人類眼中的宇宙是一個無限延展的空間,幾千年來,關於宇宙產生了種種既令人興奮又令人著謎的話題:宇宙究竟從何而來?它有多人,邊界在哪兒?它會消亡嗎?它又也含多少物質,各自又有怎樣的特點?近百年來,人類不斷地研製各式各樣的望遠鏡及空間探測器,希望它們能夠幫助我們早日揭開宇宙的神秘麵紗。
人類對宇宙的認識是一個不斷探索研究和發展的過程,從“天圓地方說”到“地心說”,再到“日心說”。直到17世紀,牛頓的萬有引力定律,奠定,經典的宇宙學基礎。以上這些宇宙觀基奉上隻是局限於太陽係範圍,還稱不上宇宙結構。隨著近代科學的進步,人類對宇宙的認識有了轉變。20世紀初德國物理學家愛因斯坦發表了,“廣義相對論”,並率先運用這一理論考察了宇宙整體的運動特征和可能的演變方式,從理論上開創了現代宇宙學。
古代人對宇宙的認識
公元前7世紀,巴比倫人認為,天和地都是拱形的,大地被海洋所環繞,而其中央則是高山。古埃及人把宇宙想象成以天為盒蓋大地為盒底的大盒子大地的中央則是尼羅河。古印度人想象圓盤形的大地負在幾隻大象身上而象則站在巨大的龜背上公元前7世紀末古希臘的泰勒斯認為,大地是浮在水麵上的巨大圓盤。上麵籠罩著拱形的天穹。
地心說
公元2世紀,古希臘天文學家托勒密在總結前人對宇宙認識的基礎上提出“地球中心說”的宇宙模式。這學說認為地球在宇宙的中央安然不動月亮太陽和諸行星以及最外層的恒星都在以不同的速度繞著地球旋轉,為了說明行星運動的不均勻性,他還認為行星在本輪上繞其中心轉動,而本輪中心則沿均輪繞地球轉動地心說曾在歐洲流傳了100O多年。
日心說
1543年哥白尼在他出版的不朽名著《天體運行論》中係統地提出了“日心說”在他的日心體係中太陽居於宇宙的中心靜止不動包括地球在內的所有行星都圍繞太陽轉動,它們離太陽由近及遠的排列次序為水星、金星、地球、火星、木星、土星(當時還沒有發現天王星、海王星),而月亮則繞地球轉動。恒星在離開太陽很遠很遠的一個圓球麵上靜止不動。
萬有引力的發現
1687年牛頓通過蘋果落地得到啟示而提出了萬有引力定律和牛頓三大定律,深刻揭示了行星繞太陽運動的力學原因,使日心說有了牢固的力學基礎牛頓創立了天體力學使人們在這以後可以以力學萬法研究宇宙學。
廣義相對論三大語言
由於有物質的存在,空間和時間會發生彎曲,而引力場實際上是一個彎曲的時空。愛因斯坦用太陽引力使空間彎曲的理論,很好地解釋了水星近日點進動中一直無法解釋的43秒。廣義相對論的第二大預言是引力紅移,即在強引力場中光譜向紅端移動,廣義相對論的第三大預言是引力場使光線偏轉最靠近地球的大引力場是太陽引力場,愛因斯坦預言遙遠的星光如果掠過太陽表麵將會發生1.7妙的偏轉。這一預言後來被英國天文學家愛丁頓的實驗研究所證。
愛因斯坦
愛因斯坦(1879~1950),舉世聞名的德裔美國科學家,現代物理學的開創者和奠基人,愛因斯坦創立了相對論宇宙學,建立了靜態有限無邊的自洽的動力宇宙模型並引進了宇宙學原理,彎曲空間等新概念大大推動了現代天文學的發展。
宇宙的起源
宇宙,是所有天體共同的家園。但宇宙是什麼時候、如何形成的?千百年來,一直是人類探討的話題,並隨著人類文明的進步和科學技術的發展而逐步加深。20世紀初期,人們開始科學地探討宇宙的起源,科學家提出了“宇宙大爆炸理論”。今日之宇宙是在人約150億年前發生的一次無比壯觀的火爆炸中形成的。
宇宙模型
20世紀以來有兩種“宇宙模型”比較有影響。是穩態理論它認為宇宙在大尺度上的物質分布和物理性質是不隨時間變化的是穩恒不變的不僅在空間上是均勻的,各向同性的而且在時間上也是穩定的。另一類叫演化態模型它認為宇宙在大尺度上的物質分布和物理性質是隨時間在變化的。1917年愛因斯坦運用他剛創立的廣義相對論建立了個靜態有限無界的宇宙模型奠定了現代宇宙學的基礎。但在眾多的宇宙模型中,目前影響較大的是熱大爆炸宇宙學說。
喬治·伽莫夫
喬治伽莫夫(1904~1968)美籍俄裔物理學家、天文學家、科普作家熱大爆炸宇宙學模型的創立者,它在1948年提出宇宙大爆炸理論。這理論認為,宇宙開始是個高溫致密的火球,它不斷地向各個萬向迅速膨脹。當溫度和密度降低到一定程度這個火球就會發生劇烈的核聚變反應。隨著溫度和密度的降低宇宙早期存在的微粒在引力作用下不斷聚集最後逐漸形成今天宇宙中的各種天體。
在爆炸發生之前,宇宙內的物質和能量都聚集到了一起,並濃縮成很小的體積,溫度極高密度極大之後發生了大爆炸。大爆炸使物質四散出去宇宙空間不斷膨脹溫度也相應下降後來相繼出現在宇宙中的所有星係,恒星、行星乃至生命,都是在這種不斷膨脹冷卻的過程中逐漸形成的。