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高中地理银河系和宇宙

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2012-07-13

当代宇宙起源假设中,大爆炸宇宙学说是最有影响的一种学说。该学说提出于40年代,本身也在不断发展完善中,近年的主要内容如下:

宇宙在大爆炸前处于极高温和超高密状态,物质与反物质以及物质与能量均呈平衡状态。在某种物理条件下开始了大爆炸,在宇宙诞生10-44秒之后体积急剧暴胀,在10-34秒内迅速膨胀约10100倍,密度相应降低。但在1秒钟之内温度仍高达1032K至1010K以上,原子和分子均无法存在。当时宇宙中的物质存在形式和行为目前无法在实验室模拟,推测可能存在辐射能以及电子、中微子(neutrinos, 一种不受电、磁、核力影响的基本粒子,1998年证实具有极微小的静止质量)和质子、中子形式基本粒子。目前人类业已观测到从宇宙早期留下的最早原子核形成于爆炸后1秒钟,因此,可以把这1秒看作宇宙史研究的一道分水岭。

爆炸进行3分钟后,温度降至109K以下,核反应开始启动,由质子和中子聚变为氘核、氦核和锂核最轻元素后可以不至于瓦解(图2-4)。当时全部物质中氦占约22%,氢占78%,还有极少量氘和锂。

至百万年前后,温度降至107-6K范围,宇宙间弥漫着由轻元素原子核和电子、质子等组成的等离子体。2.5亿年后温度降至103K范围时,辐射减弱,中性原子形成,等离子体复合成为正常气体。至10亿年前后星系开始形成,50亿年前后开始出现首批恒星,太阳系的形成则在100亿年前后。

宇宙大爆炸学说虽然获得国际多数学者支持,但在大爆炸起因,大爆炸是永远进行下去还是后期将转化为收缩,大爆炸由一个奇点开始还是整个空间每一点都可看作是膨胀的中心,大爆炸最初1秒钟内的物质形式和行为等根本性问题上并没有公认结论,在哈勃半径和宇宙形成年龄测定上还存在不同见解。

有关宇宙大爆炸各种模型的提出和探讨,势必涉及时空是否永恒存在等一系列根本的哲学思想问题。例为有人认为在大爆炸之初的10-43秒(普朗克时期),当时的可见宇宙尺度小于它的量子波长,整个宇宙变得为量子不确定性所主宰,根本就没有“钟”和“尺子”能加以测量,即广义相对论时空概念失效,是一个没有时空的物理世界,需要通过时空的量子化途径来探讨已知时空形式的起源。这对于传统上认为宇宙无边无界、无始无终的哲学思想也是一种冲击,对于促进哲学观念的现代化也有重要意义。

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