bsp; 【宇宙物质多样性】
太阳系天体中，水星、金星表面温度约达700k，金星表面笼罩着浓密的二氧化碳大气和硫酸云雾，气压约50个大气压，水星、火星表面大气却极其稀薄，水星的大气压甚至小于2x10－9毫巴；类地行星(水星、金星、火星)都有一个固体表面，类木行星却是一个流体行星；土星的平均密度为070克／厘米3，比水的密度还小，木星、天王星、海王星的平均密度略大于水的密度，而水星、金星、地球等的密度则达到水的密度的5倍以上；多数行星都是顺向自转，而金星是逆向自转；地球表面生机盎然，其他行星则是空寂荒凉的世界。
太阳在恒星世界中是颗普遍而又典型的恒星。已经发现，有些红巨星的直径为太阳直径的几千倍。中子星直径只有太阳的几万分之一；超巨星的光度高达太阳光度的数百万倍，白矮星光度却不到太阳的几十万分之一。红超巨星的物质密度小到只有水的密度的百万分之一，而白矮星、中子星的密度分别可高达水的密度的十万倍和百万亿倍。太阳的表面温度约为6000k，o型星表面温度达30000k，而红外星的表面温度只有约600k。太阳的普遍磁场强度平均为1x10－4特斯拉，有些磁白矮星的磁场通常为几千、几万高斯（1高斯＝10－4特斯拉），而脉冲星的磁场强度可高达十万亿高斯。有些恒星光度基本不变，有些恒星光度在不断变化，称变星。有的变星光度变化是有周期的，周期从1小时到几百天不等。有些变星的光度变化是突发性的，其中变化最剧烈的是新星和超新星，在几天内，其光度可增加几万倍甚至上亿倍。
恒星在空间常常聚集成双星或三五成群的聚星，它们可能占恒星总数的1／3。也有由几十、几百乃至几十万个恒星聚在一起的星团。宇宙物质除了以密集形式形成恒星、行星等之外，还以弥漫的形式形成星际物质。星际物质包括星际气体和尘埃，平均每立方厘米只有一个原子，其中高度密集的地方形成形状各异的各种星云。宇宙中除发出可见光的恒星、星云等天体外，还存在紫外天体、红外天体、x射线源、γ射线源以及射电源。
星系按形态可分为椭圆星系、旋涡星系、棒旋星系、透镜星系和不规则星系等类型。60年代又发现许多正在经历着爆炸过程或正在抛射巨量物质的河外天体，统称为活动星系，其中包括各种射电星系、塞佛特星系、n型星系、马卡良星系、蝎虎座bl型天体，以及类星体等等。许多星系核有规模巨大的活动：速度达几千千米／秒的气流，总能量达1055焦耳的能量输出，规模巨大的物质和粒子抛射，强烈的光变等等。在宇宙中有种种极端物理状态：超高温、超高压、超高密、超真空、超强磁场、超高速运动、超高速自转、超大尺度时间和空间、超流、超导等。为我们认识客观物质世界提供了理想的实验环境。
【运动和发展】
宇宙天体处于永恒的运动和发展之中，天体的运动形式多种多样，例如自转、各自的空间运动(本动)、绕系统中心的公转以及参与整个天体系统的运动等。月球一方面自转一方面围绕地球运转，同时又跟随地球一起围绕太阳运转。太阳一方面自转，一方面又向着武仙座方向以20千米／秒的速度运动，同时又带着整个太阳系以250千米／秒的速度绕银河系中心运转，运转一周约需22亿年。银河系也在自转，同时也有相对于邻近的星系的运动。本超星系团也可能在膨胀和自转。总星系也在膨胀。
现代天文学已经揭示了天体的起源和演化的历程。当代关于太阳系起源学说认为，太阳系很可能是50亿年前银河系中的一团尘埃气体云(原始太阳星云)由于引力收缩而逐渐形成的（见太阳系起源）。恒星是由星云产生的，它的一生经历了引力收缩阶段、主序阶段、红巨星阶段、晚期阶段和临终阶段。星系的起源和宇宙起源密切相关，流行的看法是：在宇宙发生热大爆炸后40万年，温度降到4000k，宇宙从辐射为主时期转化为物质为主时期，这时或由于密度涨落形成的引力不稳定性，或由于宇宙湍流的作用而逐步形成原星系，然后再演化为星系团和星系。热大爆炸宇宙模型描绘了我们的宇宙的起源和演化史：我们的宇宙起源于200亿年前的一次大爆炸，当时温度极高、密度极大。随着宇宙的膨胀，它经历了从热到冷、从密到稀、从辐射为主时期到物质为主时期的演变过程，直至10～20亿年前，才进入大规模形成星系的阶段，此后逐渐形成了我们当今看到的宇宙。1980年提出的暴涨宇宙模型则是热大爆炸宇宙模型的补充。它认为在宇宙极早期，在我们的宇宙诞生后约10－36秒的时候，它曾经历了一个暴涨阶段。
【哲学分析宇宙概念】
有些宇宙学家认为，我们的宇宙是唯一的宇宙；大爆炸不是在宇宙空间的哪一点爆炸，而是整个宇宙自身的爆炸。但是，新提出的暴涨模型表明，我们的宇宙仅是整个暴涨区域的非常小的一部分，暴涨后的区域尺度要大于1026厘米，而那时我们的宇宙只有10厘米。还有可能这个暴涨区域是一个更大的始于无规则混沌状态的物质体系的一部分。这种情况恰如科学史上人类的认识从太阳系宇宙扩展到星系宇宙，再扩展到大尺度宇宙那样，今天的科学又正在努力把人类的认识进一步向某种探索中的“暴涨宇宙”、“无规则的混沌宇宙”推移。我们的宇宙不是唯一的宇宙，而是某种更大的物质体系的一部分，大爆炸不是整个宇宙自身的爆炸，而是那个更大物质体系的一部分的爆炸。因此，有必要区分哲学和自然科学两个不同层次的宇宙概念。哲学宇宙概念所反映的是无限多样、永恒发展的物质世界；自然科学宇宙概念所涉及的则是人类在一定时代观测所及的最大天体系统。两种宇宙概念之间的关系是一般和个别的关系。随着自然科学宇宙概念的发展，人们将逐步深化和接近对无限宇宙的认识。弄清两种宇宙概念的区别和联系，对于坚持马克思主义的宇宙无限论，反对宇宙有限论、神创论、机械论、不可知论、哲学代替论和取消论，都有积极意义。
宇宙的创生有些宇宙学家认为，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”。现在观测宇宙的物质是从假真空状态释放出来的能量转化而来的，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。
未来宇宙科学
宇宙科学大大深化了人们对宇宙结构、起源和演化的认识，为了解物质结构和相互作用提供了新的统一图景。在地外生命等重大问题的研究中，天文学将更进一步与物理学交叉，并与许多领域紧密地联系在一起。
中国的载人飞船和空间站何时能够遨游太空？在新千年即将来临之际，67岁的飞船总设计师戚发轫教授发表了谈话。
试验飞船发射入轨并圆满返回到预定区域，为我国在21世纪前十年内实现把宇航员送上太空并安全返回打下了坚实的基础。
21世纪，人类开发利用丰富的空间资源将成为必然。空间资源主要有轨道资源、环境资源和物质资源。开发利用空间资源，人必须要较长时间在空间环境工作，并要往返于地球和空间站之间。载人飞船只是往返天地之间的运输工具，最终必须依赖长期在空间工作的空间站。建立空间站，一要解决太空人出舱，二要解决飞船与空间站的相互交会对接等技术难题。下个世纪，我国掌握空间站的关键技术应该不成问题。
“宇宙”一词，最早大概出自我国古代著名哲学家墨子（约公元前468－376）。他用“宇”来指东、西、南、北，四面八方的空间，用“宙”来指古往今来的时间，合在一起便是指天地万物，不管它是大是小，是远是近；是过去的，现在的，还是将来的；是认识到的，还是未认识到的……总之是一切的一切。
从哲学的观点看。人们认为宇宙是无始无终，无边无际的。不过，对这个深奥的概念我们不打算做深入的探讨，还是留给哲学家们去研究。我们不妨把眼光缩小一些，讲一讲利用我们现有的科学技术所能了解和观测的宇宙，人们把它称为“我们的宇宙”或“总星系”。
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。这130亿光年的距离便是我们今天所知道的宇宙的范围。再说得明确一些，我们今天所知道的宇宙范围，或者说大小，是一个以地球为中心，以130亿光年的距离为半径的球形空间。当然，地球并不真的是什么宇宙的中心，宇宙也未必是一个球体，只是限于我们目前的观测能力，我们只能了解到这一程度。
在这个以130亿光年为半径的球形空间里，目前已被人们发现和观测到的星系大约有1250亿个，而每个星系又拥有像太阳这样的恒星几百到几万亿颗。因此只要做一道简单的数学题，你就不难了解到，在我们已经观测到的宇宙中拥在多少星星。地球在如此浩瀚的宇宙中，真如沧海一粟，渺小得微不足道。
一直以来，天文学家和我们一样，想知道宇宙究竟有多大。最近，美国的太空网报道，经过艰苦的计算工作，天文学家发现宇宙超乎寻常的大，其长度至少为1560亿光年。“这样一个有关宇宙大小的发现，显然是以‘宇宙是球形的，是有限无边的为前提条件的。”中国国家天文台的研究员陈大明在接受记者专访时说，“长期以来，宇宙学研究领域一直有这样一个争论，宇宙究竟是球形的、马鞍形的、还是平坦的。”北京师范大学副教授张同杰说：“国际主流宇宙学普遍认为宇宙是平坦的，是无限的。”那么，围绕宇宙的争论从何而来？理据何在？一种最为普遍的观点：在大爆炸之后，宇宙诞生了。“根据现代宇宙学中最有影响的大爆炸学说，我们的宇宙是大约137亿年前由一个非常小的点爆炸产生的，目前宇宙仍在膨胀。”陈大明研究员说，“这一学说得到大量天文观测的证实。”这一学说认为，宇宙诞生初期，温度非常高，随着宇宙的膨胀，温度开始降低，中子、质子、电子产生了。此后，这些基本粒子就形成了各种元素，这些物质微粒相互吸引、融合，形成越来越大的团块，这些团块又逐渐演化成星系，恒星、行星，在个别的天体上还出现了生命现象，能够认识宇宙的人类最终诞生了。宇宙是球形的、有限无边的？“认为宇宙是球形的观点在很长时间内存在着，尽管不是国际宇宙学界的主流。”陈大明介绍说，“它的每一次提出，都会引起人们的关注，就是因为这一观点很奇特。”一个最为明显的例子就是不久前，由美国数学家杰弗里威克斯构建的宇宙模型：一个大小有限、形状如同足球的镜子迷宫。“形如足球”的模型令科学界震惊，因为这一学说宣称，宇宙之所以令人产生无边无界的“错觉”，是因为这个有限空间通过“返转”效应无限重复映现自身。威克斯认为，人们之所以感觉宇宙是无限的，是因为宇宙就像一个镜子迷宫，光线传过来又传过去，让人们发生错觉，误以为宇宙在无限伸展。这一惊人推断后来被《新科学家》杂志收录，同时作为一种“奇谈”在民间广为流传着。
民间奇谈
就在最近，美国太空网传出类似的惊人消息，一位作家在采访了该国著名的天体物理学家后获知，宇宙的长度为1560亿光年。在这项新的研究中，研究人员检测了大爆炸之后，遗留在广漠宇宙中的原初辐射。他们得出结论：在宇宙中可能存在着一些神奇的宇宙“镜室”，使得一个物体在两个地方都能够看到。因为这样一种结论，他们成了“球形宇宙论”的支持者。长度为1560亿光年？宇宙的大小为什么是一个你从未听说过的数字？他们的解释是这样的：宇宙的年龄大约是137亿年。光从最早已知的星系到达我们地球要穿行130亿年以上。因此我们可以假定宇宙的半径是137亿光年，那么整个宇宙的长度是宇宙半径的2倍，即274亿光年。但是自创生以来一直在不断的膨胀，并且理论学家相信宇宙起源于一个密度无限大的点。美国蒙大拿州立大学的天体物理学家尼尔科尼什教授解释说：“早期宇宙中光所穿行的距离随宇宙的膨胀而增大，就像银行中的复利一样。”他建议，可以想象宇宙从诞生后只有100万年的年龄。光穿行一年，所覆盖的距离1光年。他说：“那时宇宙的大小比现在小大约1000倍，因此1光年伸展到现在是1000光年。”所有距离加起来是780亿光年。他说，光还没有穿行那么远，“但是穿行137亿年到达我们地球的光子的起始点到现在是780亿光年远。这是宇宙的半径，那么直径是156亿光年。这只是基于光线返回时所用时间的95，因此宇宙实际的长度可能会更长一些。科学家研究了大爆炸后38万年时形成的宇宙微波背景辐射(b)，这时宇宙充分地膨胀并冷却以致形成了原子的物质。在天空中不同方向这种辐射温度的差别可以用来提示宇宙的年龄和约束许多重要的宇宙学参量。宇宙微波背景辐射是宇宙婴儿时的图像，这时还没有恒星的形成。美国《物理评论通讯》在2004年5月21日发表了这项新的研究工作，其焦点在于利用宇宙微波背景辐射数据寻找表明宇宙像镜室一样成对圆球现象。据此，宇宙中同一个物体的多个图像可以在与时空中不同的地方呈现出来。镜室效应可能意味着宇宙本来是有限的，但却产生宇宙是无限的感觉。他告诉记者,“没有迹象表明宇宙是有限的，但是也没有证明它是无限的。”宇宙结构的争论，宇宙是球形的，马鞍形的，还是平坦的？关于宇宙的结构和未来，现代宇宙学说认为，如果宇宙总质量大于某一临界质量，那么宇宙的结构是球形的，并且总有一天会在引力作用下收缩。如果宇宙总质量小于临界质量，那么宇宙的结构是马鞍形的，宇宙内部的引力无法抵消宇宙膨胀的速度而使宇宙一直膨胀下去。如果宇宙总质量恰好等于临界质量，那么宇宙的结构是平坦的，宇宙也将像现在这样一直膨胀下去。宇宙的结构实际上是时间和空间的结构，普通人很难想像。不过科学家提出一个衡量宇宙结构的标准：如果两束平行光线越来越近，那么宇宙结构是球形的；如果两束平行光线越来越远，那么宇宙结构是马鞍型的；如果两束平行光线永远平行下去，那么宇宙结构则是平坦的。平坦宇宙的结构可以用欧几里德几何解释。平坦宇宙学的几个证据。宇宙结构是平坦的这一结论是参加“银河系外毫米波辐射和地球物理气球观测项目”的多国科学家得出的。这一项目的目的是研究宇宙背景辐射的详细情况。科学家在1998年底将一些射电天文望远镜放置在氦气球顶部，随氦气球上升到距地面约40公里的高空，在那里对特定宇宙区域进行了11天的观测，获得了迄今关于宇宙早期辐射最详实的数据。经过研究，科学家发现，在大尺度上，宇宙最初发出的光线并没有发生弯曲现象，也就是说当初的两束平行光线一直保持平行状态，这说明宇宙结构是平坦的，也就是说宇宙总质量恰好等于临界质量，宇宙将像现在这样一直膨胀下去。早在1965年，科学家就已探测到宇宙空间中均匀分布着的宇宙背景辐射，其温度为零下270摄氏度。大爆炸学说认为，这种辐射是宇宙大爆炸后的“余烬”。从这些“余烬”中，科学家可以推测大爆炸初期的情景。1991年，美国宇宙背景探测卫星发现，宇宙背景辐射中存在着微小温度波动，如同在“余烬”中闪动着的微弱“火光”，这表明那时宇宙内已存在密度非常小的物质云团。正是这些云团逐渐收缩形成了后来的星系。“银河系外毫米波辐射和地球物理气球观测项目”是在该卫星发现的基础上进行观测的。此外，分别于1990年4月和1991年4月进入太空的“哈勃”天文望远镜和伽马射线探测器以及其他一些观测仪器也对宇宙的结构和演化进行了观测，取得了大量成果。这些成果较为一致地认为宇宙将一直膨胀下去。人类对宇宙诞生和演化的观测研究刚刚起步，关于宇宙结构和未来的推测也仅仅是初步结论。未来几年，科学家计划发射两颗卫星更精确地观测宇宙早期辐射的情况，此外，科学家还将采取其他多种手段观测宇宙，宇宙诞生和结构之谜将被进一步揭开。
宇宙是否有限
我们的先辈们曾认为宇宙是范围并不很大的球状天体，其中包含着地球以及其他一些形体较小的发光体。直至公元1700年以前，这种理论在天文学界一直占据主导地位。即使在哥白尼发现地球并非宇宙的中心之后，人们仍持同样的观点，只是把“宇宙主宰”这一光环又赠给了太阳而已，而宇宙的基本定义仍未得到根本上的改变。天空仍旧是天上的“球”，里面有许多星星，不过，它包括的主体是太阳，相比之下，地球要逊色得多。
托勒密的“地心说”体系
哥白尼的“日心说”体系
开普勒的椭圆型轨道的思想废除了星体是“透明的球体”这一谬论，但是却仍然保留了星体是“最外层天体球”这一说法。感谢卡西尼的研究成果，他揭开了太阳系的真实面目，从而证明了太阳系比人们想象的要大得多，而这也只是将人们脑海中宇宙的边界扩大了而已。
直至哈雷于1718年发现了恒星也是运动着的球体这一事实后，天文学家们才开始重新认真地认识宇宙。当然，即使所有星体都在移动，宇宙仍有可能是有限的，而所有的星体也都有可能在进行着极其缓慢的移动。但是为什么有的星体的运动速度之快足以被人们观察到，而正是这些星体才能发出比较明亮的光线呢？
关于这一问题，存在这样一种可能，即某个星体由于具有较大的形体，从而能放射出比较明亮的光线，同时由于其体积较大，造成宇宙对它的束缚产生了困难，从而导致了它的移动。当然，这只是一种特定的假设，但这种全新的设想对于解开有关谜团是具有创造性意义的――即使其很难在实验室条件下得到验证，或根本无法解决任何问题。
另一方面，有些星球与地球间的距离有可能相对来说比较近，因此看上去就可能显得比较亮一些。再者，如果所有星球移动的速度是相同的，那么距地球越近，往往就显得运动得更快一些。这一点与实验室条件下的实验结果是相符的。这一现象是以解释运动越快的星体其亮度越高的原因。那相对比较昏暗的星球其实也处于运动状态，但由于它与地球间距离实在太遥远了，因此即使经过几个世纪的观测也无法察觉到它的位置的变化，但这一变化却有可能在数千年的过程中被观测到，这的确需要人们一代一代不懈的努力。
如果各个星体与太阳系间的距离各不相同，那么宇宙就应该是无限的，而众多的星球则会像蜂群一样遍布于宇宙的各个角落。直至1718年，人们才意识到这一点而摒弃了宇宙有限论，从此，一幅广阔无垠而壮丽非常的宇宙画卷终于展现在人们的眼前。
宇宙有中心吗？
太阳是太阳系的中心，太阳系中所有的行星都绕着太阳旋转。银河也有中心，它周围所有的恒星也都绕着银河系的中心旋转。那么宇宙有中心吗？一个让所有的星系包围在中间的中心点？
看起来应该存在这样的中心，但是实际上它并不存在。因为宇宙的膨胀一般不发生在三维空间内，而是发生在四维空间内的，它不仅包括普通三维空间（长度、宽度和高度），还包括第四维空间――时间。描述四维空间的膨胀是非常困难的，但是我们也许可以通过推断气球的膨胀来解释它。
我们可以假设宇宙是一个正在膨胀的气球，而星系是气球表面上的点，我们就住在这些点上。我们还可以假设星系不会离开气球的表面，只能沿着表面移动而不能进入气球内部或向外运动，在某种意义上可以说我们把自己描述为一个二维空间的人。
如果宇宙不断膨胀，也就是说气球的表面不断地向外膨胀，则表面上的每个点彼此离得越来越远。其中，某一点上的某个人将会看到其他所有的点都在退行，而且离得越远的点退行速度越快。
现在，假设我们要寻找气球表面上的点开始退行的地方，那么我们就会发现它已经不在气球表面上的二维空间内了。气球的膨胀实际上是从内部的中心开始的，是在三维空间内的，而我们是在二维空间上，所以我们不可能探测到三维空间内的事物。同样的，宇宙的膨胀不是在三维空间内开始的，而我们只能在宇宙的三维空间内运动。宇宙开始膨胀的地方是在过去的某个时间，即亿万年以前，虽然我们可以看到，可以获得有关的信息，而我们却无法回到那个时候。
大气和宇宙[2/2页]