怎么看透押宝:宇宙与航天

宇宙

　　宇宙是广漠空间和其中存在的各种天体以及弥漫物质的总称。 宇宙是物质世界，它处于不断的运动和发展中。 千百年来，科学家们一直在探寻宇宙是什么时候、如何形成的。直到今天，科学家们才确信，宇宙是由大约150亿年前发生的一次大爆炸形成的。 在爆炸发生之前，宇宙内的所存物质和能量都聚集到了一起，并浓缩成很小的体积，温度极高，密度极大，之后发生了大爆炸。 大爆炸使物质四散出击，宇宙空间不断膨胀，温度也相应下降，后来相继出现在宇宙中的所有星系、恒星、行星乃至生命，都是在这种不断膨胀冷却的过程中逐渐形成的。 然而，大爆炸而产生宇宙的理论尚不能确切地解释，“在所存物质和能量聚集在一点上”之前到底存在着什么东西？ “大爆炸理论”是伽莫夫于1946年创建的。
　
　大爆炸理论

　　（big-bang cosmology）现代宇宙系中最有影响的一种学说，又称大爆炸宇宙学。与其他宇宙模型相比，它能说明较多的观测事实。它的主要观点是认为我们的宇宙曾有一段从热到冷的演化史。在这个时期里，宇宙体系并不是静止的，而是在不断地膨胀，使物质密度从密到稀地演化。这一从热到冷、从密到稀的过程如同一次规模巨大的爆发。根据大爆炸宇宙学的观点，大爆炸的整个过程是：在宇宙的早期，温度极高，在100亿度以上。物质密度也相当大，整个宇宙体系达到平衡。宇宙间只有中子、质子、电子、光子和中微子等一些基本粒子形态的物质。但是因为整个体系在不断膨胀，结果温度很快下降。当温度降到10亿度左右时，中子开始失去自由存在的条件，它要么发生衰变，要么与质子结合成重氢、氦等元素；化学元素就是从这一时期开始形成的。温度进一步下降到100万度后，早期形成化学元素的过程结束（见元素合成理论）。宇宙间的物质主要是质子、电子、光子和一些比较轻的原子核。当温度降到几千度时，辐射减退，宇宙间主要是气态物质，气体逐渐凝聚成气云，再进一步形成各种各样的恒星体系，成为我们今天看到的宇宙。大爆炸模型能统一地说明以下几个观测事实：
　　（1）大爆炸理论主张所有恒星都是在温度下降后产生的，因而任何天体的年龄都应比自温度下降至今天这一段时间为短，即应小于200亿年。各种天体年龄的测量证明了这一点。
　　（2）观测到河外天体有系统性的谱线红移,而且红移与距离大体成正比。如果用多普勒效应来解释，那么红移就是宇宙膨胀的反映。
　　（3）在各种不同天体上，氦丰度相当大，而且大都是30%。用恒星核反应机制不足以说明为什么有如此多的氦。而根据大爆炸理论，早期温度很高，产生氦的效率也很高，则可以说明这一事实。
　　（4）根据宇宙膨胀速度以及氦丰度等，可以具体计算宇宙每一历史时期的温度。大爆炸理论的创始人之一伽莫夫曾预言，今天的宇宙已经很冷，只有绝对温度几度。1965年，果然在微波波段上探测到具有热辐射谱的微波背景辐射，温度约为3K。

航天

　　人类很早以前就想到太空畅游一番了。1903年人类在地球上开设了第一家月亮公园。花50美分就能登上一个雪茄状、带翼的车，然后车身剧烈摇晃，最后登上一个月亮模型。

　　同一年，莱特兄弟在空中哒哒作响地飞行了59秒，同时一位名为俄罗斯' href="http://hanyu.iciba.com/hy/%E5%BA%B7%E6%96%AF%E5%9D%A6%E4%B8%81%C2%B7%E7%84%A6%E4%B9%8C%E7%A7%91%E5%A4%AB%E6%96%AF%E5%9F%BA">康斯坦丁·焦乌科夫斯4%BF%84%E7%BD%97%E6%96%AF" class=innerlink>俄罗斯人发表了题为《利用反作用仪器进行太空探索》的文章。他在文内演算，一枚导弹要克服地球引力就必须以1．8万英里的时速飞行。他还建议建造一枚液体驱动的多级火箭。

　　50年代，有一个公认的基本思想是，哪个国家第一个成功地建立永久性宇宙空间站，它迟早就能控制整个地球。冯·布劳恩向美国人描述了洲际导弹、潜艇导弹、太空镜和可能的登月旅行。他曾设想建立一个经常载人的、并能发射核导弹的宇宙空间站。他说：“如果考虑到空间站在地球上所有有人居住的地区上空飞行，那么人们就能认识到，这种核战争技术会使卫星制造者在战争中处于绝对优势地位。

　　1961年，加加林成为进入太空的第一人。俄国人用他说明，在天上飞来飞去的并不是天使，也不是上帝。美国约翰·肯尼迪竞选的口号是“新边疆”。他解释说：“我们又一次生活在一个充满发现的时代。宇宙空间是我们无法估量的新边疆。”对肯尼迪来说，苏联人首先进入宇宙空间是“多年来美国经历的最惨痛的失败”。唯一的出路是以攻为守。1958年美国成立了国家航空航天局，并于同年发射了第一颗卫星“探险者”号。1962年约翰·格伦成为进入地球轨道的第一位美国人。

　　许多科学家本来就对危险的载人太空飞行表示怀疑，他们更愿意用飞行器来探测太阳系。

　　而美国人当时实现了突破：三名宇航员乘“阿波罗号”飞船绕月球飞行。在这种背景下，计划在1969年1月实现的两艘载人飞船的首次对接具有特殊的意义。

　　20世纪的80年代，苏联的第三代空间站“和平”号轨道站使其航天活动达到高峰，都让美国人感到眼热。“和平”号被誉为“人造天宫”，1986年2月20日发射上天，是迄今人类在近地空间能够长期运行的唯一载人空间轨道站。它与其相对接的“量子1号”、“量子2号”、“晶体”舱、“光谱”舱、“自然”舱等舱室形成一个重达140吨、工作容积400立方米的庞大空间轨道联合体。在这一“太空小工厂”相继考察的俄罗斯和外国宇航员有106名，进行的科考项目多达2.2万个，重点项目600个。

　　在“和平”号进行的最吸引人的实验是延长人在太空的逗留时间。延长人在空间的逗留时间是人类飞出自己的摇篮地球、迈向火星等天体最为关键的一步，要解决这一难题需克服失重、宇宙辐射及人在太空所产生的心理障碍等。俄宇航员在这方面取得重大进展，其中宇航员波利亚科夫在“和平”号上创造了单次连续飞行438天的纪录，这不能不被视为20世纪航天史上的一项重要成果。在轨道站上进行了诸如培养鹌鹑

长征-2f火箭点火发射

2007-03-07 | 宇宙大爆炸理论（1）（清风编写）

 宇宙大爆炸理论

      四方上下曰宇，古往今来曰宙。自古以来，宇宙一直让人们充满遐想。然而，人类直到20世纪才对宇宙的起源和演化有了比较深刻的认识。今天“大爆炸理论”是普遍为人接受的宇宙创生学说。天文学家们认为，宇宙起源于大约150亿年前的一次大爆炸。大爆炸之后，物质逐渐形成。到今天，宇宙仍然在不断膨胀和冷却中。1927年，比利时物理学家乔治·勒梅特提出宇宙由一个原始的奇点不断膨胀的理论，现在已被越来越多的科学家接受了。
      大约在150亿年前，在宇宙的原始奇点，即整个宇宙空间为零容积的状况下，发生了大爆炸，这个奇点应该是一个高度有秩序的奇点，而被有的科学家认为是时间的起点。宇宙极早期处于高温高密状态，随着宇宙的膨胀，温度下降。在大爆炸前，宇宙的大小被认为等于零。大爆炸之后的10-43秒，称为普朗克时间，在普朗克时间的那一质点上，宇宙已经变成了一个比原子还要小的热点，且宇宙的密度极大。在普朗克时间之前，所有的物理学定律失去了作用。而在普朗克时间（10 -43秒）之后，物理学定律才有作用。大爆炸最初一刻，整个宇宙是形成于一个质子的万亿分之一时间里，宇宙可能处于同质状态。有的膨胀模型指出，宇宙最初瞬间的膨胀速率呈指数增长，而在某些膨胀模型中。该瞬间可能在宇宙开始后持续时间从10-43秒到10-36秒。大爆炸之后，宇宙中基本粒子迅速形成，紧接着合成为元素。后来逐渐演变成气态物质。宇宙进一步膨胀，辐射温度不断下降。气态物质便开始凝聚成星系或星云，最后形成恒星集团，产生了我们现在所见的宇宙。大爆炸理论认为宇宙演化大致分以下三个阶段。（清风说明：由于搜狐博客没有上位与下位功能，所以下面出现的时间10－43秒，要读作10的负的43次方秒；而10－5秒，要读作0.0001秒,以此类推。）

1、宇宙极早期阶段（又称基本粒子形成阶段）：
     

     在大爆炸后第一秒内，宇宙便开始形成基本粒子，该阶段主要是强子和粒子的生成和湮灭。首先从宇宙时的零秒到10-43秒，这是普朗克时间阶段，所有物理学定律不适用。从10-43秒到10-36秒，这时宇宙的温度极高，物质密度极高，物质的存在形式一般说不清楚，可能处于同质状态。
     在10-34～10-30秒，有的膨胀模型指出呈指数增长速率膨胀。而暴涨宇宙理论认为：若1滴答＝10-34秒，暴涨可能延续几百个滴答，然后就结束了。即经10-32秒之后，决定宇宙基本结构和物理成份的过程，便已告完成了。宇宙跃变结束时，宇宙约有垒球那么大。10-14秒之后，宇宙半径增长到约3英尺，温度冷却到1000亿度，此时，原子的构成成份，夸克和电子形成了。
       随着宇宙膨胀,温度继续下降。强子逐渐生成,在宇宙时10-6秒时，原子本身形成了，这时夸克聚集成质子和中子，质子和中子聚集成原子核。而原子核和电子形成了原子。最终第一个元素氦，以大大降低的速度，穿过我们今天仍能探测到的高度，其背景辐射，飞遍了整个宇宙。
      这时，宇宙中最活跃的是进行强相互作用的基本粒子──强子，它包括介子和重子（如质子、中子、超子等）。在大爆炸后10-2秒时，宇宙中的温度大约为1000亿度，物质密度下降到1011克／厘米3。这时是轻子起主导作用，宇宙中物质分成以电子、夸克、μ介子、τ子为主，所以是轻子为主导作用阶段。它的主要特征是轻子的分解和正、反粒子的湮灭。由于在这个过程中，轻子的分解和正、反粒子的湮灭是不断进行的，因而产生了大量的光子和中微子，以至当温度降到100亿度时，相对于实物来讲，辐射（光子）占优势。
     

2、元素形成阶段（又称辐射阶段）：
     

 

     大爆炸1秒后，宇宙温度降到大约100亿度，这时宇宙主要含有光子、电子、中微子及其反粒子，还有一些质子和中子。从大爆炸以后的第1秒钟到3分钟，宇宙进入元素形成阶段。在爆炸发生后一秒时，宇宙中的物质密度降到107克／厘米3，这时宇宙不仅整体上膨胀占优势，而且，各处都处于排斥（辐射）为主的阶段，在该阶段后期，实物（如质子、中子、电子等实物粒子）已开始发生很大变化，电子／反电子对在碰撞中的产生率就落到它们的湮灭率之下。这时，多数电子和反电子彼此湮灭，产生更多的光子，只留下少数电子。中微子和反中微子却不彼此湮灭，因为这种粒子彼此之间，以及和其它粒子之间的相互作用很弱，因此，它们今天仍然到处都有，但因现在的中微子能量太低，无法直接观测。中微子不是无质量的，而有一个小质量，能间接地探测。中微子可能是一种暗物质，具有充分的引力，以停止宇宙膨胀，并使之再次坍缩。大爆炸以后约3分钟，温度下降到约10亿度，这时质子和中子已不再有足够的能量能够逃脱强核力的吸引，即中子开始失去了自由存在的条件，开始与质子合成，形成重氢（氘）原子核，氘核再和更多的质子和中子结合成氦核，氦核有2个质子和2个中子。以及少量的两个更重元素：锂和铍。于是就形成了几种不同的化学元素。因为原子核是由核子（质子和中子）合成的，所以，该阶段又叫核合成（即元素形成）阶段。当温度降到100万℃，早期形成化学元素过程就结束了。核合成结束时，氦的含量按质量计算约占25－30％，氘占1％，其余大部分是氢，剩余的中子衰变为质子，质子是氢的原子核。由于氦十分稳定，所以这些氦能够一直保留到今天。大爆炸以后的几个小时，氦及其它元素的产生即已中止。
       计算表明，氦核的活动延续了大约3分钟，并予言宇宙中元素应以特定的比例存在，其中1/4为氦，它用完了所有可利用的中子，余下的核子（没有聚合的质子）自然形成了氢原子核，氢约占3/4。这与天文测量结果相符。所有重元素（锂、碳）占不到1％，这些重元素在晚些时候形成。
      另外，在宇宙膨胀最初几分钟内所释放的巨大热量，应当导致某些微量同位素的产生。如：氘又叫重氢，它比氢多一个中子。氢、锂也相继形成，而氘是不能被恒星制造并保留下来的，唯一可行的解释是所有氘都是原始的，它是在在大爆炸中产生的。从而是大爆炸理论的一个佐论。此后，第二阶段大约经历了数千年，该阶段宇宙间的物质主要是质子、电子、光子和一些比较轻的原子核，光辐射依然很强，也依然没有星体存在。

 3、实物形成阶段（又称物质世界形成）：
      

      大爆炸后约1万年，随着宇宙的膨胀，温度下降到约10万K，实物密度大于辐射（光子）密度，辐射退居到次要位置，辐射减退后，宇宙间物质主要是气状物质，由于这种物质不再受辐射影响，当发生某种非均匀扰动时，有些气体物质在引力作用凝聚成气体云，气体云再进一步收缩就产生了各种各样的星系，成为我们今天看到的宇宙，在无数恒星演化中产生太阳和太阳系，并继续演化。
      宇宙在3万年时，宇宙温度约1万度。宇宙产生30万年时，当温度降至约4000K时，进入第三阶段的实质过程。这时，电子和原子核已不再有足够多的能量，以克服它们之间的电磁吸引力时，它们就要开始结合成为原子。并且，物质终于与辐射相分离，宇宙才从不透明状态变成透明状态，辐射热因此而散发到各个方向，宇宙沐浴在一种热辐射中，这是“黑体”辐射。并以今天的宇宙微波背景的方式到达我们这里。30万年以来，辐射几乎一直在平稳地传播着。
      宇宙辐射物──典型的中子主要直线旅行在气态当中，宇宙学家古思认为，大爆炸之后，宇宙非常热，以至充满了等离子，没有中性原子了，原子都分裂了。因此，电子离开原子核，自由地到处移动，当物质处在等离子状态时，它对辐射物来说，是非常不清晰的，这种自由电荷粒子与形成光的光子非常强烈地相互作用。这样，这些光子就不断地被躯散和吸收，它们从来没有真正地到达任何地方。宇宙继续膨胀和冷却，在那些物质密度比平均密度稍大的一些区域，膨胀被附加的引力所阻滞，该阻滞使某些区域停止膨胀。并重新坍缩，逐渐形成旋转星系和椭圆星系，并逐渐进入稳定状态。
      约100万年后，形成许多原子，后来又被“煮”成星体中的重元素，最终产生提供生命诞生的物质。当原子核与其它原子核相撞时，能被激发，引起共振，这个精确的共振，会产生丰富的碳，满足多种生物的需求，随后的核反应中，产生了元素氧、氮以及生命所必须的其它重元素。
      总之，宇宙起始于大爆炸，银河系成形于气团。星体先在银河系中心形成，然后比较迅速成熟，形成今天看到的样子。
      膨胀理论告知，在创世的一瞬间的极短时间内，宇宙很快以百倍的膨胀系数，达到了以后150亿年的膨胀量，在此突然剧增的过程中，宇宙在次原子大小时，所具有的同质性特点，成了宇宙在膨胀后时代的特征，也就是说，宇宙在膨胀前存在的任何不均性，都可能被急速的膨胀力量抹平。
      膨胀理论为解释宇宙中相距甚远的部分，最初是如何联结在一起的，提供了一种说法。
      例如，宇宙的两侧，相距300亿光年以上之遥，但却有着完全相同水平的宇宙背景辐射。而最初这两侧是在一起的，因为膨胀而分开，以至后来相距甚远。当膨胀发生时，只要观察的面积大小相同，不管天空哪一部分，卫星数据都显示了同样数量的小、中、大波纹。
      宇宙开始于一个指数膨胀阶段，或根据古思的暴涨宇宙模型所指出的暴涨阶段，它的尺度增加了一个很大的倍数，在膨胀过程中，最初密度涨落还保持很小，但此后也开始增长。宇宙从光滑和有序的状态开始，在时间进行中变得结块和无序，符合热力学的时间箭头。
      大爆炸理论是膨胀模型的重要部分，这种指数式的膨胀过程，在平滑和一致的宇宙形成方面起了很大作用。
      1999年，天文学家获得新证据，表明宇宙是平坦的，为大爆炸理论提供了新的佐证。
      根据物理学家古思的膨胀模型，新宇宙在一次能量释放的跃变后，短暂加速自己的膨胀，即暴涨。在耗掉跃变的能量后，又回到较慢和减速膨胀状态。好像水变成冰时的跃变，当水分子形成新的坚硬状态的冰时，它要释放出它的隐性能量。
      我们可以用多卜勒效应测量其它星系离我们远去的速度，决定现在的膨胀率，这可以测得很准确。但星系的距离知之不详，只能间接测量它们。因此，我们只知道宇宙每十亿年膨胀约5％至10％，但关于宇宙现在密度的不确定性很大!

宇宙的发育史

大爆炸10亿年后：星系开始形成。

大爆炸45亿年后：太阳系开始形成。

大爆炸150亿年后：形成今天我们所见到的宇宙。

   支持宇宙大爆炸的证据

     （1）观测证明各种天体的年龄都小于200亿年：理论主张所有恒星都是在大爆炸的温度下降后产生的，因而任何天体的年龄都应该比大爆炸温度下降到今天这一段时间而来得短，即应该要小于200亿年。

    （2）红位移：从地球的任何方向看去，遥远的星系都在离开我们而去，故可以推出宇宙在膨胀，且离我们越远的星系，远离的速度越快。 观测到河外天体有系统性的谱线红移，而且红移与距离大体成正比。如果用多普勒效应来解释，那么红移就是宇宙膨胀的反映。

    （3）氢与氦的丰存度： 由模型预测出氢占25％，氦占75％，已经由试验证实。 在各种不同天体上，氦丰度相当大，而且大都是30%。用恒星核反应机制不足以说明为什么有如此多的氦。而根据大爆炸理论，早期温度很高，产生氦的效率也很高，则可以说明这一事实。

    （4）微量元素的丰存度：根据宇宙膨胀速度以及氦丰度等，可以具体计算宇宙每一历史时期的温度。在模型中所推测的微量元素的丰存度与实测的也相同。

   （5）哈勃定律： 哈勃定律就是一个关于星系之间相互远离速度和距离的确定的关系式。仍然是说明宇宙的运动和膨胀。 V＝H×D

 其中，V（Km/sec）是远离速度；H（Km/sec/Mpc）是哈勃常数，为50；D（Mpc）是星系距离。1Mpc＝3.26百万光年。

    （6）3K的宇宙背景辐射：根据大爆炸学说，宇宙因膨胀而冷却，现今的宇宙中仍然应该存在当时产生的辐射余烬，1965年，3K的背景辐射被测得。

    （7）背景辐射的微量不均匀： 证明宇宙最初的状态并不均匀，所以才有现在的宇宙和现在星系和星团的产生。

世界顶极科学家、宇宙大爆炸论证者霍金，
曾到清华大学进行学术演讲，
让我们对这位残疾的学者致以最崇高的敬意！

迎寒独开
    史蒂芬.霍金是不幸的，他20岁患了卢伽雷氏病，而被困轮椅30多年，多年只能用三个指头和外界交流，目前只剩下眼皮；而他幸福却是他的《时间简史》，揭示出黑洞在考虑量子效应之后，也会向外辐射粒子，至今被誉为当今最杰出的科学家之一。在今后相当久远“时间的历史”中，霍金定将成为一种符号、一种象征、成为引领科学家不竭努力的一面旗帜。

燕儿在林梢
我所教的《现代大学英语》第一册的精读课程里第9单元：
 Against All Odds就讲霍金，俺还下了他的视频片段呢！
那个单元的标题是：against all odds《在逆境中生存》/
《勇往直前》，跟老师您的侧重点是不一样的。
在介绍霍金的生平中，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（宇宙大爆炸的奇点)；
Quantum mechanics（量子宇宙论）；
ALS卢伽雷氏症”，即运动神经细胞萎缩症；
A Brief History of Time: From the Big Bang to Black Holes
《时间简史———从大爆炸到黑洞》等。
除了让学生了解他的伟大的一生，我们的另一个重点就是：
学习一些基本的四级核心词汇和利用立志故事学习四级写作。

宇宙从来就没有爆炸过

     根据大爆炸理论，星系连同其它所有的恒星和行星都产生于一个所谓有的奇异点。这个奇异点中集中了所有宇宙最原始的物质。而科学家们对这一奇异点物理参数的评估则是：温度为10的31次方K，潜藏的能量密度为10的98次方尔格/立方厘米(作为比较，恒星内部最高温度为10的8次方K，而中子星的物质密度为10的15次方克/立方厘米)。

      我们很难想像，处于奇异点时期的宇宙到底是什么样。今天流行的宇宙超级结构理论认为，大爆炸后形成的微型黑洞遍及整个宇宙。这些黑洞的体积还没有一个原子核大，但其质量却相当于一个小行星。不久前还有信息称，美国宇航局计划于2007年发射一个高功率X射线望远镜GLAST。按照天文物理学家们的计算，该望远镜的敏感度足以发现微型黑洞的波动。宇宙超级结构理论将最终得到实验证实。

     “大爆炸”理论最大的缺陷就是无法回答大爆炸之前这一奇异的点来源于何方？大爆炸理论存在了100多年了，但令人惊讶的是，这一理论的发展将把人们对宇宙诞生和灭亡的认识不可避免地引向神创说。并不奇怪，教皇约安-帕维尔二世早就在其书信中称当代的宇宙论与《圣经》中的论述不谋而合。

     还有人指责宇宙大爆炸学说是根本错误的。大爆炸学说的两条重要证据，哈勃红移，以及微波背景辐射，都不足以证明宇宙在持续膨胀。哈勃红移并非多普勒红移，而是在宇宙的大尺度距离上发生的和广义相对论有关的红移。

     而微波背景辐射，你只要算一算，就知道约绝对温度三度的背景辐射，刚刚好可以产生足以抵消万有引力，而使得整个宇宙不至于因为万有引力而坍缩的膨胀压强。两者刚好抵消的结果，是宇宙既不膨胀，也不缩小。宇宙的大小是固定大小，而宇宙的年龄是固定年龄。

     假设宇宙在膨胀的谬误之一，就是如果宇宙的大小在变大，那么早期宇宙的半径，要小于宇宙质量的黑洞临界半径，现在的宇宙，又刚好等于黑洞临界半径大小，而未来的宇宙，它的半径又要大于黑洞临界半径。这样的变化是不可能的。要避免这样的逻辑困惑，势必要假定万有引力常数是变化的。这个也是狄拉克推出大数猜想时的思路，但是费曼用一些计算否定了万有引力常数发生变化的可能性。那么，只能接受宇宙大小不变这个结论。

     大爆炸面临的另外一个困惑，就是天文观测数字证实我们这个宇宙极为均匀，极度各向同性，这个是大爆炸没有办法解释的。近两年的天文学有一个很大的结论，就是，这个宇宙是平直的，也即在爱因斯坦的三个宇宙解中，我们这个宇宙是介于其中的稳态宇宙。

2007-03-11 | 宇宙大爆炸理论（2）（清风编写）

宇宙弹性回缩科学假说

 －＊清风学术观点＊－
     

     宇宙弹性回缩，是宇宙大爆炸的逆过程。早在多年前我就看到过报道，但没有引起人们的足够重视。 

      by slender (看云淡风清) at 2003.8.5 原创网贴：