宇宙與航天

08-13

宇宙與航天內容來自：

宇宙

　　宇宙是廣漠空間和其中存在的各種天體以及瀰漫物質的總稱。宇宙是物質世界，它處於不斷

的運動和發展中。千百年來，科學家們一直在探尋宇宙是什麼時候、如何形成的。直到今天，科學家們才確信，宇宙是由大約150億年前發生的一次大爆炸形成的。在爆炸發生之前，宇宙內的所存物質和能量都聚集到了一起，並濃縮成很小的體積，溫度極高，密度極大，之後發生了大爆炸。大爆炸使物質四散出擊，宇宙空間不斷膨脹，溫度也相應下降，後來相繼出現在宇宙中的所有星系、恆星、行星乃至生命，都是在這種不斷膨脹冷卻的過程中逐漸形成的。然而，大爆炸而產生宇宙的理論尚不能確切地解釋，「在所存物質和能量聚集在一點上」之前到底存在著什麼東西？「大爆炸理論」是伽莫夫於1946年創建的。　　大爆炸理論　　（big-bang cosmology）現代宇宙系中最有影響的一種學說，又稱大爆炸宇宙學。與其他宇宙模型相比，它能說明較多的觀測事實。它的主要觀點是認為我們的宇宙曾有一段從熱到冷的演化史。在這個時期里，宇宙體系並不是靜止的，而是在不斷地膨脹，使物質密度從密到稀地演化。這一從熱到冷、從密到稀的過程如同一次規模巨大的爆發。根據大爆炸宇宙學的觀點，大爆炸的整個過程是：在宇宙的早期，溫度極高，在100億度以上。物質密度也相當大，整個宇宙體系達到平衡。宇宙間只有中子、質子、電子、光子和中微子等一些基本粒子形態的物質。但是因為整個體系在不斷膨脹，結果溫度很快下降。當溫度降到10

億度左右時，中子開始失去自由存在的條件，它要麼發生衰變，要麼與質子結合成重氫、氦等元素；化學元素就是從這一時期開始形成的。溫度進一步下降到100萬度後，早期形成化學元素的過程結束（見元素合成理論）。宇宙間的物質主要是質子、電子、光子和一些比較輕的原子核。當溫度降到幾千度時，輻射減退，宇宙間主要是氣態物質，氣體逐漸凝聚成氣雲，再進一步形成各種各樣的恆星體系，成為我們今天看到的宇宙。大爆炸模型能統一地說明以下幾個觀測事實：　　（1）大爆炸理論主張所有恆星都是在溫度下降後產生的，因而任何天體的年齡都應比自溫度下降至今天這一段時間為短，即應小於200億年。各種天體年齡的測量證明了這一點。　　（2）觀測到河外天體有系統性的譜線紅移,而且紅移與距離大體成正比。如果用多普勒效應來解釋，那麼紅移就是宇宙膨脹的反映。　　（3）在各種不同天體上，氦丰度相當大，而且大都是30%。用恆星核反應機制不足以說明為什麼有如此多的氦。而根據大爆炸理論，早期溫度很高，產生氦的效率也很高，則可以說明這一事實。　　（4）根據宇宙膨脹速度以及氦丰度等，可以具體計算宇宙每一歷史時期的溫度。大爆炸理論的創始人之一伽莫夫曾預言，今天的宇宙已經很冷，只有絕對溫度幾度。1965年，果然在微波波段上探測到具有熱輻射譜的微波背景輻射，溫度約為3K。

航天

　　人類很早以前就想到太空暢遊一番了。1903年人類在地球上開設了第一家月亮公園。花50美分就能登上一個雪茄狀、帶翼的車，然後車身劇烈搖晃，最後登上一個月亮模型。　　同一年，萊特兄弟在空中噠噠作響地飛行了59秒，同時一位名為康斯坦丁·焦烏科夫斯4%BF%84%E7%BD%97%E6%96%AF" class=innerlink>俄羅斯人發表了題為《利用反作用儀器進行太空探索》的文章。他在文內演算，一枚導彈要克服地球引力就必須以1．8萬英里的時速飛行。他還建議建造一枚液體驅動的多級火箭。　　50年代，有一個公認的基本思想是，哪個國家第一個成功地建立永久性宇宙空間站，它遲早就能控制整個地球。馮·布勞恩向美國人描述了洲際導彈、潛艇導彈、太空鏡和可能的登月旅行。他曾設想建立一個經常載人的、並能發射核導彈的宇宙空間站。他說：「如果考慮到空間站在地球上所有有人居住的地區上空飛行，那麼人們就能認識到，這種核戰爭技術會使衛星製造者在戰爭中處於絕對優勢地位。　　1961年，加加林成為進入太空的第一人。俄國人用他說明，在天上

飛來飛去的並不是天使，也不是上帝。美國約翰·肯尼迪競選的口號是「新邊疆」。他解釋說：「我們又一次生活在一個充滿發現的時代。宇宙空間是我們無法估量的新邊疆。」對肯尼迪來說，蘇聯人首先進入宇宙空間是「多年來美國經歷的最慘痛的失敗」。唯一的出路是以攻為守。1958年美國成立了國家航空航天局，並於同年發射了第一顆衛星「探險者」號。1962年約翰·格倫成為進入地球軌道的第一位美國人。　　許多科學家本來就對危險的載人太空飛行表示懷疑，他們更願意用飛行器來探測太陽系。　　而美國人當時實現了突破：三名宇航員乘「阿波羅號」飛船繞月球飛行。在這種背景下，計劃在1969年1月實現的兩艘載人飛船的首次對接具有特殊的意義。　　20世紀的80年代，蘇聯的第三代空間站「和平」號軌道站使其航天活動達到高峰，都讓美國人感到眼熱。「和平」號被譽為「人造天宮」，1986年2月20日發射上天，是迄今人類在近地空間能夠長期運行的唯一載人空間軌道站。它與其相對接的「量子1號」、「量子2號」、「晶體」艙、「光譜」艙、「自然」艙等艙室形成一個重達140噸、工作容積400立方米的龐大空間軌道聯合體。在這一「太空小工廠」相繼考察的俄羅斯和外國宇航員有106名，進行的科考項目多達2.2萬個，重點項目600個。　　在「和平」號進行的最吸引人的實驗是延長人在太空的逗留時間。延長人在空間的逗留時間是人類飛出自己的搖籃地球、邁向火星等天體最為關鍵的一步，要解決這一難題需克服失重、宇宙輻射及人在太空所產生的心理障礙等。俄宇航員在這方面取得重大進展，其中宇航員波利亞科夫在「和平」號上創造了單次連續飛行438天的紀錄，這不能不被視為20世紀航天史上的一項重要成果。在軌道站上進行了諸如培養鵪鶉

長征-2f火箭點火發射

、蠑螈和種植小麥等大量的生命科學實驗。　　如果將和平號空間站看作人類的第三代空間站，國際空間站則屬於第四代空間站了。國際空間站工程耗資600多億美元，是人類迄今為止規模最大的載人航天工程。它從最初的構想和最後開始實施既是當年美蘇競爭的產物，又是當前美俄合作的結果，從側面折射出歷史的一段進程。　　國際空間站計劃的實施分3個階段進行。第一階段是從1994年開始的準備階段，現已完成。這期間，美俄主要進行了一系列聯合載人航天活動。美國太空梭與俄羅斯「和平」號軌道站8次對接與共同飛行，訓練了美國宇航員在空間站上生活和工作的能力；第二階段從1998年11月開始：俄羅斯使用「質子－K」火箭把空間站主艙——功能貨物艙送入了軌道。它還擔負著一些軍事實驗任務，因此該艙只允許美國宇航員使用。實驗艙的發射和對接的完成，將標誌著第二階段的結束，那時空間站已初具規模，可供3名宇航員長期居住；第三階段則是要把美國的居住艙、歐洲航天局和日本製造的實驗艙和加拿大的移動服務系統等送上太空。當這些艙室與空間站對接後，則標誌著國際空間站裝配最終完成，這時站上的宇航員可增至7人。　　美國、俄國等15國聯手建造國際空間站，預示著一個各國共同探索和和平開發宇宙空間的時代即將到來。不過，幾十年來載人航天活動的成果還遠未滿足他們對太空的渴求。「路漫漫其休遠兮，吾將上下而求索」，人類一直都心懷征服太空的慾望和和平利用太空資源的決心。1998年11月，人類第一個進入地球軌道的美國宇航員、77歲的老格倫帶著他未泯的雄心再次踏上了太空征程，這似乎在告訴人類：照此下去，征服太空不是夢。→如果您認為本詞條還有待完善，請編輯詞條如果你想添加一個新詞條，請創建詞條搜狐博客 > 清風 > 日誌 2007-03-07|宇宙大爆炸理論（1）（清風編寫）

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宇宙大爆炸理論

四方上下曰宇，古往今來曰宙。自古以來，宇宙一直讓人們充滿遐想。然而，人類直到20世紀才對宇宙的起源和演化有了比較深刻的認識。今天「大

爆炸理論」是普遍為人接受的宇宙創生學說。天文學家們認為，宇宙起源於大約150億年前的一次大爆炸。大爆炸之後，物質逐漸形成。到今天，宇宙仍然在不斷膨脹和冷卻中。1927年，比利時物理學家喬治·勒梅特提出宇宙由一個原始的奇點不斷膨脹的理論，現在已被越來越多的科學家接受了。大約在150億年前，在宇宙的原始奇點，即整個宇宙空間為零容積的狀況下，發生了大爆炸，這個奇點應該是一個高度有秩序的奇點，而被有的科學家認為是時間的起點。宇宙極早期處於高溫高密狀態，隨著宇宙的膨脹，溫度下降。在大爆炸前，宇宙的大小被認為等於零。大爆炸之後的10-43秒，稱為普朗克時間，在普朗克時間的那一質點上，宇宙已經變成了一個比原子還要小的熱

點，且宇宙的密度極大。在普朗克時間之前，所有的物理學定律失去了作用。而在普朗克時間（10 -43秒）之後，物理學定律才有作用。大爆炸最初一刻，整個宇宙是形成於一個質子的萬億分之一時間裡，宇宙可能處於同質狀態。有的膨脹模型指出，宇宙最初瞬間的膨脹速率呈指數增長，而在某些膨脹模型中。該瞬間可能在宇宙開始後持續時間從10-43秒到10-36秒。大爆炸之後，宇宙中基本粒子迅速形成，緊接著合成為元素。後來逐漸演變成氣態物質。宇宙進一步膨脹，輻射溫度不斷下降。氣態物質便開始凝聚成星系或星雲，最後形成恆

星集團，產生了我們現在所見的宇宙。大爆炸理論認為宇宙演化大致分以下三個階段。（清風說明：由於搜狐博客沒有上位與下位功能，所以下面出現的時間10－43秒，要讀作10的負的43次方秒；而10－5秒，要讀作0.0001秒,以此類推。）

1、宇宙極早期階段（又稱基本粒子形成階段）：

在大爆炸後第一秒內，宇宙便開始形成基本粒子，該階段主要是強子和粒子的生成和湮滅。首先從宇宙時的零秒到10-43秒，這是普朗克時間階段，所有物理學定律不適用。從10-43秒到10-36秒，這時宇宙的溫度極高，物質密度極高，物質的存在形式一般說不清楚，可能處於同質狀態。在10-34～10-30秒，有的膨脹模型指出呈指數增長速率膨脹。而暴漲宇宙理論認為：若1滴答＝10-34秒，暴漲可能延續幾百個滴答，然後就結束了。即經10-32秒之後，決定宇宙基本結構和物理成份的過程，便已告完成了。宇宙躍變結束時，宇宙約有壘球那麼大。10-14秒之後，宇宙半徑增長到約3英尺，溫度冷卻到1000億度，此時，原子的構成成份，夸克和電子形成了。隨著宇宙膨脹,溫度繼續下降。強子逐漸生成,在宇宙時10-6秒時，原子本身形成了，這時夸克聚集成質子和中子，質子和中子聚集成原子核。而原子核和電子形成了原子。最終第一個元素氦，以大大降低的速度，穿過我們今天仍能探測到的高度，其背景輻射，飛遍了整個宇宙。

這時，宇宙中最活躍的是進行強相互作用的基本粒子──強子，它包括介子和重子（如質子、中子、超子等）。在大爆炸後10-2秒時，宇宙中的溫度大約為1000億度，物質密度下降到1011克／厘米3。這時是輕子起主導作用，宇宙中物質分成以電子、夸克、μ介子、τ子為主，所以是輕子為主導作用階段。它的主要特徵是輕子的分解和正、反粒子的湮滅。由於在這個過程中，輕子的分解和正、反粒子的湮滅是不斷進行的，因而產生了大量的光子和中微子，以至當溫度降到100億度時，相對於實物來講，輻射（光子）佔優勢。

2、元素形成階段（又稱輻射階段）：

大爆炸1秒後，宇宙溫度降到大約100億度，這時宇宙主要含有光子、電子、中微子及其反粒子，還有一些質子和中子。從大爆炸以後的第1秒鐘到3分鐘，宇宙進入元素形成階段。在爆炸發生後一秒時，宇宙中的物質密度降到107克／厘米3，這時宇宙不僅整體上膨脹佔優勢，而且，各處都處於排斥（輻射）為主的階段，在該階段後期，實物（如質子、中子、電子等實物粒子）已開始發生很大變化，電子／反電子對在碰撞中的產生率就落到它們的湮滅率之下。

這時，多數電子和反電子彼此湮滅，產生更多的光子，只留下少數電子。中微子和反中微子卻不彼此湮滅，因為這種粒子彼此之間，以及和其它粒子之間的相互作用很弱，因此，它們今天仍然到處都有，但因現在的中微子能量太低，無法直接觀測。中微子不是無質量的，而有一個小質量，能間接地探測。中微子可能是一種暗物質，具有充分的引力，以停止宇宙膨脹，並使之再次坍縮。大爆炸以後約3分鐘，溫度下降到約10億度，這時質子和中子已不再有足夠的能量能夠逃脫強核力的吸引，即中子開始失去了自由存在的條件，開始與質子合成，形成重氫（氘）原子核，氘核再和更多的質子和中子結合成氦核，氦核有2個質子和2個中子。以及少量的兩個更重元素：鋰和

鈹。於是就形成了幾種不同的化學元素。因為原子核是由核子（質子和中子）合成的，所以，該階段又叫核合成（即元素形成）階段。當溫度降到100萬℃，早期形成化學元素過程就結束了。核合成結束時，氦的含量按質量計算約佔25－30％，氘佔1％，其餘大部分是氫，剩餘的中子衰變為質子，質子是氫的原子核。由於氦十分穩定，所以這些氦能夠一直保留到今天。大爆炸以後的幾個小時，氦及其它元素的產生即已中止。計算表明，氦核的活動延續了大約3分鐘，並予言宇宙中元素應以特定的比例存在，其中1/4為氦，它用完了所有可利用的中子，餘下的核子（沒有聚合的質子）自然形成了氫原子核，氫約佔3/4。這與天文測量結果相符。所有重元素（鋰、碳）占不到1％，這些重元素在晚些時候形成。另外，在宇宙膨脹最初幾分鐘內所釋放的巨大熱量，應當導致某些微量同位素的產生。如：氘又叫重氫，它比氫多一個中子。氫、鋰也相繼形成，而氘是不能被恆星製造並保留下來的，唯一可行的解釋是所有氘都是原始的，它是在在大爆炸中產生的。從而是大爆炸理論的一個佐論。此後，第二階段大約經歷了數千年，該階段宇宙間的物質主要是質子、電子、光子和一些比較輕的原子核，光輻射依然很強，也依然沒有星體存在。

3、實物形成階段（又稱物質世界形成）：

大爆炸後約1萬年，隨著宇宙的膨脹，溫度下降到約10萬K，實物密度大於輻射（光子）密度，輻射退居到次要位置，輻射減退後，宇宙間物質主要是氣狀物質，由於這種物質不再受輻射影響，當發生某種非均勻擾動時，有些氣體物質在引力作用凝聚成氣體雲，氣體雲再進一步收縮就產生了各種各樣的星系，成為我們今天看到的宇宙，在無數恆星演化中產生太陽和太陽系，並繼續演化。

宇宙在3萬年時，宇宙溫度約1萬度。宇宙產生30萬年時，當溫度降至約4000K時，進入第三階段的實質過程。這時，電子和原子核已不再有足夠多的能量，以克服它們之間的電磁吸引力時，它們就要開始結合成為原子。並且，物質終於與輻射相分離，宇宙才從不透明狀態變成透明狀態，輻射熱因此而散發到各個方向，宇宙沐浴在一種熱輻射中，這是「黑體」輻射。並以今天的宇宙微波背景的方式到達我們這裡。30萬年以來，輻射幾乎一直在平穩地傳播著。宇宙輻射物──典型的中子主要直線旅行在氣態當中，宇宙學家古思認為，大爆炸之後，宇宙非常熱，以至充滿了等離子，沒有中性原子了，原子都分裂了。因此，電子離開原子核，自由地到處移動，當物質處在等離子狀態時，它對輻射物來說，是非常不清晰的，這種自由電荷粒子與形成光的光子非常強烈地相互作用。這樣，這些光子就不斷地被軀散和吸收，它們從來沒有真正地到達任何地方。宇宙繼續膨脹和冷卻，在那些物質密度比平均密度稍大的一些區域，膨脹被附加的引力所阻滯，該阻滯使某些區域停止膨脹。並重新坍縮，逐漸形成旋轉星系和橢圓星系，並逐漸進入穩定狀態。

約100萬年後，形成許多原子，後來又被「煮」成星體中的重元素，最終產生提供生命誕生的物質。當原子核與其它原子核相撞時，能被激發，引起共振，這個精確的共振，會產生豐富的碳，滿足多種生物的需求，隨後的核反應中，產生了元素氧、氮以及生命所必須的其它重元素。總之，宇宙起始於大爆炸，銀河系成形於氣團。星體先在銀河系中心形成，然後比較迅速成熟，形成今天看到的樣子。膨脹理論告知，在創世的一瞬間的極短時間內，宇宙很快以百倍的膨脹係數，達到了以後150億年的膨脹量，在此突然劇增的過程中，宇宙在次原子大小時，所具有的同質性特點，成了宇宙在膨脹後時代的特徵，也就是說，宇宙在膨脹前存在的任何不均性，都可能被急速的膨脹力量抹平。膨脹理論為解釋宇宙中相距甚遠的部分，最初是如何聯結在一起的，提供了一種說法。例如，宇宙的兩側，相距300億光年以上之遙，但卻有著完全相同水平的宇宙背景輻射。而最初這兩側是在一起的，因為膨脹而分開，以至後來相距甚遠。當膨脹發生時，只要觀察的面積大小相同，不管天空哪一部分，衛星數據都顯示了同樣數量的小、中、大波紋。宇宙開始於一個指數膨脹階段，或根據古思的暴漲宇宙模型所指出的暴漲階段，它的尺度增加了一個很大的倍數，在膨脹過程中，最初密度漲落還保持很小，但此後也開始增長。宇宙從光滑和有序的狀態開始，在時間進行中變得結塊和無序，符合熱力學的時間箭頭。

大爆炸理論是膨脹模型的重要部分，這種指數式的膨脹過程，在平滑和一致的宇宙形成方面起了很大作用。 1999年，天文學家獲得新證據，表明宇宙是平坦的，為大爆炸理論提供了新的佐證。根據物理學家古思的膨脹模型，新宇宙在一次能量釋放的躍變後，短暫加速自己的膨脹，即暴漲。在耗掉躍變的能量後，又回到較慢和減速膨脹狀態。好像水變成冰時的躍變，當水分子形成新的堅硬狀態的冰時，它要釋放出它的隱性能量。我們可以用多卜勒效應測量其它星系離我們遠去的速度，決定現在的膨脹率，這可以測得很準確。但星系的距離知之不詳，只能間接測量它們。因此，我們只知道宇宙每十億年膨脹約5％至10％，但關於宇宙現在密度的不確定性很大!

宇宙的發育史

從1948年伽莫夫建立熱大爆炸的觀念以來，通過幾十年的努力，宇宙學家為我們勾畫出這樣一幅驚心動魄的宇宙發育史：

（清風說明：由於搜狐博客沒有上位與下位功能，所以下面時間10－43秒，要讀作10的負43次方秒；而10－5秒，要讀作0.0001秒,以此類推。）

宇宙大爆炸起始於150－200億年前，極小的體積，極大的密度，極高的溫度。

大爆炸後10-43秒，宇宙從量子背景出現。具體地說，我們的宇宙藉助量子重力效應，來個「無」中生有。起初這個超微小宇宙只有10-34厘米大小。

大爆炸後10-37秒，新誕生的宇宙發生一次「相變」，就像水凝結成冰一樣。這一過程中釋放的能量，使宇宙的體積暴脹了10100倍，宇宙的溫度極高，是一個不折不扣的大火球，我們一般所說的大爆炸，就是由這一刻開始的。

大爆炸後10-35秒，同一場分解為強力、電弱力和引力。大爆炸後10-5秒，溫度約10萬億度，質子和中子形成。大爆炸後0.01秒，溫度約1千億度，光子、電子、中微子為主，質子和中子僅佔10億分之一，熱平衡態，體系急劇膨脹，溫度和密度不斷下降。大爆炸後0.1秒，溫度降至300億度，中子與質子之比從1.0下降到0.61。大爆炸後1秒，溫度約100億度，中微子向外逃逸，正負電子湮滅反應出現，核力尚不足束縛中子和質子。大爆炸後13.8秒，溫度約30億度，氘、氦類穩定原子核（化學元素）形成。

大爆炸後35分鐘，溫度約3億度，核過程停止，尚不能形成中性原子。

大爆炸30萬年後，溫度約3000度，化學結合作用使中性原子形成，宇宙主要成分為氣態物質，並逐步在自引力作用下凝聚成密度較高的氣體雲塊，直至恆星和恆星系統。

大爆炸10億年後：星系開始形成。

大爆炸45億年後：太陽系開始形成。

大爆炸150億年後：形成今天我們所見到的宇宙。

支持宇宙大爆炸的證據

（1）觀測證明各種天體的年齡都小於200億年：理論主張所有恆星都是在大爆炸的溫度下降後產生的，因而任何天體的年齡都應該比大爆炸溫度下降到今天這一段時間而來得短，即應該要小於200億年。

（2）紅位移：從地球的任何方向看去，遙遠的星系都在離開我們而去，故可以推出宇宙在膨脹，且離我們越遠的星系，遠離的速度越快。觀測到河外天體有系統性的譜線紅移，而且紅移與距離大體成正比。如果用多普勒效應來解釋，那麼紅移就是宇宙膨脹的反映。

（3）氫與氦的豐存度：由模型預測出氫佔25％，氦佔75％，已經由試驗證實。在各種不同天體上，氦丰度相當大，而且大都是30%。用恆星核反應機制不足以說明為什麼有如此多的氦。而根據大爆炸理論，早期溫度很高，產生氦的效率也很高，則可以說明這一事實。

（4）微量元素的豐存度：根據宇宙膨脹速度以及氦丰度等，可以具體計算宇宙每一歷史時期的溫度。在模型中所推測的微量元素的豐存度與實測的也相同。

（5）哈勃定律：哈勃定律就是一個關於星系之間相互遠離速度和距離的確定的關係式。仍然是說明宇宙的運動和膨脹。 V＝H×D

其中，V（Km/sec）是遠離速度；H（Km/sec/Mpc）是哈勃常數，為50；D（Mpc）是星系距離。1Mpc＝3.26百萬光年。

（6）3K的宇宙背景輻射：根據大爆炸學說，宇宙因膨脹而冷卻，現今的宇宙中仍然應該存在當時產生的輻射餘燼，1965年，3K的背景輻射被測得。

（7）背景輻射的微量不均勻：證明宇宙最初的狀態並不均勻，所以才有現在的宇宙和現在星系和星團的產生。

世界頂極科學家、宇宙大爆炸論證者霍金，曾到清華大學進行學術演講，讓我們對這位殘疾的學者致以最崇高的敬意！

迎寒獨開史蒂芬.霍金是不幸的，他20歲患了盧伽雷氏病，而被困輪椅30多年，多年只能用三個指頭和外界交流，目前只剩下眼皮；而他幸福卻是他的《時間簡史》，揭示出黑洞在考慮量子效應之後，也會向外輻射粒子，至今被譽為當今最傑出的科學家之一。在今後相當久遠「時間的歷史」中，霍金定將成為一種符號、一種象徵、成為引領科學家不竭努力的一面旗幟。

燕兒在林梢我所教的《現代大學英語》第一冊的精讀課程里第9單元：Against All Odds就講霍金，俺還下了他的視頻片段呢！那個單元的標題是：against all odds《在逆境中生存》/《勇往直前》，跟老師您的側重點是不一樣的。在介紹霍金的生平中，提到了他的奇性定理：singularities breakdowns in space and time.The most familiar example of a singularity is a black hole, (the final form of a collapsed star（宇宙大爆炸的奇點)；Quantum mechanics（量子宇宙論）；ALS盧伽雷氏症」，即運動神經細胞萎縮症；A Brief History of Time: From the Big Bang to Black Holes 《時間簡史———從大爆炸到黑洞》等。除了讓學生了解他的偉大的一生，我們的另一個重點就是：學習一些基本的四級核心辭彙和利用立志故事學習四級寫作。

宇宙從來就沒有爆炸過

根據大爆炸理論，星系連同其它所有的恆星和行星都產生於一個所謂有的奇異點。這個奇異點中集中了所有宇宙最原始的物質。而科學家們對這一奇異點物理參數的評估則是：溫度為10的31次方K，潛藏的能量密度為10的98次方爾格/立方厘米(作為比較，恆星內部最高溫度為10的8次方K，而中子星的物質密度為10的15次方克/立方厘米)。

我們很難想像，處於奇異點時期的宇宙到底是什麼樣。今天流行的宇宙超級結構理論認為，大爆炸後形成的微型黑洞遍及整個宇宙。這些黑洞的體積還沒有一個原子核大，但其質量卻相當於一個小行星。不久前還有信息稱，美國宇航局計劃於2007年發射一個高功率X射線望遠鏡GLAST。按照天文物理學家們的計算，該望遠鏡的敏感度足以發現微型黑洞的波動。宇宙超級結構理論將最終得到實驗證實。

「大爆炸」理論最大的缺陷就是無法回答大爆炸之前這一奇異的點來源於何方？大爆炸理論存在了100多年了，但令人驚訝的是，這一理論的發展將把人們對宇宙誕生和滅亡的認識不可避免地引向神創說。並不奇怪，教皇約安-帕維爾二世早就在其書信中稱當代的宇宙論與《聖經》中的論述不謀而合。

還有人指責宇宙大爆炸學說是根本錯誤的。大爆炸學說的兩條重要證據，哈勃紅移，以及微波背景輻射，都不足以證明宇宙在持續膨脹。哈勃紅移並非多普勒紅移，而是在宇宙的大尺度距離上發生的和廣義相對論有關的紅移。

而微波背景輻射，你只要算一算，就知道約絕對溫度三度的背景輻射，剛剛好可以產生足以抵消萬有引力，而使得整個宇宙不至於因為萬有引力而坍縮的膨脹壓強。兩者剛好抵消的結果，是宇宙既不膨脹，也不縮小。宇宙的大小是固定大小，而宇宙的年齡是固定年齡。

假設宇宙在膨脹的謬誤之一，就是如果宇宙的大小在變大，那麼早期宇宙的半徑，要小於宇宙質量的黑洞臨界半徑，現在的宇宙，又剛好等於黑洞臨界半徑大小，而未來的宇宙，它的半徑又要大於黑洞臨界半徑。這樣的變化是不可能的。要避免這樣的邏輯困惑，勢必要假定萬有引力常數是變化的。這個也是狄拉克推出大數猜想時的思路，但是費曼用一些計算否定了萬有引力常數發生變化的可能性。那麼，只能接受宇宙大小不變這個結論。

大爆炸面臨的另外一個困惑，就是天文觀測數字證實我們這個宇宙極為均勻，極度各向同性，這個是大爆炸沒有辦法解釋的。近兩年的天文學有一個很大的結論，就是，這個宇宙是平直的，也即在愛因斯坦的三個宇宙解中，我們這個宇宙是介於其中的穩態宇宙。

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宇宙彈性回縮科學假說

－＊清風學術觀點＊－

宇宙彈性回縮，是宇宙大爆炸的逆過程。早在多年前我就看到過報道，但沒有引起人們的足夠重視。

by slender (看雲淡風清) at 2003.8.5原創網貼：

1、宇宙目前正在加速膨脹，科學界基本共識這個膨脹源於最初一次宇宙大爆炸。這一過程非常類似於彈簧彈性運動的第一階段，即加速度為正的階段。彈性運動的啟動力來自於大爆炸。2、宇宙的絕大部分物質是暗物質，即不發光，也不可見，但存在引力的物質。它們充斥於宇宙星體之間的空間，並影響改變著宇宙空間的彎曲。本人認為這些物質之間的引力正象彈簧的引力一樣正在抵消爆炸引起的擴張力，減小宇宙膨脹的速度和加速度，並確定著宇宙彈簧的彈性限度。在宇宙的膨脹到達彈性限度之後，這些暗物質的引力將引起宇宙的回縮，到達密度的極限，再引起下一次爆炸。。。。。。我個人認為這位作者還不是最早的「宇宙彈性回縮科學假說」的創始人。還有比他更早的，但名字我已經記不清楚了，不過有一點可以肯定，他們在描述宇宙彈性回縮時有一個共同特徵：描述都非常簡單，聊聊數語，只是點到為止，沒有深入研究過，也沒有引起天文學界足夠的重視。我個人認為宇宙大爆炸初始階段，宇宙以超光速度向四面八方拋射開來，隨著宇宙的無限膨脹，其膨脹速度會漸漸地緩慢下來。宇宙物質速度可以劃分為：超光速（2倍光速，甚至3倍光速）、光譜紅移（45萬公里／秒）、光速（30萬公里／秒）、亞光速（23萬公里／秒）、紫外壓縮（光速壓縮）、恆星集團運動（48公里／秒）、行星體系運動（20多公里／秒）、第三宇宙速度（脫離太陽系V3＝16．7公里／秒）、第二宇宙速度（脫離地球V2＝11．2公里／秒）、第一宇宙速度（衛星升空V1＝7．9公里／秒）。隨著宇宙無限膨脹，物質拋射速度會逐漸緩慢下來。當宇宙膨脹到最大值時，物質拋射速度將等於零。宇宙將不再膨脹。從宇宙爆炸到宇宙膨脹停止，大約需要經歷400億年時間。接著宇宙開始彈性回縮，初始速度極為緩慢，後來速度越來越快，大約也是經歷了400億年後，彈性回縮到宇宙的中心奇點。這時所有的物質將煙消灰滅（湮滅），全部物質體積等於零，質量等於零，能量等於零，溫度等於零，時間也回歸於零。所有物質將從有趨「無」。為什麼會出現這種情況呢？請讓我從銀河系論證說起。我們知道銀河系大約有4000億顆恆星構成寵大的恆星集團，但它們卻十分聽話地分布在銀河系的旋臂上，環繞著銀河系的中心進行旋轉。是什麼力量把如些龐大的恆星集團牢牢地吸引住呢？我們先分析一下基本粒子之間存在著四種相互作用：（1）引力相互作用：強度數量級為10－39，有效力程為無限遠；（2）弱相互作用：強度數量級為10－6－10－5，有效力程範圍較小；（3）電磁相互作用：強度數量級為10－2，有效力程範圍較大；（4）強相互作用：強度數量級為1－10，有效力程為10－13厘米。在這四種相互作用中，弱相互作用與強相互作用，由於有效力程範圍太小，只能在原子核內起作用。電磁力又因隨著有效力程伸長，作用力的衰減極大，對天體運動幾乎產生不了什麼影響。只有引力相互作用，在天體運動中產生極大的影響。行星環繞太陽旋轉全靠這萬有引力作用了。但萬有引力用來解釋銀河系中寵大恆星集團的旋轉，我個人認為似乎有點解釋不通。理由有四：（1）如果我們把銀河系的總質量看作是100％，那麼4000多億顆恆星集團總質量只能佔2％以內，而銀河系中心物質總質量要佔98％以上。只有這樣才能確保寵大恆星集團環繞銀河系中心旋轉！那麼如此寵大的銀河系中心到底是由什麼物質構成的呢？這顯然不能用太陽系的物質理念來解釋銀河系中心了。（2）銀河系裡最遠的恆星，距離銀河系中心大約有10萬光年，銀河系中心的萬有引力再強大，對於如此遙遠的恆星來說，也已經成為強弩之末。所以要想靠萬有引力來使遙遠的恆星乖乖地環繞銀河中心旋轉，這幾乎是不可能的！（3）如果萬有引力真的強大到連遙遠恆星都能吸引住得話，那麼又帶來另一個矛盾了：我們在銀河系中心觀察到大量的恆星存在，有些恆星距離銀河系中心還沒有1光年，它們在強大的萬有引力作用下，為什麼沒有被銀河系中心給吸取而吞噬掉呢？（4）用反證法告訴我們萬有引力解釋太陽系是切實可行的，但用來解釋銀河系是行不通的。所以我個人認為宇宙中存在著第五種作用力：我暫且稱它為宇宙平衡力。這宇宙平衡力產生於銀河系中心全部的反物質（或者說暗物質）。也就是說，我們在銀河系旋臂上用肉眼所能觀察到的全部恆星集團和龐大的星雲所構成的明顯物質，就稱為正物質。而在銀河系中心用肉眼和各種天文設備都無法觀察到的暗物質，就稱為反物質。在銀河系誕生的瞬間，正物質和反物質就同時並存了，而且質量相等，能量相當，作用力相反。我把這種特殊的作用力稱之為宇宙的平衡力。宇宙的平衡力有以下幾個特徵：（1）在萬有引力的宇宙模型中，銀河系周圍的恆星和星雲總質量要小於2％，而銀河系中心質量要大於98％，這樣才能確保恆星和星雲環繞銀河中心旋轉。而在我所構建的宇宙平衡力的模型中，銀河系周圍的恆星和星雲（正物質）的總質量佔50％，銀河系中心（反物質）的總質量也佔50％。也就是說正物質與反物質的總質量是對等的，但作用力是相反的。（2）萬有引力大小與距離遠近有關，恆星距離銀河中心越遠，萬有引力越小；恆星距離銀河中心越近，萬有引力越大。清風語：宇宙平衡力與距離遠近無關。在銀河系的宇宙平衡力的閉合曲線所界定的空間範圍內，眾恆星和星雲所受銀河中心所產生的宇宙平衡力的影響是等效的。（3）如果我們的銀河系（A）與一個相同大小的河外星系（B）靠得很近時，A的空間閉合界線與B的空間閉合界線相交時，即A的宇宙平衡力與B的宇宙平衡力碰撞時，就會發生相互排斥。這就象打足氣的兩個皮球相互碰撞，彼此會相互彈射開來一樣。除非給予它們足夠強大的外力，徹底粉碎A、B宇宙的平衡力，才會發生兩個星系的引力坍塌，導致兩個星系的湮滅。要使這銀河系與外星系湮滅的外力到底有多大呢？如果把一個銀河系的全部平衡力看成一個當量單位的話，要使兩個星系平衡力坍塌的外力，至少要遠大於1千萬個當量單位。如此巨大的外力，只有宇宙大爆炸才能實現！（4）在原子中：1個電子＋1個質子＝1個中子（施加外力達百萬噸級TNT爆炸當量，才能引起原子內部電磁力坍塌而形成中子）。在銀河系中：全部正物質＋全部反物質＝1個銀河奇點（施加外力達千萬級別平衡力當量，才能引起銀河系內部平衡力坍塌而湮滅成奇點）。在我們的宇宙中：1個宇宙奇點＝宇宙正物質＋宇宙反物質（給予足夠強大的爆炸條件，1個宇宙奇點將大爆炸裂解成宇宙的全部正物質和等量的反物質）。（5）在宇宙大爆炸的瞬間，全部的正物質以極大的速度向外拋射，由等量的反物質構成的宇宙中心同時產生了。宇宙中心反物質所產生的平衡力實際上在阻遏和抑制正物質向外拋射的速度，使它們漸漸地緩慢下來。最後總有一天，宇宙膨脹將會完全停止。於是進入宇宙彈性回縮，開始回縮速度緩慢，後來越來越快，最終趨於宇宙奇點。宇宙完成膨脹和回縮的時間大約需要800億年。（6）銀河中心的反物質，不能理解成黑洞中的暗物質。銀河中心是存在很多黑洞，但人們對黑洞已經有了清晰的認識。黑洞是恆星死亡後所遺留下來的殘骸，所以黑洞也是正物質構成的。銀河系中黑洞的數量遠遠少於銀河系恆星的總數量，而且分布很散，不一定僅存在於銀河中心。所以黑洞對恆星環繞銀河中心旋轉，絲毫不產生影響。也就是說構成黑洞的暗物質，仍然是正物質，它無法產生強大的宇宙平衡力，只有銀河中心的反物質，才能產生宇宙平衡力。（7）那麼銀河中心的反物質體積到底有多大呢？我們知道在距離銀河中心1光年範圍內，仍然有恆星相安無事地存在，這就說明銀河中心的反物質半徑不會超過1光年。也就是說太陽系半徑光跑16分鐘，地球到最近怛星（天狼星）的距離，光要跑4年（即4光年）。銀河中心全部反物質的半徑很可能大於太陽系半徑，卻小於地球到最近恆星的距離（4光年）。如果銀河中心半徑為1光年，距離最遠恆星的半徑是7.5萬光年。也就是說銀河中心半徑與銀河系半徑之比為1：75000光年。這就意味著：銀河系中心全部反物質體積雖然比起我們的太陽系要遠遠大得多，但在銀河系這樣的時空大尺度中，卻仍然只是一個小小的奇點。（8）天文學家們在觀測眾多恆星中發現：當恆星質量等同於太陽時，由於萬有引力塌縮，物質發生聚核反應而發光發熱。當恆星質量等於或大於3個太陽質量時，恆星就會發生大爆炸，我們稱之為超新星爆炸。這給我們一個啟示，如果銀河中心由正物質構成，超強大的萬有引力塌縮，勢必會導致銀河中心大爆炸。好在銀河中心的恆星是離散分布的。如果太陽的全部物質也是以星雲的形式離散分布，就不可能把萬有引力集中使用，那麼九大行星就不可能環繞太陽星雲旋轉。同理銀河中心的恆星集團也是離散分布的，彼此距離十分遙遠，所產生的萬有引力不足以牽引遙遠的恆星環繞銀河中心旋轉。所以銀河中心很有可能是由龐大的高度集中的負質子和反中子所構成。由它們產生的宇宙平衡力牽引著龐大的恆星集團旋轉運動。（9）我們的宇宙起源於大爆炸的一個時空奇點，那麼在時空的最大尺度上，是否還存在著其他奇點，通過爆炸產生另外一個宇宙呢？也就是說，在時空最大的尺度上，有可能出現N個宇宙。有可能出現N個宇宙中心。而且N個宇宙中心都是由等量的反物質所構成的。兩個宇宙之間的平衡力相互排斥。如果兩個宇宙外圍閉合曲線的界面相互碰撞時，兩個宇宙會自動彈射開來。B宇宙的界面不會相交到A宇宙界面中來。當兩個宇宙的球狀界面相切時，宇宙仍然繼續膨脹，宇宙中心會向界面切點的矢量相反方向位移。換句話說，宇宙膨脹的球狀界面不動，而宇宙中心反向位移。使兩個宇宙各自獨立地膨脹起來，而不會讓A、B兩個界面相互交錯糾纏在一起。

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