关于宇宙的论文

关于宇宙的论文（精选9篇）

关于宇宙的论文 篇1

上帝创造天地和万物以后，在第六日造人。耶和华上帝按照自己的形象，用地上的尘土造出一个人，往他的鼻孔里吹一口气，有了灵，人就活了，能说话，能行走。上帝给他起了个名字，叫亚当。亚当根据上帝的安排，住在伊甸园里。伊甸园里有一条河，清澈见底，有鱼有虾有水草，蜿蜒曲折，滋润着园里的生物，又从园里分成四道流出去。

第一道河名叫比逊，环绕哈腓拉全地，那里有珍珠、黄金和红玛瑙。第二道河名叫基训，环绕古实全地。第三道河名叫底格里斯，流经亚述之东。第四道河名叫幼发拉底。

伊甸园里，河流两岸，生长着各种各样的花草树木，郁郁葱葱。在园里，生长着生命树和善恶树。树上都结着果子，果子都很好吃

上帝对亚当说：“园中所有树上的果子，你可以随便吃，惟独善恶树上的果子，你不能吃，吃了必死

上帝派亚当修理和看守伊甸园。伊甸园里有各种各样的飞禽走兽，可是都没有名字。上帝叫它们统统到亚当面前听令

它们一个一个乖乖地走过来，亚当开口叫它什么，它以后就叫什么名字枣喜鹊，鸽子，老虎，大象……就这样命名了

这许多动物，统归亚当一个人管，怎么能管得过来呢

耶和华上帝说：“一个人独居不好，我要为他造一个配偶，以便帮助他工作

于是耶和华上帝使亚当沉睡，他就昏昏沉沉地睡熟了。上帝从他身上取下一根肋骨，又把皮肉重新合起来，不留一点伤痕，也不疼痛。上帝用取下的肋骨造成一个女人，领她到男人跟前

亚当一觉醒来，看见女人，非常高兴，欣喜地说：“这是我骨中之骨，肉中之肉

当时夫妻二人，赤身裸体，天真烂漫，并不感到羞耻。

他们吃着树上的果子，身强体健，或漫步在林间草地上，或依偎在河边岩石上，时有天使从高高的蓝天上飞下来，扑打着洁白的翅膀，站在他们面前说话儿，又跳舞又唱歌，天上人间乐融融。鸟儿飞，昆虫鸣，狮子横卧在主人的膝前，懒洋洋地酣然入睡，清新透明的空气中，飘溢着野花的芳香

那时人听上帝的话，鸟兽虫鱼都听人的话。天空一直晴朗，从来不下雨，也没有人耕田，万物滋长靠河流，四季皆有充足的水源。亚当和妻子住在伊甸园里，无忧无虑，过着和谐美满的生活。

关于宇宙的论文 篇2

近些年来由于我们的科技和空间探测技术飞速发展, 研究并发现我们的现在宇宙是由一次宇宙大爆炸而形成的。我现在不是反对这种学说, 大爆炸是从很小很小的一个点上爆发的, 在爆发之前以经有物质存在, 只不过这些物质被压缩成特别高密度的一个小点, 质量和现在的宇宙一样。有物质就有时间, 也会有空间, 也就是说在大爆炸之前以经有宇宙, 只不过那时的宇宙的物质集中在一个小点上而已。宇宙中的物质究竟从。何而来?这是我们最关心的问题。哲学认为物质也不能创生也不能消灭, 现在我说一个简单的问题;0≠1, 我们可以肯定一点:在有物质, 空间, 时间之前是没有物质, 没有空间和时间的, 不可能天生就有物质。也就是说没物质怎能变成有物质呢?0再怎么变也变不成1, 再换一个思路, 物质是由分子, 原子等组成, 最后小到可以分到什么地步, 比如分到最后是一个“基本质子”。那在把这“基本质子”再分成几半呢?如果无限往下分是什么结果, 是0。我认为宇宙中根本没有我们想的物质, 而我们现在的物质是由一种高速旋转的场物质组成的“基本质子”。现有所有物质是由“基本质子构成。这个基本质子是波而不是真正的物质, 由于它能产生物理作用, 所以给我们造成有物质存在的假象。这种质子波是能量的载体, 它高速转而且不断减速, 同时也不断释放能量, 如果减到一定的速度物质就会消失, 能量也释放完毕。我认为什么事物是有始有终的, 物质也一样也有灭亡的时候。

2 物质与时间

物质是时间的载体, 没有物质就没有时间。时间是反映物质内的“基本质子”运动到了什么阶段, “基本质子”运行的时间我称为“基本时间”。时间的开始是有物质的开始, 物质消亡后时当然时间也就没有了。“基本时间”是没有基准可测, 它的快慢是没有参照的。它的运行周期是从有物质的开始到物质的消亡, 当然这个周期也是在零点之内。“基本时间”是不可能被扭曲的, 既使是在宇宙黑洞内外, “基本质子”运行的状态也不会改变, “基本时间”也没受到影响, 黑洞能改变的是我们用分子原子和其它物质运动计时的系统。

3 物质空间和绝对坐标系

空间的大小一直是一个难以定论的问题, 有人说空间是无限的, 也有说有说有限的, 但都难圆其说。相对论认为宇宙是有限无边, 意思就是一个球体。可是球体之外是什么呢?谁也说不清楚。我们都知道宇宙中其实没有大小, 宇宙的空间本身是没有的, 更没有绝对坐标系。宇宙的空间随着物质的产生才会有的, 随着物质和场物质的扩散空间也在扩大, 当然这也在零点范围之内扩大。好象我们在打开CAD绘图软件一样, 里面的空间可以无限扩展, 其实还是在零点之内, 更本没有空间。只不过给我们带来了里面有很大的空间假象, 空间上没坐标点也没有参照物, 所以也不存在绝对坐标系, 只存在相对坐标系, 所有物质和场物质的运动都是相对运动。也包括光速, “相对论”提出光速不变每秒30万公里, 是说无论发光源是否在移动光始终是以每秒30万公里移动, 可是这30万公里是以什么为基准参照物呢?没有参照物很难判断真空的光速。有人认为绝对坐标系的原点是建立在宇宙大爆炸的爆心。这种说法我不能完全同意, 因为在大爆炸之前所有物质都集中在此点, 绝对坐标系建立在此点是很有道理。可是大爆炸后所有的物质都已散开, 为什么还要会在此点建立绝对坐标系?宇宙中是没有绝对坐标系的。现在的惯性坐标系也是相对坐标系, 这相对于什么呢?应该相对于宇宙所有物质平均质量位置的中心, 但这中心也不一定在宇宙大爆炸的原点。

4 多宇宙的猜想

我们先说一下离心力。一个物体旋转会产生离心力, 这物体有没有旋转是看得见的, 整个宇宙有没有旋转我们也没有参照物, 只能凭对宇宙中的物质产生离心力来推断的。如果就是我们一个宇宙, 我们的宇宙自旋的再快我们也感觉不到, 因为惯性坐标系是建立在宇宙所有物质位置的平均方向, 我们的宇宙旋转也动了惯性坐标系一起旋转, 所以宇宙自旋是不会产生离心力的。如果产生了离心力, 那么宇宙之外会还有别的宇宙。惯性坐标系就会建立在这多宇宙之间而不是我们的这一个宇宙, 再说一下宇宙大爆炸, 我们都知道宇宙大爆炸是从一个奇点上爆发的, 爆炸的时候是从一点以标准的球状向外扩大, 由于每个球上的物质物理条件绝对一样, 距离也绝对一样, 所以也互相吸引不上, 一直以标准的球状向外发展, 形成不了现在的多样性宇宙。如果在宇宙大爆炸之前就有了别的外宇宙, 那么情况就不一样了, 外宇宙的引力和各种场合物质就会干扰大爆炸的同心和对称性, 就会形成我们丰富多彩的多样性宇宙。

人类自古至今对宇宙是充满好奇和向往的地方, 有无数天文工作和科技工作者为宇宙付出毕生精力研究和探索。对于业于天文爱好也是重要的课题, 宇宙更是全人类应该必须要研究和探索的课题。探索宇宙对于我们人类的文明的进步和发展有重要的意义和作用。宇宙的结构和形态随着科技发展逐渐的让我们了解起来。但是宇宙诞生之谜一直是困惑人们的一个难题。我是一个业余天闻爱好者, 对这个问题有着一些个人看法:以上是我个人的几个观点。如有不同的建议请告之。

摘要：我们的宇宙大的惊人, 用光那么快的速度丛地球跑出宇宙之外也要花上百亿年, 在宇宙之外还有更大的空间, 我认为宇宙很小, 不仅小, 而且小到零点, 时间也在零点之内, 物质不可能天生就有, 空间也不可能本来就有, 0不可能等于1, 无中生有是不可能的。正于佛学所言“万物皆空”, 我们生活在一个虚幻的零点宇宙中。

关于宇宙的论文 篇3

刘慈欣，中国当代科幻小说的代表作家，被称为中国科幻文学的领军人物。中国科普作家协会会员，中国作家协会会员，山西省作家协会会员，高级工程师。

自1999年其处女作《鲸歌》问世以来，刘慈欣已发表短篇科幻小说三十余篇，出版长篇科幻小说六部，并创下连续八年荣获中国科幻最高奖“银河奖”的纪录。他的长篇小说《三体》开创了《科幻世界》月刊连载原创作品的先例，成为2006年度最受关注、最畅销的科幻小说。

他的作品因宏伟大气、想象绚丽，极富创造力而受到广泛的赞誉。他的科幻小说将极端的空灵和厚重的现实成功地结合起来，同时注重表现科学的内涵和美感，兼具人文思考与关怀，努力创造出一种具有中国特色的科幻文学样式。

【作品简介】

《三体》是“三体”三部曲的第一部。“三体”三部曲，又名“地球往事”三部曲。该系列小说由《三体》《黑暗森林》《死神永生》三部小说组成，于2006年至2010年由《科幻世界》杂志连载。

“三体”三部曲讲述了地球文明在宇宙之中的兴衰过程。作品对人类历史、物理学、天文学、社会学及哲学等均有涉及，从科幻的角度对人性进行了深入的探讨。全书格局宏大，立意高远，被誉为中国当代最杰出的科幻小说，是中国科幻文学的里程碑，将中国科幻小说推上了世界的高度。

“三体”系列小说获奖无数：2006年，获“银河奖”特别奖;2010年，再次获“银河奖”特别奖;2011年，获全球华语科幻星云奖最佳长篇小说金奖;2013年，获全国优秀儿童文学奖科幻文学奖……2014年底，该系列小说的第一部《三体》的英文版在美国上市，反响热烈，并于2015年获得美国科幻奇幻协会“星云奖”等五个奖项提名。2015年8月23日，《三体》荣获全球科幻小说最高奖—— “雨果奖”的最佳长篇小说奖，这是亚洲作家首次获得“雨果奖”。

【内容梗概】

天文学家叶文洁在“文革”期间向三体星人暴露了地球的宇宙坐标。正处于困境的三体人为了得到一个能够生存的稳定世界，组成庞大的舰队直扑地球。此时，人类才发现，宇宙正处于“黑暗森林”的状态，任何暴露自己位置的文明都将很快被消灭。借助于这一发现，人类以向全宇宙公布三体世界的位置坐标相威胁，暂时制止了三体对太阳系的入侵，这一战略使得地球与三体之间建立起了脆弱的战略平衡。

然而，到了“三体”三部曲的第三部，这种平衡最终被地球人自己所打破。

【精彩选段】

汪淼努力回忆着自己并不熟悉的欧洲中世纪史，想从这个名字推断出这个文明进化的程度，但想到三体世界中历史的混乱，又觉得这种努力没有多大意义。

“你改了ID，可我们都认识你，在以前的两次文明中，你好像到东方游历过。哦，我是亚历士多德。”

穿古希腊长袍的人说，他有一头白色的鬈发。

“是的，”汪淼点点头，“我在那里目睹了两次文明的毁灭，一次毁于严寒，一次毁于烈日。我还看到了东方的学者们为了掌握太阳运行规律而进行的伟大努力。”

“嗤！”一个留着上翘山羊胡，比教皇更瘦的人在阴影中发出声音：“东方学者，企图从冥想、顿悟甚至梦游中参透太阳运行的秘密，可笑至极！”

“这是伽利略，”亚历士多德介绍说，“他主张应该从实验和观测中认识世界，一个工匠式的思想家，但对他已取得的成果我们还是不得不正视。”

“墨子也进行了实验和观测。”汪淼说。

伽利略又嗤了一声：“墨子的思想仍是东方的，他不过是披着科学外衣的玄学家，从来就没有认真对待过自己的观测结果，就凭着主观臆测建立宇宙的全模拟模型，可笑！可惜了那些精良的设备。我们不一样，我们在大量观测和实验的基础上，进行严密的推论，建立起宇宙的模型，再返回实验和观测去检验它。”

“这是正确的，”汪淼点点头，“这正是我的思想方法。”

“你是不是也带了份万年历？”教皇带着讥讽说。

“我没有万年历，只带来了以观测数据为基础而建立的宇宙模型，不过要说明，即使这个模型是正确的，也不一定能凭借它掌握太阳运行的精确规律，编撰万年历。但这毕竟是必须走的第一步。”

几声孤单的掌声在阴冷的大殿中回荡，这掌声是伽利略的。“很好，哥白尼，很好，你这种现实的、符合实验科学思想的想法是大多数学者不具备的，就凭这一点，你的理论也值得听一听。”

教皇对汪淼点点头：“说说看吧。”

汪淼走到长桌的另一端，让自己镇定了一下，说：“其实很简单：太阳的运行之所以没有规律，是因为在我们的世界中有三颗太阳，它们在相互引力的作用下，做着无法预测的三体运动，当我们的行星围绕着其中的一颗太阳做稳定运行时，就是恒纪元;当另外一颗或两颗太阳运行到一定距离内时，其引力会将行星从它围绕的太阳边夺走，使其在三颗太阳的引力范围内游移不定时，就是乱纪元;经过一段不确定的时间后，我们的行星再次被某一颗太阳捕获，暂时建立稳定的轨道，恒纪元就又开始了。这是一场宇宙橄榄球赛，运动员是三颗太阳，我们的世界就是球！”

昏暗的大殿中响起了几声干笑。“烧死他。”教皇无表情地说。站在门前的两个身穿锈迹斑斑的全身铠甲的士兵立刻像两个笨拙的机器人一般朝汪淼走来。

“烧吧，”伽利略叹息着摆摆手，“本来对你还抱有希望，原来只不过又是一个玄学家或巫师。”

“这种人现在已经成了公害。”亚历士多德同意地点点头。

“总得让我把话说完吧！”汪淼推开抓他的那两个士兵的铁手套。

“你见过三颗太阳吗？或者是有别人见过？”伽利略偏着头问道。

“每个人都见过。”

“那么，除了这个在乱纪元和恒纪元里出现的太阳，另外两个在哪里？”

“首先要说明，我们在不同时间看到的可能并不是同一颗太阳，而是三颗中的一颗。另外两颗太阳就是飞星，当它们运行到远距离时，看起来像星星。”

“你缺乏起码的科学训练，”伽利略不以为然地摇摇头，“太阳是连续运行到远距离的，不可能跳跃过去，所以按你的假设，应该还有第三种情况：太阳比正常状态小，但比飞星大，它应该在运行中逐渐变成飞星大小，但我们从来没有看到过这样的太阳。”

“你既然受过科学训练，就应该在观测中对太阳的结构有一些了解。”

“这是我最引以为自豪的发现：太阳是由深厚但稀薄的气态外层和致密灼热的内核构成的。”“很对，但你显然没有发现太阳的气态外层与我们行星大气层间奇特的光学作用。这是一种类似于偏振的现象，使得当太阳超出一定的距离时，从我们的大气层里观察，大阳的气态外层突然变得透明不可见，只能看到它的发光内核，这时，太阳在我们的视野中就突然缩到内核大小，变成了飞星。正是这个现象，迷惑了历史上各个文明的研究者，使他们没有意识到三个太阳的存在。现在你们明白了，为什么三颗飞星的出现预示着漫长的严寒，因为这时三颗太阳都在远方。”

出现了短暂的沉默，大家都在思考着。亚历士多德首先发言：“你缺乏起码的逻辑训练。不错，我们是有可能看到三颗飞星，并且它们的出现总是伴随着毁灭性的严寒。但按照你的理论，我们还应该有可能看到三颗正常大小的太阳，这是从来没有发生过的事，在所有文明留下来的记载中，从来没有发生过！”

“等等！”一个戴着形状奇怪的帽子、留着长胡须的人第一次站起来说话，“历史好像有记载，有一个文明见到过两颗太阳，那次文明立刻毁灭于双日的烈焰中，但这记载很模糊。哦，我是达·芬奇。”

“我们说的是三颗太阳，不是两颗！”伽利略喊道，“按他的理论，三颗太阳一定会出现的，就像三颗飞星一样！”

“三颗太阳出现过，”汪淼镇定地说，“也有人看到过，但看到它们的人不可能将信息流传下来，因为当他们看到这伟大的景象时，最多只能再活几秒钟，不可能逃脱并幸存下来。‘三日凌空’是三体世界最恐怖的灾难，那时，行星地表会在瞬间变成冶炼炉，高温能够熔化岩石。在‘三日凌空’中毁灭的世界，要经过漫长的时间才能重现生命和文明，这也是没有历史记载的原因。”

沉默，所有的人都看着教皇。

“烧死他。”教皇温和地说，他脸上的笑汪淼有些熟悉，那是纣王的笑。

大殿里立刻活跃起来，大家好像遇到了什么喜事。伽利略等人兴高采烈地从阴暗的一角搬出一具十字火刑架，他们将架上一具焦黑的尸体取下来扔到一边，将火刑架竖起来，另一些人则兴奋地堆木柴。只有达·芬奇对这一切无动于衷，坐在桌边思考着，不时用笔在桌面上计算着什么。

“布鲁诺，”亚里士多德指了指那具焦尸说，“曾在这里和你一样胡扯一通。”

“用文火。”教皇无力地说。

两个士兵用耐火的石棉绳将汪淼绑到火刑柱上，汪淼用还能动的一只手指着教皇说：“你肯定是个程序，至于你们其他人，不是程序就是白痴，我还会登录回来的！”

【读后感悟】

作为科幻小说，《三体》既有“硬科幻” 以科学猜想推动情节发展的突出特点，又兼具“软科幻”关注哲学、社会学的特点;既让科技迷们在读过之后大呼过瘾，又能引发社会学家和其他普通读者对人性乃至哲学问题进行深思;此外，丰富的想象和动人的情节还使小说具有儿童文学的某些特点。

关于宇宙的论文 篇4

一年来，在区党工委、管委会的正确领导下，以邓小平理论和江泽民同志“三个代表”重要思想为指导，认真贯彻落实党的十七大精神，紧紧围绕我乡社会发展，经济建设和改革稳定的大局，以领导班子思想政治建设和作风建设为重点，按照“党要管党，从严治党”的原则，提高素质，完善结构，健全制度，加强监督，不断提高领导班子的整体水平和执政水平，不断增强拒腐防变能力，努力建设成为坚决贯彻党的基本路线、全心全意为人民服务，具有领导现代化建设能力，充满生机与活力，团结坚强、开拓奋进的领导集体。

当前，农村改革不断深化，为乡镇班子领导班子思想作风建设、乡镇党的建设都提出了新的要求。为进一步掌握当前我乡领导党政班子的基本情况，进而探寻加强新形势下党的建设的对策,我们宇宙营乡组织专人对党政领导班子建设情况进行了调查,并对此问题进行了探讨研究。

一、基本情况

从班子成员配备情况看，全乡共有党政领导班子成员7人，其中党委班子6人，政府班子3人，包括党委书记1人，党委副书记、政府乡长1人，人大主席1人，副书记1人，组宣委员1人，副乡长2人；从领导班子的性别结构上看，7名党政班子成员中，女性1名，占比14.2%；从领导班子成员年龄结构上看，30岁及以下的1人，占比14.2%，31--35岁的2人（其中担任正职1人），占比28.6%，36—50岁的4人（其中担任正职2人），占比57.2%；从文化程度上看，大学本科文化程度4人，占比57.2%，大专文化程度的3人，占比42.8%。从专业结构上看，农业1人，其他6人。

二、主要工作

近年来，宇宙营乡坚持把党委自身建设作为提高基层党组织战斗力的首要任务来抓，全体班子成员紧紧围绕“深化农村改革，发展农村经济，增加农民收入”这个中心，围绕“第一要务”，牢记“两个务必”，践行“三个代表”，努力实践“科学发展观”，加强班子思想作风建设，在思想上求实，作风上务实，工作上扎实，领导班子思想作风建设不断加强，领导班子整体素质不断提高，较好地发挥了核心领导作用。

（一）加强学习强素质，思想上求实。党委及党政领导班子成员坚持把学习作为改造世界观、提高政策理论水平、提高适应农村工作的首要措施常抓不懈，采取中心组集中学、专题培训学、领导带头学、分散自己学等多种方式方法学理论、学法律、学业务。

（二）发扬民主增活力，作风上务实。在工作中，我们

在认真执行民主集中制，增强领导班子活力上下功夫。建立健全了党委议事规则、民主生活会、政务财务“双公开”等一系列制度，决定大事先开展意向性调查研究，多听副职领导、党员群众的意见。重大决定由党政班子成员联席会议集体决定。在工作中，相互补台，坦诚布公，在内部有一个民主、公开的氛围，在群众中有一个特别能战斗的外部形象。建立健全监督机制，自觉接受党员和群众的监督，实行群众评议干部，每年年底结合工作总结和公务员考评对领导成员进行民主评议。建立健全党风廉政建设责任制，自觉廉洁自律，抵制不良思想的侵蚀。在工作中，领导班子成员，坚持党的实事求是的思想路线，发扬求真务实的传统，一切从实际出发，说实话，办实事，求实效。贯彻上级党委的指示、决议，善于从本地实际情况出发，尊重客观规律，创造性开展工作。乡主要领导率先垂范，把求真务实作为一条基本工作准则。

浩瀚的宇宙教案 篇5

石桌子小学 蔡永红

教学目标：

1、能用自己的语言找述银河系和宇宙的各种特征。

2、能正确说出地球、太阳、银河系和宇宙之间的关系。

3、能提出几条保护美丽星空的建议。教学重点：

通过资料、数据分析认识宇宙的浩瀚。教学难点：

能用自己的语言描述宇宙并能科学地给宇宙飞船命名。课前准备：

多媒体课件、银河系的视频 教学过程：

一、情境引入：

教师讲述：从古至今，人们一直对夜空里闪烁的星星心弛神往。从伽利略第一次用望远镜观测银河系开始，人们对宇宙探索的脚步就从未停止过！今天，让我们也来探索浩瀚的宇宙吧！

二、新知探究： 活动

1、银河系和宇宙

1、教师出示课件并讲述：在晴朗的夜晚，远离都市的灯光，仰望星空，你是否看到过一条长长的、白色的光带横跨天空？这就是银河系，关于银河系，老师知道一个美丽的传说，那就是牛郎织女的故事！那么，关于银河系，同学们课前收集了资料，你都知道了什么？你还想知道什么？

2、组织学生班内交流汇报

3、教师讲解：其实，无论你居住在地球上的哪个地方，都能看到银河系。接下来，让我们一起来观看关于银河系和宇宙的一段视频吧！请注意：在视频中，你看到的银河系是什么样子的？

学生收看视频，并思考教师提出的问题。

4、组织学生汇报交流。

5、教师出示课件总结：从地球上看，银河系是穿过夜空的一条满是星星的带子！从侧面看，银河系就像一只织布的梭子！从宇宙中看，银河系就像一个不断旋转的大铁饼！

6、教师指导学生阅读科学在线（课件出示注意事项）：阅读P65科学在线，边读边思考：

你都获得了哪些信息？

用自己的方式来描述地球、太阳系、银河系、宇宙之间的关系？ 学生阅读科学在线，并在组内讨论。

7、组织学生汇报交流。

8、教师出示课件并讲授： 银河系的外形像一个中间厚、边缘薄的扁平盘状体。叫做银盘，银盘是银河是的主体，其直径约8万光年，中央厚约1万光年，边缘厚约3000-6000光年。银河系的总质量相当于1400亿个太阳的质量。银盘中心隆起的近似于球形的部分称银核，此区域恒星高度密集，大约有400亿颗星集中在此。四周缠绕着四只旋臂，太阳系位于银河系的一只旋臂上，距离银河系的中心大约26000光年。

活动2：给宇宙飞船命名

1、教师播放课件：我国四代航空人的图片资料。

2、教师发出号召，同时出示课件：宇航局将发射一艘宇宙飞船，正在征集宇宙飞船的名字，同学们，请给这艘飞船命名吧（1）以英雄人物的名字为它命名，以表彰他（她）的英雄事迹；或以一个科学家的名字来命名，以表彰他（她）在科学探索或研究中的突出贡献。命名为“×××号”。（2）解释宇宙飞船以他（她）的名字来命名的原因。

学生组内讨论，命名。

3、组织学生汇报交流，看哪个小组命的名好，并且理由最充分。拓展活动：观察银河系

1、教师讲解：让我们在家长的带领下，到野外去观察银河系吧，看一看美丽的星空，想象一下如果有一天我们在太空里遨游该是多么惬意！可是，我们的星空却正在消失！是什么原因导致我们的星空正在消失呢？（出示课件）那么，你有什么措施来保护我们美丽的星空呢？

学生分组讨论，提出自己的措施。

2、组织学生汇报交流。

3、小结：那么让我们从小做起，从现在做起，为保护我们美丽的星空做出自己的努力吧！

板书设计：

13、浩瀚的宇宙

1、从地球上看：银河系是一条满是星星的带子！从侧面看：银河系就像一只织布的梭子！从宇宙中看：银河系就像一个不断旋转的大铁饼！

宇宙的未来 篇6

教学目标

1、了解有关宇宙学的一些知识，激发学生对宇宙奥秘的探索热情。

2、提炼本文的要点，增强概括能力；探究本文的内涵，增强分析能力。

3、了解演讲稿的一些特点。并体会其幽默的语言风格，提高思维和语言表达能力。

课时安排

1课时

教学步骤

一、导入新课

在当今世界的自然科学领域，能够和爱因斯坦比肩的人物恐怕应当首推史蒂芬·霍金了，他不但做出了辉煌的科学成就，其坚强的意志品质也深深地感染着我们，我们今天就来学习他1991年1月在剑桥大学的一次演讲的演说辞——《宇宙的未来》（板书课题）。

二、作者简介

史蒂芬·霍金是继阿尔伯特·爱因斯坦之后最杰出的物理学家。霍金1942年出生于英国牛津，先后就读于牛津大学和剑桥大学，学习数学、物理学和宇宙学。1963年，霍金经诊断得了“卢伽雷氏症”，即肌萎缩性侧索硬化症。这种病会引起肌肉萎缩，导致瘫痪；说话会越来越困难，直至完全丧失语言能力；患者通常因并发肺炎或窒息而死亡。不过，患者的思维能力包括记忆能力不受影响。医生告诉霍金他最多只能活两年。在经历了一段短暂的失望和沮丧后，霍金又开始了他的宇宙学研究。在科学史上有许多残疾科学家，但是像霍金这样残疾到这种程度的则绝无仅有——21岁就患病，几十年被禁锢在特制的轮椅上，全身只有三个手指能活动，不能讲话，与人交谈要靠计算机合成语言，有了新的想法也只能通过三个手指“敲击”进语言合成器里保存„„可就是这样一个重度残疾的人，却把研究的目标直指浩瀚的宇宙。霍金后来在相对论、“大爆炸”和黑洞等领域取得了突出的研究成果。霍金1988年出版的宇宙学著作《时间简史：从大爆炸到黑洞》，是一部里程碑式的畅销书。霍金被确诊患病已三十多年，但他仍孜孜于宇宙起源的理论研究，仍在为大统一理论而耕耘不已。霍金现任剑桥大学卢卡斯数学教授，这也是牛顿爵士曾担任过的职位。

在《果壳中的宇宙》一书中，霍金引用了莎士比亚戏剧《哈姆雷特》里一句充满诗意的台词：“我即使被关在果壳里，仍自以为是无限空间之王!”这句台词形象地道出了霍金的崇高精神追求，使人们亲眼看到了“果壳”中的那个挑战命运的不屈的灵魂。他曾说：“只要有智慧和精神在，没有什么能打倒自己。身体的健康固然重要，心灵的健康也会给你无穷的力量。”在少年霍金的心中，崇拜的不是歌星或球星，而是贝特朗•罗素，一位不知疲倦的思想家、哲学家和科学家。

三、整体感知

1、通读全文，思考：用一句话简要地说出本文讲了什么。

【明确】本文讲的是宇宙的未来问题，预测了两种结局：或膨胀，或收缩。

2、给课文分段，明确作者讲了几层意思，并提炼出要点。

（提炼要点的方法：或者摘录文中的语句，或者用自己的语言组织。）

（1）分析思路：

在讲演的开头，作者就指出，预言将来是非常困难的，预言宇宙的将来尤其困难。虽然如此，科学家对此仍然满怀信心。

课文第2段，作者却话题一转，考察起预言的历史。提及预言，人们会不由自主地想到古代的巫术。女巫用“毒药或火山溢出的气体”把自己“弄得精神恍惚”，不过是为了增加一点儿神秘色彩，“而真正的技巧在于解释”。近代宗教预言也是这样，不断用新的解释来掩饰预言的失败，如“首先要数出获救者名单”等。那么，科学家的预言是不是也像古代的预言家一样是一时的“骗术”呢？作者指出，“科学预言也许并不比那些巫师或预言家的更可靠些”，比如对天气预报、对“极端条件下物体的精确的定律”，以及对大脑的工作机制等，都还缺乏准确的判断。但是，“宇宙在非常大的尺度下的未来”，还是可以预言的。

宇宙中的局部运动也许会出现混沌状态，但宇宙在大尺度上是可以预测的。宇宙正在高速膨胀，其他星系正在飞速离我们远去。宇宙微波背景辐射证明了宇宙的膨胀大体上“是平滑的而非混沌的”，因为如果宇宙的膨胀率和平均密度不均匀，来自宇宙各个方向的宇宙微波背景辐射温度就不会如此一致。“这表明，宇宙的行为在非常大尺度下是简单的，而不是混沌的。因此我们可以预言宇宙遥远的未来。”

从目前的情况看，宇宙中星系之间的距离在增大，但是星系之间的引力吸引有可能降低膨胀率。“如果宇宙的密度大于某个临界值，引力吸引将最终使膨胀停止并使 宇宙开始重新收缩。宇宙就会坍缩到一个大挤压。”“大挤压”和“大爆炸”前的状态相似，“具有无限密度”，“物理定律在这种状态下失效”。

这样，预言宇宙的未来，“关键问题在于：平均密度是多少？如果它比临界值小，宇宙就将永远膨胀。但是如果它比临界值大，宇宙就会坍缩”。

但是，计算宇宙的平均密度并不容易。把我们现在能看到的恒星质量加起来，还不到临界值的百分之一；即使加上“气体云的质量”，最多达到临界值的百分之一。但是，我们能不能据此得出宇宙将永远膨胀下去的结论呢？还不能。因为宇宙中还存在许多暗物质，这些暗物质我们肉眼看不见，不能直接观测到。黑洞就是这类暗 物质，它是超大恒星死亡的产物。霍金对黑洞的解释是：“空间一时间的一个区域，因为那儿的引力是如此之强，以至于任何东西甚至光都不能从该处逃逸出来。”（见《时间简史》一书所附《小辞典》）我们虽然看不见黑洞的存在，但可以通过观察螺旋星系和星系团来判断它们的存在：能使大质量的星系或星系团绕之旋转的东西，其质量一定比这些星系和星系团大得多。

作者指出，根据现在的观测研究，将这些暗物质估算在内，“仍然只达到要使宇宙重新坍缩的临界质量的百分之十左右”。于是有人择原理和暴涨理论为之说，前者假设有多个宇宙共存，而我们所能理解的只是身处其中的一个；后者认为宇宙可能采取一种非常规的方式突变，从一个微小的尺度很快达到临界状态。

归根到底，宇宙的未来只有两种命运：继续膨胀，或可能收缩。这取决于宇宙现有的密度，所以，科学家在没有称算出宇宙的重量之前，不得不承认“宇宙实际上是处在刀锋上”，所以要继承巫师或预言家的传统：“两方下赌注，以保万无一失。”

（2）【概括要点】

①科学家有信心预言未来。

②巫师的预言模棱两可，宗教的预言屡测屡败。

③物理方程、制约大脑的方程具有混沌性，因此我们不能预言人类；而宇宙的行为在非常大尺度下却是简单的，而不是混沌的，因此我们可以预言宇宙遥远的未来。

④宇宙的未来有两种可能，一是继续膨胀下去，二是收缩以至坍缩成一个点。是膨胀还是坍缩，取决于宇宙的平均密度。

⑤宇宙现在的密度非常接近于把坍缩和膨胀区分开来的临界点上，所以两种可能都会发生。

小结

作者先从古代的巫术和近代的宗教预言谈起，引出话题，说明从科学的角度谈论宇宙的未来是非常严肃的事，科学有别于宗教的地方是它的求实精神。

探讨宇宙是继续膨胀还是有可能收缩是这篇讲演的主体部分，计算宇宙的密度又是这一主体部分的关键，有关宇宙中物质密度临界值的探讨，则把问题引向深入。

最后，介绍两种新的理论——人择原理和暴涨理论，则体现了科学界最新的探索。作者从可见物质谈到暗物质，从成熟的理论谈到科学的假说，把问题讲得透彻明白。最后没有做出一个明确的预言，恰恰说明了他严谨的科学态度。

四、细部揣摩

1、再读课文，思考：

（1）作者在第8段中为什么说“即使知道了制约宇宙的有关定律，我们仍然不能利用它们去预言遥远的未来”?为什么第10段又说“尽管我们知道制约人类行为的方程，但在实际上我们不能预言它”?

（2）为什么科学“不能预言人类社会的未来”，却“可以预言宇宙遥远的未来”?

（3）作者对宇宙的未来的预言与巫师、宗教预言家对人类社会未来的预言有何不同?

（4）对宇宙未来的预言，关键是要弄清宇宙的什么问题?

（5）作者认为宇宙的未来会是怎样的?

【明确】

（1）“因为物理方程的解会呈现出一种称作混沌的性质”，“方程可能是不稳定的”；同样，“制约大脑的方程几乎肯定具有混沌行为，初始态的非常小的改变会导致非常不同的结果”。

（2）因为前者是混沌的，不确定的；而“宇宙的行为在非常大尺度下是简单的，而不是混沌的，因此我们可以预言宇宙遥远的未来”。

（3）前者是有科学根据的，是运用天体物理学理论进行的科学推测，科学预言；而后者是没有科学根据可言的。——其实，从上面的题目就可知道，人类社会的未来根本就是无法预言的，因为方程是混沌的，所以巫师、宗教预言家对人类社会的预言注定就是荒唐的。

（4）“对宇宙未来的预言，其关键问题在于：平均密度是多少。”

（5）会有两种可能：“如果它比临界值小，宇宙就将永远膨胀，但是如果它比临界值大，宇宙就会坍缩。”

2、本文在论述过程中，常常用一些生动的比喻来说明事理。下列两个比喻句各自说明了什么道理?

①“例如，如果你稍微改变一下你旋转轮赌盘的方式，就会改变出来的数字。你在实际上不可能预言出来的数字，否则的话，物理学家就会在赌场发财。”

【明确】用这个比喻生动地说明了“即使我们知道了制约宇宙的有关定律，我们仍然不能利用它们去预言遥远的未来”。

②“这有一点像是再投胎。如果有人声称一个新生的婴儿是和某一死者等同，如果该婴儿没从他的以前的生命遗传到任何特征或记忆，这种声称有什么意义呢?人们可以同样地讲，它是完全不同的生命。”

【明确】用这个比喻形象地说明宇宙在大挤压处终结后，并不是任何发生在“之后”的事件都是另一个相分离的宇宙的部分。

总结比喻的作用：用比喻的方式将深奥的理论说得通俗易懂。

五、语言特色

这篇讲演在语言上具有怎样的特点？

【明确】讲演是面对面的交流，这种交流又是单向度的，如果不注意讲演的语言艺术，就达不到最佳的表达效果。这篇讲演，除了推理严谨外，语言幽默也是其突出的特点。

幽默的语言创造出一种轻松愉快的气氛，更具有亲和力，使所阐发的事理更容易为听众接受。如：

①“„„这些日期使股票市场下泻。虽然它使我百思不解，为何世界的终结会使人愿意用股票来换钱，假定你在世界末日什么也带不走的话。”这句话让人在笑声中悟到人类自身的某些缺陷和某些思维误区。

②“据说，1844年是第二次回归的开始，但是首先要数出获救者名单。只有数完了名单，审判日才降临到那些不列在名单上的人。幸运的是，数人名看来要花很长的时间。”这句话幽默中含着揶揄和讽刺，揭露了宗教预言师的荒谬，表现了对方屡测屡败却又想方设法自圆其说的尴尬与可笑。

③“如果暴涨理论是正确的，则宇宙实际上是处在刀锋上。所以我正是继承那些巫师或预言者的良好传统，两方下赌注，以保万无一失。”听众明知作者做的是科学的预言，和巫师他们完全不同，可作者却有意将自己降为他们的同类，一是说明自己恰好也有两种预测，二是顺势又对他们进行嘲讽。这种智慧的表达既带来了轻松愉悦的气氛，又大大增加了自己与听众的亲和力。

④谈到轮赌盘的旋转具有混沌性质，作者说即使是物理学家也不能计算出它“出来的数字，否则的话，物理学家就会在赌场发财”，这就生动地说明了什么是混沌现象；

⑤文章最后一句话：“所以我正是继承那些巫师或预言者的良好传统，两方下赌注，以保万无一失。”兼有讽刺与幽默，对宇宙未来命运的判断采取了审慎态度。

六、推荐阅读

《时间简史》

《果壳中的宇宙》(2002年8月霍金在浙江大学的公众演讲《膜的新奇世界》就选自其中)。

七、布置作业

十年前，一家青少年调查机构调查出我国中学生最崇拜的人物是歌星刘德华、影星刘晓庆、球星贝利，“三星高照”。

去年一项英国青少年民意调查显示，青少年心目中的偶像人物中，英国橄榄球世界杯英雄人物约翰尼·威金森、英国数学家斯蒂芬·霍金、足球明星贝克汉姆名列前三。

在少年霍金的心中，崇拜的不是歌星或球星，而是贝特朗•罗素——一位不知疲倦的思想家、哲学家和科学家。

对三个宇宙速度的浅析 篇7

关键词：物体,宇宙速度,惯性系

讲完《宇宙航行》一节后, 有学生这样提问:“第三宇宙速度是16.7km/s, 地球公转速度约为29.8km/s, 那为什么地球不会飞出太阳系?”本文就三个宇宙速度进行解读, 问题也就迎刃而解了。

第一宇宙速度 (亦称环绕速度)

物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度, 叫做第一宇宙速度, 其值为7.9km/s。从教材所给的推导过程来看 (参看教材, 在此不再赘述) , 第一宇宙速度是以地球为惯性系, 或以“地心”为参考系的结论。而地球在自转, 若从地面上发射一颗地面附近的人造卫星 (不考虑大气作用) , 就可以借助地球的自转速度。这里以赤道处为例求解地球表面的自转线速度:

由此可知发射航天器时, 发射速度只要达到约7.5km/s就够了, 条件是在赤道上由西向东发射, 借助约0.465km/s的地球自转速度。

第二宇宙速度 (亦称脱离速度)

第二宇宙速度是物体挣脱地球引力的束缚而成为绕太阳运行的人造行星, 或飞到其他行星上去的飞船所具有的最小速度, 其值为11.2km/s。这里补充一种利用功能关系推导的过程:

假设在地球 (质量M, 半径R) 上将一颗质量为m的卫星发射到绕太阳运动的轨道需要的最小发射速度为v2 , 则卫星刚好可以到达无穷远处, 即在无穷远处的动能为0;此时卫星绕太阳运动可认为不受地球引力, 距离地球为无穷远, 设无穷远处是引力零势面, 不考虑大气作用, 一个航天器仅在地球的引力作用下从地面开始运动到脱离地球引力范围 (相当于上升到无限远处) 的过程中, 克服引力做功W等于引力势能的增加量, 还等于动能的减少量, 由此可得:

这个值正好是第一宇宙速度的倍, 第二宇宙速度仍旧以“地心”为参考系。实际物体在摆脱地球束缚的过程中, 在地球引力的作用下它并不是沿直线飞离地球, 而是按抛物线飞行;脱离地球引力后在太阳引力作用下绕太阳运行。

第三宇宙速度 (亦称逃逸速度)

仿照上面的推导方法, 在太阳系中推导第三宇宙速度, 已知太阳的质量MS =2×1030kg, 物体是从地球表面并非太阳表面开始向外运动的, 日地距离r=1.5×1011m; 可类比得到物体脱离太阳系引力的最小速度为怎么不是教材中给出的16.7km/s?

来看教材中对第三宇宙速度的描述: “在地面附近发射一个物体, 要使物体挣脱太阳引力的束缚, 飞到太阳系外, 必须使它的速度等于或大于16.7km/s, 这个速度叫做第三宇宙速度。”

问题的关键就在于, 推导第二宇宙速度时物体是从“地面附近”发射的, 速度是相对于地球 (地心) 而言的, 即以地球为惯性系。而在研究第三宇宙速度时, 类比第二宇宙速度的方法, 则以太阳为惯性系进行的推导, 所以上面得到的v' 是相对于太阳的。而地球本身在绕太阳做公转, 其公转速度v公=29.8km/s, 如果物体沿着地球公转运行轨道的切向飞出的话, 便可借助于地球的公转线速度, 因而只需△v=v-v公=42.2km/s-29.8km/s=12.4km/s就行了。但是, 物体要飞出太阳系, 除了要克服太阳的引力, 首先要挣脱地球引力的束缚才行, 故物体在地面上应该具有的动能为:所以v3=16.7km/s。

至此我们浅析了三个宇宙速度的推导过程, 并明确了宇宙速度均是相对于“地心”而言的。因此, 开篇提到的问题便不言自明了。

参考文献

[1]人民教育出版社.课程教材研究所.物理课程教材研究开发中心.编著.物理 (必修2) .人民教育出版社.2010年4月第3版.p44-p45

关于宇宙的论文 篇8

这是我们对宇宙中物质的基本认识，但粒子之间是如何相互作用的呢？从20世纪30年代至今，物理学家研究了描述宇宙中四种基本作用力——引力、电磁力、弱核力和强核力——的细致数学模型。我们可以把它们中的每一种都看成是作用于空间中的场。更有意思的是，这四种基本“力场”可以通过交换粒子来构建：光子传递了电磁力；8种不同的胶子传递了强核力，使得夸克被束缚在质子内部；3种中间矢量玻色子传递了弱核力，后者控制着放射性过程；一些物理学家相信，引力子传递了引力，但它们迄今还未被发现。

在这一标准模型中，科学家通过这些各式各样的详细数学理论将对物质和力的描述集为一体。当物理学家试图预言在他们昂贵的粒子对撞机中会发生什么的时候，它构成了计算的支柱。不管是设计新的技术，还是开展新的实验，乃至研究黑洞的特性，他们都会从久经考验的标准模型的数学方程开始。

标准模型漂亮而简单，但它看上去似乎并不完整。科学家可以把这些作用力中的两种——电磁力和弱核力——统一进一个数学理论，还可以在大统一理论下把强核力也纳入其中。然而，引力倔强地游离在它们之外，因此，物理学家需要用两种迥异的方式来描述大自然中四种力的作用。如果只用一种方式来描述岂不是更好？这正是对终极理论的探求，超弦理论是目前最有希望成功的理论。那么，物理学家为什么必须通过弦理论来修补标准模型呢？关于宇宙，弦理论能告诉我们些什么？

进入深处

在过去的70多年中，为了实现大统一，科学家已提出了许多理论方案，但这些理论中的大多数都存在严重的数学问题。例如，有时计算得到的概率会是负值或者超过100%。根据其中一个模型，计算发现存在超光速运动的粒子，科学家将其称为快子。

但是，从20世纪80年代初开始，有一个有趣的方案受到了众多物理学家的追捧。

根据标准模型，粒子都是点状的。也就是说，无论科学家怎么想办法探测一个粒子的内部结构，他们得到的都不过是一个更小的能量“点”，它呈现出这个粒子的所有特性：质量、电荷和自旋。这会引发严重的数学问题。想象一下，把一个电子的质量和能量挤压进一个越来越小的球体内，最终，它会变成空间中一个无穷小的点，此时，它的质量和能量密度则会变得无穷大。这个无穷大会使得任何涉及质量和能量密度的计算都变得不可行。因此，大约在30年前，物理学家提出了一个解决办法，用不会消失的其他构形来代替粒子的内部形状，例如闭合的能量环，即弦。

基本的想法是，每一个物质粒子（电子、夸克、中微子等）以及每一个传递相互作用的粒子（光子、胶子、中间矢量玻色子和引力子）其实都是某种微小的一维环。它可以是开放的，有两个端点，也可以是闭合的，构成一个环。当这个一维弦环随时间运动时，它会扫过一个二维的表面。它还可以分裂成两个不同的弦环，构成两个闭合的表面。这些表面被称为世界面。一根弦分裂成两根，则对应于一个粒子衰变成两个。把这个过程反过来，两根弦变成一根则对应于两个粒子的碰撞和并合。这些环也能向琴弦那样振动，其振动的精确方式决定了它所代表的基本粒子的确切特性。对应于大质量粒子的弦振动的频率较高，反之亦然。

那么这些弦看上去像什么呢？先问个问题，你最近一次碰到一维的东西是什么时候？其实我们从来就没有看到过这样的东西，更不要提它们是什么样子了，比如颜色、质量、大小，等等。我们试图描述的弦的每一个特性都植根于我们的三维经验。于是，一个基本的问题是，这样一个物理实体具有的特性是否超出了我们的经验？幸运的是，这在数学上根本不是问题。这也正是物理学家可以精确处理一维弦的原因。

此外，科学家知道，类似电子这样的粒子并不仅仅是一个有着表面的微小球体。事实上，它们是有着特定属性的无穷小的能量结点。对人类的思想而言，一大挑战是去想象基本粒子的真正本质——无论是一个能量点还是一根弦。

探索不同的维度

把这些弦和普通粒子及其特性相连的数学描述只有在十维的宇宙中才奏效，这让事情变得更为诡异。我们所处的普通宇宙由三维空间和一维时间构成，因此，弦理论的数学要求再增加6个额外的维度，同时，它们自身还要完全闭合且具有10-33厘米的有限大小。

拿一张二维的纸，将它紧紧地团起来。把它塞进一个乒乓球，然后把这个球压缩到直径只有10-33厘米——一些科学家认为，那6个维度就隐藏在这个物体中。在三维空间中的每一个点上重复这个过程，弦理论认为，你每这样做一次就会得到一个不同类型的宇宙。这些紧致维度的确切几何特性决定了在这个宇宙中到底会拥有什么样的粒子以及它们的特有属性。

一个三维球具有特定的几何特性，使得粒子在其表面能以特定的方式运动。类似的，通过这些紧致维度的空间来控制弦的振动（及其所对应的粒子），形成了弦的张力和几何特性。在这个紧致的空间中，每一种粒子都具有特定的由6个数字构成的地址，这就好像巴黎在地球二维表面上有其唯一的经度和纬度一样。

毫无疑问，要画出这样的一个六维实体是很困难的。就算可以，我们也会为穷尽其所有特性而疲于奔命。在弦理论中，这样的空间据估计有10500个，每一个都代表一个有着不同粒子和场的数学宇宙。这些空间中，有一些里面不存在电子，有一些里面则可以有12种不同的夸克，却没有光子，在这样的空间里就不会有彩虹。

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且慢，不止这些

如果我们得到的只是一个有关粒子看上去是什么样子——在空间中震动的环而非点——的新模型，那我们还没有简化或者统一标准模型。要解释我们已知的事物，还需要更为复杂的数学。弦理论还具有第二个特性，即超对称。正如任何一个学过几何的学生都知

道的，对称性往往会使求解问题变得更为简单。

由于立方体本身的对称性，在三维空间中每转90度就能看到它新的一面，但是立方体的形状仍保持不变。科学家称其为旋转对称性。 在20世纪70年代初，物理学家发现标准模型中的粒子也能在超对称下彼此转化。这一镜像牵涉到量子力学和粒子的一种内禀属性，被称为自旋。这个理论最吸引人的是，作为已知粒子类型间超对称转换的结果，它可以自动地包含引力——终于，有一个理论可以自然地容纳所有四种基本作用力了。

然而，大自然永远都不会无中生有，因此科学家不得不添加新的成分，使得超对称的数学描述奏效。此时，标准模型中的每一种粒子都会被赋予一个新的超伙伴粒子，这样才能使粒子间的变换在数学上可行。通过用这种方式拓展标准模型，科学家现在拥有了最小超对称标准模型（MSSM）。这个模型不仅可以解决标准模型存在的许多问题，还为占据宇宙物质总量8 5%的神秘物质——暗物质——提供了一种新的候选粒子。标准模型无法解释这些看不见的物质，但MSSM 中质量最小的中性微子却具备了解释暗物质所需的合适特性。

一起尝试

20世纪80年代初，物理学家把超对称引入弦理论，形成了超弦理论。 他们提出了5种不同类型的超弦理论，每一种都能以各自的方式解释物理世界。之后在1995年， 物理学家意识到，这5个理论其实是一回事，他们将其称为M理论。

这些理论彼此相连的方式可以用涉及改变长度的数学运算来精确描述，即对偶变换。一个与之类似且我们也更熟悉的例子是三维立方体的二维投影。一个三维立方体的真正形状可以从其不同的二维投影中重建出来。通过在三维空间中转动立方体，其每一个二维投影面都能变换成其他的样子。你可以把十一维M 理论立方体的每一面想象成一个不同的十维超弦理论。十一维M 理论的详细数学描述告诉科学家如何在十维超弦理论间进行变换。

迄今的证据

一些物理学家把MSSM 视为在不添加大量假设的前提下超越标准模型的最简单途径，而且它还预言了世界上最强大的粒子加速器——欧洲核子中心的大型强子对撞机（LHC）——可检测的新现象。科学家正在筛查数据，搜寻已知粒子的超伙伴粒子的踪迹，其中一些最轻的质量为几万亿电子伏特，在LHC可检测的范围之内。如果科学家什么也没找到，那么他们就需要用更复杂的模型来取代MSSM，这些超伙伴粒子会具有更高的能量。那么，目前这些搜寻进展到哪一步了呢？毕竟LHC 已经工作超过2年了。

好消息是，标准模型得到了很好的验证。2012年7月，物理学家宣布他们发现了一种

粒子，它看上去就像是已经被寻找了40多年、标准模型中最后一个尚未被发现的粒子——

希格斯玻色子。

然而，2011年8月和2012 年11月接连传来了坏消息，LHC的一组物理学家报告，他们

对特殊粒子B 介子衰变的研究并没有发现超对称的迹象。在超对称的帮助下，这些粒子衰

变的速度应该快得多，但科学家在研究的几万亿次衰变事件中没有发现这一现象。

另一个坏消息是，在7万亿电子伏特的能标之下，科学家没有找到任何有超对称粒子存在的证据。这被认为是最简单的超对称模型（尤其是MSSM）的重大失败。超对称是科学家用来统一四种基本作用力的最简单的数学模型，而大自然似乎也偏向于用更基本的理论来解释我们这个世界。如果MSSM被证否了，那大自然着实大大地戏耍了一把地球上的科学

家。

2013年年初，LHC 被关闭，2015年重启，开始完全在设计要求的13万亿电子伏特的对撞能量下运转。物理学家已经开始研究各种各样的理论来预言最轻的超对称粒子。计算发现，有几十种新的粒子散布于LHC 完全满负荷运转后可及的范围之内，因此，一些乐观者

感觉此事十拿九稳。

这一赌注其实极端高昂：如果超对称粒子被找到，那么发现之路就会为超越MSSM 的

超弦理论打开；如果科学家仍然没有在LHC 中发现超对称粒子存在的证据，那么最简单的

MSSM 必然会被否定，而超弦理论也断然不会被视为终极理论的最佳候选。这将是一大憾

事。

弦理论对粒子的描述为描述新的粒子和现象提供了富庶的框架，拓展了人类对空间和

时间的认识。然而，其缺点是，这些粒子中绝大多数的质量都超出了LHC 可探测的能标。这也是其最大的问题。

绝大多数科学家认为，在全世界多个国家花费数十亿美元建造了LHC，旨在发现“新物理学”，却什么也没发现之后，将很难筹集更多的资金来建造更强大的、能标超过13万亿电子伏特的对撞机。如果LHC 没有发现新物理学或者新粒子的迹象，那么这一负面结果将迫使物理学家做出一个极端困难的抉择：要么发明出一种全新且低廉的技术来把粒子加速到更高的能量，要么在没有可用来检验大量理论的数据的情况下苦思几十年。因此，加速器物理学未来几年的进展也许会对超弦理论做出裁决。

宇宙的故事 篇9

几千年来，人类一直相信宇宙是永恒的。回溯到亘古，夜空中的群星或许早已存在了无限久，而它们也应该会像今夜那样一直闪耀下去，年复一年，直至永远。后来，人们又意识到了我们的地球，太阳，甚至太阳系所在的整个星系，都只是浩瀚星海中的一个普通岛屿而已。整个宇宙从最大的视角上看应该是非常均匀的——我们所处的角落，应该和宇宙中每一个遥远的角落异常地相似，这就是所谓的哥白尼原理（Copernican Principle）。这样，环绕我们的宇宙不仅在时间上无限，在空间上也是无垠的。

然而到了20世纪初，当Einstein试图运用他的广义相对论方程来描述这样一个静态的宇宙时，却碰到了一个问题。当时，Einstein已经理解了物体之间的万有引力其实是物体的质量弯曲周围时空的几何体现。如果向一个静态的均匀宇宙加入星系，恒星，星际气体等等之类的物质，它们就会相互吸引，导致空间必需收缩。这样一来，宇宙无法在时间上永恒地存在下去。于是，无奈的他在方程里添加了人为的一项——一个“宇宙学常数”（the cosmological constant）。这一项引入了充满空间的奇怪的“负压强”，平衡了物质之间的吸引。可是没过了多久，天文学家Hubble在他的望远镜里惊讶地发现宇宙并不是静态的。通过测量来自遥远星系星光的向红端移动的红移（redshift）效应，他发现所有的星系仿佛都在离我们远去。更奇怪的是，距离我们越远的星系，它们的退行速度就成比例地越大。一个很自然的解释就是，整个宇宙的空间在不断地膨胀，正如被吹大的气球膜上的任何两点，它们间的距离不停地在变大。至于物质之间的吸引，则暂时只能减缓这样的膨胀，因为这种趋势具有巨大的惯性。一个动态的宇宙是革命性的观念，以至于Einstein后悔他引入宇宙学常数是他“一生最大的错误”。膨胀的宇宙带给人们两个启示。

首先，如果回溯过去，宇宙会比今天要小得多，星系之间曾经彼此靠得很近。宇宙在过去物质分布的密度也会比今天要大，相应地也要比今天热得多。以远小于光速运动的重的物质，简称为物质（matter），它们的能量密度会随时间按照空间体积的反比被稀释。而另一类以光为代表的物质，统称为辐射（radiation），则以光速运动，它们的数量不仅会随着空间膨胀被稀释，它们的波长还相应地被拉长，从而能量变得越来越小。最终，它们的能量密度随时间按照体积4/3次方的反比减小。这样，即使今天宇宙中辐射的量相比于物质来说微不足道，在足够早的过去它却会占主导地位。

另一个启示甚至更加重要——宇宙的年龄是有限的。回溯过去足够久之后，空间变成了无限小，密度无限大，而温度则会无限高。在这样一个极端的“开端”，已知的物理定律似乎都崩溃了。而另一方面，星系、恒星、行星，直至今天宇宙中一切的复杂结构，都要在自开端以来这一百多亿年中形成，不能慢也不能快。此外，任何一个粒子，哪怕它以光速运动，在这有限的时间内也只能在这个膨胀的“气球”宇宙中移动有限的距离。于是，膨胀的宇宙中存在着视界（horizon），事物之间可能发生因果联系的空间界限——我们看不到离我们足够远地方的景象，同时足够远地方发生的物理过程也从来不能影响我们所在附近的事物。

这样的膨胀宇宙模型被称为大爆炸模型（the Big Bang theory）,但是这里“大爆炸”并不是重点，因为已知的物理规律并不能帮助人们理解那个奇性的“开端”，重要的则是这个模型系统地预言了随后膨胀并冷却的过程中发生的重要物理过程。除了遥远天体系统性地退行之外，有两个被观测所证实的重要预言让人们大体上接受了膨胀宇宙的图景。

一个叫做大爆炸核合成（Big Bang nucleosynthesis）。

在“开端”之后仅三分钟的时候，宇宙中充满了炽热的辐射，以至于组成各种原子核的基本要素，质子（氢核）和中子（统称核子），都还在自由地运动于这锅“热汤”之中。当温度降低到一个临界点时，无序的热运动不再能抗拒核子之间强大的吸引，它们开始束缚到一起。于是，随着一系列链式反应的启动，质子和中子合并形成最轻的一些原子核——氘，氦，锂，氚，铍......一个接着一个。自由的中子只有平均15分钟的寿命就会衰变，因此这最初的三分钟时间是如此地重要，因为中子必须要及时结合到原子核中才能幸免下来。如果自由中子的寿命再短一些，我们就只能得到一个全部是氢元素的单调的宇宙，恒星无法被点燃，生命也无从形成。大爆炸核合成精确地预言了宇宙中3/4的元素是氢，剩下几乎1/4的元素是氦，而所有其他的元素含量甚微。少量的轻元素在大爆炸核合成时期形成，到铁为止的元素则在宇宙后期的恒星热核反应中形成。而大量更重的元素，则全部在剧烈的超新星爆炸瞬间被合成出来——说我们都是星尘并不为过。这些定量预言的大部分和观测到的元素丰度令人惊叹地吻合！

第二个重要的预言是宇宙微波背景辐射（cosmic microwave background），它后来被射电天文学家在实验中很偶然地发现了。当年轻的宇宙达到30万年的时候，温度仍然比较高，所以电子还不能被质子捕获形成中性的氢原子。宇宙中还存在着大量的辐射，即电磁波，或者日常所说的光。在这样一个电离的环境中，光并不能自由地沿直线传播，它们不断地与带电粒子碰撞、折射与反弹。换句话说，这时的宇宙不是透明的——如果我们设想处在当时的宇宙中，则我们会被炽热的光亮包围，而看不清远处的任何物体。就在这时，随着膨胀宇宙的进一步冷却，另一个临界点达到了。疲软的热运动不再能阻止电子和质子束缚成中性氢，而宇宙对光变成透明了。这一关键事件被称为复合（recombination）。于是宇宙开始30万年的光得以在空间中自由穿行，携带古老的信息到达从未到达过的远方。而今天的人们也得以观察到这团宇宙之初的余辉。由于宇宙的膨胀，今天这团余辉中的光的波长已经被拉长到了微波波段，而不为人眼所见，温度也相应地降到绝对温度2.7K。然而，今天这些微波还在从四面八方不断地以几乎相同的强度到达我们所在。微波背景辐射和大爆炸核合成一起，成为了膨胀宇宙的最有力的实验证据。

大爆炸宇宙学模型远没有就此胜利。膨胀宇宙观存在着大量疑难。在观测上，人们有出乎意料的发现：宇宙中存在数目巨大的看不见的物质。人们发现像我们的银河系这样的星系外围的星体以反常高的速度在运动，似乎它们是在被一个巨大的、不能被发光可见物质总量所解释的质量所吸引着。当来自遥远星系的星光传播到我们眼前时，人们发现它们被横在中间的难以解释的巨大质量分布所扭曲——这是所谓的弱引力透镜效应（weak gravitational lensing）。此外，人们还发现许多星系团中的成员星系也在以高速运动，星系团中发光的物质总量似乎完全不足以把它们吸引住不让它们四处飞散。种种证据让人们相信宇宙中存在着总量达可见物质5倍的暗物质（dark matter），它们主宰着宇宙中物质结构的演化。似乎我们的银河系，以及其他所有的河外星系，都被巨大的暗物质晕所包围——在夜空中最近最亮的星系也只是暗淡的小斑点，但倘若我们可以看见它们周围巨大的暗物质晕，或许夜空就会像梵高的《星夜》那样灿烂。今天人们相信，这些看不见的暗物质是由一种重粒子所组成，但这种粒子和组成可见物质的核子、电子和光子几乎没有任何相互作用——它们像幽灵一样穿梭在我们的四周，来去无阻。

黑暗的宇宙中还有着比暗物质更加奇异的东西：暗能量（Dark Energy）的存在，在最近又被天文观测所证实。超新星爆发是宇宙中剧烈的灾变事件，一类超新星发出的光亮几乎恒定，所以当它们看上去更暗时，我们就知道它们更遥远。天文学家利用这样的“标准烛光”来丈量宇宙的大小，特别是宇宙最近的膨胀历史。他们惊讶地发现宇宙在近期膨胀开始加速。由于传统的物质，包括暗物质和辐射，由于它们的引力作用，都只能使宇宙膨胀减缓，这意味宇宙中必定还存在着性质非常奇特的“暗能量”——它具有负的压强，从而起到一种有效的排斥作用。还记得Einstein“一生最大的错误”吗？有趣的是，宇宙学常数正是“暗能量”的一种可能解释，Einstein抛弃了它，但是今天它又回来了！

直到今天为止，人们还不知道暗物质和暗能量到底是什么。不过暂时，让我们撇下这些宇宙的黑暗成分，来看看膨胀宇宙模型另外一些更加微妙的困难。

首先是关于空间几何性质的问题。从数学上讲，一个空间上均匀的宇宙可以是三种不同情况之一：宇宙可以是平坦的，就如我们日常所感知的那样；宇宙可以具有正曲率，就像一个球面，上面的两条“直线”延长后总会再次相交；或者，宇宙还可以具有负曲率，就像一个马鞍面，上面的两条“平行的直线“却可以越离越远。知晓我们的宇宙属于那一种情形并不是想象的那般容易，这需要在天文学的巨大尺度上做几何测量。实际上，知道一个遥远天体到我们的准确距离是很困难的，因而在很长的时间里，人们不知道宇宙的曲率是正是负。后来，随着天文学观测精度的提高，人们发现宇宙的曲率既不是正也不是负，而是平坦的。乍看起来，平坦的宇宙似乎最为自然，然而在一个动态的膨胀模型中，确保宇宙今天基本平坦却需要宇宙在”开端“极端地平坦。这种对于初始条件的病态敏感性始终让严肃的理论家觉得不太舒服。

对于初条件的敏感性还体现在另外的方面。

其一是宇宙大尺度结构（large scale structure）的演化。从行星系统，恒星和恒星团，再到单个的星系，我们把眼光放到宇宙中越来越大的尺度，最终到达由近千个星系组成的星系团，这是今天宇宙中最巨大的被引力束缚住的系统。但在更大的尺度上（也就是哥白尼原理开始成立的尺度上），宇宙仍然呈现出上图（来自Sloan数字巡天）类似蛛网的结构，其中的每一个像素点都是一个星系，这种网状的结构被称为cosmic web。这样的大尺度结构正是物质在引力作用下聚团坍缩的结果。利用计算机模拟的手段，人们可以还原出这样的结构长大的全过程，如下图所示，从左至右，大尺度结构随时间在长大，即物质从初始比较均匀的状态演化成越来越集中于这张宇宙之网的蛛丝和节点的位置。现在的问题是，在初始的时刻（最左图），我们需要一个初条件——宇宙开始时物质分布不能是完全均匀的，否则今天看到的这种不均匀的结构就无从解释。

在微波背景辐射中，人们发现了这种初条件类似的印记。下图是最近Planck卫星测量的令人惊叹的全天微波温度各向异性，其中红点和蓝点在天空中看上去大约有一度大小，它们所代表的冷热差异极其细微，大约只有十万分之一的差别。这种微小的涨落独立地佐证了宇宙开端需要一个不均匀的初条件。与大尺度结构反映今天的物质分布截然不同的是，这是一张宇宙30万年时的照片——微波背景辐射反映了那时宇宙中辐射的分布。

人们发现这样的初条件需要细致地选取——如果初始的不均匀性太大，则今天的宇宙在大尺度上看就不可能显得那么均匀；反之若太小，考虑宇宙的年龄是固定的，则宇宙今天将过于均匀，星系等结构还尚未形成。关于这个初条件还有一个奇怪的地方：前面我们提到了有限的宇宙年龄意味着存在视界，当我们盯着全天微波背景辐射的任意两片不同区域看时，它们在宇宙30万年时相隔的距离比那时的视界大得多，也即不可能有因果的物理过程可以联系这两片区域。但是观测无疑地告诉我们它们的温度差异只有十万分之一！总结说来，我们看到的宇宙需要一个特别的初条件：极度地平坦，几乎但又不完全均匀，然后还似乎是非因果的！这是为什么呢？ 理论物理学家给这个问题找了一个疯狂的解释：暴涨（inflation）。后来他们发现，这个解释其实不那么疯狂，而且很可能是对的。他们设想，在宇宙刚诞生的时候，可能距开端仅仅10的负12次方秒，宇宙经历了一个指数膨胀的过程，空间涨大了至少10的20次方倍。这个指数膨胀过程，很可能由另一种像暗能量这样的物质状态所引起。这样一来，我们今天觉得天空中因果独立的两片区域，在暴涨之前仅仅相距微观长的距离——它们其实是因果相连的。另外，无论暴涨之间宇宙有多么弯曲，在暴涨之后我们所看到的宇宙范围自然会是异常平坦的。这正好比地球如此巨大，从而站在她表面的我们难以感知其弧度。

暴涨满意地解释了今天宇宙的平坦和看似非因果的总体上的均匀性，但暴涨还能解释更多，它能解释宇宙初始的微小起伏！这是因为真空存在着量子涨落，在微观的尺度上，真空呈现出一种极大的不确定性，如同下图显示的时空泡沫一般。如果空间没有在飞速膨胀，这种量子涨落并不能为我们所察觉。但在暴涨时期，这些涨落在很短的时间内被拉大到比视界还要大，从而被固定下来。理论家的严格计算表明，这些量子涨落完美地提供了暴涨结束之后宇宙中的微小不均匀性，暴涨的预言和今天所有的宇宙学观测所吻合，即暴涨提供的初条件定量地解释了今天看到的微波背景辐射中的冷热起伏和大尺度上的物质分布的网状结构；换句话说，追溯到最初，量子涨落是今天宇宙中无限复杂结构的“种子”。如果你凝望今天夜空中的繁星点点，再想到它们事实上都起源于微小的量子涨落，这一切都显得那么不可思议！世界的量子本性，一种与我们的日常经验格格不入的本性，以这样一种奇怪的方式创造了我们的世界。

当故事讲到这里时，我们已经站在了今天的位置上——人们对于宇宙演化历史的主要理解，就仅限于以上的全部，不多也不少。人们依然不理解暗物质和暗能量，也完全不知道什么触发了暴涨。这些问题在不久的将来也许会有一个答案。

现在我们不妨设想让时间从头来过，去回顾宇宙历史上的那些重要时刻： 在宇宙开端的时候，今天我们所熟悉的物质可能都并不存在，只有真空中那捉摸不定的量子涨落。然而，因为某种原因暴涨发生了，而这些微观的量子涨落在短时间内变成了宇宙中宏观的不均匀性。这不均匀性虽然微小，但是却奠定了宇宙之后物质结构演化的开始。暴涨结束之时，能量被转化成了各种基本粒子。高密度的宇宙中充满着炽热的辐射。这一阶段持续了远不到一秒，但已知全部的W,Z玻色子，胶子，以及各种夸克和轻子，甚至最近才证实的Higgs玻色子还有暗物质粒子，都在这锅“热汤”中大量存在过。但宇宙持续的膨胀冷却着这锅“热汤”，重的粒子纷纷退出热平衡及湮灭，在今天不留下一丝痕迹。

在宇宙三分钟的时候，中子通过于质子结合幸免于衰变，产生了一系列最轻的元素，也作为日后合成重元素的全部原料。而较轻的电子，中微子和光子保持着宇宙的高热。到了三万年的时候，电子终于冷却到可以被原子核束缚了，宇宙也随之变得清澈透明。那时宇宙中的光穿越了时空，到达130亿年之后我们的眼前，这就是今日的微波背景辐射。

此后，宇宙一直在缓慢地膨胀，而在引力的吸引作用下，物质开始从初始密度小的地方流入密度大的地方，网状的大尺度结构开始形成。经历了很长的黑暗期之后，第一批恒星在物质最富集的区域点燃，开始重元素的合成，并照亮了广袤的星际空间。随后，星系大量形成，并汇聚成星系团，乃到超星系团。最终，宇宙演化到今日群星璀璨的模样。

然而，在宇宙演化史上的不久之前，一个幽灵开始浮现——那就是暗能量，宇宙开始了加速膨胀。如果没有奇迹发生，暗能量将主宰宇宙的结局。宇宙最终又会进入一个指数膨胀的阶段，而所有的结构将相互飞速远去，永远消失在彼此的视线之中。当然，被引力束缚住的结构会幸免于难——在很久的未来，人们在夜空可能将只能看见我们的银河系联同它的群星，还有邻近的星系，但将没有更远。而群星终有一天也会耗尽燃料而熄灭。无限的宇宙空间中将黑暗冰冷并几乎空无一物。

不要为这个结局难过，因为所有的故事都有结束的时候。更别忘了，空无一物不代表一无所有。也许在那时宇宙的一片荒芜角落，真空中永不止息的量子涨落又会触发一次暴涨，在这个已经死亡的宇宙中创造新生！