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以往； 我们把“宇宙”片面地理解为空间概念； 这是错误的。战国时期的尸佼在他的著作《尸子》中说：“上下四方曰宇； 外星人揭秘
古往今来为宙。”“宇宙”一词就是由此而来。《庄子？大宗师》上说：“在太极之先而不为高； 在六极之下而不为深； 先天地生而不为久； 长于上古而不为老。”可见古代的圣贤也曾探索过这个问题。新华词典上解释道： 宇是指空间上无边无际、宙是指时间上无始无终。宇宙就是指空间与时间的总和。
那么； 我们不禁要问； 无边无际是多大？ 无始无终是多长？地球大； 它有边； 太阳大； 它有际。可“宇”没有。杉木的时间长； 但它有始； 从种子落地的那天； 龟的寿命长； 但它有终； 有死的那天。但“宙”没有； 这实在难以想象。
辩证唯物主义认为； 宇宙是无边无际、无始无终的。对如此之大的宇宙； 要全部研究； 那无异于蝼蚁撼树。窥一斑可见全豹； 所以； 天文学上的宇宙通常是指我们目前通过仪器所能观测到的200亿光年范围内所有天体； 大约包括10亿个星系。
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几何上的直线定义为： 任意两点间； 用最短的线连接起来；再向两端无限延长。直线当然没有终点。哲学上的宇宙与直线十分相似； 可是； 天文学的宇宙仅仅是这条线上的小小的一段。
我们还是从天文学的宇宙开始吧。
一、宇宙
关于宇宙的演变； 主要有两种理论。一种叫做大爆炸理论；主张宇宙开始于太空大爆炸； 这种理论认为这个大爆炸就是宇宙的起源。另一种叫做稳恒态理论； 主张宇宙的年龄是无限的； 像《尸子》说的那样； 没有开始； 没有终结。
1 。 大爆炸理论
根据大爆炸理论； 宇宙间的一切物质起初都聚集在一个很小的范围里； 由于越来越挤； 密度也就越来越大； 温度也越来越
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第二章 推理与破译
高； 所有星系的集中点即“原始火球”爆炸后； 就产生了我们现在观测到的宇宙。
大爆炸宇宙论认为； 宇宙的发展大致是这样的：
在200亿年前； 宇宙从一个密度极大的原始火球开始演变。由于某种原因； 原始火球爆炸了。最初； 温度极高； 达到10000亿℃。那时宇宙的主要成分是光子、正反μ介子、正负电子、正反中微子及少量的质子、中子等。温度迅速降低； 正反μ开始湮灭。温度降至1000 亿℃以下； 中子开始衰变为质子。爆炸后1秒钟； 温度就从10000亿℃降到100 亿℃； 此时； 正负电子开始湮灭； 宇宙只剩下了光子、中微子和少量的稳定粒子。
随着宇宙膨胀； 光子和中微子互相独立地膨胀； 温度迅速降低。另一方面； 在爆炸后3分钟内； 由于温度仍保持在10 亿℃以上； 质子和中子可以通过一系列的核反应产生出氘核和氦核；即化学元素开始形成。这时期； 宇宙中以辐射为主。大约到宇宙诞生2000年时； 宇宙进入以实物为主的阶段。这时候； 温度达10万℃； 物质是完全电离的。温度再降低； 电离物质开始复合形成中性物质。在宇宙诞生100万年后； 温度降到3000℃； 氮核大部分变成中性； 在万有引力的作用下； 物质受到某种扰动聚集成团。在宇宙诞生约1亿年时； 开始形成星系； 以后经过100亿年； 宇宙就演变成今天的样子。
J？希尔克在《宇宙的起源与演化———大爆炸》中； 把宇宙演变的整个过程列了个表：
大爆炸理论在下列三个方面得到证实： （1） 星系的运行； 表明宇宙是在不断地膨胀的； （2） 从大爆炸至今； 宇宙间还应该有剩余的热； 其温度约为3K。1965年发现了3K微波背景辐射的存在； 证实了大爆炸宇宙的预言； （3） 按大爆炸宇宙学的推算； 宇
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宙间氦的含量应为30％左右。这也为观测所证实。
但是； 大爆炸宇宙理论有两个重大问题难以解释： （1） 宇宙的热物质会凝聚为星系与恒星吗？ （2） 起点 （也叫做奇点） 问题。也就是说； 在大爆炸这个起点之前； 太空是不是存在？ 如果回答是肯定的； 那么； 宇宙显然可能已经存在无限长的时间了。
2 。 稳恒态理论
稳恒态宇宙的见解是由宇宙学原理引伸而来的。这种理论倡导者的依据是爱因斯坦的四维时空论； 即三维空间和一维时间。因此； 宇宙学原理应该表述为： 宇宙形象与观测者所处的时间和空间无关。除局部和很小的差异之外； 无论观测者在何时何地进行观测； 所观测的宇宙都应是相同的。当然； 一些恒星诞生和死亡是有的； 各个星系也因此要发生一些变化； 但宇宙的整体在空间和时间上是始终不变的。
稳恒态理论主张宇宙从未有过开始； 或者更确切地说； 宇宙乃是处于连续的创造过程之中。当宇宙膨胀时； 总体的密度减小； 不过； 宇宙的密度有一个下限值； 宇宙不会在密度低于此值的情况下存在。当密度接近于这个下限值时； 便会创造出更多的物质来使密度再次增高。因此； 当宇宙不断地膨胀时； 新的物质便接连创造出来以填补空隙。新形成的物质； 就是构成星系团的氢。每个新星系团将随着宇宙的不断膨胀而逐渐衰老以至死亡；但一个星系死亡了； 另一个新的星系团又形成了。由于这种“新陈代谢作用”； 使宇宙的总密度始终不变； 并且总是存在有各种年龄的星系； 因此； 宇宙不论在任何时期检验都是一样的。尽管个别星系和星系团有所变化； 但整体图像是始终如一的。这就是稳恒态宇宙论。
稳恒态理论对宇宙的起点问题提出了让人信服的观点； 但其
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第二章 推理与破译
自身问题也很多； 最不能让人接受的是宇宙膨胀的下限值问题。
目前； 大爆炸理论虽然占了上风； 但宇宙究竟从何而来； 这两种理论哪个真正是宇宙产生的原因； 人们还在拭目以待。
上面我们提到宇宙是在200亿年前产生的； 这个数值是怎么得出来的呢？ 目前； 测定宇宙年龄通常有三种方法： 放射性同位素法、球状星团法和哈勃常数测定法。
（1） 放射性同位素测定法
这种方法已被考古学和天文学广泛采用。它是利用放射性同位素发生的自然衰变； 由衰变减少的情况； 推测其母体同位素的生成年龄。放射性同位素只有在特别激烈的环境中才能生成； 所以； 一旦被禁闭在岩石中就只有衰变了。通过测定母体同位素和由其衰变而形成的子体同位素之间的量比； 测定具有两种以上不同的衰变率和同位素的量比； 便可以确定含有这些同位素的岩石的年代。
地质学家和地球化学家； 可以从岩石里铀和铅的含量直接计算出岩石的年龄。铀是一种制造原子弹的金属元素； 其原子能自行分裂； 衰变为一个铅原子和一个氦原子； 它的特点是分裂变化的速度非常稳定； 不受外界的影响。
铀在天然元素中是最重的一种； 绝大多数铀原子的重量是氢原子的238倍； 化学家把它们称为铀238。也有一部分铀原子是氢原子的235倍； 称为铀235。铀238产生的铅原子是氢原子重量的206倍； 称为铅206； 铀235 产生的铅原子是氢的207 倍；称为铅207。在地球岩石中； 铀238和铀235； 以及铅206 和铅207是共存的。科学家根据其含量； 利用两种铀元素的衰变周期的比例关系加以计算； 便可知道地球岩石的年龄。
目前人们找到的地球上最古老岩石的年龄是37亿岁。但我
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们知道； 地球曾经历过一段表面处于熔融状态时期； 所以地球的年龄绝不止于此。天文学家认为整个太阳系是由同一个原始星云形成； 现在测得的陨石和月岩的年龄为46亿年； 这似乎更接近地球的年龄。用同位素含量测定出的太阳系年龄为54±4 亿年；宇宙的年龄为120亿年。
（2） 球状星团测定法
这是一种从恒星演化的情况来求恒星的年龄； 即从最古老的恒星年龄推算宇宙的年龄的方法。
在远离银道面但又靠近银心的空间； 分布着由成千上万颗、甚至几十万颗恒星密集而成的集团； 因为呈对称状或接近球对称状而得名球状星团。在银河系中约有500个球状星团； 已经确认的有100多个。根据球状星团中恒星元素的测定； 它们是银河系中形成最早的第一代恒星； 如果同一个球状星团的所有恒星具有相同的化学组成和年龄； 仅是质量不同； 则这些恒星位于赫罗图的一条轨迹上； 这条轨迹的形状仅仅依赖于年龄和初始化学组成； 把恒星演化方程的解； 与观测到的大量球状星团的赫罗图中的恒星密度作比较； 推算出球状星团的年龄为80～180亿年。显然； 宇宙必须比最古老的恒星年龄更大； 这是宇宙学的一个前提； 所以； 这一年龄标志着宇宙年龄的下限。
值得注意的是； 在有的星系中发现了年老的和年轻的两种球状星团； 这对于球状星团和恒星演化的理论可能是个重要的挑战。
（3） 哈勃常数测定法
确定宇宙年龄的第三种方法是逆推宇宙膨胀的过程； 计算从宇宙初期扩展为今天的程度； 究竟需要多少时间。为此要测定现在的宇宙膨胀速度； 也就是测定哈勃常数。
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第二章 推理与破译
早在1914年； 美国天文学家斯里弗就曾发现； 在他所观测的15个星系中； 有13个在以每秒数百公里的速度离我们而去。1929年； 另一个美国天文学家哈勃根据观测； 发现河外星系的视向退行速度V 与距离D成正比； 即距离越远的星系； 离开我们的速度越快； 由此建立了这样一个定律：
V=KD
并给出了比值K=500。后来人们为了纪念他； 称这一比值为哈勃常数； 并用哈勃名字的第一个英文字母“H”来代替K；单位是： 公里/ 秒？百万秒差距。后来； 哈勃常数不断修正； 最后； 以H=50 公里/ 秒？百万秒差距而被人接受； 由这个公式计算出宇宙的年龄约为200亿年。
三种测定法都有各自的缺点； 误差都很大； 但天文学家最终确认200亿为宇宙年龄。
二、银河系内外
在秋季没有月亮的晚上； 仰望苍穹； 就会看到有一条淡白色云雾状的光带； 这就是古人所说的天河、银汉。西方文人称之为“牛奶路”； 我们把它翻译成银河。
我们都知道； 地球位于太阳系； 太阳是银河系中的一个分子； 银河系是宇宙中的一个微粒。宇宙有多大； 没人能说清楚；那么； 我们所处的银河系多大呢？
伽利略是第一个用望远镜观测到银河的人； 他发现银河是由无数颗明亮的星星组成。为什么单单在银河聚集着这么多星星呢？ 从此； 科学家们便对银河开始了漫长的探索。
首先解开这个秘密； 并将银河星群所形成的天体系统称之为银河系的人； 是英国的天文学家威廉？赫歇尔。1785年； 赫歇尔
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正式向学术界宣布： 银河构成的银河系呈薄凸透镜状； 中心厚度约为直径的五分之一。地球位于这个“透镜”之中； 所以； 顺着凸透镜水平方向看； 星星的密度相对变大； 这就是我们所看到的银河。此后； 赫歇尔的学说渐渐为人们所接受。天文学家认为银河凸透镜的直径约为10 万光年； 中心部分的厚度为2 万光年；从地球望去； 银河系中心在猎户座附近。太阳和地球所处的位置； 离银河系中心约2 。 7 万光年。太阳围绕着银河系中心； 以220公里/ 秒的速度旋转； 是人造卫星的25 倍之多； 大约2亿年才能转一周； 从地球诞生到现在按46 亿年计算； 它已随太阳绕银河系中心运转了23周。也就是说； 太阳和地球在银河系中的年龄只有23岁。
对于生活在地球上的人来说； 地球是很大的。它的直径有12700多公里； 就是时速800 公里的飞机绕地球飞行一周； 也得要50小时。但地球仅仅是太阳系中的一颗普通行星； 如果把冥王星的轨道作为太阳系的边界； 太阳系的平均直径就有118亿公里； 比地球的直径大90余万倍。
银河系是比太阳系更大的天体系统； 它比太阳系直径大8000万倍。与银河系相比； 地球小得惊人； 打个比方说； 假如把银河系缩小1万亿倍； 它的直径还有100万公里； 太阳系直径只有12米； 太阳只有芝麻那样大； 地球小得必须放到高倍放大镜下才能看到其轮廓！ 可想而知； 在整个宇宙中呢？
由此可见；