宇宙科技的基础知识有哪些

宇宙科技知识

1、宇宙年轻的时候是炽热的

人们接受最为普遍的宇宙学模型是所谓的“宇宙大爆炸”。宇宙微波背景辐射(CMBR)的发现已经对此加以了证明。但是严格地说没有人知道究竟是什么发生了“爆炸”，我们只是通过推论得知宇宙在诞生时候是无限炽热的，并会随着膨胀逐渐冷却。 宇宙在膨胀刚开始几分钟的时候温度大约是 10 亿 K，1 秒钟的时候温度是 100 亿 K。与之相比今天宇宙的平均温度只有 2.725 K。

2、随着年龄的增长，宇宙会变得越来越寒冷

对遥远星系的观测表明，宇宙的膨胀在加速。这显示宇宙会逐渐冷却，并很有可能难逃“大冻结”的命运。导致“大冻结”的原因是缺乏热源(能量)，也被称为“热寂”。威尔金森微波各向异性探测器(WMAP)对当前宇宙的几何结构和密度所作的精确探测倾向这个结果。

3、宇宙的直径超过 1500 亿光年

当前对整个宇宙宽度的估计大约是 1500 亿光年。虽然不同年龄段的宇宙这一数值极为不一致，但是假如你考虑到宇宙在加速膨胀，就比较好理解。

4、宇宙诞生已有 137 亿年

同样值得注意的是这一数字的精确度已经高于 1%。它是由研究小组从 WMAP 采集到的所有必需信息中得出的，而这些信息的来源是对宇宙微波背景辐射的探测。传统方式也对此数据有贡献，比如对特定放射性原子核丰度的测算。球状星团内大多含有最古老的恒星，对这些星团的观测结果也指向相近结果。

5、地球不平坦，但宇宙是平坦的

基于爱因斯坦的广义相对论，宇宙的存在形式可能会有三种：开放、闭合或平坦。同样是 WMAP ，它对 CMBR 的观测结果证明——宇宙是平坦的。这种几何结构和其不可见的固有本性即所谓的暗能量，共同导致了宇宙的最终命运——“大冻结”。

6、宇宙的结构

在最大的结构上，宇宙是由纤维状结构、巨洞、超星系团、星系群和星系团组成的。超星系团由星系群和星系团组成。超星系团可以是“壁”的一部分，而“壁”是纤维状结构的一部分。　　巨大而空旷的空间被称为“巨洞”。根据对 CMBR 的探测，在宇宙发展的极早期阶段，宇宙不同方向的温度有细微不同，这些不同最终使物质在宇宙的某些部分聚集成团，而其它部分变得相当空旷。

7、宇宙的很大一部分是由我们无法看到的东西构成的

通过不同波长的电磁光谱，如无线电波、红外线、X光线以及可见光，我们可以看到看到宇宙的很大一部分。但是不幸的是，更大部分的宇宙，无论我们用什么频率都无法看到。引力透镜、温度分布、星系的轨道速度和自转速度等现象都表明可能存在着一种下落不明的物质。明确地说，这些观测结果都显示有暗物质存在。另一种不可见的实体本性是所谓的暗能量，它被认为是星系加速远去的原因。

8、每个星系都在以最快的速度互相远离

星系都在加速互相远离。实际上，根据最新的数据，有人相信宇宙可能会以“大撕裂”告终。届时每一个原子都会分崩离析。这个理论源自观测到的宇宙加速膨胀。持这样彻底大灾难命运观点的科学家相信，这种膨胀永远都不会停止，因此一切都会四分五裂。

9、要更深刻地了解宇宙，我们必须对比原子还小的结构进行研究

自打宇宙学家开始用大爆炸模型在时间上追溯远古事件，他们专注宏观宇宙的目光便开始投向越来越小的空间。他们知道，随着对过去的推论不断深入，他们越来越接近一个极热、极密、极小，而且拥有极端高能的宇宙。　　这样的环境显然存在于对微观世界进行研究的粒子物理领域。所以，在最新的研究中，宇宙学和粒子物理开始不可避免地进行合作。

10、宇宙没有中心

宇宙没有中心。星系的中心并不是宇宙的中心，因为星系并非是整个宇宙。宇宙没有中心。每个星系都在互相远离。

宇宙是如何形成的?

1.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。

2.宇宙学说认为，我们所观察到的宇宙，在其孕育的初期，集中于一个体积极小、温度极高、密度极大的奇点。在141亿年前左右，奇点产生后发生大爆炸，从此开始了我们所在的宇宙的诞生史。

3.宇宙大爆炸后0.01秒，宇宙的温度大约为1000亿度。物质存在的主要形式是电子、光子、中微子。以后，物质迅速扩散，温度迅速降低。大爆炸后1秒钟，下降到100亿度。大爆炸后14秒，温度约30亿度。35秒后，为3亿度，化学元素开始形成。温度不断下降，原子不断形成。宇宙间弥漫着气体云。他们在引力的作用下，形成恒星系统，恒星系统又经过漫长的演化，成为今天的宇宙。宇宙是什么?宇宙有多大?宇宙年龄是多少?

宇宙是万物的总称，是时间和空间的统一。从最新的观测资料看，人们已观测到的离我们最远的星系是130亿光年。也就是说，如果有一束光以每秒30万千米的速度从该星系发出，那么要经过130亿年才能到达地球。根据大爆炸宇宙模型推算，宇宙年龄大约200亿年。

宇宙的创生

1.有些宇宙学家认为，暴涨模型最彻底的改革也许是观测宇宙中所有的物质和能量从无中产生的观点，这种观点之所以在以前不能为人们接受，是因为存在着许多守恒定律，特别是重子数守恒和能量守恒。但随着大统一理论的发展，重子数有可能是不守恒的，而宇宙中的引力能可粗略地说是负的，并精确地抵消非引力能，总能量为零。因此就不存在已知的守恒律阻止观测宇宙从无中演化出来的问题。这种“无中生有”的观点在哲学上包括两个方面：①本体论方面。如果认为“无”是绝对的虚无，则是错误的。这不仅违反了人类已知的科学实践，而且也违反了暴涨模型本身。按照该模型，我们所研究的观测宇宙仅仅是整个暴涨区域的很小的一部分，在观测宇宙之外并不是绝对的“无”。这种真空能恰恰是一种特殊的物质和能量形式，并不是创生于绝对的“无”。如果进一步说这种真空能起源于“无”，因而整个观测宇宙归根到底起源于“无”，那么这个“无”也只能是一种未知的物质和能量形式。②认识论和方法论方面。暴涨模型所涉及的宇宙概念是自然科学的宇宙概念。这个宇宙不论多么巨大，作为一个有限的物质体系 ，也有其产生、发展和灭亡的历史。暴涨模型把传统的大爆炸宇宙学与大统一理论结合起来，认为观测宇宙中的物质与能量形式不是永恒的，应研究它们的起源。它把“无”作为一种未知的物质和能量形式，把“无”和“有”作为一对逻辑范畴，探讨我们的宇宙如何从“无”——未知的物质和能量形式，转化为“有”——已知的物质和能量形式，这在认识论和方法论上有一定意义。

2. 宇宙是如何起源的?空间和时间的本质是什么?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。经过了哥白尼、赫歇尔、哈勃的从太阳系、银河系、河外星系的探索宇宙三部曲，宇宙学已经不再是幽深玄奥的抽象哲学思辩，而是建立在天文观测和物理实验基础上的一门现代科学。

“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。1948年，俄裔美籍物理学家伽莫夫等人，又详细勾画出宇宙由一个致密炽热的奇点于150亿年前一次大爆炸后，经一系列元素演化到最后形成星球、星系的整个膨胀演化过程的图像。但是该理论存在许多使人迷惑之处。

宏观宇宙是相对无限延伸的。“大爆炸宇宙论”关于宇宙当初仅仅是一个点，而它周围却是一片空白，即将人类至今还不能确定范围也无法计算质量的宇宙压缩在一个极小空间内的假设只是一种臆测。况且从能量与质量的正比关系考虑，一个小点无缘无故地突然爆炸成浩瀚宇宙的能量从何而来呢?

人类把地球绕太阳转一圈确定为衡量时间的标准——年。但宇宙中所有天体的运动速度都是不同的，在宇宙范围，时间没有衡量标准。譬如地球上东西南北的方向概念在宇宙范围就没有任何意义。既然年的概念对宇宙而言并不存在，大爆炸宇宙论又如何用年的概念去推算宇宙的确切年龄呢?

1929年，美国天文学家哈勃提出了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。哈勃定律只是说明了距离地球越远的星系运动速度越快--星系红移量与星系距离呈正比关系。但他没能发现很重要的另一点--星系红移量与星系质量也呈正比关系。

宇宙中星系间距离非常非常遥远，光线传播因空间物质的吸收、阻挡会逐渐减弱，那些运动速度越快的星系就是质量越大的星系。质量大，能量辐射就强，因此我们观察到的红移量极大的星系，当然是质量极大的星系。这就是被称作“类星体”的遥远星系因质量巨大而红移量巨大的原因。而银河系内的恒星由于距地球近，大小恒星都能看到，所以恒星的红移紫移数量大致相等。

导致星系红移多紫移少的另一原因是：宇宙中的物质结构都是在一定范围内围绕一个中心按圆形轨迹运动的，不是像大爆炸宇宙论描述的从一个中心向四周作放射状的直线运动。因此，从地球看到的紫移星系范围很窄，数量极少，只能是与银河系同一方向运动的，前方比银河系小的星系;后方比银河系大的星系。只有将来研制出更高分辨程度的天文观测仪器才能看到更多的紫移星系。

宇宙中的物质分布出现不平衡时，局部物质结构会不断发生膨胀和收缩变化，但宇宙整体结构相对平衡的状态不会改变。仅凭从地球角度观测到的部分(不是全部)可见星系与地球之间距离的远近变化，不能说明宇宙整体是在膨胀或收缩。就像地球上的海洋受引力作用不断此涨彼消的潮汐现象并不说明海水总量是在增加或减少一样。

1994年，美国卡内基研究所的弗里德曼等人，用估计宇宙膨胀速率的办法计算宇宙年龄时，得出一个80～120亿年的年龄计算值。然而根据对恒星光谱的分析，宇宙中最古老的恒星年龄为140～160亿年。恒星的年龄倒比宇宙的年龄大。

1964年，美国工程师彭齐亚斯和威尔逊探测到的微波背景辐射，是因为布满宇宙空间的各种物质相互之间能量传递产生的效果。宇宙中的物质辐射是时刻存在的，3K或5K的温度值也只是人类根据自己判断设计的一种衡量标准。

至于大爆炸宇宙论中的氦丰度问题，氦元素原本就是宇宙中存在的仅次于氢元素的数量极丰富的原子结构，它在空间的百分比含量和其它元素的百分比含量同样都属于物质结构分布规律中很平常的物理现象。在宇宙范围中，不仅氦元素的丰度相似，其余的氢、氧……元素的丰度也都是相似的。而且，各种元素是随不同的温度、环境而不断互相变换的，并不是始终保持一副面孔，所以微波背景辐射和氦丰度与宇宙的起源之间看不出有任何必然的联系。

大爆炸宇宙论面临的难题还有，如果宇宙无限膨胀下去，最后的结局如何呢?德国物理学家克劳修斯指出，能量从非均匀分布到均匀分布的那种变化过程，适用于宇宙间的一切能量形式和一切事件，在任何给定物体中有一个基于其总能量与温度之比的物理量，他把这个物理量取名为“熵”，孤立系统中的“熵”永远趋于增大。但在宇宙中总会有高“熵”和低“熵”的区域，不可能出现绝对均匀的状态。所以，那种认为由于“熵”水平的不断升高而达到最大值时，宇宙就会进入一片死寂的永恒状态，最终“热寂”而亡的结局。

根据天文观测资料和物理理论描述宇宙的具体形态，星系的形态特征对研究宇宙结构至关重要，从星系的运动规律可以推断整个宇宙的结构形态。而星系共有的圆形旋涡结构就是整个宇宙的缩影，那些椭圆、棒旋等不同的星系形态只是因为星系年龄和观测角度不同而产生的视觉效果。

奇妙的螺旋形是自然界中最普遍、最基本的物质运动形式。这种螺旋现象对于认识宇宙形态有着重要的启迪作用，大至旋涡星系，小至DNA分子，都是在这种螺旋线中产生。大自然并不认可笔直的形式，自然界所有物质的基本结构都是曲线运动方式的圆环形状。从原子、分子到星球、星系直到星系团、超星系团无一例外，毋庸置疑，浩瀚的宇宙就是一个大旋涡。因此，确立一个“螺旋运动形态宇宙模型”，比那种作为所有物质总和的“宇宙”却脱离曲线运动模式而独辟蹊径，以直线运动方式从一个中心向四面八方无限伸展的“大爆炸宇宙模型”，更能体现真实的宇宙结构形态。