从地球旅行到宇宙边际

宇宙的尽头距离我们有多远？地球外存在生命吗？恒星诞生或死亡的现场是怎样的？如果就近观看碰撞的星系或类星体,其景象是怎样韵？宇宙尽头又是怎样的？宇宙还有很多未解之谜，但现代观测手段正在逐渐揭示关于宇宙的种种新知识。现在，就让我们借助,这些知识，从地球出发，一直旅行到宇宙边际。     

从地球旅行到Special宇宙边际

宇宙的尽头距离我们有多远？现有资料表明，宇宙有137亿光年的宽度。那么，在无垠的宇宙中，除了地球外还有什么地方存在生命吗？恒星诞生或死亡的现场是怎样的？如果就近观看碰撞的星系或类星体，其景象是怎样的？宇宙尽头又是怎样的？的确，宇宙还有很多未解之谜，但现在人类通过哈勃望远镜、天文卫星和地面巨型望远镜的观测等手段，不仅捕捉到了过去不能详细观测的天体的清晰图像，还查明了一些动态现象的细节等等，从而逐渐揭示出关于宇宙的新知识。现在，就让我们借助这些知识，从地球出发，一直旅行到宇宙边界。     

宇宙的遥远未来

本文根据现代天文学和宇宙学知识,特别是根据传统的‘大爆炸’模型,探讨宇宙及其内部事物演化的极远未来,并将笔者早期有关方面的研究工作和一些最新进展作一总结和概述。宇宙的现代结构就宇宙的宏观结构而言,可以认为,宇宙的基本成分是星体受本身相互间的引力吸引,聚大约10~(11)个星体为一体的各个星系的总合。星系存在于星团(亦称族)中,少则几个,多则几千个。按平均数计算,星系似乎在任意给定时间都均匀地弥漫于整个     

谈谈物质宇宙和非物质宇宙

李国材教授的《谈谈物质宇宙和非物质宇宙》一文关于我们物质宇宙之外还存在非物质宇宙的假说是一篇有激烈争议的论文。它涉及自然科学多学科的基本概念和基础理论,也必然地与哲学的一些基本理论相关联;同时发表的周守仁同志《“非物质宇宙”设想的逻辑矛盾》一文认为,李国材的“非物质宇宙设想有着不可克服的逻辑矛盾,是不能成立的理论。”对于宇宙模式这样重大而又十分复杂的课题,也许不是我们当代人能解决的了的,但是谬误和真理是一对孪生子,总是相比较而存在,相斗争而发展的。任何科学,包括自然科学和社会科学的概括和总结——哲学在内,也是在不断发展的过程中逐步完善的。这两篇文章的发表,或许能给从事科学研究工作的人们一些启迪。     

宇宙弦与宇宙结构

在遥远的古代,人类就试图弄清恒星在空间的分布方式。以现代观测手段为基础的宇宙学理论已能解释宇宙的演变过程,所谓宇宙“大爆炸”模型就是一个非常成功的理论。该理论认为所有物质和能量曾集中在一十时一空点内,随后才膨胀成今天这个样子。大爆炸模型对于为什么其它星系正在远离我们提出了解释,该模型还预言整个宇宙充满了一个低温微波辐射,     

宇宙尘埃

美国国家航空和宇宙航行局的科学家们正在采集一种特殊的尘埃——“宇宙尘埃”。他们在改装的WB—57F轰炸机机翼下安置了八个采集盘。由于来自外层空间的“宇宙尘埃”实在太小太分散,还没有人类的血细胞大,所以40个小时只能采集到100～200粒。“宇宙尘埃”捕获后,立即被送到约翰逊太空中心的“宇宙尘埃”实验室。这座长30英尺、宽10英尺的实验室经过特殊的空气过滤处理,使每立方英尺的尘埃少于100粒,而且比“宇宙尘埃”更小。实验室工作人员必须穿上白色的连衣裤工作服,套上短统靴,戴上兜帽,只露出眼睛和鼻子,看上去活象太空时代的僧侣;然后进入一间小型的空气淋浴室,     

大宇宙

还在远古,当古希腊罗马的哲学家提出最早的"宇宙系统"时,研究宇宙学的问题就已使学者们踌躇不安.宇宙概念的含义随着科学发展而变化.哥白尼(Коперник)和开普勒(Кеплер)的宇宙,实际上并未超出太阳系的范围.这个范围内的恒星,是处在"由冰和晶体"组成的、按现代宇宙尺度来说半径是极小的天球之中.研究所及的宇宙部分的边界不断在扩大.在18世纪和19世纪的交合点上,多亏赫歇尔(Гершель)的研究方出现了总星系的图景,这是一     

宇宙化学

宇宙化学是七十年代,由现代宇宙学与化学杂交发展起来的一门崭新的边缘学科,是化学与天文学相互渗透的产物.它的主要任务是专门研究宇宙的化学组成、化学作用和化学演变等极其复杂的化学现象,并寻求其中的规律.为揭示和探索天体的演化、宇宙的形成和生命的起源提供重要的科学依据. 宇宙的化学组成极目长空,日月经天,星斗回旋,河汉纵横.这浩瀚无边的天体,变化无常的宇宙,自古以来就引起了人们极大的兴趣.观察它们的出没变化,探索它们的运行规律,远在几千年前就开始了. 早在一百二十年前,德国化学家本生(Bunsen)和克希霍夫(Kirchhoff)设计了一套证认各种元素的实     

新的膨胀宇宙

在过去四年中,宇宙学标准大爆炸理论中某些缺陷已经导致宇宙最开初历史的一个新模型的发展。这个模型叫做新的膨胀宇宙,对于最初10~(-30)秒以后所有的时间,它与以前对观察到的宇宙所采用的描述是精确一致的。然而,对于最初这段极短的时间,情况就极其不同了。按照这个膨胀模型,宇宙经历一个短时期的异常迅速的扩张或“膨胀”,在这个膨胀中,宇宙的直径以一个比以前认为的速度或许要大10~(50)倍的因子而增加着。在这个惊人增长的喷射中,从虚无中创造出了宇宙间所有物质和能量。这个膨胀过程对现在的宇宙也有重要的意义——如果新模型是正确的,那么我们至今观察到的区域仅是整个宇宙极小的一部分。     

宇宙如何起源?

热大爆炸宇宙学取得巨大的成功,它所预言的哈勃定律、宇宙微波背景辐射和轻元素丰度等都得到了观测的广泛证实.但是热大爆炸宇宙理论自身有着无法解释的疑难问题,比如宇宙空间平坦性问题、视界问题等.为了解决热大爆炸宇宙学的诸多疑难问题,一个最简单经济的方案是在宇宙热大爆炸前发生一段由真空能推动的宇宙近指数膨胀的宇宙演化过程,即宇宙暴胀.事实上,发生在宇宙极早期的暴胀过程不仅可以合理地解释所有这些热大爆炸宇宙学中的疑难问题,而且起源于暴胀期间的量子扰动自然地提供了宇宙晚期结构形成所需的原初密度涨落.反过来,探测宇宙微波背景辐射微小的各向异性和宇宙结构成了探索早期宇宙暴胀物理过程的关键手段.尽管现有的大量宇宙学观测强有力地支持暴胀宇宙学,然而当前在宇宙大尺度上似乎依然存在一些偏离标准暴胀宇宙学预言的迹象,这些迹象可能暗示宇宙在极早期暴胀前还经历了一段收缩过程.     

宇宙中的反物质

茫茫宇宙,浩瀚无垠。它展现出不可胜数的美景,也蕴藏着无法穷尽的奥秘。探索、认识和开发大宇宙是世世代代科学工作者的心愿。作为唯物主义者,我们深信宇宙是物质的。但是物质的结构精致细微,物质的形态千差万别。反物质就是当代物理学的一个重要研究对象,它也给宇宙探索增添了生动精彩的新题材。     

穿越宇宙

<正>一部全新的宇宙功夫电影探索了平行现实中存在的意义。2009年，两位来自斯坦福大学的物理学家安德烈·林德（Andrei Linde）和维塔利·范丘林（Vitaly Vanchurin）合著了一篇论文，依据当时和现在均居主流的140亿年前宇宙起源理论，计算了可能存在的宇宙数量。他们的答案是10的10的10 000 000次方，这比1后面跟10亿个0要多得多。     

无尽无休的众多宇宙

就在短短的几年前,科学家们还认为他们已经搞清了宇宙的起源。他们断定宇宙起源于大爆炸——大约100亿至150亿年前一个密度无穷大的时一空点的爆炸。宇宙学家对宇宙的形状知之不多;他们争执不下的是宇宙的大小和宇宙的命运,但对一个很基本的论点却并无异议,即我们所处的宇宙是唯一的宇宙。如今连这一信条也发生动摇。莫斯科莱贝德夫物理研究所物理学家安德烈·林德极力主张“宇宙”实际上是     

早期宇宙

《早期宇宙》一文综述了理论物理学和高能粒子物理学两者在宇宙学研究上的最新进展,由作者在一次有国际上的宇宙学家和高能粒子物理学家共同参加的探讨“早期宇宙问题”会议的基础上撰写而成。     

宇宙新观念

几个世纪来 ,天文学家一直凝视着夜空 ,追问宇宙为什么是这样 ?为什么我们居住的空间是 3维 ,而不是 2维、 1 0维或者 2 5维 ?为什么光速是如此之快而音速是如此之慢 ?为什么原子是如此得渺小 ,而恒星又是如此得硕大 ?为什么宇宙是如此得年老 ?我们的宇宙必须是这样吗 ?或者在其他地方 (宇宙 )情况会有所不同吗 ?仅仅一个世纪前 ,人们还认为银河系就是宇宙的全部。现在天文学家知道星系不过是散落在宇宙中的尘埃 ,而且真正要理解他们可能需要一个更广阔的宇宙———多重宇宙。例如 ,宾夕法尼亚大学的宇宙学家马克斯·泰格马克 (ＭａｘＴｅｇ…     

宇宙只有一个吗

伟大的波兰天文学家尼古拉·哥白尼用日心说推翻了长达2 000多年的人类传统宇宙观,至此,人们对宇宙的认识进入了一个日新月异的新境界。然而,这种日新月异还有一个"框":宇宙是唯一的。今天,人们对宇宙的认识或许将被颠覆——多重宇宙,我们生存的宇宙或许只是无数宇宙中的一个!     

宇宙探索新发现

100多亿年前,它是一个点,体积小,质量大,温度高。然后,这个点发生爆炸,并开始膨胀,温度也随之降低———宇宙就这样形成了。解释宇宙起源的这一大爆炸理论已被科学家广泛接受。尽管如此,大爆炸理论只是搭好了研究的框架,框架里的诸多问题不是犹抱琵琶半遮面,就是依然悬而未解。近年来,宇宙探索领域喜获丰收,科学家们在诸如暗能量、黑洞、宇宙的年龄、颜色、最终命运等课题上有了最新发现。宇宙年龄已有137亿年关于宇宙的年龄一直没有一个准确的定论,对此天文学家们一直都在不断地探索追寻宇宙年龄的确凿证据。美国宇航局的研究人员说,这些数…     

宇宙像个大足球

自古以来,人们就对浩瀚无垠的宇宙充满了好奇,在近代科学没有建立之前,人类一直靠想象、观察和推理来认识宇宙。对于宇宙的认识一直在争论之中,存在宇宙有限论和宇宙无限论两大派别,每大派别中又有各种不同的观点。我国古代哲学家一般认为宇宙是无限的,西方哲学家一部分也认为宇宙是无限的,但是以亚里士多德为代表的哲学家却认为宇宙是有限的。近代科学(大约17世纪)建立之后,科学家对宇宙的认识大多趋向于无限论,即宇宙是无边无际的。然而,最近法国和美国科学家的新探测却表明,亚里士多德的宇宙有限论可能是正确的。亚里士多德是古希腊历史…     

不识宇宙真面目 只缘身在宇宙中

远古人类认为自己居住在无边无际的平台上。到了公元前四世纪的时候 ,亚里斯多德注意到海上航行的船只不是变得越来越小 ,而是在地平线上沉了下去。因此他推断 :地球必定是圆的。这是有史以来人类最伟大的智力成就之一。斗转星移 ,人们不断发现行星、星系和宇宙的种种奥秘。但有一个基本问题至今仍未找到答案 ,那就是我们身居其中的宇宙到底是什么样子 ?随着天文观察的进展 ,宇宙形状的可能性范围逐步缩小。数学家已证明只存在 1 8种欧几里得三维流形 ,宇宙形状是其中 1 0种欧几里得三维流形之一。拓扑学与各种面数学家在讨论宇宙形状时是指…     

宇宙弦新进展

为什么大自然的规律是现在这样的?为什么宇宙是由现在的各种客体组成的?这些客体又是如何起始的?宇宙是如何获得现在这样的结构的?这是当代物理学家力图解决的四大问题。现在,上述问题的试探性答案已经开始显现。本文从以下几方面进行讨论、介绍近年来宇宙弦理论取得的新成果:1.宇宙结构的起源问题;2.宇宙的拓扑缺陷;3.作为物质种子的宇宙弦;4.超导宇宙弦;5.反常超导弦的W玻色子凝聚;6.宇宙弦的若干稳定性问题;7.宇宙弦催化质子衰变。