作业帮（不同时期的）科学家是认为宇宙如何产生的?
来源：学生作业帮 编辑：作业帮 分类：物理作业 时间：2024/11/08 15:37:57
（不同时期的）科学家是认为宇宙如何产生的?
你认为哪个观点更准确呢？
你认为哪个观点更准确呢？
直到现在,很多西方人还认为地球和天空是在6000年前是经超自然的创造形成的（至今很多人仍然坚信这一结
论,尽管这样做了以后他们的智力看起来就和那些相信地球是平面的人一样）.无论如何,现在大多数科学家都接
受这样一个事实,即太阳系是在46亿年前由尘埃云和气体云经过一个自然过程后形成的,而且也许在150 亿年以前
宇宙形成后这些云就已经存在了.
在宇宙的开端,在时空诞生后的最初30万年里,宇宙是不透明的.随着质子和电子互相结合成原子,辐射就可
以自由的通过了,于是就形成了一个可观测的宇宙.
但是如果我们回到大爆炸的时候并假设宇宙的所有物质和能量都集中在一个相当稠密的小球中,这个小球非常
热,它发生爆炸形成了宇宙,那么这个小球是从哪来的呢?它是怎么形成的呢?我们一定要假设在这一阶段里有超
自然创造吗?
不一定,科学家们在1920年推出了一门叫量子力学的学科,它太复杂了以至于我们无法在这里解释它.这是一
个非常成功的理论,它恰当地解释了其他理论无法解释的现象,而且还可以预测新现象,所预测的新现象和实际上
发生的完全相同.
1980年,一个美国物理学家阿兰.古司开始用量子力学研究了有关大爆炸起源的问题.我们可以假想在大爆炸
发生以前,宇宙是一个巨大的发光的海,里面什么都不存在.很明显这种描述是不准确的,这些不存在包含着能量,
所以它不是真空,因为按定义真空里应该什么都没有.前宇宙含有能量,但它的所有组成部分和真空的成分相似,
所以它被叫做假真空.
在这个假真空里,一个微小的质点存在于有能量的地方,它是通过无规律变化的无目的的力量形成的.事实上,
我们可以把这个发光的假真空想象成一个泡沫状的泡泡团,它可以在这儿或在那儿产生一小片存在物,就像海浪产
生的泡沫一样.这些存在物中有的很快就消失了,回归到假真空；而有的正相反变得很大或者经过大爆炸形成像宇
宙那样的物体.我们就住在这样一个成功存在下来的泡泡里.
但是这个模型有很多问题,科学家们一直在弥补和解决它们.如果他们解决了这个问题,我们会不会有一个更
好的观点来解释宇宙从何而来呢?
当然,如果古司理论的一部分是正确的,我们可以简单地往回走一步问假真空的能量最初是从哪来的.这个我
们说不出来,但这并不能帮助我们证实超自然物质的存在,因为我们还可以再往回走一步问超自然物质是从哪来.
这个问题的答案令人震惊,即“它不来自任何地方,它总是这样存在的”.这是很难想象的,也许我们得说假
真空中的能量也是从来都这样存在的.
科学家认为它起源为137亿年前之间的一次难以置信的大爆炸.这是一次不可想像的能量大爆炸,宇宙边缘的光到达地球要花120亿年到150亿年的时间.大爆炸散发的物质在太空中漂游,由许多恒星组成的巨大的星系就是由这些物质构成的,我们的太阳就是这无数恒星中的一颗.原本人们想象宇宙会因引力而不在膨胀,但是,科学家已发现宇宙中有一种 “暗能量”会产生一种斥力而加速宇宙的膨胀.
大爆炸后的膨胀过程是一种引力和斥力之争,爆炸产生的动力是一种斥力,它使宇宙中的天体不断远离；天体间又存在万有引力,它会阻止天体远离,甚至力图使其互相靠近.引力的大小与天体的质量有关,因而大爆炸后宇宙的最终归宿是不断膨胀,还是最终会停止膨胀并反过来收缩变小,这完全取决于宇宙中物质密度的大小.
理论上存在某种临界密度.如果宇宙中物质的平均密度小于临界密度,宇宙就会一直膨胀下去,称为开宇宙；要是物质的平均密度大于临界密度,膨胀过程迟早会停下来,并随之出现收缩,称为闭宇宙.
问题似乎变得很简单,但实则不然.理论计算得出的临界密度为5×10^-30克/厘米3.但要测定宇宙中物质平均密度就不那么容易了.星系间存在广袤的星系间空间,如果把目前所观测到的全部发光物质的质量平摊到整个宇宙空间,那么,平均密度就只有2×10^-31克/厘米3,远远低于上述临界密度.
然而,种种证据表明,宇宙中还存在着尚未观测到的所谓的暗物质,其数量可能远超过可见物质,这给平均密度的测定带来了很大的不确定因素.因此,宇宙的平均密度是否真的小于临界密度仍是一个有争议的问题.不过,就目前来看,开宇宙的可能性大一些.
恒星演化到晚期,会把一部分物质（气体）抛入星际空间,而这些气体又可用来形成下一代恒星.这一过程会使气体越耗越少,以致最后再没有新的恒星可以形成.10^14年后,所有恒星都会失去光辉,宇宙也就变暗.同时,恒星还会因相互作用不断从星系逸出,星系则因损失能量而收缩,结果使中心部分生成黑洞,并通过吞食经过其附近的恒星而长大.
10^17～10^18年后,对于一个星系来说只剩下黑洞和一些零星分布的死亡了的恒星,这时,组成恒星的质子不再稳定.当宇宙到10^24岁时,质子开始衰变为光子和各种轻子.10^32岁时,这个衰变过程进行完毕,宇宙中只剩下光子、轻子和一些巨大的黑洞.
10^100年后,通过蒸发作用,有能量的粒子会从巨大的黑洞中逸出,并最终完全消失,宇宙将归于一片黑暗.这也许就是开宇宙末日到来时的景象,但它仍然在不断地、缓慢地膨胀着.
闭宇宙的结局又会怎样呢?闭宇宙中,膨胀过程结束时间的早晚取决于宇宙平均密度的大小.如果假设平均密度是临界密度的2倍,那么根据一种简单的理论模型,经过400～500亿年后,当宇宙半径扩大到目前的2倍左右时,引力开始占上风,膨胀即告停止,而接下来宇宙便开始收缩.
以后的情况差不多就像一部宇宙影片放映结束后再倒放一样,大爆炸后宇宙中所发生的一切重大变化将会反演.收缩几百亿年后,宇宙的平均密度又大致回到目前的状态,不过,原来星系远离地球的退行运动将代之以向地球接近的运动.再过几十亿年,宇宙背景辐射会上升到400开,并继续上升,于是,宇宙变得非常炽热而又稠密,收缩也越来越快.
在坍缩过程中,星系会彼此并合,恒星间碰撞频繁.一旦宇宙温度上升到4000开,电子就从原子中游离出来；温度达到几百万度时,所有中子和质子从原子核中挣脱出来.很快,宇宙进入“大暴缩”阶段,一切物质和辐射极其迅速地被吞进一个密度无限高、空间无限小的区域,回复到大爆炸发生时的状态
论,尽管这样做了以后他们的智力看起来就和那些相信地球是平面的人一样）.无论如何,现在大多数科学家都接
受这样一个事实,即太阳系是在46亿年前由尘埃云和气体云经过一个自然过程后形成的,而且也许在150 亿年以前
宇宙形成后这些云就已经存在了.
在宇宙的开端,在时空诞生后的最初30万年里,宇宙是不透明的.随着质子和电子互相结合成原子,辐射就可
以自由的通过了,于是就形成了一个可观测的宇宙.
但是如果我们回到大爆炸的时候并假设宇宙的所有物质和能量都集中在一个相当稠密的小球中,这个小球非常
热,它发生爆炸形成了宇宙,那么这个小球是从哪来的呢?它是怎么形成的呢?我们一定要假设在这一阶段里有超
自然创造吗?
不一定,科学家们在1920年推出了一门叫量子力学的学科,它太复杂了以至于我们无法在这里解释它.这是一
个非常成功的理论,它恰当地解释了其他理论无法解释的现象,而且还可以预测新现象,所预测的新现象和实际上
发生的完全相同.
1980年,一个美国物理学家阿兰.古司开始用量子力学研究了有关大爆炸起源的问题.我们可以假想在大爆炸
发生以前,宇宙是一个巨大的发光的海,里面什么都不存在.很明显这种描述是不准确的,这些不存在包含着能量,
所以它不是真空,因为按定义真空里应该什么都没有.前宇宙含有能量,但它的所有组成部分和真空的成分相似,
所以它被叫做假真空.
在这个假真空里,一个微小的质点存在于有能量的地方,它是通过无规律变化的无目的的力量形成的.事实上,
我们可以把这个发光的假真空想象成一个泡沫状的泡泡团,它可以在这儿或在那儿产生一小片存在物,就像海浪产
生的泡沫一样.这些存在物中有的很快就消失了,回归到假真空；而有的正相反变得很大或者经过大爆炸形成像宇
宙那样的物体.我们就住在这样一个成功存在下来的泡泡里.
但是这个模型有很多问题,科学家们一直在弥补和解决它们.如果他们解决了这个问题,我们会不会有一个更
好的观点来解释宇宙从何而来呢?
当然,如果古司理论的一部分是正确的,我们可以简单地往回走一步问假真空的能量最初是从哪来的.这个我
们说不出来,但这并不能帮助我们证实超自然物质的存在,因为我们还可以再往回走一步问超自然物质是从哪来.
这个问题的答案令人震惊,即“它不来自任何地方,它总是这样存在的”.这是很难想象的,也许我们得说假
真空中的能量也是从来都这样存在的.
科学家认为它起源为137亿年前之间的一次难以置信的大爆炸.这是一次不可想像的能量大爆炸,宇宙边缘的光到达地球要花120亿年到150亿年的时间.大爆炸散发的物质在太空中漂游,由许多恒星组成的巨大的星系就是由这些物质构成的,我们的太阳就是这无数恒星中的一颗.原本人们想象宇宙会因引力而不在膨胀,但是,科学家已发现宇宙中有一种 “暗能量”会产生一种斥力而加速宇宙的膨胀.
大爆炸后的膨胀过程是一种引力和斥力之争,爆炸产生的动力是一种斥力,它使宇宙中的天体不断远离；天体间又存在万有引力,它会阻止天体远离,甚至力图使其互相靠近.引力的大小与天体的质量有关,因而大爆炸后宇宙的最终归宿是不断膨胀,还是最终会停止膨胀并反过来收缩变小,这完全取决于宇宙中物质密度的大小.
理论上存在某种临界密度.如果宇宙中物质的平均密度小于临界密度,宇宙就会一直膨胀下去,称为开宇宙；要是物质的平均密度大于临界密度,膨胀过程迟早会停下来,并随之出现收缩,称为闭宇宙.
问题似乎变得很简单,但实则不然.理论计算得出的临界密度为5×10^-30克/厘米3.但要测定宇宙中物质平均密度就不那么容易了.星系间存在广袤的星系间空间,如果把目前所观测到的全部发光物质的质量平摊到整个宇宙空间,那么,平均密度就只有2×10^-31克/厘米3,远远低于上述临界密度.
然而,种种证据表明,宇宙中还存在着尚未观测到的所谓的暗物质,其数量可能远超过可见物质,这给平均密度的测定带来了很大的不确定因素.因此,宇宙的平均密度是否真的小于临界密度仍是一个有争议的问题.不过,就目前来看,开宇宙的可能性大一些.
恒星演化到晚期,会把一部分物质（气体）抛入星际空间,而这些气体又可用来形成下一代恒星.这一过程会使气体越耗越少,以致最后再没有新的恒星可以形成.10^14年后,所有恒星都会失去光辉,宇宙也就变暗.同时,恒星还会因相互作用不断从星系逸出,星系则因损失能量而收缩,结果使中心部分生成黑洞,并通过吞食经过其附近的恒星而长大.
10^17～10^18年后,对于一个星系来说只剩下黑洞和一些零星分布的死亡了的恒星,这时,组成恒星的质子不再稳定.当宇宙到10^24岁时,质子开始衰变为光子和各种轻子.10^32岁时,这个衰变过程进行完毕,宇宙中只剩下光子、轻子和一些巨大的黑洞.
10^100年后,通过蒸发作用,有能量的粒子会从巨大的黑洞中逸出,并最终完全消失,宇宙将归于一片黑暗.这也许就是开宇宙末日到来时的景象,但它仍然在不断地、缓慢地膨胀着.
闭宇宙的结局又会怎样呢?闭宇宙中,膨胀过程结束时间的早晚取决于宇宙平均密度的大小.如果假设平均密度是临界密度的2倍,那么根据一种简单的理论模型,经过400～500亿年后,当宇宙半径扩大到目前的2倍左右时,引力开始占上风,膨胀即告停止,而接下来宇宙便开始收缩.
以后的情况差不多就像一部宇宙影片放映结束后再倒放一样,大爆炸后宇宙中所发生的一切重大变化将会反演.收缩几百亿年后,宇宙的平均密度又大致回到目前的状态,不过,原来星系远离地球的退行运动将代之以向地球接近的运动.再过几十亿年,宇宙背景辐射会上升到400开,并继续上升,于是,宇宙变得非常炽热而又稠密,收缩也越来越快.
在坍缩过程中,星系会彼此并合,恒星间碰撞频繁.一旦宇宙温度上升到4000开,电子就从原子中游离出来；温度达到几百万度时,所有中子和质子从原子核中挣脱出来.很快,宇宙进入“大暴缩”阶段,一切物质和辐射极其迅速地被吞进一个密度无限高、空间无限小的区域,回复到大爆炸发生时的状态