小故事一样，这个故事同样要从伊萨克·牛顿说起。在1666年，由于一场黑死病的爆发让牛顿不得不暂时从就读的剑桥大学休学离开，并与他的母亲一起搬到了林肯郡的乡下居住。在那里的生活几乎与世隔绝，非常枯燥，于是牛顿便让自己沉浸在了对物理学的研究之中。

在这里他逐渐发展出了关于运动的三大定律，其中包括那条非常著名的论断，即每一种作用力都存在一个与之大小相等但方向相反的反作用力。他还设想了引力如何发生作用的一种解释。

牛顿定律在描述现实世界方面异常成功。它可以解释为何苹果会从树上落向地面，以及为何地球会围绕太阳运行。但牛顿定律存在一个奇怪的问题：在它的体系下，如果把时间倒转过来也一样成立。这也就是说，根据牛顿的理论，如果鸡蛋可以被打破，那么理论上它也可以重圆。

但实际经验告诉我们这很显然是错误的。但事实是，自从牛顿以来，几乎所有的物理学理论都存在着同样的问题——物理学定律似乎根本就不在乎时间是向前流淌还是倒流回去，就像它不在乎你是左撇子还是右撇子一样。

但我们在乎。根据我们的日常经验，时间是有前进方向箭头的，它永远指向未来。美国加州理工学院物理学家西恩·卡罗尔（Sean Carroll）表示：“你可能会搞混东边和西边的方向，但你一定不会搞混昨天和明天。但奇怪的是，基本的物理学定律并不区分过去和未来。”

路德维希·玻尔兹曼的发现

时间为什么会有方向？第一位认真思考这一问题的人是一名生活在19世纪晚期的奥地利物理学家路德维

希·玻尔兹曼（Ludwig Boltzmann）

第一位认真思考这一问题的人是一名生活在19世纪晚期的奥地利物理学家路德维希·玻尔兹曼（Ludwig Boltzmann）。在他生活的年代，许多在今天的我们视为真理的观点在当时仍然还充满争议。尤其是，当时的物理学家们并不相信物质是由一种叫做“原子”的微小粒子组成的。许多物理学家指出，有关原子的理论无法进行检验。

但玻尔兹曼坚信原子是真实存在的。于是他开始尝试基于这样的认识来解释生活中得到各种事物，如火焰为何会发光，我们的肺如何工作，以及为何对着一杯茶水吹气会让它冷却地快一些。他认为基于原子的观点，他可以理解所有这些事物的本质。

有些物理学家对于玻尔兹曼的工作产生了深刻的印象，但大部分物理学家则对此嗤之以鼻。不久之后，玻尔兹曼便因为他不合正统的观点被物理学界驱逐出去了。

玻尔兹曼因为自己对于热的本质的研究而深陷漩涡中央。这听起来似乎与时间的本质并无联系，但玻尔兹曼即将证明，这两者之间是紧密关联的。

在当时，物理学家们已经发展出一套称之为热力学的理论，其主要用于描述热的行为。比如说，热力学可以解释为何冰箱可以在炎热的夏季将食物保持在冷冻状态。玻尔兹曼的反对者们认为，热是不能以其他任何东西来解释的，因为热就是热，而不是别的什么东西。

玻尔兹曼想要证明那些人都错了。他认为热的本质是原子的随机运动，并且热力学的所有内容都可以以此为基础得到解释。玻尔兹曼的这一观点在今天看来是完全正确的，然而在当时的环境下，他却不得不耗费自己的全部余生去试图说服其他人相信他的理论。

玻尔兹曼首先尝试解释一种听上去可能有些陌生的概念：熵。根据热力学定律，世界上的任何物体都有与之相联系的一定数量的熵存在，并且这个物体发生的任何变化都会导致它

的熵值增加。比如说，如果你把一块冰块放进一杯水里让它慢慢融化，这个杯子里的熵值就增加了。

熵值的增加与物理学中的任何其他事情都不同：它只会朝着一个方向发展，也就是熵的增加。但却没有人知道熵为何会如此。

玻尔兹曼的墓志铭是他发现的关于熵的数学方程

再一次的，玻尔兹曼的同行们开始宣传这样的论调，那就是根本不可能就熵值为何只能增加这一现象给出解释——它就是这样的，没有原因。同样再一次的，玻尔兹曼无法对这样的解释感到满意，他决定挖掘这个问题背后隐藏的更深层含义。这样做的结果是我们对于熵的本质理解的一次巨大飞跃——这项发现如此意义非凡，以至于玻尔兹曼将它刻在了自己的墓碑上。

热力学与熵的本质

只有运用原子理论才能解释火焰的形成

玻尔兹曼究竟发现了什么？他发现熵的本质是对原子排布方式的数量，以及它们所携带能量的度量。熵之所以会增加，是因为原子变得更加混乱了。

根据玻尔兹曼的观点，这就是冰为何会在水里融化的原因。相比固体状态的冰，当水体处于液体状态时，水分子有多得多的排布方式，也有多得多的方式可以在分子间传递热量。于是，便存在着太多的途径可以导致冰的融化，但只有相对较少的途径可以导致水的固结，也因此，冰最终消融的可能性是压倒性的。

相似的，如果你将一滴奶油滴到你的咖啡里，这一滴奶油将会扩散到整杯咖啡里，因为那样才是熵更高的状态——相比局限在一个小区域内，存在更多的排布方式可以让这一滴奶油的成分粒子扩散到整杯咖啡。

在玻尔兹曼看来，熵是有关概率大小的概念。具有低熵的物体显得整洁（有序），因此难以存在。高熵物体显得混乱（无序），也因此更有可能存在。熵总是增加的，因为物体显得混乱要比显得整洁容易得多。

这听上去有些令人沮丧，尤其如果你是一个喜欢将自己住的屋子收拾的干干净净的人的话。但玻尔兹曼关于熵的认识却的的确确有着一个正面的意义：它似乎可以解释时间箭头的存在。

玻尔兹曼对于熵值为何永远增加的问题的探索，反过来为寻找我们问题的答案提供了启发：为什么我们永远体会到时间向前流逝？如果宇宙作为一个整体从低熵状态逐渐向高熵状态演化，如果是那样，那么我们将永远无法目睹事物的反向发生。

把一块冰块投入一杯水里，它当然会融化

我们无法目睹破碎的鸡蛋恢复如初，这是因为存在着无数中排布这些鸡蛋碎片的方式，而其中几乎所有的排布方式最终的结果都是一个破碎的鸡蛋而不是一个完整的鸡蛋。相似的，融化的冰不会倒回去，点燃的火柴不会倒回去，你擦伤的膝盖也不会倒回去。

玻尔兹曼对于熵的定义甚至还可以解释为何我们可以记得过去而不是未来。请想象一下相反的情况：假设你拥有对某一事件的记忆，然后这一事件发生，再然后你对于这一事件的记忆消失。从概率上讲，你的大脑发生这种情况的可能性非常非常低。

根据玻尔兹曼的理论，未来之所以看上去与过去不一样，仅仅是因为相比过去，未来的熵增加了。不过，他挑剔的反对者们从玻尔兹曼的理论中找出了一个推理上的“瑕疵”。

“过去假设”与低熵宇宙

时间是宇宙的内在属性吗？

玻尔兹曼指出，随着我们逐渐向着未来滑去，熵将增加，这是如原子那样微小粒子行为概率学上导致的结果。然而这些微小粒子本身也是遵循基本物理学原理的，而那些基本物理学原理却并不区分过去和将来。

于是玻尔兹曼的理论中便出现了一个棘手的悖论：如果你说朝未来发展，熵值将会增加，那么我也可以说，随着倒回过去，熵值将会增加。玻尔兹曼说，因为产生破碎的鸡蛋要比产生一个完好的鸡蛋容易得多，因此有理由预期完好的鸡蛋将会变成破碎的鸡蛋。但这里同样存在另外一种解释：完好的鸡蛋是难以出现的小概率事件，那么鸡蛋应当在大部分的时间里处于破碎状态，只有在非常偶发的情况下才会呈现出完好的状态，但也应该只能持续很短的时间，随后就应该再次回到破碎的“常见状态”才对。

事件一旦发生就不能倒回去

简而言之，你可以运用玻尔兹曼有关熵的理论来证明：过去和未来应当看上去是相似的。但这并非我们的日常经验告诉我们的事实，于是我们又回到了最初的那个问题——为何时间会有方向？

对此，玻尔兹曼考虑了几种解决的方式。其中效果最好的一种被称之为“过去假设”（past hypothesis）。这一理论非常简单：在遥远的过去的某一时刻，宇宙曾经处于低熵状态。

如果这一假设成立，那么玻尔兹曼理论框架中的“瑕疵”将不复存在。过去和未来看上去将会很不一样，因为过去的状态熵值要比未来的状态低得多。因此，鸡蛋一旦打破将无法恢复。

这样的解决方式非常简洁有力，但却会引出一个全新的问题，那就是：你怎么知道所谓“过去假设”理论是正确的？既然低熵状态是难以出现的，那么为何在遥远的过去宇宙竟然会处于这样一种“难以出现”的状态？

玻尔兹曼未能解决这个问题。玻尔兹曼本身是一名狂躁抑郁症患者，在自己的观点被主流物理学界多次拒绝之后，他确信自己毕生的工作都将会被人们所遗忘。1906年在的里雅斯特附近的一次家庭度假期间，玻尔兹曼用上吊的方式结束了自己悲剧的一生。

他的自杀尤其具有悲剧色彩，因为就在他死后不到10年时间里，物理学界开始认识并接受他有关原子的理论观点。另外，在接下来的数十年间，新的发现表明或许存在着一种方法，可以解释“过去假设”所设想的情形。

宇宙大爆炸

混乱的宇宙。一个拥有星系，恒星和行星的宇宙实际上比充斥着高温致密气体物质的原始宇宙具有更高的

熵值

在20世纪，我们对于宇宙的认识发生了彻底的改变，我们发现宇宙是有开端的。

在玻尔兹曼的年代，大多数物理学家相信宇宙是永恒的——它一直是存在的，过去是，将来也是。但在20世纪20年代，天文学家们发现所有的星系都在远离我们而去。他们意识到，宇宙正在膨胀。这就意味着，在过去的某一时刻，宇宙曾经聚集在一起。

在接下来的几十年间，物理学家们逐渐达成一致意见，我们的宇宙是从一个极度高温致密的“点”开始的。这个“点”快速膨胀并冷却，形成了我们所知的一切事物。这一从微小的一个点开始发生的迅速膨胀过程被称为“大爆炸”。

这似乎可以支持“过去假设”理论。卡罗尔表示：“人们会说，好吧，很显然早期宇宙是处于低熵状态的。但为何从一开始，在大约距今140亿年前的宇宙初期会处于低熵状态，这个问题我们目前还无法解答。”

我们现在知道宇宙的年龄大约有140亿年

平心而论，一次巨大的宇宙大爆炸事件听起来并不像是某种能够与低熵相联系起来的事物。毕竟，爆炸的规模是巨大的。在早期宇宙中存在许多不同的方式可以重新安排物质和能量，使之仍旧能够保持高温，微小并处于膨胀状态。但正如事实已经证明了的那样，在周围存在大量物质的情况下，熵可能会有所不同。

请想象一个巨大的空旷空间，在它的中央位置时一团质量与太阳相当的气体云。引力将把气体物质聚集到一起，最终这些气体物质将逐渐形成团块并发生塌缩，新的恒星诞生了。但如果熵是永远增加的，那么所有这些又怎么可能发生？因为很显然，气体物质处于稀疏和分散状态下的可能方式远多于聚集。

量子力学与相对论的局限

恒星和行星是从巨大的星云物质中经过塌缩冷凝而形成的

关于这个问题的答案在于引力。引力会对熵产生影响，但物理学家们仍然不甚理解其具体的作用方式。对于一个具有足够大质量的物体，相比致密和均匀的状态，形成团块是熵值更高的状态。因此一个拥有星系，恒星和行星的宇宙实际上比充斥着高温致密气体物质的原始宇宙具有更高的熵值。

这就意味着我们遭遇到了一个新的问题——那个从大爆炸当中形成的，充斥着高温致密气体的宇宙是低熵的，因而应该是不太可能出现的。卡罗尔表示：“如果有一袋子宇宙，你伸手进去随便掏出一个，那么你不太可能会掏出一个像这样的宇宙来。”

那么我们的宇宙究竟如何会以这样一种“不太可能”的状态开端？对于这个问题，我们目前甚至还不清楚究竟哪种回答才应当算是令人满意的。正如美国纽约大学的物理学家蒂姆·麦德林（Tim Maudlin）所言：“究竟什么样的理论才能被认定是对于宇宙初始状态的解释？”

一种观点是认为在宇宙大爆炸之前还存在着其他东西。这样的想法可以解释宇宙早期的低熵状态吗？

卡罗尔和她以前的一个学生曾经一起提出过一个模型，该模型认为有大量的“婴儿宇宙”正从它们各自的“母宇宙”中诞生出来并不断膨胀，形成一个个与我们所处的宇宙相似的多重宇宙。这些“婴儿宇宙”可以以低熵的状态开端，但这一“多重宇宙”作为一个整体，其熵值一直是很高的。

如果这一理论假设成立，那么我们之所以会观测到早期的低熵宇宙，只是因为我们不能看到更大尺度上的图景。同样的情况也适用于时间的方向性。卡罗尔表示：“这种理论认为，从更大尺度上观察，更高层级的宇宙中过去与未来是一样的。”

有观点认为我们生活的宇宙是诸多类似的宇宙之一，即所谓“多重宇宙”

然而并非所有人都同意卡罗尔或其他任何人对于“过去假设”的解释。正如卡罗尔所言：“有很多的说法，但其中甚至没有一个是看起来很有希望成功的，更不要说确凿无疑的理论了。”

其中面临的困难之一就在于，我们目前最好的理论仍然无法处理宇宙大爆炸时的情景。而如果我们缺乏描述宇宙诞生时情况的理论体系，我们也就根本无法解释为何当时宇宙会处于低熵状态。

对此，当代物理学家们主要依赖于两种基本理论基础。其中之一是量子力学，其主要用于解释微观粒子，如原子的运动，而广义相对论则可以描述宏观大质量物体，如太阳的行为。然而这两大理论体系却无法相互融合。

“万物理论”

物理学的能力仍然是非常有限的，它无法为所有事物的本质给出解释

因此如果有一样东西质量非常大，但同时又非常微小的时候——比如大爆炸时期的宇宙，物理学便进入到一个完全陌生的领域。因此如果要想描述此时宇宙的情况，就必须将描述大质量天体行为的广义相对论与描述微观粒子行为的量子力学统一起来，构建起一套新的“万

物理论”才能做到。

这一终极理论将是我们理解时间单向性的关键。英国爱丁堡大学的物理学家玛丽娜·柯

提思（Marina Cortês）表示：“找出这一终极理论将最终让我们了解大自然是如何构建出空间与时间的。”

然而不幸的是，尽管已经经过长达数十年的努力，迄今物理学家们仍然未能找到这样一个万物理论。但至少我们已经有了一些可能的候选理论。

目前看来最有希望的“万物理论”候选者之一便是所谓的“弦论”，该理论认为所有亚原子粒子实际上都是由微

小的“弦”所构成的

其中看起来最有希望的一项理论便是所谓“弦论”，该理论认为所有亚原子粒子实际上都是由微小的“弦”所构成的。弦论的主要观点还包括认为空间拥有额外的维度，超出传统认识中的三维，只是其他维度发生的卷曲而只存在于微观尺度；除此之外，该理论认为我们生活在某种形式的多重宇宙之中，并且在不同的宇宙中物理学定律是不同的。

所有以上这些听上去都显得非常古怪。然而大多数粒子物理学家都将该理论视作是我们最终通往万物理论最有希望的途径。

但这并不能帮助我们解释时间方向性的问题。正如几乎所有其他的基础物理理论一样，弦论的方程并未在过去与未来之间勾勒出一道明显的界限。如果弦论最终被证实是正确的，那么它或许无法对时间的方向性作出解释，于是柯提思开始尝试寻找更好的解决方案。她与加拿大滑铁卢的圆周研究所（Perimeter Institute）的李·斯莫林（Lee Smolin）合作，试图找出可以替代弦论，并在最基础的层面上兼容时间有向性的新理论。

柯提思与斯莫林指出，我们的宇宙是由一系列完全独特的事件所组成的，完全相同的事件永远不会重复出现。而每一组事件的发生只能对下一组的事件产生影响，而时间的有向性正在建筑在这一基础之上的。柯提思表示：“我们希望，如果能够用这类方程开展宇宙学研究，我们将最终抵达宇宙最初始阶段的状态并发现它并非是特别的。”

这与玻尔兹曼的解释完全不同，他当时对此给出的解释是，时间的有向性只是概率论规则下的一种现实结果。柯提思表示：“时间并非真的是一种错觉。它真实存在并且真的在向前流逝。”

但大部分的物理学家都赞同玻尔兹曼对于这一问题的解释。大卫·阿尔伯特（David Albert）是美国哥伦比亚大学的一名物理学家，他表示：“玻尔兹曼在很早之前就指出了解决

这一问题的正确方向。这里存在着实实在在的希望，如果你挖掘地足够深入，你就会发现整件事正是玻尔兹曼所指出的那样。”卡罗尔对于这番言论同样表示赞同。他说：“如果大爆炸时低熵的，那么它就是如此。我们可以解释过去与未来之间存在的所有不同。”

时间永远向前，但没有人知道这是为什么

不管是通过这种方式还是那种方式，要想解答有关世间有向性的问题，我们就必须解释存在于宇宙肇始之初的那个低熵状态，而要想给出这样的解释，我们需要用到“万物理论”——不管它究竟是弦论，柯提思和斯莫林提出的新理论或者是其他什么理论。但人们在

搜寻万物理论的道路上已经辛苦前行了90年，我们究竟发现了什么？如果哪天我们真的找到了这样的理论，我们又如何能知道这就是那个正确的“万物理论”？

我们可以用某种非常微小但密度又非常高的物体去测试这一理论。但我们无法回溯时间，回到大爆炸发生的时刻。另外，不管最近的某部科幻电影中拍摄的如何离奇，我们是无法进入黑洞并将信息发送出来的。那么如果我们真的想要搞清楚为何鸡蛋破碎后不能复原，我们究竟能够做点什么？

就目前而言，我们最大的希望就在于人类历史上建造过的最大型机器——大型强子对撞机（LHC）。LHC是一台超级粒子加速器，在法国和瑞士边界地下建造了长达27公里的加

速轨道。它能将质子以接近光速的速度迎面对撞，并在这样的超高能级对撞中制造出新的粒子。

欧洲大型强子对撞机（LHC）地下管道一角。现在更加强大的LHC已经准备就绪。如果我们的运气足够好，升级后的LHC设备将有望产生人们此前从未接触过的新的基本粒子，从而为科学家们最终揭示“万物理论”

提供帮助

在过去的两年时间里，LHC正在经历停机检修，但从今年开始它将重新开始运行，并将首次达成全功率运行状态。2012年，在半功率运行的情况下，LHC帮助人们成功发现了希格斯玻色子，这种被人们称作“上帝粒子”的神秘粒子赋予了其他粒子以质量的属性。这项成果被授予了诺贝尔奖，而现在更加强大的LHC已经准备就绪。如果我们的运气足够好，升级后的LHC设备将有望产生人们此前从未接触过的新的基本粒子，从而为科学家们最终揭示“万物理论”提供帮助。

LHC设备将需要数年时间采集必要的数据并进行相应的处理与解译。而一旦科学家们完成对所有数据的解译，或许我们就能最终弄明白那个该死的碎鸡蛋究竟为什么不能再圆回去了。（晨风）

宇宙的形成与演化论文

宇宙的形成与演化论文。 前言：这学期我们选修了宇宙的形成与演化这门课程，在这一个学期的时间里，我们跟随徐老师进行学习，了解了宇宙的形成过程，星系的组成，宇宙的演化过程等很多知识，同时，徐老师也经常给我们播放相关的视频，使一些宇宙相关理论变得更加生动和易于理解。我对天文学向来报有一种强烈的好奇与好感，选择这门课程我感到很开心。接下来，我会结合老师的讲课以及自己的课外拓展，谈一谈我对宇宙的了解和认识。 （一）宇宙的起源 目前关于宇宙的起源的理论影响较大的便是大爆炸理论。老师在课堂上给我们放过宇宙起源的主题教育片，给我影响比较深刻的便是其中几位美国学者的那种独特的思想观点。 大爆炸理论是目前人们普遍认可的一种理论。这种理论是这样解释的，宇宙在爆炸之后开始不断膨胀，导致温度和密度很快下降。随着温度降低、冷却，逐步形成原子、原子核、分子，并复合成为通常的气体。气体逐渐凝聚成星云，星云进一步形成各种各样的恒星和星系，最终形成我们如今所看到的宇宙。 现在宇宙物理学的几乎所有研究都与宇宙大爆炸理论有关，或者是它的延伸，或者是进一步解释，例如大爆炸理论下星系如何产生，大爆炸时发生的物理过程，以及用大爆炸理论解释新观测结果等。这个理论首先是建立了两个基本假设：物理定律的普适性和宇宙学原理。同时也比较自然地说明了许多观测现象，而且理论和观测结果能较好地相符。具有很强的科学性。该理论最直接的证据来自对遥远星系光线特征的研究。在课堂上，我们了解了星系谱线红移这个新的知识概念。根据哈勃定律。天文学家通过观测星系的谱线红移量，就能求出星系的视向速度，进而能得出它们的距离。 大爆炸理论的科学性令人信服，但它也存在一些问题，比如视界问题，均匀度问题和重子不对称等，其中最突出的是“原始火球”是从哪里来的? 而目前另一种理论是定宇宙永恒说。这种理论认为宇宙是处于一种稳定的状态，这就是说，一些星体湮没了，在另一处会有新的星体产生。宇宙只是在局部发生变化，在整体范围内是稳定的。我相信，随着科学的发展和研究的深入，这两种理论将不断地接受新的考验。可能会被新的理论证实，也可能被新的疑点推翻。当然也有可能产生更加科学的新的理论。不断怎样，我相信，我们对宇宙的起源的了解，会不断的更新，不断地接近最终实际。 星系的形成与分类 在宇宙中，我们把由两颗或两颗以上星球所形成的绕转运动组合体叫做星系。 目前，我们对星系形成演化过程比较流行的看法就是：在原始星系云收缩过程中，第一代恒星出现，在原星系的中心区，收缩快，密度高，恒星形成率也高，形成漩涡星系的星系核或形成椭圆星系整体。漩涡星系和椭圆星系内部所包含的能量是经常会发生物理变化，用自身的自传离心力阻止赤道的进一步收缩。因而让它们的扁率各不相同，气体的随机运动和恒星辐射加热等因素，使部分气体未结合成成星胚，并因碰撞作用而沉向赤道面，从而形成旋涡星系和不规则星系，结果使星系从形成之初就已经定形并保持下来，不再显著变化。在几亿年期间，由原星系形成的为年轻星系最终变成了我们现在所熟悉的宇宙星系。 美国天文学家哈勃是研究现代宇宙理论最著名的人物之一，同时也是河外天文学的奠基人。他把宇宙中的星系按其形态或叫结构类型划分成了四类：（1）、椭圆星系。椭圆星系是从圆球星系发展演化而成的（2）、旋涡星系。旋涡星系在宇宙中也有多种形态，而且也有一个发展演化的过程。一开始从不规则的形态向规则形态逐步发展演化（3）、不规则星系。不规则星系也能逐渐发展演化为规则星系。

“天文学”简介含义起源 历史与发展

天文学 翻开人类文明史的第一页，天文学就占有显著的地位。巴比伦的泥碑，埃及的金字塔，都是历史的见证。在中国，殷商时代留下的甲骨文物里，有丰富的天文记录，表明在黄河流域，天文学的起源可以追溯到殷商以前更为古远的世代。 几千年来，在人类社会文明的进程中，天文学的研究范畴和天文的概念都有很大的发展。为了说明我们今天对天文这门学科的理解，本文将在第一节里首先介绍一下天文研究的特点。本文的第二节──星空巡礼，是对目前所认识的天文世界的几笔速写。在第三节里，我们举出伽利略-牛顿时代天文学的一次飞跃，来对照当前天文研究的形势，希望借此探讨天文学发展的规律，并强调说明一次新的飞跃正近在眼前。 我们不准备、也不可能用这篇短文囊括天文学悠久的历史和丰富的内容（这是本书这一整卷的任务），而只是对它的特征、现状和趋向作一个概括性的描述。为使读者对天文学的轮廓有一个认识，本文的第四节，用简单的图解方式介绍当前天文学科各分支之间的相互关系。 天文学研究的特点 天文学是一门古老的学科。它的研究对象是辽阔空间中的天体。几千年来，人们主要是通过接收天体投来的辐射，发现它们的存在，测量它们的位置，研究它们的结构，探索它们的运动和演化的规律，一步步地扩展人类对广阔宇宙空间中物质世界的认识。 作为一颗行星，地球本身也是一个天体。但是，从学科的分野来说，“天”是相对于“地”的。地面上实验室里所熟悉的那些科学实验方法，很多不能搬到天文学领域里来。我们既不能移植太阳，也无法解剖星星，甚至不可能到我们所瞩目的研究对象那边，例如，到银河系核心周围去看一看。从这个意义上来说，天文学的实验方法是一种“被动”的方法。也就是说，它只能靠观测（“观察”和“测量”）自然界业已发生的现象来收集感性认识的素材，而不能像其他许多学科那样，“主动”地去影响或变革所研究的对象，来布置自己的实验。

宇宙起源和演化学说简史

宇宙起源和演化学说简史 王为民（四川南充龙门中学） 今天我本想在帖吧转发我的“宇宙大爆炸的缺陷”一文，因为这篇文章刚刚见报，其兴奋之情溢于言表。 人类从牛顿时代习惯万有引力主宰宏观宇宙的现象，却对于宇宙三大力学(电磁力、强核力、弱核力)的电荷、色荷、弱荷中性视而不见。人们习惯于上帝的安排，很少去问上帝，这样安排宇宙秩序的原因是什么? 我们知道，原子是电中性的，原子核中的质子数总是等于核外电子数。问题是我们的宇宙质子数为什么也等于电子数，我们的宇宙也是电中性的。 如若不然，电力比万有引力强一万亿亿亿亿倍是不容许万有引力支配天体运动的。但事实是，牛顿万有引力和爱因斯坦的时空弯曲理论却能够很好地解释行星围绕太阳运动的轨迹。完全不需要电磁力来帮忙。 宇宙大爆炸学说好像不屑于这种解释，它的理由就是宇宙本来就是如此，甚至前一个收缩宇宙死亡以后，再次爆发都是如此，没有理由来解释这个质子数等于电子数的理由。 质子有反质子，电子有正负电子之分，每一个基本粒子都有其反粒子，光子的反粒子是它自身。 宇宙大爆炸最初正反粒子数是相等的，如果永远保持正反粒子数相等，那么正反粒子将湮灭为2～3个光子，宇宙只是光子的海洋，不会出现物质粒子。 但事实是，我们的宇宙主要是由质子、中子、电子等物质组成的，反物质的反质子、反中子、正电子在宇宙射线中有极少数来自强烈的恒星内部核聚变过程，它们遇到物质可以湮灭物质的质子、中子、电子等，并不能湮灭宇宙，因为，我们的宇宙是物质的，而不是反物质的。 在正负电子对撞机中，科学家将正电子和电子分别加速到接近光速，然后进行对撞。由于对撞能量非常高，激发真空产生更多的正负电子，同时还产生了正反π介子、正负μ子，正反质子，正反中子等。对于带电粒子，科学家用磁场将它们进行分离。 我提出的“正反王为民粒子白洞创生正反宇宙定律”能够解释所有这些问题。所以，我感到非常高兴。 按照“正反王为民粒子白洞创生正反宇宙定律”应该是正反物质的宇宙大分离。就像人类的起源。为什么我们大中华全是黄种人，欧洲是白人，非洲是黑人，东南亚是棕色种人?这就是人类起源大分离。 1922年，弗里德曼根据宇宙学原理，宇宙天体在大尺度空间分布均匀，各向同性，将罗伯逊——沃克度规代入爱因斯坦含宇宙项的引力方程得到弗里德曼方程，在此基础上，科学家建立了宇宙膨胀、收缩或震荡的各种宇宙流体演化模型。 根据“科普中国”介绍:“大爆炸宇宙论”（The Big Bang Theory）认为：宇宙是由一个致密炽热的奇点于137亿年前一次大爆炸后膨胀形成的。1927年，比利时天文学家和宇宙学家勒梅特（Georges Lema?tre）首次提出了宇宙大爆炸假说。1929年，美国天文学家哈勃根据假说提出星系的红移量与星系间的距离成正比的哈勃定律，并推导出星系都在互相远离的宇宙膨胀说。 现代宇宙学中最有影响的一种学说。它的主要观点是认为宇宙曾有一段从热到冷的演化史。在这个时期里，宇宙体系在不断地膨胀，使物质密度从密到稀地演化，如同一次规模巨大的爆炸。该理论的创始人之一是伽莫夫。1946年美国物理学家伽莫夫正式提出大爆炸理论，认为宇宙由大约140亿年前发生的一次大爆炸形成。上世纪末，对Ia超新星的观测显示，宇宙正在加速膨胀，因为宇宙可能大部分由暗能量组成。

《科学与技术》期末考试试题与答案版

科学与技术复习试题 一、选择题（每题2分，共10分） 1．自然界中一切物体的相互作用，都可能归结为四种基本的相 互作用，即引力、弹力、电磁力和(C)相互作用。A．地磁力B．分子力C强力D．结合力 2．基因是含特定遗传信息的核苷酸序列，是(D)的最小功能单位。 A ．细胞 B ．蛋白质 C ．氨基酸 D ．遗传物质 3.1996年，世界上第一只克隆羊——多利面世，这 是世界上首次利用(A)技术而培养出的克隆动物。 A. 细胞核移植 B ．细胞融合C．细胞培养 D ．细胞膜嫁 接 4．由无数恒星和星际物质构成的巨大集合体称为(A) 。 A．星系 B ．星空 C ．星云 D ．星际 5．光纤通信利用光纤来传送(C)，它是20世纪70年代发展起来的一种新的通信方式。 A．电 B ．声 C ．光 D ．机械 二、填空题（每空2分，共10分） 6．科学是技术发展的__理论__基础，技术是科学发展的手段， 他们相互依存、相互渗透、相互转化。 7 ．我国863计划中，被评选列入该纲要的8个技术群是生物技 术、航天技术、信息技术、激光技术、自动化技术、能 源技术、新材料技术和海洋技术。 8 ．新技术革命的兴起是以__信息技术为先导的。 9．板块构造说的理论是在__大陆漂移学说、海底扩张 学说的基础上发展起的。 10.1987年，世界环境与发展委员会发布了一份 题为《我们共同的未来》的报告，首次提出了“可持续 发展”的概念。 三、名词解释（每题5分，共20分） 11．核能是在原子核变化过程中，从变化前后原子核质量亏损的质量 差转化来的能量。 12. 纳米材料就是用特殊的方法将材料颗粒加工到纳米级（lo-g 米），再用这种超细微粒子制造的材料。 13. 地球外部圈层结构指地球外部离地表平均800千米以内的圈 层，包括大气圈、水圈和生物圈。 14 ．物质生产力一（劳动者十劳动资料十劳动对象十管理 +??） 高科技。四、简答题（每题15分．共30分） 15．简述科学认识发展的动因。 (1)科学认识发展的外部动因（8分） 恩格斯曾经指出：“经济上的需要曾经是，而且越来 越是对自然界的认识进展的主要动力”。 一般地说，在19世纪中叶以前，科学是落后于生产和技术的， 它的发展是在生产需要的推动下进行的。而从19世纪下半叶以后，科学理论研究不仅走在技术和生产的前面，还为技术和生产的发展开辟了各种可能的途径。进入二十世纪以后，现代科学产生了空前的先行作用，科学变成了超越一般技术进步的因素。 (2)科学认识发展的内部动因（7分） 科学作为系统化的理论知识体系，有其自身的矛盾运 动和继承积累关系。科学发展的内部矛盾运动是它的内部动力。它表现为：1)新事实和1日理论的矛盾。2)各种不同观点、假说和理论的矛盾。 16．简述新材料发展的方向。 随着社会的进步，人类总是不断地对材料提出新的要求。当今新材料的发展有以下几点： (1)结构与功能相结合。即新材料应是结构和功能 上较为完美的结合。（3分） (2)智能型材料的开发。所谓智能型是要求材料本身具 有一定的 模仿生命体系的作用，既具有敏感又有驱动的双重的功能。（3 分） (3)少污染或不污染环境。新材料在开发和使用过 程中，甚至废弃后，应尽可能少地对环境产生污染。 （3分） 18世纪中叶产 生

人类的起源与发展史

人类的起源与发展史 人类起源与发展 从生物学的意义上讲，人是一种动物，人属于哺乳动物纲，灵长目，人科，人属。类人猿与人在进化上有亲缘关系，因此可以说它是人的祖先。大约在20万～300万年以前，人类就已经出现在地球上了。人类是从古猿变来的。但是类人猿和人，在进化 史上都很年轻，如果以地球现在的年龄为12小时，那么人的寿命还不到半分钟。 科学的人类起源理论是从18世纪的拉马克开始的，并经过达尔文开始形成。在古代和18世纪以前，关于人类起源的问题只能做一些猜测。古代生物学家虽然指出了人类与动物在结构上的相似现象，但还不能提出什么系统的理论来阐述人类起源的奥秘。 18世纪著名瑞典生物学家林耐，在他创立的生物分类学的基础上，特别是在研究 动物分类时，把人和猿做了比较。他不仅发现了人和猿都有二心耳、二心室，都是胎生，而且发现人、猿、猴都有两对门齿，胸前都有一对乳房。由于这种惊人的相似， 所以他在进行动物分类时，就把人、猿、猴归入一类，名曰灵长类，即都是灵敏的高 等哺乳动物。 法国博物学家拉马克提出了由猿变人的理论，这是拉马克在研究了现代猿的身体 构造和生活习性的基础上第一次提出来的。他假设，由于生活条件改变，下到地面生 活的类人猿必须用后肢行走，促使手足分工，使前肢发展得更加灵巧有力。这种在发 展变化中的猿人渐渐进化成新的物种，最后变成了原始人。由猿变人论，比起林耐的 人与猿同类论，大大地前进了一步，揭示了猿和人之间前后相继的发展联系。 法国生物学家居维叶首先从比较解剖学方面证明，所有脊椎动物。从最低等的鱼 类到最高等的人类，其主要特征都基本相同。从而说明人起源于猿。他通过解剖学证明，从两栖动物到人的四肢骨骼原来都是由一定数目的骨片在同一格式上构成的，并 指出“两条腿的鸟和人本来都是四肢动物”。由此，居维叶进而证明猿是人的直接祖先，并初步阐述了人类起源的机制。 赫胥黎从达尔文的启示中得到启发，他用达尔文的进化论作为说明从猿到人的武器。他研究了前人发现的人类头骨化石，找到了古猿到人类的桥梁。他曾指出了鱼类、两栖类、爬虫类、鸟类、哺乳类和人类早期胚胎的相似性是它们共同祖先的证明。这 就从胚胎学上揭示了人类与猿类的亲缘关系。他的结论是：人类“是和猿类由同一祖先 分支而来”。人与猿同祖理论首次被赫胥黎提出来了，这比拉马克的猿变人论又前进了

001第一章第一节地球的宇宙环境(含答案)

第一章第一节地球的宇宙环境 一、选择题 科幻电影《流浪地球》讲述了地球因太阳“氦闪”而被迫逃离太阳系寻找新家园的故事。“流浪地球”计划分为三步：第一步，终止地球自转；第二步，将地球推入土星轨道，借助土星引力，弹射出太阳系；第三步，地球经历 2500 年的星际流浪，抵达新家园距离太阳最近的恒星——比邻星。下图为地球流浪过程示意图。读图完成1～2题。 1.示意图中地球在 A、B、C 三个位置对应的天体类 型分是 A．行星—卫星—行星 B．行星—卫星—卫星 C．行星—行星—行星 D．行星—卫星—恒星 2.地球进入比邻星宜居轨道后，下列推测最不可信的 是 A．比邻星位于河外星系，能自身发光发热 B．比邻星较为稳定，能提供稳定的光照条件 C．地球与比邻星距离适中，能保持适宜的温度 D．比邻星周围的宇宙环境较为安全稳定 美国宇航局科学家对第一次银河系行星数量普查做出的估计，银河系内的行星数量是一个天文数字，至少达到500亿颗，其中大约有5亿颗坐落于所谓的“金发姑娘区”，也就是适居区。 据此完成3～4题。 3．对“金发姑娘区”描述不正确的是 A.这一地区的温度既不太高，也不太低，适宜生命存在 B.这一地区只有液态水的存在 C.这一地区宇宙环境比较安全 D.这一地区星球的表面可能存在大气层 4．地球具有生命存在条件和其成因的组合正确的是 A.适于生命呼吸的大气——适中的日地距离 B.稳定的光照——地球适中的质量和体积 C.适宜的温度——适中的日地距离 D.液态水——地球的大气成分 下图中的“蓝月亮”为科学家用计算机模拟出的银河系中一个可能孕育生命的外星天体，据推测它本身不发光，但该天体上光照良好。据此完成5～6题。 5．“蓝月亮”应属于 A．行星 B．恒星 C．卫星 D．彗星 6．“蓝月亮”上的光照可能来自 A．太阳 B．恒星 C．行星 D．地球 2016年11月14日晚，月亮与地球达到全年最近距离， 这是1948年以来月亮最接近地球的一次，出现了世纪最大“超级月亮”。图为摄于云南省曲靖市的月亮

《宇宙探秘》教案

四、宇宙探秘 码头中学王国武 教学目标： （1) 了解人们对宇宙的认识过程以及不同时期主要的观点和理论 （2）知道太阳系组成和宇宙组成，了解宇宙大爆炸模型及其基本知识 （3）常识性了解宇宙和航天事业的发展和未来 教学重点、难点 一、重点：了解太阳系的组成和人类探索太阳系及宇宙的历程 二．难点：认识宇宙的起源 教学方法：观察法，讲授法 教学用具：自制多媒体课件 一．新课引入 视频导入 问：你对宇宙有哪些疑问？ 讨论，学生回答后得到新课课题 二．人类探索宇宙的历程 1、关于宇宙的起源东西方有各种说法，我们中国人认为是盘古创造了世界 你还知道哪些关于宇宙、天地等的传说？ 学生回答 2、对宇宙的认识，中国古代有盖天说： 天圆如张盖，地方如棋局。 人们通过观察星空发现日月星辰似乎围绕着我们地球旋转，宇宙到底如何运行？ 看书并讨论

古希腊天文学家托勒密提出地心说 地心说对吗？地球是怎么运动的？ 文艺复兴时期，天文学家哥白尼提出日心说 哥白尼提出日心说，掀起一场认知革命，使我们开始了对宇宙的科学审视 学生讨论关于对宇宙的了解，回答 三．科学的宇宙观 人类对神秘宇宙的认识已经远远超越了哥白尼时代。 展示各种图片反映当今宇宙，从而知道太阳系组成和宇宙组成 小练习 1、银河系的形状是__________________ 2、距离银河系最近的星系是_______ ...... 观看视频，地球在宇宙中的位置,知道光年的概念：光在真空中传播一年所经过的距离 提出问题：宇宙是否有过去？宇宙是怎么来的？ 观看视频，得出宇宙起源于大爆炸 四．实现飞天梦 宇宙是如此之大，以至于人们不能满足于用肉眼和望远镜观察宇宙，人们早已冲出地球走向太空 简单介绍人类在宇宙探索方面的成就 观看有关神五视频 五．小结本节知识点并布置作业

由宇宙起源引发的感想

由宇宙起源引发的感想 2012108152 12级卫生检验张璐瑶每学期乘飞机回家的时候，看着漆黑的窗外，总会感到自己很渺小，无助和无奈，本质是对空间、对时间、对宇宙的一种敬畏。 宇宙论是一门既古老又年青的科学，说其古老是因为很早很早就有人研究它，从亚里士多德的“地心说”到哥白尼、伽里略的“日心说”就经历了2000多年，而且仅限于太阳与地球的关系，宇宙的概念显然比太阳系广阔得多得多；说其年青是因为直到二十世纪二十年代哈勃发现了红移定律后，人们才开始关注整个宇宙的起源和演化问题，导致现代宇宙论的诞生。 哈勃通过星系光谱的红移，发现越远的星系正在以越快的速度离我们而去，从而确信整个宇宙仍然处于快速膨胀的状态。 剑桥大学教授霍金的著作《时间简史》对宇宙的起源和演化做了很好的介绍，但不无遗憾地讲，其中的不少概念和内容至今我还没弄明白，说明在知识迅猛发展的今天，我们这些人己经被边缘化了。 在我们之前的许多人类大智者，如释迦牟尼、耶和华、耶苏、张道陵等，他们早已认识到了宇宙的伟大，率先感悟人生，产生了天主教、佛教、道教等；尽管教派教义不同，但有一点是共同的，即宇宙是神圣的，在宇审面前我们只能敬畏。所谓的人定胜天等只能算是痴人说梦。 关于宇宙事件（当然包括地球人类事件在内）的发生发展存在着以下两种理论： 1 ，决定论 决定论认为宇宙中所有事物（事件）从大爆炸一刻起就有因果关系，任何事物（事

件）都是前面事物（事件）的果并成为后面事物（事件）的因，并遵循已知或尚未知晓的数学、物理、化学原理沿某轨迹发展继续，也就是说一切都是已经注定了的。 2 ，随机论 随机论认为一切只是一种巧合，存在是没有原由的，一切都只是巧合的结果，即一切都是“缘”。 我相信“决定论”。既然世界是物质的，就必然尊守已知或尚未知晓的数学、物理、化学等基本原理；即使是“思维”这种抽象活动，也是以蛋白质的生物化学反应为基楚的。所以包括人类社会活动在内的所有事件都要循规律发生发展。同时我也不完全排斥“随机论”；即在宇宙事件的发生发展过程中也可能因随机事件暂时偏离这一轨迹，但它只能是暂时的和小振幅的。地壳结构和资源配布是数十亿年宇宙活动的结果，应当被认为是最合理的，人为地改变它其实是很不明智的。 十七世纪瓦特发明了蒸气机，引发了人类所谓的工业革命；使碳资源的分布发生重大变化，大量的煤、石油、天然气等碳资源转化成了二氧化碳，随即遭受到了大自然的报复，以至人类不得不在2009年在丹麦召开“哥本哈根峰会”，应对气侯恶化；被喻为“拯救人类的最后机会”。全球气候变暖及恶性自然灾害频发应视为宇宙轨迹对人类不当行为的纠正手段。 目前发达国家早就停止了修建大型水坝等超大工程，此类工程不同程度地改变了局部地壳的应力状况并改变了水资源的自然态分布，大自然以地震、滑坡、淤沙和地下水分布改变来纠正人类错误行为。 发明蒸气机距今才200多年，在宇宙时间里只算是微不足道的一瞬间，人类就尝到了不尊重大自然的苦果。所以人类应当在尊重宇宙规律的前堤下享受大

马克思分析宇宙大爆炸

现在我们就用马克思主义检验一下宇宙大爆炸理论。 先来认识一下什么是宇宙大爆炸理论。 “宇宙大爆炸学说”作为现代天文学宇宙论中的一个学派, 是研究回答宇宙的发生和发展的问题的。这个学说, 是在1 9 4 8 —1 9 4 9 年间, 阿尔法、贝特和伽莫夫以及赫曼等人共同发展的一种宇宙论。由于这几位创始人的姓名偶然地和希腊字母a 、β、r 谐音, 所以又称为a 一β一r 的理论。这个学说的主要观点认为, 我们的宇宙曾有过一段从密到稀, 从热到冷的演变史。在这个时期内, 宇宙体系在不断地膨胀, 而且这一膨胀过程, 开始时十分迅猛, 如同一次规模巨大的爆炸。具体说, 大约在l的多亿年前, 宇宙升始发生大爆炸。其过程是: 在宇宙的早期, 温度10 0 亿度以上, 物质处于高密状态, 宇宙间只有电子、光子、中微子和少量的中子，质子等基本粒子形态的物质。由于整个体系在膨胀, 所以温度很快下降。当温度降到10 亿度左右时, 化学元素从这一时期开始形成。当温度降到1 0 万度后, 早期形成化学元素的过程结束, 宇宙间的主要物质是质子、电子、光子和一些比较轻的原子核。当温度降到儿千度时, 电子与氢核组成原子, 这样组成的气体在引力的作用下凝聚成气云, 最后逐渐形成今日宇宙里各种各样的星系和恒星。 从物质方面分析: 1:按照马克思唯物主义，根本就没有什么造物主或者上帝，客观世界都是物质的，任何现象都可以用物理定律来解释，科学唯物主义可以解释宇宙中大部分现象，日月星辰，人体动物、力学光学等!宇宙大爆炸学说, 既然认为宇宙是因为其本身体积、温度的变化而产生的爆炸,并且爆炸产生以后, 它的发生、发展只受其物理学规律的支配, 神或上帝并不能进行干预, 因此这个学说与辩证唯物主义的宇宙观念是一致的, 它在一定程度上支持了世界是统一的物质世界的观点。 2:物质是守恒的, 即物质不能创生, 不能消灭, 整个世界就是物质的世界, 根本不存在物质世界之外的一个什么东西。物质世界从宇观上说是至大无外的, 而从微观上说是至小无内的。整个物质世界也无所谓开端和结束.很多人认为宇宙大爆炸是一切世间物质的起源,我们小组不大同意这个观点.根据宇宙大爆炸学说,物质从头到尾都是存在的.它并没有提及一个从无到有的诞生过程.只是解释了物质如何密度从低稀到高密,从电子,光子发展到中子，质子的过程.从这一点来说,它符合了物质的守恒性.

第一节 电的起源

第一节电的起源 一、电：物理学名词【electricity】 电在新拉丁语中写为“electricus”也就是“类似琥珀”的意思包括了许多种由于电荷的存在或移动而产生的现象。其中有许多很容易观察到的现象，如闪电静电等。还有一些比较生疏的概念像磁场.电磁感应等。 电是能的一种形式.包括负电和正电两类，它们分别由电子和质子组成，也可能由电子和正电子组合，通常以静电单位（如静电库仑）或电磁单位（如库仑）度量，从摩擦生电物体的吸引和排斥上可以观察到它的存在。在一定自然现象中（如闪电和北极光）也能观察到它，通常以电流的形式得到利用。 电是一种非自然现象，电是像电子和质子这样的亚原子粒子之间产生排斥和吸引力的一种属性，它是自然界四种基本相互作用之一，电或电荷有两种：我们把一种叫做交流电，一种叫直流电，通过实验我们发现带电物体同性相斥.异性相吸。用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电荷，毛皮摩擦过的橡胶棒带负电荷。这个在我们初中物理中已经学过，电在国际单位中的单位是库仑，1库仑=1安培/秒也就是说若导线中有1安培的稳恒电流，则在1秒内通过导线的横截面积的电量为1库仑，那么下面我们谈谈什么是电子，电子是如何运动的。

- + 在众多解释宇宙早期演化的理论中，大爆炸论是被广泛接受的科学理论，在大爆炸最初几秒钟时间，温度远远高于100亿K。那时光子的平均能量超过1.022MEV很多，有足够的能量来创生电子和正电子对。 电子是构成原子的基本粒子之一，质量极小，带负电，在原子中围绕原子核旋转。 通过上图：我们可以看出电子在围绕着原子核做旋转运动，但是它被空穴包围着。也就是说如果没有外力的作用下电子会呆在空穴里面不动，那么这时候这个原子核也就不呈现电性，我们称之为中性。如果物质经过摩擦后，要么会失去电子，留下更多的正电荷，要么增加电子，获得更多的负电荷，这个过程就称为摩擦生电。 也就是说电子在受外力的作用下会克服原子核的吸引力，脱离开原子核产生自由移动，这种外力有光.热.摩擦.变形.电压.磁力等。那么电子在脱离空穴以后就会呈现出电性，

宇宙大爆炸概论

学院：数学学院学号：20120510293 姓名：陈椿文 简述大爆炸宇宙学所描述的宇宙演化过程大爆炸理论（Big Bang）又称大爆炸宇宙学，是当代关于宇宙起源的理论。也是现代宇宙学中最有影响的一种学说。与其他宇宙模型理论相比，大爆炸宇宙学更能说明一些观测事实。其主要观点是，认为我们的宇宙曾经有过一段从热到冷的演化过程。宇宙并非静止的，而是在不断地膨胀，物质密度从密到稀，就如同一次巨大的爆炸一样。 1927年，比利时天文学家乔治〃勒梅特首次提出了“大爆炸”的概念，认为宇宙开始于一个极小的原始“超原子”（现称为“原始火球”）的灾变性爆炸。1948年，美籍俄裔天体物理学家乔治〃伽莫夫将广义相对论引入到宇宙理论中，提出了宇宙起源的大爆炸模型，其理论出发点是埃德温〃哈勃发现的星系退行速度与距离的关系。既然各星系目前正在彼此退离，那么它们过去必然是彼此互相靠近的。照此追溯下去，大约150亿年（近年来修正为137亿年）前的某一时刻，一个密度极大、温度为10（32次方）K、尺度为10（负36次方）的“原始火球”爆炸，这个无限小点称为“奇点”。从这里诞生了时间和空间、质量和能量，于是宇宙从“无”中诞生。而爆发之“前”，时间和空间毫无意义，因为时间和空间是从奇点开始的。在10（负34次方）秒的极短时间内，宇宙膨胀了10（100次方）倍。极大热能的一部分转化为物质和反物质，包括夸克、反夸克、电子、反电子等基本粒子。物质和反物质碰撞而湮灭并放出光。由于物质远远多于反物质，在10（负5次方）秒后，剩余的物质随着膨胀减速和温度下降，夸克凝聚成中子和质子，进而形成氢核与氦核。此后的30万年间，温度继续下降至5000～4000K，原子核捕捉到曾经无序飞散的电子，构成原子。宇宙变得不透明，进入黑暗时代，这样持续了大约9亿年。此时的宇宙大体上是均匀的，但也存在大约10万分之一的不均匀度。这导致物质凝聚，形成恒星，聚集成星系，星系集结成星系团，更进而聚合成超星系团以及介于其间的超级空洞。现在我们能够通过各种手段观测到的距离100多亿光年宇宙深处的天体，就是宇宙大爆炸后形成的原始天体。 大爆炸学说能较好地解释一些观测事实，也显示了一定的生命力，并且成为目前关于宇宙形成、演化的主流学说。因而取代了另一个比较流行的稳恒态宇宙理论。

霍金北京《宇宙的起源》演讲全文

霍金北京《宇宙的起源》演讲全文霍金北京《宇宙的起源》演讲全文 霍金北京《宇宙的起源》演讲全文 名人演讲稿霍金北京《宇宙的起源》演讲全文全文演讲《宇宙的起源》霍金北根据中非Boshongo人的传说，世界太初只有黑暗、水和伟大的Bumba上帝。一天，Bumba胃痛发作，呕吐出太阳。太阳灼干了一些水，留下土地。他依然胃痛不止，又吐出了月亮和星斗，然后吐出一些动物，豹、鳄鱼、乌龟、最后是人。这个创世纪的神话，和其它很多神话一样，试图回答我们大家都想诘问的题目:为甚么我们在此,我们从何而来,一般的答案是，人类的起源是发生在比较近期的事。人类正在知识上和技术上不断地取得进步。这样，它不可能存在那末久，否则的话，它应当取得更大的进步。这一点乃至在更早的时候就应当很清楚了。例如，依照Usher主教《创世纪》把世界的创生定于公元前4004年10月23日上午9时。另外一方面，诸如山岳和河流的自然环境，在人的生命周期里改变甚微。所以人们通常把它们当作不变的背景。要么作为空洞的风景已存在了无穷久，要么是和人类在相同的时刻被创生出来。但是并非所有人都喜欢宇宙有个开真个思想。例如，希腊最著名的哲学家亚里士多德，相信宇宙已存在了无穷久的时间。某种永久的东西比某种创生的东西更完善。他提出我们之所以看到发展处于这个情形，那是由于洪水或其它自然灾难，不断重复地让文明回复到萌芽阶段。信仰永久宇宙的动机是想避免求助于神意的干涉，以创生宇宙并启始运行。相反地，那些相信宇宙具有开真个人，将开端当作上帝存在的论据，把上帝当作宇宙的第一缘由或原动力。假如人们相信宇宙有一个开端，那末很明显的题目是，在开端之前发生了甚么,上帝在创造宇宙之前，他在做甚么,他是在为那些诘问这类题目的人预备地狱吗,德国哲学家伊曼努尔.康德十分关心宇宙有无开真个题目。他觉得，不管宇宙有无开

第一节地球的宇宙环境

第一节地球的宇宙环境（同步练习题） 一、选择题 1．目前，人们认识到的宇宙是（）A．由恒星和星云组成B．可借助天文望远镜观测到的物质 C．由不同形态的物质组成D．由天体系统构成的 2．．天体具有的共同特性是（）A．发光B．运动C．在同一公转轨道面上D．公转方向一致 3．我们在晴朗的夜空看到的点点繁星，绝大多数是（）A．恒星B．星云C．行星D．卫星 4．光年表示（） ①天体间的距离单位②光在天体间的运行时间 ③天体间的时间单位④光在一年中通过的距离 A．①③B．①④C．②③D．②④ 5．下列天体系统中，不包含地球的是（）A．总星系B．太阳系C．银河系D．河外星系 6．在太阳系家族中（）A．中心天体是地球B．体积最大的是土星 C．离地球最近的是金星D．离太阳最远的是海王星 7．离地球最近的天体是（）A．太阳B．月球C．水星D．金星 8．离地球最近的恒星是（）A．太阳B．月球C．火星D．水星 9．太阳系中行星具有的共同特征是 A．自转方向相同B．公转方向相同C．轨道半径相同D．公转周期相同10．除地球之外，类地行星还包括（）A．水星、火星、土星B．月球、火星、金星 C．水星、金星、火星D．木星、土星、天王星 11太阳系小行星带位于（） A．水星和金星之间B．金星和地球之间 C．地球和火星之间D．火星和木星之间 12．地球所处的“安全的宇宙环境”指的是（）①太阳系中行星公转轨道近乎于一个平面②自转方向一致 ③宇宙中天体在同一轨道上运动④公转方向一致 A．①②B．③④C．①③D．①④ 13．地球的特殊性是指 A．地球有一个稳定安全的宇宙环境B．日地距离适中 C．地球有自西向东的公转运动D．地球上存在生命 14．地球上有生命存在的必需条件是（）A．距离、体积、运动B．距离、温度、大气 C．温度、大气、水D．体积、大气、水 15．在下列天体中，能够发出可见光的天体是（）A．行星B．恒星C．卫星D．流行体 二、综合题 16．读图1-1-2“地球在太阳系中的位置”图，回答下列问题：

科幻说·宇宙大爆炸篇(700字)作文

精选作文:科幻说·宇宙大爆炸篇(700字)作文 我们生活的地球，在银河系这一庞大星系中是非常渺小的，这也启发者人类对宇宙的探索，随即一些谜题涌现出来。宇宙好比一座发电厂，有一定的负荷，如果超负荷运转，难免会有一场大爆炸。多年来，人们在不断的大胆猜测。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。1965年，彭齐亚斯和威尔逊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。宇宙大爆炸所产生的威力是不可想象的，也不容我们想象，有这样一种假设：如果小行星脱离地心引力，而到了同地球同一轨道，运行速度远远超过了地球，那会不会对地球造成威胁呢？这种假设也不能完全被否定。宇宙的温度逐渐升高，宇宙是由一个极小的点爆炸而形成的，并处于不断膨胀中。这个爆炸的点是个密度超级大，体积超级小的点，一般人是难以想象的。如果宇宙真的发生爆炸，那我们全人类将如何躲避呢？霍金预言：宇宙会在2020年发生大爆炸，而人类只能移民，最好的去处就火星。我们这一代人，要勇于探索神秘的宇宙，敢于发现，大胆设想。通过近年来人们的努力，宇宙的神秘面纱一一被揭开，不久将会公诸于世。爆炸是一个什么概念？可不仅仅是爆炸，它的威力可比三四十万座核电站爆炸还恐怖，其危害可想而知。宇宙离我们不远了。初二:逍遥先森 篇一：科幻作文 我的小发明 2025年，我发现树木、水大量减少，垃圾却越来越多，“我们人类命苦呀!该增加的减少了，不该增加的却增加了!”我抱怨着，“怎样才能让水、树变多呢?”这个问题我想了三天三夜，终于发明出了“环境保卫队”。 首先由它们的头领——树苗复制机上场，我把5棵树苗放进它的肚子里，只听“轰隆隆”几声，5棵树苗变成了5000棵树苗，我开心极了，把4000棵树苗交给“植树机器人”，“植树机器人”带着许多树苗去了一座山，它4秒钟就挖了4000个坑，又用4分钟的时间把4000棵树都种完了。这时它拿出我给它的通迅器对三号说：“喂，三号，快来一号秃山。”“来了，来了!”这时三号已经站在种植机器人面前了，三号是一台生产水的机器，它给小树们用了“快速生长药水”让4000棵小树变成参天大树。“主人，主人，顺利完成任务!”种植机器人向我报告，“嗯，你先休息会儿吧!” “产水机”的工作还没完呢!它又去了黄河，把黄河的脏水排了出去，又把清水放进了黄河，哈哈!黄河变成了“清河”了! “扫地机器人”只要用30秒的时间就能打扫完一个城市，可是，人们每天都乱扔垃圾，我真担心把它累坏了。于是，我又发明了“机器克隆仪“，还配了一个表，这个表虽小，五脏俱全。晚上，所有的机器都会变小，缩进表里，让它们好好地休息。 “思思起床了!“我睁开眼，原来是妈妈在叫我，唉?我不是在未来世界吗?原来，这是一场梦呀!但我相信，只要

宇宙起源假说

宇宙起源假说，挑战你的思想 仔细一想，感觉什么东西都是有起源的。 比如：几十年前，我们没有来到这个世界上，我们从哪里来？全都是父母生养的；家里养的狗猫都是狗猫妈妈生的；家里的电视机都是从商店买来的，商店里面的电视机都是电视机厂生产的；你的知识都是老师教给你的；你用的钱是你打工赚来的。 可能人们就会形成一种思维定势：一切东西都是有起源的。 但是，我认为这个命题是错误的，至少有一些事物就没有起源，它们一直永永远远是老样子。 对于宇宙来说，可能宇宙就没有起源，可以说：这个思维定势不适用于宇宙。 宇宙的科学定义是什么呢？对于宇宙，科学家是如何认识的呢？ 宇宙是广漠空间和其中存在的各种天体以及弥漫物质的总称。即宇宙是天地万物的总称。 千百年来，科学家们一直在探寻宇宙是什么时候、如何形成的。 科学家们确信：宇宙是由大约200亿年前发生的一次大爆炸形成的。在爆炸发生之前，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（称为奇点），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，都是在这种不断膨胀冷却的过程中逐渐形成的。 然而，因大爆炸而产生宇宙的理论尚不能确切地解释，“在所存物质和能量聚集在一点上”之前到底存在着什么东西？“大爆炸理论”是伽莫夫于1946年创建的。 关于宇宙是如何起源的？这是从2000多年前的古代哲学家到现代天文学家一直都在苦苦思索的问题。 大爆炸理论认为，宇宙起源于一个单独的无维度的点，即一个在空间和时间上都无尺度但却包含了宇宙全部物质的奇点。至少是在120～150亿年以前，宇宙及空间本身由这个点爆炸形成。 目前学术界影响较大的“大爆炸宇宙论”是1927年由比利时数学家勒梅特提出的，他认为最初宇宙的物质集中在一个超原子的“宇宙蛋”里，在一次无与伦比的大爆炸中分裂成无数碎片，形成了今天的宇宙。

第三章-宇宙的起源与宇宙大爆炸

第三章宇宙的起源与宇宙大爆炸 教学目的：了解古今描述宇宙的模型，掌握银河系和宇宙膨胀的发现，理解大爆炸的证据 教学重点：宇宙的起源，宇宙的演化，宇宙大爆炸 教学难点：宇宙的起源 课时分配：一、人类对宇宙的认识0.5课时 二、宇宙的起源0.5课时 三、宇宙的演化0.5课时 四、宇宙大爆炸0.5课时 课后讨论：1．叙述“哈勃定律”的内容和公式，谈谈它的作用和意义。 2．简述发现宇宙膨胀的原理及途径。 3．试论述从现代宇宙理论的创立到宇宙大爆炸模型的建立过程及重要人物。 一、人类对宇宙的认识 1．宇宙的概念 早在2300多年前，我国战国时代的思想家庄子（大约公元前369—前286年）就浪漫激情地幻想“旁（傍）日月，挟宇宙”。其实中文的“宇”、“宙”二字原指“屋檐”和“栋梁”，都是指人居住的地方，后来才延伸为“天地四方（空间）、古往今来（时间）的总称。它超越了东西南北的方位，无边无际；超越了一朝一夕的时间，无穷无尽。与“宇宙”混用的“世界”二字则出于佛教的说法，也是时间（世代）和空间（边界）的合称。 在西方，以英语为例也有两个词表达“宇宙”，即cosmos和university。cosmos原意指秩序，引申为“有秩序的宇宙体系”；university则表示包罗万象、无所不容的宇宙全体。 2．人类对宇宙的认识 (1).局限于太阳系的宇宙说──地心说 古代的人们首先注意到的宇宙现象，如昼夜交替、月亮圆缺、日食月食、天体位置随季节的变化以及行星在星空背景上的移动等等，实际上只是太阳、地球、月亮、行星等太阳系天体运动的反映。因此，以这些现象为基础建立起来的宇宙理论，无论是中国古代“天圆如张盖，地方如棋局”的盖天说，“天体圆如弹丸，地如鸡子中黄”的浑天说，还是古希腊以地球为中心，依次排列月亮、水星、金星、太阳、火星、木星、土星、恒星等“九重天“的地心说，都没超出太阳系的范围。恒星在这些宇宙理论中的地位，只不过是个一成不变的布景或陪衬。 (2).局限于太阳系的宇宙说──日心说 16世纪哥白尼提出的日心说虽然仍末超出太阳系的局限，但却把地球从居于宇宙中心的特殊地位降为一颗绕太阳旋转的普通行星，正确地反映了太阳系的实际情况。这不仅直接为以后开普勒总结出行星运动定律，伽利略、牛顿建立经典力学体系铺平了道路，而且从根本上动摇了人类中心论等宗教教义不可冒犯的神话。它作为自然科学第一次从神学桎梏下解放出来的“独立宣言”，在人类思想史以至社会发展史上作出了不可磨灭的贡献。 (3).从太阳系到广阔的恒星世界 18，19世纪是太阳系天文学发展的鼎盛时期。借望远镜的帮助，人们不仅发现了天王星、大量的小行星、行星卫星等太阳系成员，还根据天王星实际观测位置与理论计算位置的偏差，用天体力学理论准确地预言了海王星的存在和位置，并最终发现了海王星、冥王星，从而有力地证明了当时的宇宙理论同太阳系的客观实际是相符的。与此同时，人类的视野也逐渐由太阳系扩展到更为广阔的恒星世界。 17l8年，哈雷将自己的观测同1000多年前托勒玫时代的观测结果相比较，发现有几颗恒星的位置已有明显变化，首次指出所谓恒星不动的观念是错误的。 1837年，斯特鲁维测定了织女星的周年视差（由于地球绕日公转而产生的天体方向变化）为0.125角秒，这意味着它与太阳的距离为日地距离（1．5亿公里）的165万倍，远远超出了太阳系的边界（日地距离的40倍）。 1912年，勒维特发现造父变星（其亮度由于星体的膨胀收缩运动而发生周期性变化的一类变星）的光变周期同光度之间存在确定的关系，使测定包含这类变星的遥远恒星集团的距离成为可能。 6年后，沙普利分析当时已知的100多个球状星团的距离和视分市资料，得出银河系是一个直径达10万光年的庞大的透镜形天体系统，太阳并不处于其中心的正确结论。

宇宙大爆炸 观后感

从宇宙大爆炸，认识宇宙 红河学院生命科学与技术学院 人类对宇宙的认识是一个漫长的过程，随着人们对宇宙的认识加深，对人类自己的认识也在逐步加深。只能说生命的存在是宇宙制造的奇迹，人，这一智能生物的存在发展更是生命的奇迹，在浩瀚的宇宙中人是那么渺小，再与宇宙漫长的演变过程相比，人的生命又是那么短暂。在漫长的进化过程中多少的生物在自然地选择下逐步退出了生物进化的舞台，而现在生存下来的都是经过自然自然选择洗礼的强者，“我们就是那些勇往直前的后代，我们的身体中都是勇敢者的基因”这也许就是生命的意义。我只能敬畏生命的顽强。敬畏宇宙的神秘。 宇宙的演变是一个漫长的过程，似乎人们已知道宇宙如何诞生，但谁又知道宇宙最终的结局，在宇宙的“一生中”诞生了生命这一奇迹，这是谁也无法预料的，生命诞生的概率不知道是几千万分之一，需要太阳这样提供能源的恒星，也需要地球这样苛刻的条件的行星作为条件。不可断言是否存在地外文明，或除地球以外的存在生命的星球，但在浩瀚的宇宙中又会有多少？我们不得而知。比之人的一生何尝又不是如此，从呱呱坠地的那天起就注定了这一生的不平凡，我们不知道自己的终点在何处，但我还得顽强的活下去，因为谁也不知道自己的一生会创造出怎样的奇迹，就像宇宙一样，或许它也不知道他何时会孕育出生命，更甚至人。宇宙是在不断发展的，我们也不能停

止前进的步伐。 如果说生命的诞生是宇宙的奇迹，那么人或许就是生命的奇迹了，人类的发展历程不过短短几百万年，但在这短短的几百万年里人类的发展已达到一种连人类自己都感到震撼的程度，在了解自己的基础上已将自己的目光发展到地球以外的宇宙世界。人类的发展历程是艰难的，曾经有多少生物和我们站在同一起跑线上，人类以自己顽强的生命力及惊人的创造力最终赢得了这场竞赛的胜利。这是我们祖先给予我们的宝贵精神财富，活着就要不断奋斗拼搏，否则就将被自然所淘汰，物竞天择，适者生存，这是永恒的真理。 仰望星空，璀璨的繁星，见证了宇宙的浩瀚，我们还不能了解宇宙的全部，但我们跟宇宙一样，都在发展，都在向着更大更远的方向进步，也许宇宙没有尽头，我们的追求也没有尽头，这就是人——生命的奇迹，宇宙的奇迹。这也是浩瀚的宇宙给予我们的启示！